При составлении плана перехода судна (Passage Plan), требуется, чтобы при плавании на мелководье, в каналах, в узких фарватерах и портовых водах, учитывалось увеличение осадки от проседания судна на мелководье (Squat effect).
Эффект проседания судна на мелководье основан на действии Закона Бернулли:
«При уменьшении сечения потока жидкости, из-за возрастания его скорости, статическое давление падает».
На судно не имеющее хода относительно воды и находящееся в неподвижной воде действует только сила поддержания. Как только у судна появляется ход относительно воды, то вокруг судна возникают потоки воды, образующие гидродинамическое поле с различными скоростями в каждой его точке. На участках с большей скоростью начинает действовать закон Бернулли и, следовательно, понижается давление.
Когда судно следует по мелководью или в узкости, то у обтекающего его потока воды, появляются дополнительные границы в виде дна и берегов, которые значительно сужают русло потока, что приводит к возрастанию скорости протекания воды и понижению давления.
Понижение давления под днищем судна приводит к его проседанию, а понижение давления между бортом судна и откосом, приводит к возникновению эффекта присасывания. Оба эффекта могут проявляться одновременно.
Факторы, оказывающие влияние на величину проседания судна на мелководье:
— Отношение глубины к осадке судна.
— Скорость судна относительно воды.
— Коэффициент общей полноты судна.
— Коэффициент загромождения русла канала.
Очевидно, что чем меньше запас воды под килем и между бортом и откосом, тем больше проявляются эффекты проседания и присасывания.
Глубина на которой начинает появляться эффект проседания, вычисляется по формуле Г.Е. Павленко:
где,
Т – средняя осадка неподвижного судна, в метрах;
V – скорость судна, в метрах в секунду;
g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с².
Так как на судне скорость судна принято измерять в узлах, то для использования в формуле, ее необходимо перевести в метры в секунды.
Формула для перевода скорости судна в узлах, в скорость, в метрах в секунду:
Наиболее чувствительно, влияние мелководья сказывается, когда соотношение глубины к осадке судна:
Н / Т ≤ 2
Наибольший эффект наблюдается, при соотношении:
Н / Т = 1,1 – 1, 2
Танкер смешанного река-море плавания со сверхполными обводами корпуса судна на ходу поднимает перед собой воду и тем самым создает повышенное давление. На поверхности воды, под словом «флот» образуется хорошо выраженная ложбина. При следовании с такой же скоростью на мелководье, в районе ложбины, под днищем будет пониженное давление и проявится эффект проседания судна.
Другим фактором, от которого зависит величина проседания судна на мелководье, является скорость судна относительно воды. С увеличением скорости судна относительно воды, увеличивается проседание судна.
При этом увеличение скорости относительно грунта не всегда увеличивает проседание судна. Например, если судно дрейфует по течению относительно грунта со скоростью 7 узлов, то относительно воды оно находится в состоянии покоя и никакого проседания наблюдаться не будет, так как судно движется с потоком воды, не толкает воду и поток воды не движется под днищем судна. Однако если судно ошвартовано или стоит на якоре на течении скоростью в 7 узлов, то в этом случае поток будет обтекать судно с разной скоростью, особенно ускоряясь под днищем судна и из-за понижения давления будет возникать проседание судна. Как видим, в данном случае скорость относительно грунта будет равняться нулю, а поток воды будет обтекать судно со скоростью 7 узлов. Таким образом, судно может испытывать проседание даже стоя у причала на сильном течении.
Степень влияния мелководья зависит от скорости судна, выраженной числом Фруда (Fr), которое вычисляется по формуле:
где,
Н — глубина фарватера, в метрах;
V — скорость судна, в метрах в секунду;
g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с².
При числе Фруда Fr <0,3 влияние мелководья на проседание судна практически незначительно при любых соотношениях глубины к осадке Н / Т.
