ШВИДКІСНЕ ПРОСІДА, Судновий Журнал

Термін “швидкісне просідання ” позначає різницю між глибинами під кілем рухомого судна і судна, що не має ходу щодо води.

Причиною швидкісного просідання судна є наступний фізичний процес, що відбувається навколо судна, що рухається.

При розгляді руху судна щодо води можна однаково говорити про рух води щодо судна. Таким чином, частинки води, що зустрічають на своєму шляху корпус судна, змушені його огинати вздовж бортів і днища (рис.1).

Оскільки вода має властивість нерозривності, то витісняються в сторони частинки води, рухаючись по криволінійній траєкторії, за той самий час повинні пройти більший шлях ніж частинки, що рухаються прямий. Отже, швидкість частинок, що обгинають судно, вище швидкості частинок, що рухаються по прямій. Крім того, ці частинки, що знаходилися в стані спокою щодо грунту, утворюють потік, що рухається щодо грунту в напрямку, зустрічному напрямку руху судна.

Залежність між швидкістю потоку рідини та тиском рідини на даній ділянці описується рівнянням Бернуллі:

деР- тиск рідини на даній ділянці;

З виразу (3) видно, що й у якому чи ділянці швидкість руху рідини збільшується, то збереження рівності має знизитися тиск.

Отже, під час руху судна, щоб вираз (3) зберігався, навколо судна відбувається падіння тиску, а отже, і рівня води (рис.2).

Це і є причиною швидкісного просідання судна. З виразу (3) видно, що чимбільша швидкість потоку, що рухається вздовж корпусу судна, тим більше падає тиск, і тим значніше просідання судна.

Поле викликаних швидкостей не симетрично щодо міделя, отже, не симетрично і поле тиску води вздовж судна, що рухається (3). У носовій частині формується поле підвищеного тиску за рахунок лобового опору форми корпусу, що уповільнює потік, що набігає. У кормовій частині уповільнення потоку, огибающего судно, (отже, і підвищення тиску) відбувається з допомогою впливу “попутного потоку”, що рухається разом із судном. Однак, робота гвинта, що створює додаткове розрядження води у кормового краю, істотно впливає на результуючу величину поля тисків.

Ділянки підвищеного тиску в носовий і кормовий країнах мають різну природу і різні величини, що залежать від багатьох параметрів зануреної частини корпусу. Несиметричність поля тиску вздовж корпусу призводить до того, що швидкісне просідання відбувається зі зміною диферента судна. Для більшості суден, що мають звичайну конфігурацію корпусу (без носового бульба), характерне просідання з диферентом на корму.

Швидкісне просідання з диферентом на ніс характерне для великотоннажних суден. Результати натурних випробувань показують, що у судів з коефіцієнтом загальної повнотиСв>0.8 просідання носовим краєм більше, ніж кормовий.

При виході судна на мілководді швидкісне просідання збільшується в порівнянні з просіданням на глибокій воді. Причин тому кілька. Однією з причин є мінлива картина хвилеутворення (рис.3). У загальному випадку судно, що рухається утворює дві системи хвиль: поперечну, розповсюджується перпендикулярно діаметральної площини судна, і систему хвиль, що утворює сектор (рис.3, а).

Ширина хвильового сектора залежить від значенняFr. На мілководді, у міру наближення швидкості судна до критичного значення, кут між ДП судна і фронтом розбіжних хвиль збільшується. При досягненні швидкості судна значення, близького до критичного (Fr 1 ), обидві системи хвиль вироджуються в дві поперечні хвилі - носову та кормову (рис.3, б)

Мал.3

Поперечні хвилі, що утворилися , мають значну амплітуду. У суден із звичайними обводами корпусу носова хвиля розташовується під носовим краєм, а кормова хвиля — трохи позаду кормового краю. Це призводить до того, що носовий край спливає на хвилі зі збільшенням диференту на корму.

Інший причиною додаткового просідання судна на мілководді є малий запас води під кілем. Як мовилося раніше, частинки води, що огинають корпус, рухаються з більшою швидкістю, утворюючи поле викликаних швидкостей (зустрічний потік). Якщо поле викликаних швидкостей досягає грунту, то там виникає прикордонний шар, де сили тертя пригальмовують зустрічний потік води (рис. 4).

