Явления, сопровождающие движение судна на мелководье

Плавание судов на мелководье связано с изменением характера образования корабельных волн, что сказывается на ходовых качествах судов, их осадке и управляемости. Для оценки степени влияния мелководья пользуются безразмерными величинами: относительной скоростью (м/с) , которую называют еще числом мелководья или числом Фруда по глубине, и относительной глубиной — отношением глубины к осадке судна Н/Т; g=9,8 м/с².

С выходом судна на мелководье и уменьшением запаса воды под килем быстро возрастает волновое сопротивление. Объясняется это следующим. Из теории волн известно, что, когда отношение H/λ мало, скорость распространения волн с небольшой амплитудой на мелководье имеет предел v _кр. Скорость v _крназывают критической скоростью, и ей соответствует число мелководья Fr=l. Корабельные волны как раз и относятся к такой категории волн. Скорость их распространения не может превышать критическую. Закономерность изменения волнового сопротивления с глубиной принято ставить в зависимость от относительной скорости (рис. 3.1). Из графика видно, что при малых значениях относительной скорости характер роста волнового сопротивления на глубокой к мелкой воде примерно одинаков. Глубину, на которой влияние мелководья не сказывается, определяют по формуле

или

, (3.1)

где В — ширина судна.

При этом картина образования корабельных волн сохраняется такой же, как и на глубокой воде. При достижении судном относительной скорости равной 0,6 и дальнейшем ее увеличении характер волнообразования начинает изменяться. По мере увеличения скорости судна угол растворения расходящихся волн увеличивается, поперечные волны растут по высоте и длине. При достижении критической скорости поперечные волны сливаются с расходящимися и под углом 90° к ДП образуется одиночная волна. Судно как бы толкает массы воды по ходу своего движения, волновое сопротивление резко возрастает, и скорость падает. Этот процесс протекает тем интенсивнее, чем меньше отношение Н/T, Профиль одиночной волны показан на рис. 3.2.

Образование одиночной поперечной волны понижает уровень поверхности воды у бортов судна, что вызывает опускание корпуса по отношению к его положению на глубокой воде и дифферент на корму. В практике это явление называют просадкой. При движении судна с околокритическими скоростями просадка может достигать значений Т_к= (0,054-0,07) Т, в результате чего возникает опасность касания грунта. Определить проседание судна при со отношениях глубины и осадки можно с помощью формулы T=K( 0,1 v)², где скорость в узлах, а значения коэффициентов K приведены ниже:

L / B.................... 6 7 8 9

K....................... 0,76 0,62 0,54 0,47

Необходимо иметь в виду, что приведенная формула является приближенной и не может служить основанием для назначения скорости судна при проходе мелководного района. Не следует также путать просадку судна в связи с образованием корабельных волн с его проседанием на волнении моря, вызванным изменением действующей ватерлинии и учитываемой формулой Т =0,6 h, где h — высота волны.

Вызванная движущимся на мелководье судном поперечная волна изменяет гидродинамическое поле давлений окружающей судно воды. В районе носовой и кормовой оконечностей судна давление выше среднего уровня, определяемого зеркалом спокойной поверхности, причем давление в носовой части больше, чем в кормовой. В районе бортов давление ниже среднего уровня (рис. 3.3). При ровном плоском дне поле давлений симметрично относительно диаметральной плоскости судна и существенного влияния на управляемость не оказывает. Неровности дна искажают поле давлений, в результате чего судно становится рыскливым: нос стремится уклониться в сторону больших глубин или оттолкнуться от возвышенностей дна. В некоторых случаях уклонения судна бывают настолько стремительными, что своевременно удержать его только перекладкой руля не удается. На мелководье ухудшается поворотливость. Объясняется это увеличением момента инерции судна относительно вертикальной оси вследствие возрастания присоединенных масс. При малых запасах воды под килем диаметр циркуляции увеличивается, а угол дрейфа уменьшается. Это тем заметнее, чем больше угол отворота.

В отличие от поворотливости возрастание присоединенных масс мало влияет на тормозные пути судов, так как одновременно увеличивается сила сопротивления движению. В результате тормозные пути на мелководье и на глубокой воде отличаются незначительно.