гидродинамическое взаимодействие между движущимися судами и его учет при маневрировании
Гидродинамическое взаимодействие расходящихся судов
При расхождении на небольших траверзных расстояниях двух судов возникает опасная навигационная ситуация.
В этом случае возникают дополнительные внешние силы, обусловленные гидродинамическим воздействием корпусов.
В результате суда могут потерять управляемость и может произойти их столкновение.
В зависимости от сочетания различных факторов и взаимного положения судов может происходить как «притяжение», так и «отталкивание» судов.
Расхождение судов в узком канале
При сближении судов на контркурсах под влиянием областей повышенного давления носовые оконечности будут отталкиваться.
Когда форштевни разойдутся, массы воды устремятся в области пониженного давления, увлекая за собой носовые оконечности. Это наиболее опасный момент расхождения, и для предотвращения столкновений суда должны быть одержаны.
Когда суда выходят на траверз друг друга, они начинают притягиваться.
Гидродинамическое взаимодействие судов при обгоне
Такой же процесс отталкивания и притягивания наблюдается при обгоне. Однако из-за более длительного взаимодействия гидродинамических полей опасность столкновения при обгоне выше. При движении на обгон происходит резкое увеличение просадки обоих судов.
Для уменьшения явлений отталкивания и притягивания при расхождении скорость судов не должна превышать 0,5 – 0,6 от значений критической скорости, а расстояние между судами должно быть не менее тройной, а при обгоне шестикратной ширины меньшего по размеру судна.
Гидродинамическое взаимодействие между судами при расхождении и обгонах
Физическая сущность явления гидродинамического взаимодействия двух судовых корпусов (рис. 10.11) принципиально может быть изложена следующим образом.
Из гидромеханики известно, что в идеальной жидкости вдоль линии потока выполняется закон сохранения энергии, который записывается в виде уравнения Бернулли,
где р — давление в произвольной точке линии тока. Па;
Предположим, что два одинаковых судна движутся в идеальной (невязкой) жидкости параллельно с одинаковой скоростью при расстоянии между бортами. Этот случай равносилен гидромеханически случаю обращенного движения, когда оба судна неподвижны, а на них набегает однородный поток жидкости, имеющий на бесконечном удалении от судов скорость и0.
Применим уравнение Бернулли к линиям потока жидкости, обтекающим корпус рассматриваемого судна /. Для линии тока АВ:
Поскольку корпус судна обладает определенными размерами, а жидкость неразрывна, то скорости частиц жидкости в точке С вблизи борта судна будут больше, чем в точке А на удалении от судна. Таким образом, в точке С давление будет понижено по сравнению с давлением на удалении от судна, т.е. возникает разрежение.
В точке потока В, расположенной на стороне борга судна, обращенного к судну-партнеру 2, поток жидкости имеет скорость ив, которая больше скорости ис, поскольку между корпусами судов поток поднимается. Следовательно, разрежение со стороны борта, обращенного к судну-партнеру, будет еще большим. За счет перепада давления на внешнем и внутреннем бортах на корпус судна будет действовать поперечная гидродинамическая сила присасывания. В случае, если кор-
Возникновение сил присасывания при обтекании двух судовых корпусов однородным потоком жидкости:
пус судна обладает заметной несимметрией относительно миделя, то поперечная сила присасывания Уг может быть приложена на некотором отстоянии от центра тяжести, так что на корпус судна будет действовать момент зарыскивания Мг определенного знака.
Качественная картина гидродинамического взаимодействия двух одинаковых судов при обгоне (рис. 10.12, а) следующая. Из судовой гидромеханики известно, что при движении судна давление в его носовой оконечности повышено (на рисунке помечено двумя знаками «+») по сравнению с давлением в кормовой оконечности (один «+»). В средней части давление понижено (два знака «—»).
При подходе носовой оконечности обгоняющего судна / к корме обгоняемого судна 2 за счет разности давлений в оконечностях судов на обгоняющее судно / действует поперечная сила присасывания, которая создает гидродинамический момент, стремящийся развернуть нос обгоняющего судна в сторону обгоняемого судна. На обгоняемое судно в этот момент действует также сила присасывания, которая приложена к корме и стремится развернуть корму обгоняемого судна 2 в сторону борта обгоняющего судна 1.