Але для того, щоб те ж кількість води встигало проходити під днищем, швидкість потоку збільшується. А збільшення швидкості потоку під днищем призводить до додаткового падіння тиску в цьому районі, що і призводить до додаткового просідання корпусу.

При русі судна на мілководді з обмеженою акваторією (у вузькості) на полі викликаних швидкостей впливають нетільки дно, а й стінки каналу. В результаті цього впливу перепади поля тисків навколо судна мають велику амплітуду, чим в умовах необмеженої акваторії. Додаткове падіння тиску призводить до додаткового просідання.

Чіткої межі між мілководдям з необмеженою і обмеженою акваторією немає. Додатковим параметром при оцінці поведінки судна в мілководному каналі служить відношення к/ , де >к- площа поперечного перерізу каналу, а  - площа поперечного перетину зануреної частини мідель-шпангоуту. Відчутний вплив вузькості на просідання починає позначатися при к/ 12 .

Для розрахунку швидкісного просідання судна на мілководді існує цілий ряд емпіричних формул, що дають часом істотно відмінні результати. Розглянемо лише деякі з цих формул.

Розрахунок прохідної опади судна

У загальному випадку при заданій швидкості руху допустиму осадку судна d доп. можна визначити виразом:

,

dv - швидкісне просідання, м;

dн.з. - навігаційний запас, м;

dв - хвильовий запас, м;

dкр - збільшення опади від крену, м;

dпл - зміна опади при зміні щільності води, м.

Швидкісне просідання було докладно розглянуто у розділі 1.1. Для знаходження величиниdv >використовується задане значення опади суднаd, що практично не впливає на результат.

2.1.1. Навігаційний запас

Навігаційним запасом називається така мінімальна глибина під кілем судна, яка забезпечує безпечне плавання на дрібноводді по тихій воді найменшою швидкістю.

У нормативних документах різних держав величина навігаційного запасу визначається по-різному. Так, Національною комісією США навігаційний запас визначений у 2 фути (0.6 м).

У вітчизняних нормах, що регламентують проектування портових акваторій, навігаційний запас визначено в 0.04 - 0.07 опади судна в залежності від типу грунту.

У Настановах щодо організації штурманської служби (НШС-82 і НШСР-86) навігаційний запас рекомендується приймати не менше 0.3 0.4 м (залежно від щільності грунту).

2.1.2. Хвильовий запас.

Перебуваючи на схвильованій поверхні води судно здійснює коливання і вертикальному направлении (рис.11). Для обліку просідання судна на хвилюванні щодо положення на тихій воді вводиться поняття хвильового запасу.

У зарубіжній практиці як хвильовий запас приймається повна амплітуда качки судна. При цьому амплітуда кільової качки умовно вважається рівною половині висоти хвилі, а амплітуда бортової качки визначається в залежності від кута крену, який у розрахунках приймається рівним 5 про.

Дослідження, проведені кафедрою теорії корабля ОІІМФу, показали, що амплітуда качки судна залежить не тільки від висоти хвилі, але і від співвідношення її довжини і довжини судна. На основі виконаних досліджень були розроблені таблиці хвильового запасу в залежності від довжини судна і висоти хвилі 3% забезпеченості. У цих таблицях передбачалося, що якщо хвиля підходить до судна під кутом близько 35 о , табличні значення слід помножити на коефіцієнт 1.4, а при вугіллі 90 про -3 Коефіцієнт 1.7.

У НШС-82 (і НШСР-86) наводиться таблиця обліку хвильового запасу, яка була складена на підставі даних таблиці, розробленої в ОІІМФ, дані якої для спрощення розрахунків були відразу помножені на коефіцієнт 1.4. Таким чином, табличні дані по хвильовому запасу в НШС-82 (і НШСР-86) дещо завищені для курсових кутів хвиль до 30 про і дещо занижені для курсових кутів понад 40 про (табл.6).

Враховуючи те, що на практиці висота хвиль визначається на око з похибкою+(20  25) %, на користь безпеки табличні дані при курсових кутах хвиль понад 40 про слід помножити на коефіцієнт 1.4.

---