Плавання на мілководді, Судовий Журнал
Плавання на дрібноводді є однією з складних умов, в яких виявляється судно в процесі експлуатації. І складність ситуації полягає не тільки в тому, що малий запас води під кілем в даних умовах є реальною навігаційною небезпекою, але і в тому, що поведінка судна на мілководді істотно відрізняється від поведінки на глибокій воді.
До основним відмінним рисам поведінки судна на мілководді можна віднести погіршення керованості, збільшення гальмівного шляху, додаткове просідання зі зміною посадки і падіння швидкості при тих же енергетичних витратах.
Ще більш складним управління судном стає при плаванні на мілководді з обмеженою акваторією (протоки, канали), де на поведінку судна впливають як береги, так і інші судна.
Незнання чи нехтування особливостями поведінки судна на мілководді нерідко призводить до аварії.
1. ВПЛИВ ДРІБНИЦЯ НА СУДНО, що рухається.
Поняття “дрібноводдя ” відносно. Вплив мілководдя на поведінку судна залежить не тільки від глибини моря, а й від габаритів судна і його швидкості. Існують різні емпіричні формули для визначення глибини, з якої починає позначатися дрібководдя. Відповідно до однієї з формул [1] вплив мілководдя на поведінку судна спостерігається на глибинах:
d- середнє осідання судна, м;
g- прискорення вільного падіння, 9.81 м/с 2 .
Іншим критерієм оцінки впливу мілководдя, пов'язаним із зміною картини хвильовтворення, є “число Фруда” за глибиною:
Згідно з цим критерієм відчутний вплив дрібноводдяпочинає проявлятися приFrн> 0.4 - 0.5.
Вплив дрібноводдя на швидкість руху судна.
Критична швидкість.
Опір води руху судна умовно ділять на в'язкісний і хвильовий. Вплив мілководдя на швидкість руху судна полягає у зміні як в'язкісного, так і хвильового опорів.
Збільшення в'язкісного опору на мілководді пов'язане зі зміною поля викликаних швидкостей. У розділі 1.1 були коротко описані причини збільшення швидкості потоку води, що огинає корпус судна при руху на мілководді та в каналі. А зростання швидкісного потоку, природно, призводить до зростання в'язкісного опору.
Зростання в'язкісного опору сильно залежить від співвідношення глибини і осідання судна, що наочно відбито на графіку (рис.8), отриманому виходячи з матеріалів випробувань моделі судна [ 2 ].
Тут величинаRv/ Rv оо - є відношення в'язкісних опорів на мілководдя і на глибокій воді відповідно.
Ще більша зміна при обмеженні глибини зазнає хвильовий опір. Як уже згадувалося вище, судно, що рухається, створює навколо себе систему поперечних хвиль і систему розхідних хвиль у вигляді сектора. З теорії хвиль щодо малої амплітуди відомо, що при рівних швидкостях поширення прогресивних хвиль їх довжина на дрібній воді більше, ніж на глибокій.
Залежність між довжиною хвилі від її швидкістю визначається наступним виразом:
Граничною швидкістю поширення хвиль даного типу в умовах мілководдя є критичнашвидкістьVкр, відповідна числу Фруда по глибиніFrH1, м/с:
З цього слід, що гранична довжина хвиль цього типу на мілководді залежить від глибини:
Проте, швидкість хвиль, створюваних судном, що рухається, залежить від швидкості судна. І оскільки існує залежність між довжиною хвилі і її швидкістю, то задаючи швидкість розбіжних хвиль судно тим самим задає їм і довжину.
Виходячи з виразу (19) виходить, що якщо глибина моря обмежує граничну довжину хвиль, то цим вона задає гранично можливу швидкість поширення хвиль.
