Допустим, что на судно принят малый груз весом Р, т. е. такой груз, при приеме которого обводы корпуса можно считать практически не изменившимися в пределах приращения осадки. Малым можно считать груз, составляющий 5 — 10 % водоизмещения судна.
Рис. 1
При приеме груза весом Р водоизмещение судна возрастет на величину pAV, причем значение AV определяется объемом слоя между ватерлиниями ВЛ и В 1 Л 1 .
Для определения приращения осадки судна АТ после приема груза используем условие равновесия судна, выражающееся равенством масс груза Р и дополнительного водоизмещения:
Р = ρ · Δ V (1)
Объем добавочного слоя AV можно рассматривать как объем цилиндра, основанием которого является площадь ватерлинии S, а высота равна изменению осадки АТ. Тогда:
Δ V = S · Δ Т
и формула (1) примет вид:
Р = ρ · S · Δ Т
Отсюда изменение средней осадки будет:
∆ T = P ρ · S (2)
В случае снятия груза с судна его масса Р должна быть введена в формулу (2) со знаком минус. Следовательно, приращение осадки будет также отрицательным, т. е. осадка судна уменьшится на величину ΔТ.
При решении практических задач, связанных с определением изменения средней осадки судна при приеме или снятии груза, часто пользуются вспомогательной величиной q1см, представляющей собой значение массы (числа тонн) груза, от приема или снятия которой осадка судна изменится на один сантиметр (Tones per 1cm — TPC).
Для того, чтобы получить выражение для q1см, рассмотрим приращение объемного водоизмещения в случае приема груза.
Если принять обводы судна в районе действующей ватерлинии прямо — стенными, то приращение объемного водоизмещения при ΔТ = 0,01 см составит (в м 3): ΔV = 0,01 S.
Масса воды в объеме этого слоя, равная искомой массе q1см, будет:
q 1 с м = 0 , 01 · ρ · S = ρ · S 100 (3)
После постановки полученного выражения в формулу (2) получаем выражения для определения приращения средней осадки в сантиметрах:
∆ T = P q 1 с м (4)
и в метрах:
∆ T = P 100 · q 1 с м (5)
Аналогичным способом можно определить массу груза, изменяющую осадку судна на 1 дюйм. В этом случае ΔТ = 1 дюйм = 1/ 39, 37 см и отсюда:
q 1 д ю й м = ρ · S 39 , 37 (6)
Из выражений (3) и (6) видно, что величина q1см (TPC) пропорциональна площади ватерлинии S. В свою очередь, площадь ватерлинии является переменной величиной, т. к. изменяется в зависимости от осадки судна. Следовательно, число q1см — также переменная величина. Можно построить кривую числа тонн на один см (или дюйм) осадки.
Рис. 2 Для того, чтобы определить, как изменится осадка Т судна при приеме или снятии малого груза весом Р, необходимо по указанной кривой найти значение q1см при осадке Т, затем, используя формулу (7), найти новое значение осадки судна:
T 1 = T ± P 100 · q 1 с м (7)
Изменение осадки при изменении плотности воды
При переходе судна из одного водного бассейна в другой изменяется соленость (плотность) забортной воды. При плавании в воде плотностью ρ и ρ 1 водоизмещение судна соответственно будет:
D = ρ · V и D = ρ 1 · V 1 ,
- где V – объемное водоизмещение судна до перехода в воду другой плотности;
- V 1 – объемное водоизмещение судна после перехода.
Приравнивая правые части равенств, получим:
ρ · V = ρ 1 · V 1 и л и V V 1 = ρ 1 ρ
Объeмнoe водоизмещение можно выразить через главные размерения L, В, Т и коэффициент общей полноты:
V = δ · L · B · T и V 1 = δ 1 · L 1 · B 1 · T 1
При малых изменениях объемного водоизмещения, например при изменении солености воды, длина, ширина и коэффициент общей полноты практически не изменяются. В этом случае изменение водоизмещения происходит за счет изменения осадки. Таким образом:
ρ · T = ρ 1 · T 1 и л и T T 1 = ρ 1 ρ
Следовательно, при переходе судна из воды одной солености в воду другой солености осадка его изменяется примерно обратно пропорционально плотности воды.
