Гидродинамическое взаимодействие между движущимися судами и его учет при маневрировании

Обновлено: 28.04.2024

Поведение судна на ходу определяется полем давлений вокруг корпуса судна и, естественно, воздействием средств управления судном.

На мелководье и, особенно, в узкости поле давлений резко меняется по величине от носа до кормы судна.

В районе бака из-за образования спутной волны давление повышенное, в районе миделя давление ниже, в районе кормы оно повышается, но незначительно.

Следует отметить, что давление в районе бака очень значительное по величине, в районе миделя давление низкое и оно повышается незначительно ближе к корме. Давление на миделе ниже по значению давления в невозмущенной водной среде, а в районе кормы немного выше его.

Силы действующие на судно в узкости при расхождении

Давление в корме понижается также вследствие воздействия работающего винта. Он как насос засасывает воду и отбрасывает ее назад в кильватерную струю. Особенно заметен эффект присасывания в районе траверза раковины судна. Присасывание более действенно, если судно по какой-либо причине стоит на месте, а его винт работает на передний ход на больших оборотах.

Гидродинамическое взаимодействие между корпусом судна и стенками каналов

Движение судна в мелководном канале сопровождается теми же явлениями, что и на мелководье, но более выраженными. Из-за дополнительного стеснения фарватера интенсивность волнообразования, проседание и сопротивление движению нарастают быстрее, чем на неограниченном фарватере.

В каналах с трапецеидальным сечением волнообразование сильнее, чем в каналах с прямоугольным сечением той же площади и глубины.

В теории гидродинамики принято такое понятие как критическая скорость – максимальная скорость распространения волн. Величину её в м/с для практических целей можно приближенно определить по формуле:

где g=9/81м/с 2 ускорение свободного падения;

Н – глубина места, м.

Особенности движения судна в канале при докритических и околокритических скоростях различны.

Условно можно принять значение для: докритической скорости 0.2-0.4,

околокритическая скорость равна 0.4-0.6.

критическая скорость – 0.6-1.0 .

При движении судна с докритической скоростью в сечении канала, стесненном корпусом, скорость истечения воды между бортом и стенкой канала увеличивается а

уровень поверхности понижается. При смещении судна с оси канала обтекание перестает быть симметричным. Скорость потока между бортом и стенкой возрастает еще больше, возникает поперечная сила Р, которая притягивает судно к ближайшей стенке (см. рисунок).

Силы действующие на судно в узкости

Сила притяжения Р возникла вследствие образования области пониженного давления со стороны правого борта. См. уравнение Бернулли:

Где Р – давление;

V – скорость истечения жидкости.

Явление присасывания особенно заметно при отходе судна от стенки канала. В начале движения винт, работая вперед, засасывает воду со стороны носовой части судна. Поскольку приток воды со стороны борта, обращенного к стенке, затруднен, уровень воды между ними понижается, и со стороны противоположного борта также возникает сила давления Р.

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.

Далее все повторится в обратном порядке - кормовые оконечности устремятся в области пониженного давления, а после расхождения оттолкнуться.

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.

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.

Под понятием "управление судном" понимается весь комплекс мероприятий, обеспечивающих безопасность мореплавания.Управление судном охватывает четыре относительно самостоятельных, но в то же время тесно взаимосвязанных и дополняющих друг друга направления: морская практика, маневрирования судном в различных условиях плавания, предупреждение столкновений судов, организация вахтенной службы и обеспечение безопасности мореплавания.

Дрейф судна

Значительная часть времени работы судов транспортного, промыслового, технического и служебно-вспомогательного флота происходит в условиях открытых и полузакрытых рейдов, в особенности в морях Тихого океана. Затяжка в производстве грузовых операций из-за периодических штормов.

Ледовые карты

Решение о движении судна во льдах принимается на основе анализа ледовых карт, на которых в виде символов отображаются приведенные выше характеристики ледового покрова.
Информацию о состоянии льда получают с помощью искусственных спутников.

Признаки приближения ко льдам

Общее представление о распределении льда в районе плавания дает ледовая карта.
Однако судоводителю необходимо уметь уточнять время подхода ко льдам,особенно при плохой видимости или тумане.

Современные средства доставки и отображения гидрометеорологической информации на суда

В 2006 году на базе Арктического и Антарктического института (ААНИИ) создана система контроля и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы для обеспечения морской деятельности в арктических и замерзающих морях РФ.
Зона обслуживания системы охватывает акваторию Северного Ледовитого океана.

Классификация судов и ледоколов

Плавание транспортных судов в ледовых условиях может происходить как самостоятельно, так и под проводкой ледоколов. По району ледового плавания морские транспортные суда по Правилам Российского Морского Регистра судоходства разделяются на две категории.