За мірою наближення швидкості суднаVc до критичного значенняVкр (або збільшення швидкості судна , або зменшення глибини моря) довжини розбіжних хвиль збільшуються, що призводить до розширення хвильового сектора (див. рис. 3, а). Розширюється сектор схвильованої поверхні вимагає все більших енергетичних витрат на свою підтримку. І нарешті, приVcVкр, коли кут фронту витратних хвиль носової і кормової груп з діаметральною площиною судна близький до 90 про , відбувається складання поперечних і розхідних систем хвиль, утворюються Дві потужні поперечні хвилі, які як би замикають судно.
Оскільки хвилі досягли граничної довжини (і відповідно граничної швидкості) і рухатися швидше вже не можуть, то подальше збільшення потужності, що передається на гвинт, призводить лише до збільшення амплітуди цих хвиль, але не дає збільшення швидкості судна. Для подолання цього бар'єру двигун повинен розвинути таку потужність,яка б на глибокій воді відповідала швидкості судна на 5-6 вузлів більше, ніж цяVкр.
Втрату швидкості на мілководді (в %) при плаванні у зоні докритичних швидкостей можна приблизно розрахувати за емпіричною формулою Дьоміна [6]:
Значення має виходити зі знаком “мінус”, якщо виходить позитивне значення, то втрату швидкості вважають рівною нулю.
Після подолання судном критичної швидкості поперечні хвилі їм більше не створюються, і залишаються лише хвилі, що розходяться, що приводить до істотного зменшення хвильового опору.
Потужна поперечна хвиля, що утворюється при досягненні судном швидкості, близької до критичної, не підпорядковується теорії хвиль щодо малої амплітуди, і швидкість її подальшого руху вже не залежить від швидкості судна. Ця хвиля (“супутня хвиля ”) може самостійно переміщатися на дуже великі відстані зі швидкістю, коли вона утворилася
Розрахунок безпечної швидкості
Розрахунок безпечної (гранично допустимої) швидкості ведеться на основі формули (22)
, тільки в цьому випадку шукається гранично допустиме значення швидкісного просідання:
Знайшовши гранично допустиме значення швидкісного просідання можна знайти швидкість, якій ця величина просідання буде відповідати.
Вирішити це завдання можна з використанням будь-якого з вище розглянутих методів (зрозуміло, з відповідним перетворенням вихідних формул), а нижче розглядається рішення на основі перетворених формул А.П. .Ковальова, уз:
де коефіцієнтК вибирається з таблиці 4.
При визначенні безпечної швидкості в каналі слід враховувати додаткове просідання. Розкривши (9) з урахуванням (7) і (8) отримаємо, що сумарне швидкісне просідання судна в каналі (в см) визначається виразом:
Виразимо звідси допустиму швидкість (вуз), задавшись максимально допустимим просіданням:
деK' вибирається з таблиці 5.
2 РОБОТА ЛЕДОКОЛА ПРИ ПРОВОДЦІ СУДІВ У ЛЬДАХ
Розвідка льоду корпусом>криголамів вдаються дотак названої розвідки льоду корпусом.
Розвідку корпусом виконують з метою визначення прохідності льоду на непротяжних ділянках льодової траси або при проході перемичок згуртованого льоду. Застосування цієї розвідки доцільно в тому випадку, якщо є можливість залишити караван на деякий час без криголама, не побоюючись за його безпеку (на кромі льоду, на розводях або в місцях природних укриттів). Підійшовши до ділянки, прохідність якої викликає сумнів, караван зупиняється, а криголам корпусом долає сумнівну ділянку. За результатами розвідки роблять висновок про прохідність льоду. Якщо ділянку проходимо, то залежно від її складності відразу вирішується питання про спосіб проведення каравану (весь караван відразу, по одному судну або на буксирі) і криголам продовжує проводку. Якщо за результатами розвідки виявиться, що лід непрохідний, то караван зупиняється в безпечному місці до поліпшення льодової обстановки.
Перевагою методу розвідки корпусом є його наочність і відчутність. Капітан криголама отримує точну інформацію про прохідність льоду на даній ділянці