При движении судов происходит изменение их положения на плаву по отношению к свободной поверхности и дну водоема. Существенное изменение посадки (просадки судна) наблюдается в условиях мелководья, в каналах, реках и других ограниченных по глубине акваториях.
Аналитический метод расчета посадки судна на ходу в условиях глубокой воды был разработан Ю. Н. Поповым. Удовлетворительное соответствие результатов теоретического расчета, основанного на использовании линейной теории волн, с экспериментом получается в том случае, если изменение средней осадки и угла дифферента рассматривается как сумма двух составляющих, одна из которых вызывается действием гидродинамической вертикальной силы или соответственно дифферентующего момента, а другая — перераспределением погруженного объема из-за волнообразования. В этом случае:
, (1.10)
где Dd — изменение средней осадки судна на ходу, м;
y — угол дифферента судна на ходу, град;
Ddд — изменение средней осадки судна от действия гидродинамической вертикальной силы, м;
Dyд — изменения угла дифферента под действием гидродинамического дифферентующего момента, град;
Ddв, Dyв — соответственно изменение средней осадки и угла дифферента из-за волнообразования.
Расчеты просадки судов на мелководье, если брать за основу выражения (7.10), чрезвычайно трудоемки.
При сравнительно малых докритических скоростях движения судна на мелководье, каналах, реках снижается роль собственного волнообразования судна. Перераспределение погруженного объема судна на ходу может быть приближенно объяснено изменением уровня свободной поверхности воды из-за наличия стесненности фарватера.
Приращение осадки судна при движении по мелководью в общем случае объясняется уменьшением гидростатического давления воды под днищем корпуса судна. Это уменьшение является следствием увеличения скорости обтекания днища водой из-за стесненности потока, понижения уровня воды у бортов, а также условий волнообразования у движущегося судна. Работающие гребные винты также влияют на просадку судна.
Вопросом приращения осадки при движении судна в стесненных условиях занимались многие российские и зарубежные исследователи. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработано большое количество методов и эмпирических зависимостей для определения просадки судна в различных условиях плавания и конструктивных особенностей судов. Наиболее общее решение имеет так называемый классический метод. Этот метод основывается на непосредственном применении закона Бернулли и закона неразрывности жидкости. Модифицируя уравнение Бернулли и принимая во внимание, что величину давления р можно выразить высотой водяного столба над условным уровнем Н, уравнение Бернулли примет вид
, (1.11)
где Н — глубина, м;
U — скорость потока воды, омывающего судно, называемая скоростью встречного потока, м/с;
g — ускорение свободного падения, м/с2.
При сравнительно малых докритических скоростях движения снижается роль собственного волнообразования судна, и, как указывалось выше, перераспределение погруженного объема судна на ходу может быть приближенно объяснено изменением свободной поверхности воды из-за наличия стесненности фарватера.
Рассмотрим случай движения судна в канале. Движение его в соответствии с уравнением Бернулли приводит к увеличению скорости движения воды вдоль корпуса судна, а это приводит к понижению зеркальной поверхности воды (глубины Н).
Для этого случая можно написать
, (1.12)
где Н0 –– глубина в канале, не возмущенном проходом судна, м;
Нх — глубина в канале в момент прохода судна, измеренная посредине длины судна, м;
V — скорость судна, м/с.
После преобразования, обозначив получаем величину понижения зеркальной поверхности воды (просадку судна):
. (1.13)