Влияние штормовых условий на мореходные качества судна

Основными факторами, действующими на судно во время шторма, являются ветер, волнение и качка.

Воздействие ветра на судно определяется его направлением и силой, формой и размерами площади парусности судна, расположением центра парусности, значениями осадки и дифферента.

Действие ветра в пределах курсовых углов 0 – 110⁰ вызывают потерю скорости, а при больших курсовых углах и силе ветра не свыше 3 -4 баллов – некоторое её приращение.

Действие ветра в пределах 30 – 120⁰ сопровождается дрейфом и ветровым креном.

Потеря скорости происходит в следствии того, что на движущееся судно действует кажущийся ветер, который связан с истинным следующим отношением:

( 14.1)

( 14.2)

Где W_И – скорость истинного ветра, м/с;

W – скорость кажущегося ветра, м/с;

V_С – скорость судна, м/с; α – угол дрейфа, град.;

q_Wи – курсовой угол истинного ветра, град.;

q_W – курсовой угол кажущегося ветра, град.

Удельное давление ветра на судно приближенно можно рассчитать

Р ≈ 0.008 W² ( Ураган W=40 – 50 м/с, Р ≈ 130 – 200 кгс/м² )

Полное давление ветра на судно или гидродинамическая сила будет равна:

А ≈ Р Q ( 14.3)

Так как ЦП по миделю не совпадает с Ц.Т., то аэродинамическая сила будет создавать кренящий момент:

М_КР = А_Y( Z_ЦП - ) ( 14.4)

Где Z_ЦП – аппликата центра парусности, м;

d_СР – средняя осадка судна, м.

Волнение моряоказывает наиболее существенное влияние на судно. Оно сопровождается действием на корпус значительных динамических нагрузок и качкой судна. При плавании на волнении увеличивается сопротивление корпуса судна и ухудшаются условия совместной работы винтов,

Рис. 14.1 . Элементы волны

корпуса и главных двигателей. В результате снижается скорость, увеличивается нагрузка па главные машины, повышается расход топлива и уменьшается дальность плавания судна. Форма и размеры волн характеризуются следующими элементами (рис.14.1 ):

— высота волны -h — расстояние по вертикали от вершины до подошвы волны;

— длина волны -λ — расстояние по горизонтали между двумя соседними гребнями или подошвами;

- период волныτ — промежуток времени, в течение которого волна проходит расстояние, равное своей длине ;

— скорость волны С— расстояние, проходимое волной в единицу времени.

По происхождению волны подразделяются на ветровые, приливо-отливные, анемобарические, волны землетрясения (цунами) и корабельные. Наиболее распространенными являются ветровые волны. Различают три типа волнения: ветровое, зыбь и смешанное. Ветровое волнение- развивающееся, оно находится под непосредственным воздействием ветра в отличие от зыби, представляющее собой инерционное волнение, или волнение, вызванное штормовым ветром, дующим в удаленном районе. Профиль ветровой волны не симметричен. Ее подветренный склон круче, чем наветренный. На вершинах ветровых волн образуются гребни, верхушки которых под дей­ствием ветра заваливаются, образуя пену (барашки), а при сильном ветре срываются. Направление ветра и направление ветровых волн в открытом море, как правило, совпадают или разнятся на 30—40°.

Размеры ветровых волн зависят от скорости ветра и продолжительности его воздействия, длины пути ветровых потоков над водной поверхностью и глубины данного района (табл.14.1).

Таблица 14.1

Максимальные значения элементов волн для глубокого моря (H/λ > 1/2)

Наиболее интенсивный рост волны наблюдается при отношении С/W<0,4-0,5. Дальнейшее увеличение этого отношения сопровождается уменьшением роста воле. По этому волны опасны не в момент наибольшего ветра, при последующем его ослаблении.

Для приближенных расчетов средней высоты волн установившегося океанского волнения пользуются формулами:

При ветре до 5 баллов h_СР ≈ 0.5 Б

При ветре свыше 5 баллов h_СР ≈ 0.1 Б²

где Б – сила ветра в баллах по шкале Бофорта.

В условиях развитого волнения имеет место интерференция отдельных волн (до 2% общего количества и более), которые достигают максимального развития и превышают среднюю высоту волн в два-три раза. Такие волны особенно опасны.

Наложение одной волновой системы на другую наиболее интенсивно происходит при изменении направления ветра, частом чередовании штормовых ветров и перед фронтом тропических циклонов.

Энергия волн развитого волнения исключительно велика. Для судна, лежащего в дрейфе, динамическое воздействие волн может быть определено из выражения р ≈ 0,1 τ² где τ — истинный период волны, сек.

Так, для периодов волн около 6—10 с величина Р может достигать внушительных значений (3,6—10 т/м²).

При движении корабля курсом против волны динамическое воздействие волн будет возрастать пропорционально квадрату скорости судна, выраженной в метрах в секунду.

Длина волны в метрах, скорость в метрах в секунду период в секундах связаны между собой следующими соотношениями:

λ = 1.56 τ² ( 14.5)

С = 1.25 √ λ ( 14.6)

τ = 0.8 √ λ ( 14.7)

Практически движущиеся судно встречает не истинный, а относительный (кажущийся)период волны τ', который определяется из выражения

( 14.8)