Просадка судов при плавании на мелководье, в каналах и реках

При движении судов происходит изменение их положения на пла­ву по отношению к свободной поверхности и дну водоема. Существен­ное изменение посадки (просадки судна) наблюдается в условиях мелководья, в каналах, реках и других стесненных условиях.

Наиболее общее решение имеет так на­зываемый классический метод. Этот метод основывается на непосред­ственном применении закона Бернулли и закона неразрывности жид­кости. Модифицируя уравнение Бернулли и принимая, что величину давления Р можно выразить высотой водяного столба над условным уровнем Н, уравнение Бернулли примет вид

где Н — глубина, м;

U — скорость потока воды, омывающего судно, называемая скоростью встречного

потока, м/с;

g — ускорение свободного падения, м/с².

При сравнительно малых докритических скоростях движения сни­жается роль собственного волнообразования судна. Перераспределение погруженного объема судна на ходу может быть приближенно объяс­нено изменением свободной поверхности воды из-за наличия стеснен­ности фарватера.

Рассмотрим случай движения судна в канале. Движение его в соответствии с уравнением Бернулли приводит к увеличению скорости движения воды вдоль корпуса судна, а это приводит к понижению зеркальной поверхности воды (глубины Н).

Для этого случая можно написать

где - глубина в канале, не возмущенном проходом судна, м;

- глубина в канале в момент прохода судна, измеренная посредине длины суд­на, м;

   - скорость судна, м/с.

После преобразования, обозначив , получаем величину понижения зеркальной поверхности воды (просадку судна):

 Расчет по методу В. П. Смирнова

Увеличение осадки кормой для морских судов на мелкой воде можно получить по формуле В. П. Смирнова:

Формула получена после обработки результатов натурных испытаний морских судов методом математической статистики способом наименьших квадратов. Точность определения величины просадки  от осадки кормой. В этой формуле —-коэффициент пропорциональности, учитывающий изменение отно­сительной осадки. Значения  приведены в табл. 5.1.

                                                                                                                                       Таблица 4.1

Значения  в зависимости от

0.35	0.0146	0.700	0.0232
0.40	0.0156	0.725	0.0242
0.45	0.0164	0.750	0.0250
0.50	0.0174	0.775	0.0262
0.55	0.0187	0.800	0.0274
0.60	0.0201	0.825	0.0288
0.65	0.0216	0.850	0.0206

 — коэффициент пропорциональности, учитывающий длину судна. Значения его даны в табл. 5.2.

                                                                                                                                       Таблица 4.2

Значения  в зависимости от

	до 100 м	100-150	более 150
	0.95	1.05	1.25

 — коэффициент пропорциональности, учитывающий начальный дифферент  на корму. Значения  даны в табл. 5.3.

Таблица 4.3

Значения  в зависимости от

	0	0.5
	1.0	1.025	1.050

Увеличение осадки носом при  может быть определено: . Значения коэффициента  приведены на графике (рис. П.10 — Приложение VI) Сборника задач по управлению судами издания 1984 года.

Увеличение осадки носом при Тн = Тк может быть определено как: ΔТн = Сн*ΔТк. Значения коэффициента Сн приведены на графике (значения Сн по оси ординат от 0 до 2.5 через 0.5) :

                     Рис.5.1 Определение поправочного коэффициента  

                                      проседания носовой оконечности Сн.

 Расчет по методу NPL

   Графический метод NPL (National Physical Laboratory). Метод опубликован в 1973 г. в Великобритании. Разработан на основе модельных испытаний, теоретических вычислений, выпол­ненных при помощи ЭВМ и эксперимента для крупнотоннажных судов.

   Испытания моделей и крупных судов позволили выявить много общих элементов.

  1. Форма судна (0.80 0.90) имеет малое влияние на проседание и дифферент судна.

  2. Работа винта незначительно влияет на параллельные проседания, а больше на дифферент.

  3. Нагрузка винта не имеет большого влияния на проседание.

  4. Суда во время движения получают дифферент на нос.

  5. Параллельное проседание и дифферент уменьшаются пропорционально , а для  = const проседание увеличивается с ро­стом скорости судна.

  6. Начальный дифферент на корму в некоторых случаях может не быть уравновешенным дифферентом на нос, возникающим во время движения судна.

  Начальный дифферент на корму нежелателен, даже если в конечном итоге судно во время движения получит дифферент на нос, так как некоторые элементы кормы, такие, как руль. винт, опасно приближаются к грунту. Проседание меняется при движении судна на циркуляции влево или вправо (зависит от направления вращения винта), разные величины проседания будут во время ускорения и замедления движения.

    Если дифферент судна находится в пределах от 1/100L_p на корму до 1/500L_p на нос, то посадка носом и кормой может быть определена графически с помощью номограммы (рис.10.10).

Для решения задачи необходимо знать скорость судна V (уз), длину L (м), глубину моря Н (м) и дифферент.

     Из точки значения скорости на оси абсцисс проводят вверх верти­кальную линию до пересечения с линией глубины. От полученной точ­ки проводят горизонтальную линию до пересечения с кривыми дифферента. Из точек пересечения опускают перпендикуляры до их пере­сечения с линией длины судна. Значения величин ∆Τн и ∆Τк находят на шкале ∆d (м).

Рекомендации сохранять запас глубины под килем при мягких грунтах не менее 0,3 м, а при плотных — не менее 0,4 м могут быть приемлемы только на хорошо обследованных подходных каналах и при условии, что скорость будет уменьшена насколько возможно, а ма­неврирование для расхождения с другими судами сведено к минимуму.

5.Определение запаса воды под корпусом судна при плавании в ка­налах и на мелководье.

 Величина клиренса К (глубина под килем) должна быть не менее суммы навигационных запасов:

или

где Н_н - навигационная глубина, м;

- поправка глубины на отклонение уровня воды (положительна, когда уровень выше ординара), м;

  осадка (наибольшая) судна в воде стандартной плотности (  кг/м³), м;

 — поправка осадки судна на соленость воды (табл. 10.4), м;

    — поправка на обледенение судна, м (учитывается в каждом конкретном слу­чае) ;

   z₀—запас на крен судна, м;

   z₁ — минимальный навигационный запас, м;

   z₂ — вол новый запас, м;

   z₃—скоростной запас, м.

где  — ширина судна, м.

—угол крена от ветра (табл. 10.5), град;

—динамический угол крена (табл. 10.6), град;

Поправка осадки судна на соленость воды

Плотность воды, кг/м3	Соленость		Плотность воды, кг/м3	Соленость
1025	32	0.000d	1010	13	0.012d
1020	26	0.004d	1005	7	0.016d
1015	20	0.008d	1000	0	0.020d

Угол крена от ветра, град

Динамический угол крена судна в грузу, град

Минимальный навигационный запас z₁, м

При движении на прямом курсе (на прямолинейных участках ка­нала) принимается =0.

Волновой запас в первом приближении равен 0.5 h_3% - полувысоте волны 3% обеспеченности.