Движение судна в узкостях, использование берегового эффекта

Волна, создаваемая вокруг судна, увеличивается на мелководье из-за ограничения потока воды под днищем судна. Профиль волны, образуемый вдоль борта судна, имеет подъем по носу судна, понижение ложбины вдоль бортов и возрастание волны, следующей за судном.

СодержаниеСвернуть

Береговой эффект
Присасывание кормы и центр вращения
Носовая подушка и центр вращения
Преодоление рыскания
Использование берегового эффекта
Явление присасывания при входе в порт
Расхождение с судами
Обгон

Поперечное и продольное движение суднаУвеличение продольного сопротивления воды вызывает потерю скорости. Создаваемая ложбина вызывает проседание и еще более ограничивает поток воды и снова снижает скорость. Модельные испытания показали, что проседание прямо пропорционально скорости судна и его ширине.

“Некоторые судоводители, даже с многолетним опытом, допускают ошибку, слишком полагаясь на теорию или чрезмерно завися от нее”.
Пламмер Кэрлайл Дж. “Управление судном в узкостях”

Еще большее ограничение потока происходит в узкостях, где поток воды ограничен не только под днищем судна, но также и по бортам, что приводит в результате к разному увеличению гидростатического давления.

Береговой эффект

Судно, идущее вблизи берега, испытывает значительное понижение уровня воды со стороны берега из-за ограничения потока. Разность уровней воды по бортам судна создает разность давлений, которая является источником поперечной силы, действующей на судно в направлении берега (рис. 1).

Рис. 1 Эффект Бернулли: ограничение потока воды между судном и ближайшим берегом приводит к увеличению скорости потока и понижению уровня воды

Точка приложения этой силы находится в ЦТ; величина результирующей поперечной силы, действующей на ЦТ, прямо пропорциональна разности уровней воды и вследствие этого прямо связана со скоростью судна.

ЦВ должен быть в передней части судна, это означает, что поперечная сила, действующая на ЦТ судна, должна сдвигать корму в сторону берега (рис. 2).

Центр величины судна — Рис. 2 Береговой эффект и ЦВ

Более того, когда судно движется с довольно высокой скоростью, в передней части его создается подъем воды, особенно между носом и находящимся рядом берегом. Это приводит к разности давлений в носовой части судна между стороной, обращенной к берегу, и противоположной стороной, появляется сила, которая толкает Конструкция носовой и кормовой оконечностей суднанос судна от берега.

Для удерживания судна на постоянном курсе вблизи берега нужно установить баланс между силой от действия руля, силами носовой подушки и присасывания кормы. Для удержания судна у одной стороны канала необходимо перекладывать руль в сторону берега. И чем ближе берег, тем больше нужно перекладывать руль, чтобы компенсировать береговой эффект. Поскольку эффективность руля выше при малых углах перекладки, то чем на больший угол мы перекладываем руль, тем меньше растет его эффективность, а оставшийся запас перекладки уменьшается.

Самый безопасный вариант плавания узкостями – оставаться на осевой линии, если это позволяет движение судов.

Присасывание кормы и центр вращения

Когда судно, испытывающее влияние берегового эффекта, рыскнет, корма подойдет ближе к берегу и присасывание вследствие этого станет сильнее (рис. 3).

Присасывание кормы судна — Рис. 3 Присасывание кормы в узкостях

На большом танкере можно ожидать сильного присасывания в узкостях, потому что его большая ширина вызывает дополнительное проседание. С увеличением длины судна возрастает рычаг силы присасывания, кроме того, в этом случае меньше пространства, чтобы предотвратить рыскание. При меньшей скорости у нас больше времени для контроля за более слабыми силами берегового эффекта и, кроме того, есть возможность увеличить частоту вращения винта для улучшения управляемости.

Носовая подушка и центр вращения

Самые большие волны на планетеКрупная волна в передней части судна увеличивает продольное сопротивление в носу, которое стремится сдвинуть ЦВ в корму. Подъем воды вблизи берега выше, чем с другого борта судна, что приводит к отталкиванию носа от берега (рис. 4).

Носовая подушка создает подобное вращательное движение, что и эффект присасывания, и ее влияние на суда с большой осадкой, имеющие малый запас воды под килем, может быть сильным.

