Управление судном при плавании на мелководье и в узкости

Краткая характеристика узкостей и мелководья 

Плавание в узкостях и на мелководье является одним из наиболее сложных условий, в которых оказывается судно в процессе эксплуатации. И сложность си­туации заключается не только в том, что малый запас воды под килем в данных ус­ловиях представляет собой реальную навигационную опасность, но и в том, что поведение судна на мелководье существенно отличается от поведения на глубокой воде. К основным отличительным особенностям поведения судна на мелководье можно отнести:

  • ухудшение управляемости;
  • увеличение тормозного пути;
  • дополнительное проседание с изменением посадки;
  • гидродинамическое взаимодействие судов;
  • падение скорости.


Судно
Рис. 1 Плавание судна в узкости

Понятие узкости определяется соотношением между маневренными харак­теристиками судна и шириной водного пространства, в пределах которого судно может безопасно следовать при существующих средствах навигационного обеспе­чения. С точки зрения ширины акватории делятся на открытые, закрытые аквато­рии и каналы.

Открытые акватории делят на глубокие, мелкие и углубленные морские пу­ти. Открытой и глубокой акваторией называется такая акватория, на которой дно и берега не оказывают влияния на маневренные качества судна. Ширина открытой акватории определяется диаметром циркуляции. Принято, что для выполнения са­мостоятельной циркуляции на акватории, где нет ветра и течения, необходимы размеры акватории

b>kL,

  • где b — ширина акватории, м;
  • L — длина судна, м;
  • к — коэффициент запаса, равный 8.

Эта зависимость действительна для всех судов, так как коэффициент k явля­ется наибольшим коэффициентом из используемых для определения нормального диаметра циркуляции.

Мелководье — водное пространство либо фарватер, глубина которого ока­зывает влияние на сопротивление воды движению судна и изменяет тем самым условия плавания судна по сравнению с плаванием его на глубине. Наиболее слож­ным является управление судном при плавании на мелководье с ограниченной ак­ваторией (проливы, каналы), где на поведение судна влияют как берега, так и дру­гие суда.

Судоходный канал — искусственно проложенный водный путь, осна­щенный современными средствами навигационного оборудования, обеспечиваю­щими безопасность плавания судов. Плавание по каналам сочетает условия узкости и мелководья. Основными элементами судоходного канала являются глубина, навигационная ширина и площадь поперечного сечения.

Сущность явлений, возникающих при движении судна в узкости и на мелководье

Сопротивление воды движению судна складывается из трех составляющих:

  • сопротивления трения;
  • сопротивления формы;
  • волнового сопротивления.

Сопротивление трения зависит от площади смоченной поверхности корпуса и его шероховатости. Сопротивление формы зависит от обводов корпуса. Волновое сопротивление связано по своей природе с образованием судовых волн, возникаю­щих при взаимодействии корпуса с окружающей его водой.

Судовые волны состоят из двух систем волн: у форштевня развивается носо­вая, у ахтерштевня — кормовая система волн. Каждая из них состоит из расходя­щихся и поперечных волн (рис. 2).

Мелководье
Рис. 2 Волнообразование на мелководье

Расходящиеся волны имеют короткий фронт и располагаются уступом. Кор­мовые расходящиеся волны меньше носовых и на глубокой воде едва заметны. По­перечные волны располагаются фронтом поперек судна и не выходят за пределы расходящихся волн. Их высота убывает от носа к корме. Носовая волна начинается гребнем, расположенным сразу за форштевнем. Первая кормовая волна всегда начинается впадиной, захватывающей кормовую оконечность. Поэтому в носовой части судна давление будет больше, чем в кормовой (рис. 3). За счет разницы этих давлений и образуется волновое сопротивление. С выходом судна на мелко­водье и уменьшением запаса воды под килем изменяется система образования су­довых волн, что сказывается на ходовых качествах судов, их осадке и управляемо­сти. При этом быстро начинает возрастать волновое сопротивление, скорость распространения волн с небольшой амплитудой имеет предел Vk — критическую ско­рость:

Vkp=gH

  • где g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с2;
  • Н – глубина, м.
Давление воды
Рис. 3 Распределение давления воды вдоль корпуса судна

При малых значениях скорости судна характер роста волнового сопротивления на глубокой воде и на мелководье примерно одинаков. При дальнейшем увеличении скорости (Vс ≥ 10 узлов) характер волнообразования начинает изменяться. Эти изменения проявляются на глубинах менее 50 метров.

