Изменение просадки судна на мелководье

Образование одиночной волны понижает уровень поверхности воды у бортов судна, что вызывает опускание корпуса относительно поверхности воды и увеличение дифферента на корму. Это явление называется просадкой. Это вызвано тем, что на малых глубинах уменьшается площадь сечения потока воды между днищем судна и грунтом. В соответствии с уравнением неразрывности жидкости скорость течения потока жидкости обратно пропорциональна площади его сечения:

,

(4.3)

где – скорости потока;

– площади его сечения.

Поэтому при уменьшении площади сечения потока его скорость увеличивается. В соответствии с уравнением Бернулли увеличение скорости потока гидродинамическое давление на этом участке уменьшается. В связи с этим судно как бы проседает на мелководном участке.

В настоящее время существует много эмпирических зависимостей для определения величины динамической просадки судов. Можно отметить некоторые из них, получившие наиболее широкое применение.

Так для морских судов Г.И. Сухомелом было предложено расчетное выражение, определяющее зависимость просадки от скорости движения и соотношения длины и ширины судна. В дальнейшем предложенные зависимости были уточнены А.П. Ковалевым и получили следующий вид:

а) при соотношении

,

(4.4)

б) при соотношении

,

(4.5)

где – скорость судна, уз;

– коэффициент, выбираемый из табл. 4.1.

Таблица 4.1

Зависимость коэффициента k

от соотношения длины и ширины судна

L/B	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0
K	1,35	1,03	0,8	0,62	0,55	0,48

Предложенный К. Ремишем метод во многих источниках называют универсальным, поскольку позволяет определять просадку у судов как носом, так и кормой с учетом их геометрических обводов:

,

(4.6)

где – приращение осадки носом или кормой, м;

– коэффициент, зависящий от скорости хода;

– коэффициент, зависящий от формы корпуса.

Коэффициент рассчитывается по выражению:

,

(4.7)

где – критическая скорость для мелководья, определяемая по формуле:

.

(4.8)

Коэффициент отдельно для носовой части и для кормы определяется по выражениям:

(4.9)

Как видно из формулы (4.7), при проседание носа больше, чем проседание кормы, а при – больше проседание кормы. Также можно сделать вывод, что у судов с полными обводами и малым отношением (например, у крупнотоннажных танкеров или балкеров) больше проседает нос, в то время как у судов с острыми образованиями корпуса больше проседает корма.

Однако данный метод не может быть применен к речным судам, поскольку у них приращение осадки по корме всегда больше, хотя величина может быть больше, так и меньше 1.

В.П. Смирновым предложено расчетное выражение, которое позволяет также учитывать начальный дифферент морского судна:

.

(4.10)

Здесь – коэффициент пропорциональности (см.табл.4.2)

Таблица 4.2

	0,35	0,4	0,5	0,6	0,7	0,75	0,8	0,85
	0,0146	0,0156	0,0174	0,0201	0,0232	0,0250	0,0274	0,0296

– коэффициент пропорциональности, учитывающий длину судна. Его значения приведены в табл.4.3

Таблица 4.3

	до 100 м	100 – 150 м	более 150 м
		1,05	1,25

– коэффициент пропорциональности, учитывающий начальный дифферент на корму. Его значения приведены в табл. 4.4

Таблица 4.4

		1,0
	1,0	1,025	1,05

В. Г. Павленко предложен метод для определения приращения динамической просадки речных судов и толкаемых составов по корме:

,

(4.11)

где – числовой коэффициент:

для речных самоходных судов при водоизмещении менее 2000 т

;

(4.12)

для грузовых судов и составов водоизмещением более 2000 т

(4.13)

А. М. Полунин уточнил расчетные зависимости для судов средних размеров, эксплуатируемых в бассейнах сибирских рек:

для грузовых теплоходов

;

(4.14)

для пассажирских судов

.

(4.15)

Здесь и – числовые коэффициенты, определяемые по выражениям:

;

(4.16)

.

(4.17)

Данные расчетные зависимости справедливы для .

Анализ приведенных методов, проведенный М.Ю. Чуриным позволил выявить у них общий недостаток. Они не учитывают форму судовых обводов, которые несомненно оказывают влияние на величину динамической просадки. Им предложены расчетные формулы, устраняющие указанный недостаток:

,

(4.18)

где – отношение коэффициента полноты носовой и кормовой половин диаметрального батокса корпуса судна;

– число Фруда.

Выражение (4.16) позволяет определить приращение средней осадки судна. При расчете просадки по корме результат расчета следует увеличить на 20%.

Дополнительно им исследован вопрос изменения просадки судов смешанного «река-» плавания, прошедших реконструкцию в виде уменьшения длины цилиндрической вставки и укрепления корпуса для улучшения их мореходных качеств. В итоге установлено, что у данных судов приращение осадки по корме на мелководье больше на 30-45% по сравнению с судами базового проекта (рис.4.7).

Рис.4.7 График зависимости приращения динамической просадки по корме реконструированных судов при уменьшении длины, выраженной в процентах от первоначальной длины судна

Приведенная графическая зависимость хорошо аппроксимируется полиномной зависимостью:

,

(4.19)

где – приращение просадки по корме, выраженной в процентах от о просадки по корме судна базового проекта до реконструкции;

– уменьшение длины судна, выраженное в процентах от первоначальной длины.