На мелководье и ограниченном фарватере
Изменение глубины фарватера в сторону ее ухменьшения влияет на все составляющие полного сопротивления воды движению судна.
В основном увеличивается волновое сопротивление, частично возрастает вязкостное. В результате влияния относительно близкого грунта (дна фарватера) возрастают скорости обтекания вдоль внешней границы пограничного слоя судна, а также перепады давления вдоль поверхности судна и соответственно увеличиваются вязкостные составляющие сопротивления. При относительных глубинах фарватера Н/Т>4 изменение незначительно, однако при Н/Т = l,5÷2,0 вязкостное сопротивление может увеличиться на 10—15% по сравнению с его значением на глубокой воде.
Значительно более существенные изменения претерпевает картина волнообразования на мелководье, которая, как показывают наблюдения и теоретические исследования, определяется значением относительной скорости , где H — глубина фарватера в метрах. При скорости судна v (0,35÷0,4) характер волнообразования на мелководье практически не отличается от наблюдаемого в условиях неограниченной глубины (рис. 2.19). По мере дальнейшего увеличения скорости судна при данном отношении Н/Т длина поперечных волн, образуемых судном, а также и угол раствора фронта расходящихся волн постепенно увеличиваются. Это приводит к увеличению площади поверхности воды, покрытой волнами, и соответственно к увеличению волнового сопротивления. Наибольшей величины полное сопротивление движению судна достигает при так называемой критической скорости , когда носовая и кормовая системы судовых волн вырождаются в две поперечные (одиночные) волны, движущиеся вместе с судном. При малых значениях Н/Т эти волны, особенно носовая, имеют значительные амплитуды, и на их образование затрачивается много энергии.
Одновременно с образованием одиночных (спутных) волн по мере приближения к критической скорости возникает дифферент судна на корму и возрастает его средняя осадка, что при
малых H/T создает угрозу удара судна о дно водоема или даже временного «присоса» его к грунту. Примерный характер изменения дифферента и осадки судна иллюстрируют кривые, приведенные в нижней части рис. 2.19.
В закритической области одиночные носовая и кормовая волны разбиваются на веерообразные пучки расходящихся
волн, обращенных выпуклостью наружу. При этом площадь сектора, охваченного волнами, убывает с ростом скорости, сопротивление воды уменьшается и примерно при v =1,2 становится равным сопротивлению на глубокой воде. При дальнейшем увеличении скорости сопротивление на мелководье оказывается меньшим, чем на глубокой воде, что объясняется главным образом исчезновением поперечных волн, игравших основную роль в образовании волнового сопротивления.
Движение судна вдоль мелководного канала сопровождается явлениями, аналогичными тем процессам, которые наблюдаются при движении на мелководье неограниченной ширины; однако при стеснении фарватера стенками капала эти явления выражаются более резко и имеют дополнительные особенности. При движении судна в канале наблюдается не одна критическая скорость, а некоторая область критических скоростей от до которая сужается с увеличением ширины канала и в пределе обе критические скорости совпадают с критической скоростью на мелководье . При относительно малых скоростях v vi в районе расположения судна и на некотором расстоянии перед ним возникает течение воды в сторону, противоположную движению судна (встречный поток). Вследствие этого увеличиваются скорости обтекания корпуса судна и вязкостные составляющие сопротивления воды, а также происходят дополнительные потери энергии на трение встречного потока о ложе канала. Кроме того, уровень свободной - поверхности жидкости около судна понижается, и судно дифферентуется на корму. Это явление наиболее интенсивно при v = vi и малых отношениях Н/Т, когда возникает опасность касания днищем ложа канала.
Достижению первой критической скорости v1 сопутствует появление одиночных волн перед судном и за его кормой, движущихся с его скоростью и оказывающих вредное влияние на ложе канала и его берега. Сопротивление движению при этом резко возрастает. Поэтому скорость движения судов в каналах обычно ограничивают величиной порядка .
Увеличение скорости до второй критической v2 приводит к повышению уровня жидкости около судна и дальнейшему развитию спутных волн, но менее интенсивному повышению сопротивления, которое достигает максимума несколько раньше, чем на мелководье при неограниченной ширине фарватера.
В закритической области (при v v2) уровень воды в канале постепенно снижается до уровня невозмущенной свободной поверхности, дифферент судна и его всплытие постепенно убывают, а поперечные волны разбиваются на пучки расходящихся волн. Соответственно снижается и сопротивление движению судна до величины существенно меньшей сопротивления на мелководном фарватере неограниченной ширины.
Значения критических скоростей v1 и v2, а также скорости v3, соответствующей минимальному сопротивлению движению, зависят от отношений F¤/FK и Н/Т, формы сечения канала и обводов судна (где F¤/ —площадь мидель-шпангоута, Fк — площадь живого сечения канала).
Если судно движется вблизи одной из стенок канала, сопротивление воды возрастает и появляется поперечная сила, притягивающая судно к ближайшей стенке при или отталкивающая его при .