Изменение объемного водоизмещения определяется с помощью выражения:
∆ V = V 1 — V = D ρ 1 — D ρ = D · ρ — ρ 1 ρ · ρ 1 и л и ∆ V = V · ρ — ρ 1 ρ 1
Изменение объемного водоизмещения ΔV можно также рассчитать как объем слоя с основанием, равным площади действующей ватерлинии S (практически неизменной в пределах малых изменении осадки), и высотой, равной изменению средней осадки ΔТ, т. е. V = S · ΔT. Тогда:
S · ∆ T = V · ρ — ρ 1 ρ 1
∆ T = V S · ρ — ρ 1 ρ 1 и л и ∆ T = D S · ρ · ρ — ρ 1 ρ 1 (8)
При переходе судна из пресной воды (ρ=1,0 т/м 3) в морскую (ρ= 1,025 т/м 3) формула (8) принимает вид:
∆ T = D S · 1 , 0 · 1 , 0 — 1 , 025 1 , 025
Так как числитель второго сомножителя – величина отрицательная, изменение осадки ΔT также будет отрицательным, и судно всплывет, т. е. осадка судна уменьшится.
При переходе судна из морской воды в пресную, формула (8) имеет вид:
∆ T = D S · 1 , 025 · 1 , 025 — 1 , 0 1 , 0
В этом случае изменение осадки будет положительным, судно погрузится в воду, т. е. его осадка увеличится.
Предлагается к прочтению:
В мировом торговом флоте принято подразделять суда на типы, которые определяются свойствами перевозимого груза: танкеры, контейнеровозы, газовозы, балкеры, сухогрузы и так далее. Но существует классификация судов по размерам.
Такая классификация учитывает особенности района плавания, а именно глубины в проливах и акваториях портов, габариты шлюзов, условия навигации на искусственных каналах и внутренних водных путях. Собственно навигационная обстановка на океанских и морских путях и есть та причина, по которой размеры судов имеют четкие требования.
Для определения судов по размерам применяется словосочетание, состоящее из двух слов. В первой части используется термин, означающий принадлежность к географическому объекту, во второй части - термин определяет максимальный размер или просто размер.
размер судна Handysize
Хотя не существует официального определения точных терминов тоннажа, к типам судов «Handysize» чаще всего относит балкеры для генеральных грузов, реже - танкеры для нефтепродуктов дедвейтом от 15000 до 50000 тонн. Грузовые суда с размерами больше, чем «Handysize» уже относятся к типу судов «Handymax», а меньше 15000 тонн определения не имеют.
балкер размером Handysize
Суда размером «Handysize» считаются наиболее распространенными и составляют почти 2000 единиц общим дедвейтом около 43000000 тонн. Эти размеры судов являются очень распространенными, поскольку позволяют им входить в небольшие порты, и в большинстве случаев они оснащены кранами, что также позволяет им самостоятельно производить погрузку и разгрузку грузов в портах, в которых отсутствуют погрузочно-разгрузочные системы. В сравнении с большими балкерами, суда размером «Handysize» позволяют выполнять более широкую обработку так называемых «штучных» грузов. К таким относятся: изделия из стали, зерно, руда, фосфаты, цемент, лес, щебень и др.
Суда с размерами «Handysize» в основном строят на судостроительных верфях в Японии, Корее, Китае, Вьетнаме, России, Украины, на Филиппинах и в Индии, а также в некоторых других странах. Наиболее распространенным стандартом в этой категории судов являются балкеры дедвейтом около 32000 тонн и осадкой не более 10 метров. Они имеют пять грузовых трюмов с гидравлическими твиндеками, и четыре тридцатитонных крана для обработки грузов. Некоторые суда типа «Handysize» оснащаются стойками на верхней палубе, между которыми загружаются штабельным способом лес, за что они получили название «лесовозы».
Несмотря на многочисленные заказы судоходных компаний, на новые типы судов , «Handysize» остается самым востребованным, и имеет самый высокий средний возраст среди сухогрузов.
размер судна Handymax
Суда размером «Handymax» или «Supramax» применяются к с дедвейтом от 35000 до 60000 тонн. Суда этого типа имеют в длину 150-200 метров, хотя в некоторых грузовых терминалах, например в Японии, многие суда размеров «Handymax» имеют длину корпуса не более 190 метров. Современные суда этого типа имеет дедвейт от 52000 до 58000 тонн, оборудованы пятью грузовыми трюмами и оснащены четырьмя кранами грузоподъемностью до 30 тонн.
балкер типа Handymax
размер судна Seawaymax
Термин «Seawaymax» относится к размерам судов , которые позволяют им проходить через канал Святого Лаврентия - название водного пути от Монреаля до озера Эри, включая канал Уэлленда и водный путь по Великим озерам из Атлантического океана в Великие озера в Северной Америке.
