СУЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ДВИЖЕНИИ СУДНА В УЗКОСТИ И НА МЕЛКОВОДЬЕ

Сопротивление воды движению судна складывается из трех составляющих:
• сопротивления трения;
• формы;
• волнового сопротивления.

Сопротивление трения зависит от площади смоченной поверхности корпуса и его шероховатости. Сопротивление формы зависит от обводов корпуса. Волновое сопротивление связано по своей природе с образованием судовых волн, возникающих при взаимодействии корпуса с окружающей его водой.

Судовые волны состоят из двух систем волн: у форштевня развивается носовая, у ахтерштевня — кормовая система волн. Каждая из них состоит из расходящихся и поперечных волн.

Рис. 5.4. Волнообразование на мелководье

Расходящиеся волны имеют короткий фронт и располагаются уступом. Кормовые расходящиеся волны меньше носовых и на глубокой воде едва заметны. Поперечные волны располагаются фронтом поперек судна и не выходят за пределы расходящихся волн. Их высота убывает от носа к корме. Носовая волна начинается гребнем, расположенным сразу за форштевнем. Первая кормовая волна всегда начинается впадиной, захватывающей кормовую оконечность. Поэтому в носовой части судна давление будет больше, чем в кормовой. За счет разницы этих давлений и образуется волновое сопротивление. С выходом судна на мелководье и уменьшением запаса воды под килем изменяется система образования судовых волн, что сказывается на ходовых качествах судов, их осадке и управляемости. При этом быстро начинает возрастать волновое сопротивление. Объясняется это тем, что когда отношение глубины Н к длине волны λ мало, скорость распространения волн с небольшой амплитудой имеет предел V — критическую скорость. Судовые волны как раз и относятся к этой категории волн. Скорость их распространения не может превышать критической:

где g — ускорение свободного падения.

Рис. 5.5. Распределение давления воды вдоль корпуса судна

Закономерность изменения волнового сопротивления от глубины принято ставить в зависимость от двух безразмерных величин: относительной скорости Fr (число Фруда) и отношения глубины к осадке судна (Н_гл/d):

где V_с— скорость судна, м/с.

При малых значениях относительной скорости характер роста волнового сопротивления на глубокой воде (R∞) и на мелководье (R_H ) примерно одинаков. При достижении судном относительной скорости Fr = 0,4и дальнейшем ее увеличении характер волнообразования начинает изменяться. Эти изменения проявляются при глубинах

Рис.5.5.1 Изменение сопротивления воды движению судна на мелководье

По мере увеличения скорости судна угол растворения расходящихся волн начинает увеличиваться, а поперечные волны растут по высоте и длине. При достижении критической скорости поперечные волны сливаются с расходящимися, и под углом 90° к диаметральной плоскости образуется одиночная волна. Судно как бы толкает массы воды по ходу своего следования, сопротивление воды движению резко возрастает, скорость уменьшается (на 20-30 %). Этот процесс протекает тем интенсивнее, чем меньше относительная глубина, что объясняется увеличением сопротивления трения из-за уменьшения расстояния между корпусом судна и грунтом.

Мощная поперечная волна, образующаяся при достижении судном скорости, близкой к критической, не подчиняется теории волн относительно малой амплитуды, и скорость ее дальнейшего движения уже не зависит от скорости судна. Эта волна (спутная волна) может самостоятельно перемещаться на очень большие расстояния со скоростью, при которой она образовалась.