Влияние носовой подушки зависит от высоты носовой волны, которая в свою очередь изменяется в зависимости от запаса воды под килем, расстояния до берега, осадки судна, его ширины и скорости. Танкеры в грузу, имеющие большую осадку и относительно большую часть своей боковой подводной площади впереди точки поворотливости, гораздо больше подвержены влиянию отталкивания от берега, чем танкеры в балласте.

Судну, следующему в канале, носовая подушка не очень мешает, поскольку она либо балансируется равным давлением по обоим бортам, когда судно находится в центре канала, или компенсируется несколькими градусами перекладки руля, если судно сошло с оси канала. Когда судно проходит ответвление канала, подъем воды с этого борта будет распространяться в это ответвление (рис. 5).

Проход судна по каналу — Рис. 5 Понижение носовой волны с одного борта

В этот момент носовая подушка с другого борта начинает преобладать, и, если упустить этот момент, судно рыскнет. Как только произойдет рыскание, присасывание кормы и носовая подушка образуют вращающую пару. Если рыскание не ожидалось и мы запоздали предпринять соответствующие действия, ситуация может выйти из-под контроля увеличивающееся усилие присасывания кормы развернет судно поперек канала, несмотря на полную перекладку руля на правый борт и полный ход вперед.

Подобным образом, когда Грузовые и грузопассажирские морские транспортные судатанкер в грузу выходит из Сан-Николаса, по правому борту образуется большая носовая волна; подъем воды с левого борта рассеивается через широкий проход между рифами на этой стороне. На танкер в балласте носовая подушка не оказывает значительного влияния (рис. 6).

Когда танкер в грузу выходит медленно, для предотвращения тенденции разворота судна влево не требуется слишком большой перекладки руля, но это требует внимания. Если эффект берегового отклонения не ожидается, будет трудно начать разворот вправо.

Присасывание кормы начинается спустя некоторое время после того, как корма пройдет вблизи рифа, находящегося по правому борту, и способствует развороту судна влево, как раз тогда, когда нужно начать разворот вправо для выхода судна в море. Если начальная тенденция разворота влево не ожидалась и не была предупреждена, будет очень трудно начать разворот вправо.

Преодоление рыскания

Первое, что нужно сделать, когда судно рыскает под воздействием берегового эффекта, это предупредить увеличение разворота с помощью руля, т. е. переложить его на 20° или полностью на борт в зависимости от ситуации. Если при полной перекладке руля судно не придет на курс, необходимо увеличить частоту вращения двигателя. При возрастающем упоре и руле, переложенном на борт, требуется меньше времени, чтобы остановить разворот, чем набрать скорость. Увеличивающийся упор немедленно ведет к возрастанию поперечной силы от действия руля, в то время как продольная инерция препятствует быстрому набору скорости. Присасывание зависит от скорости судна относительно воды, и она растет медленнее, если руль на судне переложен на борт.

Предлагается к прочтению: Методы и модели количественного обоснования управленческих решений в судовой промышленности

Когда судно под действием руля, переложенного на борт, и увеличившейся частоты вращения двигателя придет на курс, нужно уменьшить частоту вращения до первоначальной и только после этого начать постепенно отводить руль, так как, пока судно находится вблизи берега, оно подвергается влиянию берегового эффекта.

Если судно рыскнет поперек канала, носовая подушка, которая могла бы предотвратить просадку на противоположный берег, не создается, потому что нет подъема воды между носом и берегом, поскольку судно приближается к другому берегу под углом.

Как отдать якорь, чтобы предотвратить рыскание и избежать столкновения со встречным судном, хорошо описано Пламмером в его книге Управление судном, способы маневрирования в узкостях“Управление судном в узкостях”.

Использование берегового эффекта

Береговой эффект может быть использован с пользой, когда мы должны отвернуть вблизи берега в сторону от него или когда нужно пройти изгиб узкого пролива или канала. Непосредственно перед изгибом нужно сместить судно с оси канала, но так, чтобы можно было контролировать береговой эффект с помощью перекладки руля, допустим, на 10°. В изгибе судно будет поворачиваться без усилия руля, т. е. при руле прямо или переложенном всего на несколько градусов. Присасывание поворачивает судно, и мы можем использовать руль полностью для контроля разворота. Присасывание оказывает Влияние силы ветра на управляемость суднавлияние на управляемость судном (рис. 7).