По мере увеличения скорости судна угол растворения расходящихся волн начинает увеличиваться, а поперечные волны растут по высоте и длине. При до­стижении критической скорости поперечные волны сливаются с расходящимися и под углом 90° к диаметральной плоскости образуется одиночная волна. Судно как бы толкает массы воды по ходу своего следования, сопротивление воды движению резко возрастает, скорость уменьшается на 20 — 30 %. Этот процесс протекает тем интенсивнее, чем меньше глубина, что объясняется увеличением сопротивления трения из-за уменьшения расстояния между корпусом судна и грунтом.

Мощная поперечная волна, образующаяся при достижении судном скорости, близкой к критической, не подчиняется теории волн относительно малой амплиту­ды, и скорость ее дальнейшего движения уже не зависит от скорости судна. Эта волна (спутная волна) может самостоятельно перемещаться на очень большие расстояния со скоростью, при которой она образовалась.

Просадка судна при плавании мелководье (скоростное проседание)

Образование одиночной поперечной волны понижает уровень поверхности воды у бортов судна, что вызывает опускание корпуса относительно уровня спо­койной воды и увеличение дифферента. Это явление называется просадкой.

При движении судна околокритическими скоростями просадка может дости­гать 5 — 7% от средней осадки. На малых глубинах величина просадки еще более увеличивается из-за присасывания корпуса судна к грунту.

Минимальная глубина, необходимая для безопасного плавания судна на мелководье (Нбез), определяется следующим выражением:

Нбез=dк+Δdк+Δdв+Δdкр+Z,

  • где dк – осадка судна кормой, м;
  • Δdк – просадка кормы судна, м;

Δdк=αΔdср, м;

  • α — коэффициент, зависящий от соотношения длины и ширины судна;
  • Δdср — средняя осадка судна;
Соотношение длины и ширины судна
L/B3 — 55 — 77 — 9
α1,5 — 1,251,25 — 111,1

 

  • Δdв – увеличение осадки на волнении, м;
  • Δdв = 0,6 hв;
  • hв — высота волны, м;
  • Δdкр – увеличение осадки от крена судна, м (рис. 4, табл. 1);
  • Z – запас воды под килем, который должен составлять не менее 1 м.

Для большинства судов, имеющих обычную конфигурацию корпуса (без носового бульба), характерно проседание с дифферентом на корму. Крупнотоннажные суда, имеющие полнообводные формы корпуса (Св > 0,7), при движении на мелководье проседают больше носом, чем кормой (рис. 5).

Осадка
Рис. 4 Увеличение осадки от крена судна
Управляемость судна
Рис. 5 Влияние мелководья на управляемость крупнотоннажного судна

Для определения скоростного проседания таких судов можно воспользоваться номограммой National Phisical Laboratory – NPL (рис.6).

Номограмма просадки
Рис. 6 Номограмма для определения просадки судна по методу NPL