сухогруз «CSL LAURENTIEN» типа Seawaymax
Суда размером «Seawaymax» имеют длину 226 м, ширину 24 м и осадку 7,92 м. Хотя ширина канала имеет 235 метров грузовые и пассажирские суда больших размеров не могут выйти из Великих Озер в Атлантический океан из-за ограничений по осадке в некоторых местах водного пути. В последние годы дополнительные проблемы судоходству создало понижение уровня воды на Великих озерах. Знаменитый был построен по типу судов «Seawaymax». Он установил рекорд по преодолению водной преграды на канале Святого Лаврентия, пройдя через него с грузом 28502 тонн железной руды, в то время как ежегодный дедвейт водного пути составлял 72351 тонну. В 2006 году не менее 28 судов различных типов были выведены из эксплуатации, из-за своих размеров и были слишком велики, чтобы покинуть Великие озера.
размер судна Aframax
Термин образован из слов обозначающих систему уровня танкеров Average Freight Rate Assessment (AFRA). Суда размером «Aframax» это, как правило, нефтеналивные танкеры с дедвейтом от 80000 тонн до 120000 тонн. Танкеры этого типа широко эксплуатируются в бассейнах Черного моря, Северного моря, Карибского моря, Восточно-Китайского моря и Средиземного моря, так как каналы, проливы и порты, через которые страны-экспортеры не входящие в организацию ОПЕК транспортируют нефть и не способны принимать супертанкеры типа VLCC и ULCC.
танкер «Torben Spirit» типа Aframax
размер судна Suezmax
«Suezmax» является морским термином обозначающий крупный размер судна , способное с полной загрузкой проходить через , и исключительно связан с нефтяными танкерами. Так как Суэцкий канал не имеет шлюзов, единственным серьезным ограничивающим фактором является осадка (максимальная глубина судна ниже ватерлинии). В настоящее время глубина водного пути составляет 16 м. Максимальная высота судов ограничена высотой моста в канале, которая составляет 68 м. Небольшая часть судов ограничена и по ширине канала - максимально допустимая ширина судна составляет 70,1 м.
танкер «CAP GUILLAUME« типа Suezmax
Большинство крупнотоннажных танкеров с учетом этих условий могут проходить по каналу, но некоторым супертанкерам с полной загрузкой не позволяет осадка. Чтобы соответствовать этим параметрам супертанкеры производят отгрузку части своего груза на другое судно или по трубопроводу транспортируется на другой конец канала, где обратно загружается на супертанкер.
Суда с водоизмещением больше 150000 тонн и шире 46 м не могут пройти через Суэцкий канал, поэтому вынуждены продолжить свое , огибая мыс Доброй Надежды на юге Африканского континента.
Руководителем Суэцкого канала адмиралом Ахмед Али Фадель в 2010 году запланировано увеличить глубину водного пути до 22 м, что позволит передвигаться по нему супертанкерам.
размер судна Panamax
Суда классифицированные как «Panamax» имеют максимальные размеры , которые строго соответствуют параметрам , причем определяется размерами шлюзовых камер, а не глубиной водного преграды. Термин «Panamax» является важным фактором при строительстве грузовых судов, и требует максимально точной выдержки указанных размеров.
контейнеровоз типа Panamax
Как уже было сказано выше размеры судов «Panamax» определены главным образом параметрами шлюзовых камер: ширина - 33,53 м, длина - 320 м, высота - 25,9 м. Полезная длина каждой камеры для постановки судна составляет 304,8 м.
На сегодняшний день установлены следующие предельные размеры судов для прохода по каналу: длина - 294,1 м, ширина - 32,3 м, осадка - 12 м, высота от ватерлинии до самой высокой точки судна составляет 57,91 м. Типы судов «Panamax», как правило, имеют водоизмещение около 65000 тонн. Правила прохождения по Панамскому каналу изложены на 60 страницах журнала «Vessel Requirements N-1-2005».
Строительство большого числа такого типа судов создает некоторые проблемы водному пути. Суда размерами «Panamax» требуют высокой точности постановки в шлюзовых камерах, на что уходит больше времени. Кроме того, проводка судов выполняется только в дневное время.
линкор «Missouri» в Панамском канале
В 1945 году была произведена уникальная операция по проводке через Панамский канал огромного «USS Missouri ».
размер судна Post-Panamax
В последнее время от термина «Panamax» образовались новые дефиниции - «Post-Panamax», «NeoPanamax». Супертанкеры, современные контейнеровозы и сухогрузы данного типа длиннее «Panamax» и не могут проходить по каналу. Также через Панамский канал не могут проходить и класса «Nimitz ». Таким образом, назрела настоятельная необходимость, особенно для Соединенных Штатов, очередной реконструкции Панамского канала. В связи с этим 22 октября 2006 года состоялся референдум среди панамских граждан, которые должны были высказать свое мнение по случаю расширения канала. Голосование получило положительные отзывы. Запланированная стоимость реконструкции, которая будет закончена в 2014 году, составит 5,3 миллиарда долларов США. Эта сумма будет возмещена в течение 11 лет.
