Вплив мілководдя на швидкість руху судна

Критична швидкість.

Опір води руху судна умовно поділяють 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 11.1 були коротко описані причини збільшення швидкості потоку води, що огинає корпус судна при русі на мілководді і в каналі. А зростання швидкісного потоку, природно, призводить до зростання в'язкісного опору.

Зростання в'язкісного опору сильно залежить від співвідношення глибини та осідання судна, що наочно відображено на графіку (рис.111.8), отриманому на підставі матеріалів випробувань моделі судна.

Рис.10.8 Зростання опору судна

Тут величинаRv/Rvоо - є відношення в'язкісних опорів на мілководді і на глибокій воді відповідно.

Ще більша зміна при обмеженні глибини зазнає хвильового опору. Як вже згадувалося вище, судно, що рухається, створює навколо себе систему поперечних хвиль і систему розбіжних хвиль у вигляді сектора. З теорії хвиль щодо малої амплітуди відомо, що за рівних швидкостях поширення прогресивних хвиль їх довжинаλ на дрібній воді більша, ніж на глибокій.

Залежність між довжиною хвилі від її швидкістю визначається наступним виразом:

(10.17)

Граничною швидкістю поширення хвиль даного типу в умовах мілководдя є критична швидкістьVкр, що відповідає числу Фруда по глибиніFrH ≈ 1, м/с:

(10.18)

З цього випливає, що гранична довжина хвиль даного типу на мілководді залежить відглибини:

(10.19)

Однак, швидкість хвиль, створюваних судном, що рухається, залежить від швидкості судна. І оскільки існує залежність між довжиною хвилі і її швидкістю, то задаючи швидкість хвилях, що розходяться, судно тим самим задає їм і довжину.

З виразу (10.19) виходить, що й глибина моря обмежує граничну довжину хвиль, цим вона задає гранично можливу швидкість поширення хвиль.

У міру наближення швидкості суднаVc до критичного значенняVкр (або збільшення швидкості судна, або зменшення глибини моря) довжини хвиль, що розходяться, збільшуються, що призводить до розширення хвильового сектора. Сектор, що розширюється, схвильованої поверхні вимагає все більших енергетичних витрат на свою підтримку. І нарешті, приVc ≈ Vкр, коли кут фронту розбіжних хвиль носової та кормової груп з діаметральною площиною судна близький до 90 про відбувається складання поперечних і розбіжних 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 на глибокій воді відповідала швидкості судна на 5-6 вузлів більше, ніж цяVкр

Втрату швидкості на мілководді (в %) при плаванні в зоні докритичних швидкостей можна приблизно розрахувати за емпіричною формулою Дьоміна [10.6]:

(10.20)

Значення має виходити зі знаком “мінус”, якщо виходитьпозитивне 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 призводить 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 її подальшого руху вже залежить від швидкості судна. Ця хвиля (“супутна хвиля ”) може самостійно переміщатися дуже великі відстані зі швидкістю, коли він утворилася. Так академік А.Н.Крылов у книзі “Мої спогади” визначає випадок, коли супутній хвилею, що утворилася за шість миль від берега під час проходження над банкою міноносця “Новик” 1912 року, було змито з пристані 6-річний хлопчик.

---