Следующим фактором, оказывающим влияние на проседание судна на мелководье, является коэффициент общей полноты судна. Чем более полные обводы подводной части судна, тем больше коэффициент общей полноты и тем более сильное проседание судна на мелководье. Это связано с тем, что судно с более полными обводами будет толкать перед собой большее количество воды и тем самым создавать повышенное давление перед судном. Разность давления будет вызывать увеличение скорости потока под днищем судна и понижению давления под днищем. Что будет, в свою очередь, вызывать проседание судна. Суда с более полными обводами носовой части, особенно сверхполными, испытывают проседание носовой частью корпуса, а суда с острыми обводами, как правило, кормовой частью.
Коэффициент общей полноты судна можно вычислить по формуле:
где,
Сb — коэффициент общей полноты судна;
V — водоизмещение судна на данную осадку, в м³;
L — длина судна, в метрах;
B — ширина судна, в метрах;
T — осадка судна, в метрах.
При одинаковой скорости, осадке и ширине корпуса судна, балкер с такими обводами, подвержен эффекту проседания на мелководье, сильнее, чем балкер с более острыми обводами.
Среди судов смешанного река-море плавания, суда со сверхполными обводами корпуса, типа проекта RSD59, сильнее подвержены эффекту проседания на мелководье, чем суда типа Волга. У этих двух типов судов, разница в величине проседания в реке на скорости 8 км/час составляет около 3-4 сантиметров, а в море при скорости 10 узлов уже около 17 сантиметров. У судна проекта RSD59 коэффициент общей полноты в реке 0,932, а в море 0,904.
В зависимости от значения коэффициента общей полноты, судно без дифферента, будет подвержено проседанию в большей степени той или иной оконечностью:
Сb = 0,7 – судно проседает всем корпусом;
Сb < 0,7 – судно проседает на корму;
Сb > 0,7 – судно проседает носом.
У судна, имеющего дифферент на корму, проседание также будет на корму, при дифференте на нос, проседание также на нос.
Как уже упоминалось выше в каналах и в узких фарватерах сечение потока воды значительно сужается корпусом судна.
Отношение проекции поперечного сечения подводной части корпуса судна к поперечному сечению русла канала, называют коэффициентом загромождения русла канала.
Формула для вычисления коэффициента загромождения русла канала:
где,
Таким образом, мы рассмотрели все факторы, от которых зависит проседание судна на мелководье. Далее рассмотрим формулы, применяемые для вычисления величины проседания судна (Squat effect).
Величина проседания судна при плавании на мелководье, вычисляется по формулам доктора Баррасса.
Одна формула применяется для вычисления проседания судна на мелководье при плавании в «Стесненных водах» (Confined waters) — каналах, узких проливах и в других районах, с ограниченным водным пространством.
Другая, при плавании в «Открытых водах» (Open waters) — на мелководье, имеющем достаточно большое водное пространство.
Данные формулы справедливы для судов имеющих:
Коэффициент общей полноты судна в пределах 0,5 – 0,9.
Отношение глубины к осадке судна в пределах 1,1 – 1,4.
Формула для вычисления величины проседания на мелководье, при плавании в стесненных водах (Confined waters):
Формула для вычисления величины проседания на мелководье, при плавании в открытых водах (Open waters):
где,
Sq — проседание судна, в метрах;
Сb – коэффициент общей полноты судна;
V — скорость судна относительно воды, в узлах.
Если известны размеры русла канала и можно вычислить коэффициент загромождения, то его добавляют в формулу для стесненных вод:
где,
Полученное значение просадки судна на мелководье используется для расчетов минимально допустимого запаса глубин (Under keel clearance — UKC) при плавании на мелководных и стесненных участках пути судна.
Вычисленные значения, минимально допустимого запаса глубин, необходимо сравнить со значениями, установленными компанией и, если полученное значение менее допустимого, то необходимо выполнить расчет просадки для более низкой скорости судна и сравнить снова, пока полученный результат минимально допустимого запаса глубин не будет соответствовать установленному компанией.
© Автор капитан В.Н. Филимонов
© Копирайт — Copyright.
Все материалы, размещенные на сайте, защищены авторским правом. Любое их использование, возможно только с разрешения правообладателей. При цитировании текстов, ссылка на источник и автора обязательны.