сухогруз «SHIRANE» типа Post-Panamax
Уже скоро размеры судов «Panamax» будут иметь иные корабли. Новые шлюзы Панамского канала будут иметь параметры: длина - 427 м, ширина - 55 м, допустимая осадка судов - 18,3 м. После расширения, канал сможет принимать контейнеровозы с вместимостью до 12000 ДФЭ. Суда-контейнеровозы с такими параметрами уже получили названия «NeoPanamax».
размер судна Malaccamax
Термин «Malaccamax» относится к нефтеналивным танкерам, транспортирующим сырую нефть из районов Персидского залива в Китай через Малаккский пролив, соединяющий Индийский океан с Южно-Китайским морем. Ограничение вызвано определенными банками, где минимальная глубина составляет 25 метров.
танкер типа Malaccamax
Суда типа «Post-Malaccamax» с размерами большими, чем у «Malaccamax», вынуждены продолжить свой путь в Китай, обходя остров Яву с востока по более глубоководному проливу Ломбока.
контейнеровоз типа Post-Malaccamax
Самым же коротким морским путем для супертанкеров, идущих в Китай и Японию из Европы, Персидского залива и Индии станет скоро канал Кра, строящийся через территорию Малайзии на границе с Бирмой.
Как раз большинство супертанкеров и сухогрузов было построено с учетом прохода через Малаккский пролив. Суда размерами «Malaccamax» соответствуют типу танкеров VLCC.
Также наименование «Malaccamax» будет присвоено будущим контейнеровозам, длина которых будет составлять 470 м, ширина 60 м, осадка 20 м и дедвейтом 300000 тонн для перевозки 18000 контейнеров двадцатифутового эквивалента. Предполагается, что эти будут работать на вышеуказанном водном пути.
размер судна Capesize
Термином «Capesize» обозначаются грузовые суда, которые из-за своих больших размеров не в состоянии пройти через Суэцкий и Панамский каналы. На английском языке слово «cape» означает «мыс» (размер судна «Capesize» больше, чем «Panamax» и «Suezmax»). Таким образом, суда данного типа должны проходить вдоль мыса Доброй Надежды на юге Африканского континента или мыса Горн - самой южной точки материка Южная Америка.
рудовоз типа Capesize
Суда типа «Capesize», как правило, имеют дедвейт свыше 150000 тонн, поэтому основное количество судов данного размера составляют супертанкеры типа VLCC и ULCC, и крупнотоннажные рудовозы со средним дедвейтом 175000 тонн. Однако существуют рудовозы дедвейтом 400000 тонн. Чаще всего термин «Capesize» применяется для балкеров. Естественно, суда таких размеров обрабатываются на специализированных глубоководных терминалах. Экономический рост Китая с его большим спросом на сырье, привел к увеличению спроса на суда размером «Capesize».
РАЗМЕРЫ ТАНКЕРОВ
Нефтяные танкеры также имеют отдельную классификацию по размерам. В 1954 году компания «Shell Oil» разработала систему, по которой можно классифицировать танкеры по размерам, исходя из дедвейта судна:
От 10000 до 24999 тонн - танкер общего назначения;
- от 25000 до 44999 тонн - танкер средних размеров;
- от 45000 до 79999 тонн - танкер типа LR1;
- от 80000 до 159999 тонн - танкер типа LR2;
- от 160000 до 319999 тонн - очень большой танкер (Very Large Crude Carrier - VLCC);
- от 320000 до 549999 тонн - ультра (Ultra Large Crude Carrier - ULCC);
С изменением плотности воды, осадка судна изменяется. При этом с увеличением плотности воды осадка судна уменьшается и, наоборот, с уменьшением плотности осадка увеличивается. Изменение осадки судна от изменения плотности воды можно вычислить по формуле:
Величина, на которую уменьшается осадка судна при переходе из пресной воды в морскую воду с плотностью 1,025 т/м³, называется поправкой на пресную воду , и, как правило, измеряется в миллиметрах. Для каждого судна данная поправка указывается в Судовом свидетельстве о грузовой марке.
Грузовая марка, нанесенная на обоих бортах судна, показывает, какой минимальный надводный борт может иметь судно в морской воде с плотностью 1,025 т/м³. Когда судно грузится в порту с пресной водой, то грузовая марка может быть утоплена на величину равную поправке на пресную воду. При переходе в морскую воду с плотностью 1,025 т/м³ осадка судна уменьшится на величину этой поправки, и судно будет иметь осадку по грузовую марку.