После того как мидель обгоняющего судна проходит траверз миделя обгоняемого судна (рис. 10.12,6), направление действия моментов на суда изменяется, а направление поперечных сил сохраняется.
При встречном движении (рис. 10.13) в начальный момент при выходе носовых оконечностей на общий траверз зоны повышенного давления обоих судов взаимодействуют одна с другой (рис. 10.13, а), в результате чего на суда действуют поперечные расталкивающие силы Уг 0 и моменты зарыскивания М,>0, стремящиеся развернуть суда носовыми оконечностями в сторону друг друга. После того как мидель
судна / проходит траверз миделя судна 2, картина вновь меняется, поскольку взаимодействуют зоны повышенного давления в кормовой оконечности судна / с зоной пониженного давления в средней части судна 2 (рис. 10.13, в). В этот момент на суда действуют силы присасывания К,>0, создающие моменты, которые стремятся сблизить кормовые оконечности. При выходе кормы судна / на траверз кормы судна 2 будут взаимодействовать зоны повышенного давления кормовых оконечностей. В результате на кормовые оконечности судов будут действовать расталкивающие силы Уг 
Таким образом, в процессе встреч и обгонов судов характер действия гидродинамических усилий непрерывно изменяется, что влечет за собой соответствующие трудности в управлении судами. Необходимо подчеркнуть, что рассмотренная качественная картина гидродинамического взаимодействия судов является сугубо схематичной. В реальных условиях взаимодействие судов может иметь еще более сложный характер, что объясняется взаимодействием волновых систем расходящихся судов, наличием углов дрейфа, влиянием ограничений фарватера по глубине и ширине и т. д. В последнее десятилетие вопрос о гидродинамическом взаимодействии судов изучен достаточно полно для скоростей хода, соответствующих числам Фруда, при которых волнообразование, создаваемое судовым корпусом, незначительно (Рг
Гидродинамическое взаимодействие между движущимися судами и его учет при маневрировании
Морской практике известно значительное количество столкновений, которые произошли из-за гидродинамического взаимодействия между судами на малых (траверзных) расстояниях и при плавании в каналах. Маневрирование в каналах и узкостях подразделяется на:
• расхождение на встречных курсах;
• взаимодействие судов при обгоне;
• взаимодействие судов со стенками каналов.
Взаимодействие судов при встречном расхождении схематично выглядит следующим образом:
I. Под влиянием областей повышенного давления обоих судов их носовые части будут стремиться отклониться в разные стороны.
II. Самый опасный момент в ситуации – массы воды от носовых оконечностей устремляются к области пониженного давления и увлекают за собой носовые части обоих судов.
III. В этой ситуации в узком пространстве между бортами скорость V воды увеличивается, давление будет меньше, чем со стороны наружных бортов. Суда будут стремиться сблизиться бортами.
IV. В этой ситуации кормовые части будут находиться напротив областей пониженного давления и будут стремиться друг к другу.
V. Повышенное давление в кормовых оконечностях обоих судов будет их взаимно отталкивать, стремясь отвести друг от друга.
Такое взаимодействие судов проявляется сильнее при расхождении судов на больших скоростях и на малых расстояниях между ними. Большему влиянию подвергается меньшее из встречных судов.
Взаимодействие судов при обгоне схематически выглядит так:
I. Судно А приближается к судну Б. Когда носовая часть судна А приблизится к корме судна Б, тогда за счет разности давлений в оконечностях нос судна А и корма судна Б будут сближаться.
II. В этом случае наблюдается боковое смещение судов или присасывание вследствие того, что гидродинамические силы сохраняют свое направление, а точки их приложения смещаются ближе к миделю.
III. Судно А кормовой частью приблизилось к носовой части судна Б, за счет разности давлений в оконечностях нос судна Б и корма судна А будут стремиться сблизиться.
В целях безопасности расхождения судов на малых (траверзных) расстояниях рекомендуется снижать скорость движения. Необходимо также иметь расстояние между бортами судов не менее 3В меньшего из судов (встречное расхождение) и 6В для обгона.
В каналах влияние сил отталкивания и присасывания особенно ощутимо, т. к. не только затрудняется перетекание воды под днищем, но и возникает дополнительное сопротивление со стороны обоих берегов свободному обтеканию водой судна.