Таблица 1

Осадка судна
Осадка судна, мШирина судна, мУгол перекладки руля
10º
4,580.0690.1370.2030.2680.3310.3930.4540.5130.50.626
8.50.0730.1460.2160.2860.3530.420.4840.5480.6090.67
90.0780.1540.2290.3030.3750.4460.5150.5820.6490.713
9.50.0820.1630.2420.320.3970.4720.5450.6170.6880.756
100.0870.1720.2560.3380.4190.4980.5760.6520.7270.8
10.50.0910.180.2690.3550.440.5240.6060.6870.7660.843
110.0950.1890.2820.3730.4620.550.6370.7220.8050.887
11,50.10.1980.2950.390.4840.5760.6670.7560.8440.93
7,5120.1040.2050.3040.40.4940.5880.6750.7620.8460.928
12.50.1080.2140.3170.4180.5160.8120.7080.7970.8850.971
130.1120.2220.330.4350.5380.8380.7360.8320.9241.015
13.50.1170.2310.3430.4530.560.8640.7670.8660.9641.058
140.1210.240.3560.470.5820.6910.7970.9011.0031.102
14.50.1250.2480.3690.4870.6030.7170.8280.9361.0421.145
150.130.2570.3820.5050.6250.7430.8580.9711.0811.188
15.50.1340.2660.3950.5220.6470.7690.8891.0061.121.232
9.0160.1380.2740.4060.5360.6630.7870.9081.0261.1411.252
16.50.1430.2820.4190.5540.6850.8130.9381.0611.181.296
170.1470.2910.4330.5710.7070.8390.9691.0951.2191.339
17.50.1510.30.4460.5880.7280.8650.9991.131.2581.383
180.1560.3090.4590.6060.750.8911.031.1651.2971.426
18.50.160.3170.4720.6230.7720.9181.061.21.3361.47
190.1640.3260.4850.6410.7940.9441.0911.2351.3751.513
19.50.1690.3350.4980.6580.8160.971.1211.2691.4141.556
10,0200.1730.3430.510.6730.8340.9911.1441.2941.4411.585
20.50.1770.3520.5230.6910.8551.0171.1751.3291.481.628
210.1820.360.5360.7080.8771.0431.2051.3641.5191.671
21.50.1860.3690.5490.7260.8991.0691.2361.3991.5591.715
220.190.3780.5620.7430.9211.0951.2661.4341.5981.758
22.50.1950.3870.5750.760.9421.1211.2961.4681.6371.802
230.1990.3950.5880.7780.9641.1471.3271.5031.6761.845
23.50.2040.4040.6010.7950.9861.1731.3571.5381.7151.888
10,5240.2080.4120.6140.8121.0061.1971.3841.5681.7481.924
24.50.2120.4210.6270.8291.0281.2231.4151.6031.7871.968
250.2170.430.640.8461.0491.2491.4451.6371.6262.011
25.50.2210.4390.6530.8641.0711.2751.4761.6721.8652.054
260.2250.4470.6660.8811.0931.3011.5061.7071.9042.098
26.50.230.4560.6790.8991.1151.3271.5371.7421.9432.141
270.2340.4650.6920.9161.1371.3541.5671.7771.9832.185
27.50.2380.4730.7050.9341.1581.381.5971.8112.0222.228
11,0280.2430.4820.7170.9491.1761.41.621.8372.0482.256
28.50.2470.490.730.9661.1981.4271.6511.8712.0882.3
290.2510.4990.7430.9831.221.4531.6811.9062.1272.343
29.50.2560.5080.7561.0011.2421.4791.7121.9412.1662.387
300.260.5160.7691.0181.2641.5051.7421.9762.2052.43
30.50.2640.5250.7821.0361.2851.5311.7732.012.2442.473
310.2690.5340.7951.0531.3071.5571.8032.0452.2832.517
31.50.2730.5430.8091.0711.3291.5831.8342.082.3222.56
12,5320.2770.5510.821.0861.3471.6041.8572.1052.3492.588
32.50.2820.560.6331.1031.3691.631.8872.142.3882.632
330.2860.5680.8461.1211.3911.6561.9182.1752.4272.675
33.50.290.5770.8591.1381.4121.6821.9482.212.4662.719
340.2950.5860.8731.1551.4341.7091.9792.2442.5052.762
34.50.2990.5940.8861.1731.4561.7352.0092.2792.5452.806
350.3040.6030.8991.191.4781.7612.042.3142.5842.849
35.50.3080.6120.9121.2081.4991.7872.072.3492.6232.892
13,5360.3120.620.9241.2231.5171.8082.0932.3742.652.921
36.50.3160.6290.9371.241.5391.8342.1232.4092.6892.964
370.3210.6370.951.2581.5611.862.1542.4432.7283.007
37.50.3250.6460.9631.2751.5831.8862.1842.4782.7673.051
380.330.6550.9761.2921.6051.9122.2152.5132.8063.094
38.50.3340.6640.9891.311.6261.9382.2452.5482.8453.138
390.3380.6721.0021.3271.6481.9642.2762.5822.8843.181
39.50.3430.6811.0151.3451.671.992.3062.6172.9233.224
14,0400.3470.6891.0281.3611.692.0142.3332.6472.9563.26
40.50.3510.6981.0411.3781.7122.042.3642.6822.9953.304
410.3560.7071.0541.3961.7332.0662.3942.7173.0353.347
41.50.360.7161.0671.4131.7552.0922.4242.7523.0743.391
420.3640.7241.081.4311.7772.1182.4552.7863.1133.434
42.50.3690.7331.0931.4481.7992.1452.4852.8213.1523.477
430.3730.7421.1061.4661.8212.1712.5162.8563.1913.521
43.50.3770.7511.1191.4831.8422.1972.5462.8913.233.564