При погрузке в порту, где плотность воды более 1.000 т/м³, но менее чем 1,025 т/м³. величина, на которую может быть утоплена грузовая марка называется поправкой к осадке на плотность воды (по-английски, Dock Water Allowance) и может быть рассчитана по формуле:
Поправка к осадке, рассчитанная по приведенной выше формуле, получается в сантиметрах.
Пример : Осадка судна по грузовую марку 6,25 м. Поправка на пресную воду составляет 255 мм. Плотность воды у причала 1,009 т/м³. Рассчитать, на какую величину может быть увеличена осадка с тем, чтобы с переходом в воду с плотностью 1,025 т/м³. судно имело осадку по грузовую марку.
Порядок вычислений:
1. Вычисляем, на сколько сантиметров может быть утоплена грузовая марка:
Грузовая марка может быть утоплена на 16 сантиметров.
2. Вычисляем среднюю осадку, на которую может быть погружено судно:
При определении весового водоизмещения судна по осадкам, если фактическая плотность воды, в которой находится судно, отличается от плотности воды, для которой рассчитаны грузовая шкала или гидростатические кривые, то поправку к водоизмещению на плотность воды находят по формуле:
Следует отметить, что при понижении или повышении температуры воды, ее плотность изменяется. Следовательно, если судно находится в пресной воде, то необходимо принимать во внимание ее температуру, так как при высокой температуре пресной воды ее плотность ниже 1,000 т/м³. Если этого не учитывать в расчетах, то разница между истинным и рассчитанным водоизмещением может быть весьма значительной.
Таблица плотности пресной воды при различных температурах:
| t°C | ρ, т/м³ | t°C | ρ, т/м³ | t°C | ρ, т/м³ |
| 0 | 0,99987 | 12 | 0,99952 | 24 | 0,99732 |
| 1 | 0,99993 | 13 | 0,99940 | 25 | 0,99707 |
| 2 | 0,99997 | 14 | 0,99927 | 26 | 0,99681 |
| 3 | 0,99999 | 15 | 0,99913 | 27 | 0,99654 |
| 4 | 1,00000 | 16 | 0,99897 | 28 | 0,99626 |
| 5 | 0,99999 | 17 | 0,99880 | 29 | 0,99597 |
| 6 | 0,99997 | 18 | 0,99862 | 30 | 0,99537 |
| 7 | 0,99993 | 19 | 0,99843 | 31 | 0,99537 |
| 8 | 0,99988 | 20 | 0,99823 | 32 | 0,99505 |
| 9 | 0,99981 | 21 | 0,99802 | 33 | 0,99472 |
| 10 | 0,99973 | 22 | 0,99780 | 34 | 0,99440 |
| 11 | 0,99963 | 23 | 0,99757 | 35 | 0,99406 |
Когда судно находится в морской воде, то поправку на температуру забортной воды не учитывают и необходимо руководствоваться только показаниями ареометра.
Ареометр (Densimeter) - это прибор для измерения плотности жидкости. Современные ареометры, как правило, стеклянные. Шкала измерения градуируется в кг/м³. Значение плотности жидкости считывают по делению шкалы, находящемуся на одном уровне с мениском жидкости, как указано на рисунке 1.
Для измерения используют емкость диаметром не менее 50 мм. Пробы забортной воды необходимо брать с обоих бортов в районе миделя с глубины равной половине осадки судна, как можно быстрее после снятия осадок.
Рис. 1: Определение плотности воды при помощи ареометра
Необходимо отметить, что таким же ареометром измеряют плотность воды в балластных танках, когда определяют количество груза по осадкам. Эта тема подробно рассмотрена в книге серии «Морская практика»: «Расчет массы груза по осадкам».
При переходе судна из глубоководного фарватера на мелководье возрастает волнообразование, увеличивается сопротивление и уменьшается скорость хода. На мелководье при достаточно большой скорости хода судно получит дифферент на корму, а около середины судна заметно понизится уровень воды- образуется большая впадина, где уменьшится сила поддержания. Поэтому судно может увеличить осадку по сравнению с осадкой на глубокой воде. Чем больше осадка судна, тем меньше зазор между корпусом и дном, а следовательно, относительно больше скорость потока воды под корпусом. Поэтому судно во время движения на мелководье будет подсасываться ко дну (как правило, кормой). Это явление особенно характерно для судов с плоскими днищами. Дополнительная осадка судна растет с увеличением скорости хода и может быть причиной повреждения корпуса или винтов при проходе через участок с малыми глубинами. Увеличение осадки во время движения по мелководью у некоторых типов судов доходит до 0,5 м .