При увеличении скорости движения судна до определенного предела наступает момент, когда вода не успевает обтекать корпус, отчего ее большие массы в виде волны идут впереди носовой части. Наступает эффект «насыщения». Скорость, при которой наступает этот эффект, называется критической скоростью плавания в канале Vкр, которая зависит от соотношения между площадью поперечного сечения канала и площадью поперечного сечения подводной части мидель-шпангоута.
Взаимодействие судов со стенками каналов при встречном расхождении схематично выглядит следующим образом:
I. Когда до встречного судна остается 2–3 длины корпуса, оба судна уменьшают скорость до минимальной, достаточной для удержания на курсе, кладут руль право на борт и выходят ближе к кромке канала. Приближаться раньше к кромке канала нельзя, т. к. удерживать судно вплотную к бровке длительное время трудно.
II. Когда форштевни судов поравняются, руль перекладывают влево, чтобы отвести корму и увеличивают вращение винта. Суда огибают друг друга, совершая плавный поворот влево.
III. Когда носовая часть подходит к миделю другого судна, руль перекладывают вправо, чтобы нейтрализовать движение кормы к бровке канала. Под влиянием взаимодействия гидродинамических сил между судами, судами и берегом оба судна стремятся развернуться влево. Следует контролировать движение судов, но не препятствовать их плавному развороту влево.
IV. Как только оба судна разойдутся чисто, под действием гидродинамических сил оба судна будут стремиться выйти на ось канала. Движению необходимо помогать рулем и при выходе на ось канала задержать судно на заданном курсе.
V. Если одно из судов (Б) на траверзе судна А заранее задержит движение влево, переложив руль на правый борт, тогда под действием гидродинамических сил от судна А и от берега оно после расхождения окажется слишком близко к берегу и может резко пойти влево, перегородив канал. В этом случае руль перекладывают вправо, чтобы нейтрализовать движение кормы к бровке канала.
Гидродинамическое взаимодействие расходящихся судов
При расхождении на небольших траверзных расстояниях двух судов возникает опасная навигационная ситуация.
В этом случае возникают дополнительные внешние силы, обусловленные гидродинамическим воздействием корпусов.
В результате суда могут потерять управляемость и может произойти их столкновение.
В зависимости от сочетания различных факторов и взаимного положения судов может происходить как «притяжение», так и «отталкивание» судов.
Расхождение судов в узком канале
При сближении судов на контркурсах под влиянием областей повышенного давления носовые оконечности будут отталкиваться.
Когда форштевни разойдутся, массы воды устремятся в области пониженного давления, увлекая за собой носовые оконечности. Это наиболее опасный момент расхождения, и для предотвращения столкновений суда должны быть одержаны.
Когда суда выходят на траверз друг друга, они начинают притягиваться.
Гидродинамическое взаимодействие судов при обгоне
Такой же процесс отталкивания и притягивания наблюдается при обгоне. Однако из-за более длительного взаимодействия гидродинамических полей опасность столкновения при обгоне выше. При движении на обгон происходит резкое увеличение просадки обоих судов.
Для уменьшения явлений отталкивания и притягивания при расхождении скорость судов не должна превышать 0,5 – 0,6 от значений критической скорости, а расстояние между судами должно быть не менее тройной, а при обгоне шестикратной ширины меньшего по размеру судна.
Гидромеханическое взаимодействие между судами во время расхождения вблизи друг друга
При расхождении двух судов или обгоне одного судна другим на небольшом траверзном расстоянии из-за ускорения потока поды между их корпусами возникает сила притяжения, под влиянием которой может произойти столкновение. На мелководье, а тем более в узкости, когда начинается процесс образования одиночной поперечной волны и поле давлений судна приобретает вид, изображенный на рис. 3.3, в силу взаимодействия гидромеханических полей сближающихся судов предпосылки столкновения возрастают. Взаимодействие гидромеханических полей сводится к следующему (рис. 3.4). В первый момент, во время сближения на контркурсах, под влиянием областей повышенного давления носовые оконечности судов будут отталкиваться. Когда форштевни разойдутся, массы воды начнут устремляться в области пониженного давления, расположенные в средней части судов, увлекая за собой носовые оконечности. Это наиболее опасный момент, и для предотвращения столкновения суда должны быть одержаны. Когда суда выйдут на траверз друг друга, скорость течения между ними увеличится, давление между внутренними бортами станет меньше, чем со стороны внешних бортов, и суда будут притягиваться. В дальнейшем все повторится в обратном порядке: кормовые оконечности судов покатятся в области пониженного давления, а после расхождения оттолкнутся. Такие же явления отталкивания и притягивания будут наблюдаться и при обгоне. Однако ввиду более длительного взаимодействия гидродинамических полей опасность cстолкновения судов при обгоне выше.
