Практикой установлено, что на мелководье по сравнению с глубокой водой резко ухудшается устойчивость судна на курсе, повышается рыскливость; заметно ухудшается и поворотливость судов, кроме того, на мелководье резко уменьшаются углы дрейфа, угловая скорость поворота и соответственно увеличивается радиус установившейся циркуляции при одинаковых углах перекладки руля. Исследования показали, что ухудшение поворотливости на мелководье носит закономерный характер. Для определения
радиуса установившейся циркуляции на мелководье Rм может быть использована следующая зависимость:
, (1.8)
где R? — радиус установившейся циркуляции на глубокой воде, м.
Увеличение радиуса циркуляции, рассчитанное по формуле (7.8), приведено на рис. 1.1.
Отношение угловой скорости поворота на мелководье wм к угловой скорости на глубокой воде w? оказалось весьма стабильным для судов различных типов (рис. 1.2).
Для определения среднеквадратической погрешности тактического диаметра циркуляции Dт и выдвига l1 В. И. Нестеренко провел широкомасштабный натурный эксперимент на среднетоннажном судне, выполненный на глубокой воде и на мелководье. Среднеквадратическая погрешность составила 5 %, что свидетельствует о применимости формулы для морских судов. Можно рекомендовать судоводителям морских судов применять кривые (см. рис. 1.2) для корректировки циркуляции на глубокой воде в условиях мелководья.
|
|
|
| Рис. 1.1. Увеличение радиуса циркуляции на мелководье Rм по сравнению с радиусом циркуляции на глубокой воде R? |
Рис. 1.2. Влияние мелководья на величину относительной скорости поворота судна |
Для расчета выдвига l1 на мелководье можно применить зависимость
, (1.9)
где L — длина судна, м.
Расчеты показывают, что, например, для d/Н = 0,9 увеличение выдвига на мелководье по отношению к выдвигу на глубокой воде составляет 62 %, а при d/Н = 0,5 — около 17 %.
Как видно из приведенного анализа, количественное изменение параметров циркуляции на мелководье по сравнению с глубокой водой может быть существенным, и судоводитель обязан не только учитывать это при плавании в стесненных условиях, но и проверить эти параметры для своего судна.
Эта информация необходима и для разбора аварий, связанных со столкновением судов и посадкой на мель.
Уменьшение угла дрейфа на мелководье является благоприятным обстоятельством, поскольку оно позволяет увеличивать размеры судов для беспрепятственного прохождения лимитирующих поворотов. Снижение падения скорости на циркуляции в условиях мелководья объясняется резким уменьшением углов дрейфа.
При движении судна на мелководье основное влияние на его инерционно-тормозные характеристики оказывают три фактора: увеличение сопротивления воды, увеличение присоединенных масс и моментов инерции, изменение коэффициента влияния корпуса на движитель.
Увеличение сопротивления воды приводит не только к уменьшению инерционности судна, но и к снижению его начальной (установившейся) скорости при одинаковой частоте вращения винта.
Увеличение присоединенных масс и моментов инерции на мелководье увеличивает пропорционально инерционность судна и частично компенсирует влияние увеличения сопротивления воды. Кроме того, увеличение присоединенного момента оказывает стабилизирующее влияние на траекторию судна при свободном и активном торможении.
При движении на мелководье коэффициент упора винта по сравнению с глубокой водой увеличивается. Кроме того, на мелководье возникает необходимость снижения частоты вращения винта вследствие перегрузки двигателя.
Оценка влияния мелководья на инерционно-тормозные характеристики судна существенно зависит от того, при каких начальных условиях производить сравнение. Если сравнивать тормозные пути при одинаковых режимах движения, то тормозные пути на мелководье будут меньше аналогичных на глубокой воде на 20–30 %. Однако соотношение существенно изменится, если сравнивать тормозные пути при одинаковых начальных скоростях. Эксперименты, проведенные на среднетоннажном судне, показали, что сокращение тормозного пути на глубине 8 м при маневре с полного маневренного хода на полный задний составляет 33 %, однако это происходит в основном из-за снижения скорости на мелководье при том же режиме движения с 12,9 до 11,1 уз. Реальное сокращение тормозного пути со скорости 11,1 уз составило 4,4 %, т. е. логично, что более правильно сопоставлять для практических целей инерционно-тормозные свойства при одинаковых начальных скоростях на глубокой воде и мелководье.
|
Рис. 1.3. Относительное |
Результаты моделирования, подтвержденные натурными наблюдениями, показывают, что выбег судна Sв при свободном торможении на мелководье всегда меньше, чем на глубокой воде. На рис. 1.3 приведены значения среднеквадратической погрешности dSв(V) = (Sв? – Sвм)/ Sв? в зависимости от соотношения глубины и осадки H/d и числа Фруда по глубине FrH = V/ . Как видно из рис. 1.3, dSв значимо только на предельном мелководье и больших скоростях. Практически во всем диапазоне dSв ? 10 %, т. е. сопоставимо с точностью определения инерционно-тормозных характеристик согласно НШС.
При активном торможении на мелководье возможно как относительное сокращение тормозного пути, так и его увеличение по сравнению с той же начальной скоростью на глубокой воде. На рис. 1.4 приведены dSт, при активном торможении на предельном мелководье Н/Т = 1,25 в зависимости от FrH и соотношения между упором винта на задний ход и сопротивлением воды в начале торможения k = Рз.х. / Rн. При больших начальных скоростях, когда FrH ? 0,5 и k < 1?1,2, тормозные пути сокращаются на 2–10 %. При торможении с малых начальных скоростей (Frн ? 0,4) реверсом при полном или среднем заднем ходе (k > 3) тормозные пути на предельном мелководье на 2–6 % больше, чем на глубокой воде. Однако абсолютное значение этого увеличения пренебрежимо мало и ниже точности экспериментального определения Sт.
|
Рис. 7.4. Относительное изменение |
Учитывая результаты моделирования и экспериментальных проверок, можно признать нецелесообразным создание специальной дополнительной информации по учету влияния мелководья па инерционно-тормозные характеристики судна. При плавании на мелководье следует использовать имеющуюся на судне основную информацию, интерполируя значение выбега и тормозного пути между соседними графиками на фактическую скорость судна на мелководье. Для удобства интерполяции можно модернизировать вид основной информации, имеющейся на судне в соответствии с требованиями ИМО и НШС. Указанные требования не определяют горизонтальное расстояние между соседними графиками. В обычной практике эти расстояния делают равными. Если расстояния между линиями движения судов сделать не равными, как это принято, а пропорциональными lnVн при свободном торможении и пропорциональными при активном торможении и оцифровать горизонтальную шкалу в узлах, то имеется возможность практически использования линейной интерполяции S(V) для всех промежуточных значений начальных скоростей.