В случае неожиданного подхода к мелкому месту носовая часть судна может резко «оттолкнуться» от него из-за внезапно возросшего сопротивления воды, а также потому, что перед носовой частью вода будет вытесняться на мелкое место, сталкивая судно на большую глубину.
Если судно идет по мелководью с переменной глубиной, то правильное направление движения судна приходится удерживать частым вращением штурвального колеса. Чем уже и мельче фарватер и чем быстрее движется судно, тем быстрее и беспорядочнее кормовые волны будут догонять судно, действуя на его корму неравномерно, то с одной, то с другой стороны. При этом все время меняется давление воды на перо руля. Описанные явления вызывают рыскливость судна, особенно при подходе о: глубокого места к мелкому. Это опаснее всего при расхождении со встречными судами, так как может вызвать постановку судна на мель, повреждение корпуса, столкновение судов.
Следовательно, на мелководном фарватере следует уменьшать ход, чтобы уменьшить дополнительную осадку и рыскливость судна и тем самым обеспечить большую безопасность движения и улучшить управляемость.
Глава XII . ВОЛНООБРАЗОВАНИЕ И ПРИСАСЫВАНИЕ ДВИЖУЩИХСЯ СУДОВ
ВОЛНООБРАЗОВАНИЕ
Судно при движении вытесняет воду, раздвигая ее перед собой. После прохода судна вода заполняет объем, освобождающийся за кормой. Преодолевая сопротивление воды, судно приводит ее частицы в колебательное движение, которое благодаря упругим свойствам поверхности воды распространяется в виде волн. Волнообразование различно и зависит в основном от размеров судна, обводов его корпуса, осадки, ширины и глубины фарватера. С ростом скорости движения судна размеры воли растут по закону квадрата скорости. На волнообразование, как уже говорилось, расходуется энергия движения.
С увеличением скорости движения водоизмещающегося судна уровень воды у носа заметно повышается, образуя систему носовых волн. Схема образования волн при движении водоизмещающегося небыстроходного судна на спокойной воде приведена на рис. 105. Вдоль бортов в средней части судна, следуемого в режиме плавания, уровень воды понижается, образуя впадину. В кормовой части судна уровень воды снова повышается, образуя систему кормовых волн.
Рис. 105. Схема образования волн при движении судна на спокойной воде А - носовые расходящиеся волны; Б - кормовые расходящиеся волны; В - кормовые поперечные волны
Носовые волны подразделяются на носовые расходящиеся и носовые поперечные волны.
Носовые расходящиеся волны, подобно усам, простираются от форштевня судна с обоих бортов. Фронт их расположен под углом около 40° к направлению движения, а середины находятся на прямых, составляющих угол около 20° с диаметральной плоскостью. Волны по длине являются короткими.
Носовые поперечные волны, перпендикулярные к направлению движения судна, зарождаются вместе с носовыми расходящимися волнами и распространяются между ними. Поперечные носовые волны движутся в направлении движения судна, постепенно увеличиваются по длине от носа к корме и уменьшаются по высоте.
Кормовые расходящиеся волны начинаются несколько впереди ахтерштевня с обоих бортов судна. Они меньше по размерам, чем носовые, и имеют такие же углы с направлением движения судна, как и носовые расходящиеся волны.
Кормовые поперечные или так называемые «спутные» волны начинаются там же, где и кормовые расходящиеся, но они более интенсивны, так как расположены за гребными винтами. По мере удаления от кормы, где они равны ширине судна, волны уменьшаются по высоте, но увеличиваются по длине.
С увеличением скорости движения увеличивается волнообразование. На мелководье длина расходящихся волн и угол между ними увеличивается и может составлять угол в 90° с диаметральной плоскостью судна. В зависимости от глубины фарватера с достижением судном определенной большой скорости расходящиеся волны совместно с поперечными волнами образуют мощную систему волн. Движущуюся вместе с судном в районе скулового образования или в районе кормы малых быстроходных судов и катеров волну называют одиночной волной или волной перемещения. Волна перемещения характерна для судов с тупыми скуловыми образованиями, а также буксирных судов, идущих без караванов.