Для уменьшения явлений притягивания и отталкивания при расхождении или обгоне скорость судов не должна превышать величины 0,6 
, а расстояние между ними должно быть не менее тройной ширины меньшего из судов (dKP>3S). Это, однако, не означает, что при таких условиях гидромеханическое взаимодействие между судами исключается полностью. Кроме того, в узкости суда могут оказаться вынужденными расходиться на расстояниях меньше 3В. Поэтому при сближении судов на противоположных курсах скорость следует уменьшить до минимально возможной, а непосредственно перед расхождением увеличить обороты с целью повышения эффективности руля.
Особенности управления судами в каналах
Движение судна в мелководном канале сопровождается теми же явлениями, что и на мелководье, но выраженными в более резкой форме. Из-за дополнительного стеснения фарватера интен
сивность волнообразования, проседание и сопротивление движению нарастают быстрее, чем на неограниченном фарватере, причем в каналах с трапецеидальным сечением волнообразование сильнее, чем в каналах с прямоугольным сечением той же площади и глубины. Особенности движения судна в канале при докритических и околокритических скоростях различны. При движении судна с докритической скоростью в сечении канала, стесненном корпусом, скорость истечения жидкости между бортом судна и стенкой канала увеличивается и уровень поверхности понижается. При смещении судна с оси канала обтекание корпуса перестает быть симметричным. Скорость потока между бортом и ближайшей стенкой возрастает еще больше, и возникает поперечная сила, которая притягивает судно к ближайшей стенке. Явление притягивания особенно заметно при отходе судна от стенки канала. В начале движения винт, работая вперед, интенсивно засасывает воду со стороны носовой части судна. Поскольку приток воды со стороны борта, обращенного к ближайшей стенке, затруднен, уровень воды между ними понижается и со стороны противоположного борта возникает сила давления Р (рис. 3.5).
Более сложным является взаимодействие корпуса и стенок канала при движении судна с околокритическими скоростями. С началом образования одиночной волны профиль поверхности воды, обтекающей корпус, приобретает вид, изображенный на рис. 3.6. Если при этом судно смещается с оси канала, со стороны ближайшей стенки в носовой части судна уровень воды повышает
ся и возникает избыточное давление Р1, отталкивающее скулу к противоположной стенке. Одновременно ускоряется поток воды между бортом и ближайшей стенкой, что приводит к еще большему снижению воды в кормовой части судна. Корма под влиянием силы Р2 притягивается к ближайшей стенке. В такой ситуации, если судно свое- временно не одержать, произойдет навал. То же самое происходит во время прохода судов мимо расширений или ответвлений канала. На pиc. 3.7 представлены схема влияния расширения канала на траекторию движения судна и положение пера руля, перекладываемого с целью предотвращения навала.
Описанные явления могут наблюдаться и в прямом канале, так как полное его сечение редко бывает симметричным. Если, например, глубина у одного берега больше, чем у другого, то судно будет иметь тенденцию уклоняться в сторону приглубого берега. Об изменении глубин судят по характеру волнообразования. Мель обнаруживается с той стороны, где появляется крутая опрокидывающая волна. Хорошо заметная кормовая волна свидетельствует о малом запасе воды под килем. Об уменьшении глубины свидетельствуют также падение оборотов, вибрация кормы и появление за кормой взмученного песка или ила.
Управление судном зависит от очертания канала. В общем случае надлежит держаться действительной оси, добиваясь, чтобы судно управлялось небольшими и симметричными перекладками руля.
Явление отталкивания необходимо учитывать, когда судно проходит изгибы канала. Проходя изгиб, следует держаться внешнего берега. Тогда отталкивание носовой части будет способствовать повороту и не придется значительно перекладывать руль. Если же судно будет держаться внутреннего берега, то может возникнуть опасность отталкивания носа в сторону, обратную повороту.
