Влияние мелководья на работу двигателя

Поскольку с ростом волнообразования растет и сопротивление воды движению, то судовые двигатели начинают работать с перегрузкой. Это приводит к росту коэффициента нагрузки движителя и, как следствие, к снижению его коэффициента полезного действия по сравнению с режимом на глубокой воде. При этом пропульсивный коэффициент может резко снизиться на 30-50%. Такое снижении оказывается тем более заметным, чем ближе скорость судна к ее критическому значению для данной глубины. Очевидно, что повышение скорости до значений нецелесообразно, так как при этом повышение мощности силовой установки (числа оборотов движителя) практически не увеличивает скорость движения. Поэтому целесообразно снижать соответствующим образом частоту вращения движителей и тем самым нагрузку по мощности главных двигателей. При этом при сравнительно небольшой потере в скорости судна достигается заметная (до 15- 20%) экономия топлива.

Потерю скорости на мелководье для морских судов при плавании в зоне докритических скоростей можно приближенно рассчитать по эмпирической формуле С.И. Демина:

.

(4.20)

Потеря скорости по формуле (4.18) должна получаться со знаком «минус», если же расчет дает положительный результат, то потерю скорости считают равной нулю.

Для речных судов и составов скорость на мелководье Л.И. Фомкинским предложено определять по формуле:

,

(4.21)

где – скорость на глубокой воде;

– коэффициент влияния мелководья.

Значение коэффициента определяется из рис 4.8.

Рис.4.8 График для определения коэффициента потери скорости движения судов и составов на мелководье

На рис.4.8 указан порядок пользования им. Для толкаемых составов графическое значение коэффициента умножается на 1,03 при счале судов в кильватер, и на 1,06 – при пыжевом счале.

Изменение маневренных характеристик судов

На мелководье

Влияние ограниченности судового хода на параметры движения судна проявляется в основном через изменение гидродинамических характеристик и присоединенных масс судна. Влияние мелководья на работу движительно-рулевого комплекса (ДРК) в настоящее время изучено недостаточно. Имеющиеся в научной литературе отдельные экспериментальные исследования по этому вопросу позволяют лишь предполагать, что мелководье влияет на боковые силы ДРК гораздо слабее, чем на корпусные силы и моменты. А.Д. Гофман пишет более конкретно, что ограничение фарватера на характеристики ДРК водоизмещающих судов практического влияния не оказывает.

В тоже время практикой установлено, что на мелководье по сравнению с глубокой водой резко ухудшается устойчивость судна на курсе, повышается рыскливость. Заметно ухудшается и поворотливость. Кроме того, резко уменьшается угол дрейфа, угловая скорость поворота и соответственно увеличивается радиус установившейся циркуляции при одинаковых углах перекладки рулевых органов.

Для определения радиуса установившейся циркуляции на мелководье может быть использована следующая зависимость, предложенная А.Д. Гофманом:

,

(4.22)

где – радиус установившейся циркуляции на глубокой воде, м.

Увеличение радиуса циркуляции, рассчитанное по формуле (4.20), приведено на рис. 4.9.

Рис.4.9. Изменение радиуса циркуляции на мелководье

Величину выдвига на мелководье можно определить по формуле:

.

(4.23)

Расчеты показывают, что, например, для увеличение выдвига на мелководье по отношению к выдвигу на глубокой воде составляет 60%, а при – около 10%.

Уменьшение угла дрейфа объясняется тем обстоятельством, что на мелководье резко возрастает поперечная составляющая гидродинамической силы на корпусе, которая уравновешивается центробежной силой инерции масс судна, неизменной при циркуляции заданного радиуса.

Для расчета линейной скорости речных судов и толкаемых составов на циркуляции в условиях мелководья А.Д. Гофманом предложено следующее выражение:

.

(4.24)

Здесь – скорость судна на прямом курсе.

Формула справедлива при .

Оценка влияния мелководья на инерционные характеристики судна существенно зависит от того, при каких начальных условиях производить сравнение. Если сравнивать путь торможения судна при одинаковом режиме движения (частоте вращения движителей), то тормозной путь на мелководье будет меньше, чем на глубокой воде на 20 – 30%. Однако, это соотношение существенно изменится, если это сравнение проводить при одинаковых скоростях движения. В этом случае разница значений пути торможения на глубокой воде и на мелководье не превышает 5%. Это объясняется тем, что несмотря на повышение гидродинамического сопротивления воды на мелководье, рост присоединенной массы воды увеличивает силы инерции судна. Поэтому при прочих равных условиях на мелководье тормозной путь судна как при пассивном, так и при активном торможении увеличиваются. Этому способствует также снижение пропульсивных качеств гребного винта при работе на задний ход в условиях мелководья.

Исходя из того, что одинаковое значение величины сопротивления воды движению судна при заданной частоте вращения движителей на глубокой воде и на мелководье достигаются при различных скоростях, П.Н. Токаревым разработана методика определения величины падения линейной скорости для речных и смешанного «река-море» судов при движении по фарватеру ограниченной глубины. Суть ее заключается в следующем. Для заданных путевых условий определяется вспомогательный коэффициент по формуле:

.

(4.25)

По полученному коэффициенту определяется величина падения скорости по выражению:

.

(4.26)

Зная величину падения скорости определяется поправочный коэффициент на путевые условия :

.

(4.27)

Путь торможения на мелководье определится по выражению:

,

(4.28)

где – путь торможения на глубокой воде.

Для ускорения расчетов можно использовать вспомогательный график (рис.4.10)

Рис.4.10. График для определения величины падения скорости на мелководье