Волнообразование зависит не только от скорости, но и от отношения между скоростью и длиной судна. Короткое судно вызывает большие волны при небольшой скорости, а длинному судну потребуется очень большая скорость, чтобы вызвать такие же волны. Между местами образования носовой и кормовой систем волн у оконечностей корпуса, в средней части бортов судна, образуются пониженные горизонты воды (впадина). По сравнению с нормальным горизонт воды во впадине понижается с увеличением волнообразования и уменьшением глубины фарватера. Таким образом, при движении судна полным ходом по всей длине корпуса располагаются три основные зоны влияния гидродинамических полей: две зоны повышенного давления, где действуют отталкивающие силы в носу и непосредственно около кормы, и зона пониженного давления по борту судна. Центром зоны пониженного давления у колесных судов являются впадины колес судна. У винтовых паротеплоходов зона пониженного давления несколько смещена к корме. Эта картина особенно хорошо видна при движении судна по фарватеру с малыми скоростями течения.
При проходе судна над мелью резко изменяется кормовая система волн, а первая поперечная волна увеличивается по высоте. Эта поперечная волна на мелководье называется придонной волной. Появление придонной волны за кормой судна сигнализирует о том, что глубина под килем судна уменьшается. Это используется для контроля правильности движения судна.
ПРИСАСЫВАНИЕ СУДОВ
В морской и особенно в речной практике известно много случаев столкновения судов при их расхождении на встрече или на обгоне при движении параллельными курсами на небольшом расстоянии друг от друга из-за увеличенной скорости и движения воды между их корпусами. В соответствии с уравнением Бернулли это увеличение скорости воды между судами ведет к уменьшению давления между ними по сравнению с давлением с наружных бортов. Возникает гидродинамическое притяжение судов на параллельных курсах, которое усиливается с ростом относительной скорости их движения. Такое явление называется присасыванием судов.
Присасывание судов возрастает с увеличением разницы в размерах корпуса и сильнее действует на судно меньшей массы.
Вероятность присасывания увеличивается с уменьшением расстояния между расходящимися судами и с увеличением их скорости. Присасывание зависит от формы судов. На рис. 106 показано взаимодействие между двумя одинаковыми судами, расходящимися на встречных курсах на близком расстоянии друг от друга. Оба судна одновинтовые, с винтами правого шага. Стрелками показано направление отклонения оконечностей судна в разных положениях судов по отношению одного к другому. В положении III на параллельных курсах совпадают гидродинамические поля со знаком минус, т. е. впадины, и суда могут присосаться друг к другу бортами. При этом у каждого из судов появляется крен в сторону другого судна.
Рис. 106.
Взаимодействие между судами, расходящимися на близком расстоянии друг от друга. Стрелками показано направление оконечностей судна
Крен объясняется понижением уровня воды между бортами из-за увеличения скоростей течения в промежутке между двумя судами по сравнению со скоростями течения относительно внешних бортов судов, где уровень выше.
Кроме того, присасывание зависит от взаимодействия систем волн, образованных судами. Взаимодействие систем волн является также причиной возникновения сил притяжения между судами, расходящимися на значительном расстоянии друг от друга.
Присасывание меньшего судна к большему увеличивается, если меньшее судно войдет в волновую зону волнообразования большего судна. По мере сокращения расстояния взаимодействие между судами растет. Поэтому для предупреждения столкновения судов при обгоне обгоняющее судно должно идти как можно дальше от обгоняемого, по возможности вне зоны волнообразования обгоняемого судна, которое в свою очередь должно снизить скорость хода для уменьшения волнообразования.
Присасывание резко сказывается при обгоне одиночно идущим судном буксируемых составов, баржи которых неожиданно получают рыскливость (рис. 107). Действию присасывания судов особенно подвержены мелкие суда при расхождении, при обгоне и при встрече с судами большего водоизмещения (рис. 108). Столкновение от присасывания наблюдается из-за лихачества судоводителей маломерных судов, нарушения ими элементарных правил обгона и расхождения.
Основные правила обгона и расхождения следующие:
1) при обгоне и расхождении суда должны проходить возможно дальше друг от друга;
2) на узких фарватерах, на реках, в каналах расходящиеся суда должны снижать скорость до самой малой;
Рис 107.
Действие идущего обгоняющего одиночного судна на буксирные суда: I - судно подходит к обгоняемым несамоходным судам; II - судно проходит мимо обгоняемых несамоходных судов
Рис. 108.
Подсасывание малого судна к большому
3) при первом признаке присасывания между двумя примерно одинаковыми по величине судами следует остановить ход.
Надо помнить, что при присасывании судно плохо слушается руля, если даже руль положен на борт.
