Вплив мілководдя на швидкість руху водного транспорту
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 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.8), отриманому на підставі матеріалів випробувань моделі судна.
Тут величина Rv/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 з рівних швидкостях поширення прогресивних хвиль їх довжина l на дрібній воді більше, ніж глибокої.
Залежність між довжиною хвилі від її швидкістю визначається наступним виразом:
Граничною швидкістю поширення хвиль даного типу в умовах мілководдя є критична швидкість Vкр, що відповідає числу Фруда по глибині FrH » 1, м/с:
З цього випливає, що гранична довжина хвиль даного типу на мілководді залежить від глибини:
Однак, швидкість хвиль, створюваних судном, що рухається, залежить від швидкості судна. І оскільки існуєзалежність між довжиною хвилі та її швидкістю, то задаючи швидкість хвилях, що розходяться, судно тим самим задає їм і довжину.
З виразу виходить, що й глибина моря обмежує граничну довжину хвиль, цим вона задає гранично можливу швидкість поширення хвиль.
У міру наближення швидкості судна Vc до критичного значення Vкр (або збільшення швидкості судна, або зменшення глибини моря) довжини хвиль, що розходяться, збільшуються, що призводить до розширення хвильового сектора (див. рис. 3, а). Сектор, що розширюється, схвильованої поверхні вимагає все більших енергетичних витрат на свою підтримку. І нарешті, при Vc » Vкр , коли кут фронту розбіжних хвиль носової та кормової груп з діаметральною площиною судна близький до 90о, відбувається складання поперечних і розбіжних систем хвиль, утворюються дві потужні поперечні хвилі, які ніби 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 ця Vкр.
Втрату швидкості на мілководді (в %) при плаванні в зоні докритичних швидкостей можна приблизно розрахувати за емпіричною формулою Дьоміна:
Значення має виходити зі знаком "мінус", якщо ж 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 призводить до істотного зменшенняхвильового 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 вона 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.