Подготовка судна к плаванию во льдах

Транспортные суда совершают плавание во льдах как самостоятельно, так и под проводкой ледоколов. Подготовка к плаванию во льдах включает: тщательный осмотр подводной части корпуса судна в доке и устранение дефектов; при этом особое внимание обращают на прочность и водонепроницаемость корпуса.

Самостоятельное плавание транспортного судна во льдах

Самостоятельное плавание транспортного судна во льдах разрешается только в том случае, если судно имеет ледовый класс Регистра, и при благоприятных ледовых прогнозах.
Получив ледовую карту, капитан судна обязан учитывать.

Маневрирование транспортного судна во льдах

Следуя во льдах, капитан судна придерживается рекомендованного ему генерального курса. Однако при этом он вынужден отклоняться от заранее намеченного пути и выбирать направления наименьшего сопротивления во льдах, т. е. маневрировать в сложных ледовых условиях.

Ледовый якорь

Масса ледовых якорей колеблется от 50 до 150 кг, а число их - от 2 до 4.
Ледовыми якорями снабжаются ледоколы, суда ледового плавания и транспортные суда при плавании в Арктике и Антарктике. Ледовый якорь является однолапым якорем, представляющим собой крюк.

Стоянка на якоре в ледовых условиях

Стоянка возможна лишь в тех случаях, когда место ее защищено берегами или барьером стоящих на мели льдин или не взломанным припаем льда. При кратковременной стоянке среди дрейфующих редких ледовых полей необходимо быть наготове для немедленной съемки с якоря.

Скорость ледового плавания

Одним из основных показателей, определяющих эффективность эксплуатации флота в замерзающих морях, является безопасная скорость движения судов во льдах. Безопасная допустимая скорость, определяемая прочностью корпуса судна, - это такая максимальная скорость, при которой судно.

Организация плавания во льдах

Плавание судов во льдах замерзающих морей имеет четкую организацию и регламентируется правилами для судов, проводимых ледоколами через лед.
Эти правила печатаются в лоциях морей.
Непосредственное руководство проводкой одного судна.

Формирование каравана для ледовой проводки

Требование о проводке судна через лед капитан судна направляет в порту начальнику порта, а в море — капитану ледокола.
При назначении в состав каравана капитан транспортного судна получает от руководства ледовыми операциями рекомендации для следования к месту.

Дистанция между судами каравана

Планируя расстановку судов в караване, капитан ведущего ледокола не всегда может учесть все особенности судов, поэтому окончательно сформировать караван и расставить суда можно уже в процессе проводки.
Капитан ледокола назначает дистанцию между судами.

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;

р —плотность воды, т/м 3 .

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:

Для линии тока АС:

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 и_с, поскольку между корпусами судов поток поднимается. Следовательно, разрежение со стороны борта, обращенно­го к судну-партнеру, будет еще большим. За счет шерепада 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 У_г может быть приложена на некото­ром отстоянии от центра тяжести, так что на корпус судна будет дей­ствовать момент зарыскивания М_г 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 У_г1 взаимодействует с зоной пониженного давления средней части корпуса судна 2. В результате на суда действуют силы присасывания У_г>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 У_г

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 <0,25).

Поэтому в целях обеспечения безопасности транспортных судов при расхождении рекомендуется снижать скорость хода.

Наиболее опасным является случай обгона на скоростях, близких к критическим на мелководье. При обгоне на глубокой воде и на мелководье силы и моменты практически не влияют на дви­жение судов, когда расстояние между бортами составляет более 6 ши­рин меньшего судна.

При встречном расхождении влиянием гидродинамических усилий на корпусы судов как на глубокой воде, так и на мелководье, можно пренебрегать, когда расстояние между бортами составляет более 2,5 ширим меньшего судна.

При заметном различии в размерах судов наибольшие гидроди­намические усилия от взаимодействия при обгоне будут действовать на меньшее по размерам судно. Наихудшим является случай, когда по размерам (по длине) оно будет примерно в 3 раза меньше друго­го. Поэтому рекомендуется соответствующее маневрирование произ­водить на меньшем судне.

Гидродинамические усилия от взаимодействия судов резко увели­чиваются с ростом скорости. Поэтому при встречах и обгонах на огра­ниченных глубинах скорость должна отвечать условию , а на глубокой воде

Читайте также:

  
• Республиканская коллегия адвокатов рк это
  
• Цель экзекуторного иска какое либо право не исполнять исполнить или не исполнять исполнить
  
• Признание доли в квартире незначительной и принудительный выкуп судебная практика
  
• Государственная система правовой информации что входит
  
• При разрешении споров в сфере недвижимости суды применяют принципы земельного законодательства