В случае столкновения катеров бортами могут быть не только повреждения корпуса, но и падение людей за борт из-за внезапного толчка, увечья державших на планшире руки, стоявших на обносе и т. д;
4) обгон маломерным судном судна более крупного по водоизмещению должен происходить так, чтобы обгоняющее меньшее судно выходило на обгон, т. е. траверз ахтерштевня обгоняемого судна вне зоны кормового волнообразования его. Категорически запрещается маломерным судам обгонять большие суда из-под кормы их. Это ведет не только к потере управления, но и к опрокидыванию малого судна кормовой системой волн, подсасыванию его при сходе с кормовой системы волн обгоняемого судна во впадину его и т. д.
На судно, отшвартованное у берега, действуют волны от судов, движущихся в непосредственной близости по рейду, реке или каналу. Под действием присасывания и набегающих волн, движущихся в непосредственной близости по рейду, реке или каналу. Под действием присасывания и набегающих волн движущихся судов отшвартованное судно испытывает колебания, из-за которых могут лопнуть швартовные концы, упасть трапы, различные грузы и механизмы. Поэтому идущие мимо суда должны уменьшать ход.
Целесообразно выходить на обгон меньшим судном большего, предварительно выйдя из зоны волнообразования обгоняемого судна на расстоянии не меньшем, чем одна длина корпуса обгоняемого судна при достаточной ширине фарватера.
Обгон и расхождение при встрече моторным лодкам и катерам на подводных крыльях рекомендуется производить на водоизмещающемся режиме.
Следует помнить, что, оканчивая обгон, нужно держаться как можно дальше от носовой части обгоняемого судна; невыполнение этой рекомендации влечет за собой попадание обгоняющего судна под форштевень большего обгоняемого судна. Это может стать причиной гибели не только маломерного судна на внутренних водных путях, но и причиной гибели больших морских судов, обгоняющих еще большие корабли.
При движении судна по мелководью наблюдается увеличение осадки корпуса. Это явление называется просадкой .
Основной причиной возникновения просадки является уменьшение гидродинамических сил поддерживания корпуса судна вследствие увеличения скорости протекания потока между днищем судна и грунтом. Чем меньше расстояние от днища судна до дна и чем больше скорость движения судна, тем больше будет величина просадки (рис.8.3). Кроме того, скорость обтекания днища увеличивается и за счет работы движителей.
При малом запасе воды под днищем (когда < 1,2 ÷ 1,5) и движении судна с критической скоростью (V ) возможно не только касание грунта, но и кратковременное присасывание небольших судов ко дну.
Предположим, что при движении судна по глубокой воде (на рис.8.3 положение 1) поток встречной воды протекает под днищем корпуса со скоростью V о . При этом гидродинамическая сила поддержания судна Р о равномерно действует по всей площади днища и обеспечивает плавучесть судна с одинаковой осадкой носовой части и кормы (Т ко = Т но ). Когда судно начинает входить
Рис.8.3 Схема образования просадки судна.
на мелководье (положение П ), сопротивление воды в носовой части возрастает, а скорость протекания встречного потока под днищем V 1 увеличивается (V 1 > V о ). Вследствие этого гидродинамическая сила поддерживания корпуса Р 1 уменьшается и вызывает образование дифферента судна на корму (Т к1 > Т н1 ). При дальнейшем уменьшении запаса воды под корпусом движение судна (положение Ш ) сопровождается увеличением скорости протекания воды под днищем (V 2 > V 1 ) и уменьшением сил поддержания (Р 2 < Р 1 ). При этом дифферент судна на корму увеличивается (Т к2 > Т к1 ) и судно получает некоторое общее приращение осадки.
Дальнейшее движение судна в условиях минимальных глубин (положение 1V ) и с высокой скоростью характеризуется увеличением общего сопротивления воды движению судна R , образованием большой придонной волны у его кормы и максимальной общей просадкой судна. В этом случае общая осадка судна по миделю Т ср3 значительно превышает осадку судна при движении по глубокой воде Т ср0 .
Просадка ΔТ зависит от соотношения скорости V , осадки Т судна и глубины судового хода Н , а также от обводов корпуса судна. Она может быть определена методом натурных испытаний или расчетов.
Общее приращение осадки судна ΔТ (в м) при движении на мелководье рекомендуется определять для одиночных судов по формуле А.М.Полунина
ΔТ =(0,08 + 0,34 ) . (8.3)
V - скорость движения судна (состава), м/с;
Т – осадка, м;
h – глубина судового хода, м;
g – ускорение свободного падения тела, м/с 2 .
При отношении 1,4 приращение осадки удобно определять по формуле Г.И. Сухомела и В.М.Засса
ΔТ = mV 2 , (8.4)
где m – числовой коэффициент, зависящий от отношения длины судна L к ширине корпуса судна В (см.табл.8.1);