Присасывание судна — Рис. 7 Присасывание влияет на управляемость судна

Явление присасывания при входе в порт

Присасывание создает такой же полезный эффект, когда мы входим в порт Сан-Николас и наше судно подошло немного севернее ведущего створа. Разворот вправо нас устраивает, потому что танкеры в грузу должны идти этим путем. Более того, имеется достаточно места, чтобы сбросить излишнюю скорость до подхода к пирсу. Однако если по какой-либо причине судно подходит южнее ведущего створа, нас ждут неприятности, особенно когда судно имеет хорошую скорость (рис. 8 и 9).

Эффект присасывания судна — Рис. 8 Присасывание управляет судном.
1 – судно дедвейтом 85 *тыс*. т, осадка на ровном киле 41 *фут*, глубина 45 *футов*

При проходе вблизи рифа присасывание в районе кормы с правого борта вызывает Швартовка одного судна к борту другогорыскание судна влево. Для стабилизации направления движения, следует дать полный ход вперед и переложить руль право на борт.

Присасывание борта судна — Рис. 9 Присасывание нежелательного борта.
1 – судно дедвейтом 85 *тыс*. т, осадка на ровном киле 41 *фут*, глубина 45 *футов*

При этом буксир с правого борта должен работать полным ходом назад, буксир с левого борта толкать нос судна полным ходом вперед, а буксир с кормы сдерживать скорость судна, работая задним ходом. Для начала разворота судна в грузу нужно время; еще больше его требуется на то, чтобы остановить разворот из-за инерции вращательного движения. Это показывает, насколько сильно и насколько быстро оно может начать разворот.

Расхождение с судами

Когда двум судам необходимо разойтись друг с другом в узкости, они должны оставаться вблизи середины пролива или канала до тех пор, пока это возможно. Насколько близко они могут подойти друг к другу, прежде чем предпринять действия по расхождению, зависит от ситуации и маневренности судов.

Нельзя приближаться к берегу слишком рано, потому что из-за берегового эффекта судно может рыскнуть поперек канала прямо под носом другого судна и его нельзя будет удержать. На ограниченных фарватерах это часто бывает причиной столкновений. Сначала носовые волны стремятся оттолкнуть их в стороны, а после расхождения кормовое присасывание возвратит их кормы назад на ось канала.

Как надо расходиться и как не надо этого делать, описано Пламмером в его книге Маневрирование судна в узкостях“Управление судном в узкостях”. В Гренобле я разработал ряд чертежей, приведенных на рис. 10-17, для использования их в центре обучения управления судами, где мы регулярно проигрывали встречу и расхождение на масштабных моделях танкеров.

Управляемость судна — Рис. 10 Оба судна уменьшили частоту вращения машины; скорость должна быть достаточной для хорошей управляемости. Оба судна остаются на осевой линии фарватера до тех пор, пока это возможно

Расхождение судов — Рис. 11 Оба судна: право руля

Расхождение в узкостях — Рис. 12 Лево руля, чтобы корма прошла чисто. Носовые волны будут отталкивать форштевни судов в стороны

Компенсация присасывания — Рис. 13 Право руля для компенсации присасывания

Перекладка руля — Рис. 14 Оба судна имеют тенденцию разворота влево. Судно А перекладывает руль вправо, чтобы остановить разворот, и этим самым создает опасную ситуацию

Присасывание двух судов — Рис. 15 Сейчас судно А испытывает присасывание судна В и должно положить руль на левый борт, чтобы избежать навала на берег. Нос судна В возвращается назад на центр канала; теперь корма будет возвращаться на ось канала в результате присасывания судна А

Влияние берегового эффекта — Рис. 16 Судно А закончило расхождение, оказавшись слишком близко к берегу, и испытывает сильное влияние берегового эффекта. Судно В снова на оси канала и может увеличить скорость для улучшения управляемости

Рыскание судна — Рис. 17 С помощью перекладки руля право на борт судно А не смогло остановить рыскание, вызванное присасыванием. Судно В использовало взаимодействие судов с пользой для себя

Обгон

Организация вахтенной службыОбгон в узкостях значительно опаснее расхождения. Если этого не избежать, обгон должен производиться только на уменьшенных скоростях. Причина опасности заключается в том, что суда находятся рядом гораздо дольше, чем при расхождении, и поэтому дольше взаимодействуют. Более того, взаимодействие может быть любым, поэтому для безопасного обгона надо его уменьшить, насколько это возможно, при сниженной скорости. Этот маневр показан на рис. 18-21.