При движении в канале во время сильного ветра необходимо учитывать реакцию судна на ветер. Если судно самоприводящееся, то лучше держаться ближе к наветренному берегу. Тогда отталкивание наветренной скулы будет в какой-то мере компенсировать стремление судна привестись к ветру. Если судно уваливающееся, то лучше следовать по оси канала.
Одной из причин потери управляемости в канале является несоответствие скорости движения площади сечения канала. Если обороты будут увеличиваться или при неизменных оборотах неожиданно уменьшится площадь сечения канала, усилится волнообразование. Волны у носа и кормы станут круче, возрастет сопротивление, и судно резко потеряет скорость. Тогда кормовая волна нагонит судно и вызовет уклонение его к одному или другому берегу. При чрезмерной скорости усиливаются эффекты отталкивания и притягивания, что также приводит к резким отклонениям от курса. Если не принять своевременные меры к уменьшению отклонения, то может произойти навал на стенку канала. Для предотвращения таких отклонений используются следующие приемы управления. Если отклонение не стремительное, то на одновинтовом судне его исправляют перекладкой руля на противоположный борт. Для усиления эффективности руля обороты надлежит кратковременно увеличить. Стремительные отклонения от курса следует исправлять, используя влияние винта на поворотливость. При уклонении влево необходимо дать задний ход. По мере приближения носовой части к берегу возникнет и будет увеличиваться сила отталкивания, под действием которой судно получит вращение в противоположную сторону и корма покатится влево. Это движение нужно предупредить, своевременно остановив машину. Если движение вправо все же начнется, следует переложить руль лево на борт и дать толчок вперед. При первоначальном отклонении вправо немедленно перекладывают руль лево на борт. А если нос оттолкнется от правого берега, следует дать машине полный назад.
Отклонения кормы к берегу особенно опасны для двухвинтовых судов, так как велика вероятность повреждения винтов. Предупреждать навалы кормой следует переменной работой машин, в том числе и враздрай.
В крайних случаях для предупреждения стремительных отклонений судна от курса следует отдать якорь и одновременно уменьшить ход.
Корабельные волны оказывают вредное влияние на ложе канала, канальные сооружения и могут привести к обрыву швартовов и навалам стоящих у причалов судов. Воздействие корабельных волн на ошвартованное судно заключается в следующем.
Рис. 3.8. Влияние колебательных волнна суда, стоящие в закрытых ответ-влениях канала
Если стоящее у причала судно ошвартовано навстречу движению судна, следующего по каналу, то сначала к ошвартованному судну подойдет носовая волна и оттолкнет его нос к берегу и несколько назад. Затем ошвартованное судно двинется вперед к подошве волны, а к берегу оттолкнется его корма. Когда к носу подойдет кормовая волна, движение вперед прекратится и корма под влиянием подошвы волны получит движение от берега. На заключительной стадии, когда кормовая волна будет проходить мимо кормы ошвартованного судна, оно под влиянием попутного потока двинется назад,
Учитывая вредное влияние корабельных волн, скорость движения судов в каналах обычно ограничивают величиной 
и лимитируют запас воды под килем. На проходящих по каналу судах необходимо вести наблюдение за процессом волнообразования и своевременно снижать скорость. Уменьшать скорость необходимо постепенно, иначе кормовая волна догонит судно и оно станет неуправляемым.
При прохождении мимо ошвартованных судов надлежит держаться оси канала. Уклоняться к противоположному берегу не следует, так как отталкивание от него может вызвать резкий поворот в сторону ошвартованного судна.
На стоящих у причалов судах должны приниматься меры, предотвращающие обрыв швартовов и навал. С этой целью рекомендуется кратковременно работать машиной и рулем, сдерживая тенденцию судна двигаться так, как это описано выше. В некоторых каналах для пропуска встречного каравана суда приваливают к палам с отдачей якоря. В таких случаях для нейтрализации воздействия корабельных волн дают самый малый передний ход и попеременно перекладывают руль, предотвращая отход от палов носа или кормы судна.
Дата добавления: 2019-09-08 ; просмотров: 289 ; Мы поможем в написании вашей работы!