Определение проходной осадки судна

ПЛАВАНИЕ НА МЕЛКОВОДЬЕ И В УЗКОСТЯХ

Определение проходной осадки судна

Движение судна на мелководье существенно отличается от условий плавания на глубокой воде. Это связано с перераспределением гидродинамических давлений на корпусе судна из-за:

1) изменения структуры волнообразования;

2) уменьшения проходного сечения для тока жидкости из-за наличия дна;

3) уменьшения проходного сечения для тока жидкости из-за наличия внешних стенок (при плавании в каналах);

4) изменения характера работы вито-рулевого комплекса и др.

Теоретические исследования изменения поля давлений и гидродинамических сил, действующих на корпус судна при движении в условиях мелководья и стесненного фарватера делятся на два направления:

- гидравлическое;

- гидродинамическое.

В соответствии с первым направлением, которое развивается уже более 80 лет используется физическая модель движения судна, которая дает возможность получить приближенное решение задачи путем применения уравнения Бернулли совместно с уравнением неразрывности жидкости.

Пусть судно движется с постоянной скоростью V по мелководному участку параллельно стенкам канала (пролива). Жидкость считается идеальной и несжимаемой, а ее возмущенное движение – потенциальным.

Введем и рассмотрим прямоугольную систему координат Оxyz, жестко связанную с судном, начало которой находится в точке пересечения плоскости мидель-шпангоута, диаметральной плоскости и плоскости действующей ватерлинии судна.

Обратим движение, наложив на судно равномерный поток, движущийся со скоростью V в отрицательном направлении оси Х.

В соответствии с уравнением Бернулли, полная энергия материальной частицы движущейся жидкости М_i есть величина постоянная и определяется выражением:

, (1.)

В соответствии с уравнением неразрывности для установившегося одномерного движения идеальной жидкости количество жидкости перетекающей через сечения S₀ и S₁ за время Δt есть величина постоянная и которая определяется выражением:

. (2.)

Определяя из выражения (2.) значение скорости V₁ после подстановки значения V₁ в уравнение (1.), получим:

, (3.)

с учетом подстановки преобразуем уравнение (3.) к виду:

. (4.)

Левая часть выражения (4.) определяет величину динамической просадки судна из-за уменьшения сечения S₁ для тока жидкости.

Анализируя выражение (4.) необходимо отметить, что величина динамической просадки какой-либо точки судна или рассматриваемого сечения корпуса судна, квадратично зависит от скорости движения и соотношения площадей сечения , через которые осуществляется ток жидкости.

В первом приближении конфигурацию, размеры и границы сечений можно связать с такими параметрами как:

- глубина водной акватории H;

- ширина судна В_с;

- ширина канала В_к;

- статическая осадка судна на глубокой воде d_гл и др.

Анализируя работы по исследованию гидравлических процессов [15], следует отметить, что методы основаны на рассмотрении одномерного течения идеальной жидкости базируются на ряде существенных упрощающих допущений. Так в вышеприведенном примере к таким допущениям следует отнести:

1) неучет влияния свободной поверхности;

2) неучет влияния системы волнообразования;

3) отсутствие строгой теории по учету формы корпуса;

4) потенциальное движение идеальной жидкости и др.

В работе [20], на основе обобщения различных методик по определению величины просадки, предлагается простая зависимость для определения безопасного запаса воды под килем:

, (5.)

где

		–	безопасная глубина, м;
		–	средняя осадка по действующей ватерлинии, м;
		–	суммарный запас глубины, м;
		–	навигационный запас глубины, м;
		–	креновой запас глубины, м;
		–	волновой запас глубины, м;
		–	скоростной запас глубины, м.

В результате обобщения различных формул, графиков, номограмм, рассчитаны коэффициенты аппроксимации с использованием метода наименьших квадратов

, (6.)

, , , .

где		–	длина судна, м;
	B	–	ширина судна, м;
	Q	–	угол крена, град;
	h	–	высота волны, м;
	V	–	скорость судна, уз

На рис. 1 представлены графики величины просадки судна в зависимости от длины корпуса судна и скорости установившегося движения.

Анализ показывает, что для диапазона длин 250-300 м и скоростей движения 9-11 уз – величина просадки находится в пределах от 1,8 до 2,5 метров.

Рис. 1. Максимальная просадка судна

просадка, м
	скорость, уз

Рис. 2. Величина просадки судна по зарубежным методикам

На рис. 2. представлены расчеты величины просадки по некоторым зарубежным методикам. В качестве расчетного принято судно с размерениями: L = 250 м, Т=18 м, Н = 26 м.

Анализ рис. 2. показывает, что для диапазона скоростей 10-11 уз, величина просадки находится в пределах 0,7-1,7 метра.