Разворот судна — Рис. 19 На этой стадии судно А имеет тенденцию разворота вправо

Носовые волны — Рис. 20 Две носовые волны отталкивают носовые части судна в стороны. Взаимное присасывание сводит кормы вместе и в то же время скорость судна В значительно снижается. Судно В разворачивается в сторону берега при уменьшившейся скорости и этому не нужно противодействовать, поскольку это может создать для него опасную ситуацию

Присасывание в носовой части судна — Рис. 21 Наиболее опасная ситуация, когда обгоняемое судно увеличивает скорость под влиянием попутного следа обгоняющего судна. Присасывание в носовой части обгоняемого судна и присасывание кормы вблизи берега образует сильную вращающую пару. Часто судно А необратимо подталкивается к корме судна В. Обгоняющее судно не испытывает особого влияния обгоняемого судна, оно должно бороться в основном с влиянием берегового эффекта

Автор статьи

Владимир Филатов

Старший помощник капитана

Список литературы

Аrdleу, R. А. В. Harbour Pilota ge. London: Faber & Faber, 1952.
Armstrong, M. C. Practical Shih Handling. Glasgow: Brown, Son and Ferguson, 1980.
Вaer, W . Assessment of Tug Performance. London: International Tug Conference, 1969.
Вarlett — Prince, W. Pilot Take Charge. Glasgow: Brown, Son and Ferguson, 1956.
Bowditch Nathanial, original author. American Practical Navigator: An Epitome of Navigation. Washington, D. C.: U. S. Government Printing Office, 1977.
Celerier, Plerre, La Manoeuvre des Navires. Presses Universitalres de France, 1955.
Cockcroft, A. N. Nicholls’s Seamanship and Nautical Knowtesge. Glasgow: Brown, Son and Ferguson, 1979.
Cotter, С. H. The Master and His Ship. London: Maritime Press, 1962.
Grenshaw, R. S. Naval Ship-handling. Annapolis: Naval Institute Press, 1975.
Danton, G. L. The Theory of Practice of Seamanship. New York: St. Martin, 1965.
English, J. W. and B. N. Steel. “The Performance of Lateral Thrust for Ship as Affected by Forward Speed and Proximity of a Wall”. London: N. P. L. Ship Division Report SH R28/62, 1962.
Helmers, Kapt. W. “Messergebnisse von wichtige Manoevriereigenschaften”. Hansa (November-December 1961).
Laуtоn, C. W . T . Dictionary of Nautical Words and Terms. Glasgow: Brown, Son and Ferguson, 1958.
Loraht, Michael. “Investigation into High Speed of Underwater Craft”. Nautical Magazine, vol. 200: 5. 1968.
Nоrdstrоm, H . F. Screw Propeller Characteristics. Stockholm: Publications of the Swedish State Shihbuildihg Experimental Tank, 1948.
Pierens, C . “Draaicirkels”. De Zee, nos. 4-5 (April-May 1970).
Plummer, C. J. Ship Handling in Narrow Channels. Cambridge: Cornell Maritime Press, 1966.
Sjosirom, Carl H. Effect of Shallow Water on Speed and Trim. New York: S. N. A. M. E., 1965.
Stunz, C. R. and R. J. Taуler. Some Aspects of Bow Thruster Desing. New York: S. N. A. M. E., 1965.
Terrell Mark. “Anchors A New Approach” Fairplay International Shipping Journal, no. 4, 624, 1972.
Troti, B. “Waves, Flow and Drag”. Nauticai Magazine, vol. 206: 6, 1971.
Willertоn, P. F. Basic Ship handling for Masters, Mates and Pilots. London: Stanford Maritime, 1980.
Woerdemann, F. Dampfermanoever. Berlin, Frankfurt/M: Mittler, 1958.
Zeevaarikundig Tijdschrift De Zee. Raad voor de Scheepvaart (Shipping Council) reports on collisions in the Amsterdam North Sea Canal: 1964, 4; 1965, 4; 1966, 6; 1970, 7 .