 
Рассчитать проседание корпуса судна (SQUAT) и запас воды под килем (UKC) при плавании судна в условиях OPEN и CONFINED WATER можно в соответствии с алгоритмом, приведенном в табл. 2.

Таблица 2

Under keel clearance calculation (UKC)
Minimum UKC (Preset by the company)Included Passage
Mn
Ocean Passages (% of the deepest draught)202FRCM TOPORT/CHANNEL/AREA NAME
Fairways (% of the deepest draught)151.5WP № / Date / Time
Inside Ports (% of the deepest draught)101WP № / Date / Time
At Berth (% of the exstreme breadth)20.4CHART IN USE:
Calculation elements to be USED
LBP Length Between PerpendicularsmW Vessel DisplacementMT
B Vessel BreadthmSG Specific Gravity of WaterMT/m3
M Minimum Charter DepthmT Maximum Vessel Draft (salt water)m
V Vessel Speed Thru the WaterktsTPC Tons per CentemeterMT
E Swell (alweys positive)mHoT Height of Tidem
D SquatmF List effectsm
G Draft change due to Water DensitymWD Width of channel or riverm
Ф Angle of listdegTmn Mean Vessel Draft (salt water)m #
Cb Manual entry of Block Coefficient*
* in case Cb of vessel is available from Hydrostatic Data will prevail# if vessel open waters the value to be inserted to be 10000
Calculate block co-efficient CbCalculate waterplan co-efficien Cw
Cb=   WSG×LBP×B×Tmn=Cw=   TPC×100LBP×B×SG=
Calculate width of influence FbCalculate list effects F

(H+HoTE)/(T+G)=

(Depth/Draught)

F=(T+G)×cosФ+B/2××sinФ(F+G)=
Fb=45×(1Cw)2+7.7=
Fb=20×(1Cb)2+7.7=Fb×B=
Calculate open water squatCalculate confined water squat
if Fb x B is less that the Widht of the Channel or Riverif Fb x B is greater than the Width of the Channel or River
Squat=V2×Cb100=mSquat=V2×Cb50=m
(Barras formula)(Barras formula)
Calculate anticipated minimum UKC to be encountered this included passage
UKC=(H+HoTE)T+(D+F+G)=m
Calculate minimum acceptable UKC
Whilst under wayWhilst moored / AT ALL TIMES
At Ocean Passage = MUKS x Stat Draft =mAt berth = MUKS x Breadth = m
At Fairways = MUKS x Stat Draft = mMin UKC set by authorities/charterers:
(if applicable)
m
In Ports = MUKC x Stat Draft = m
In RED are presented the UKC Limits that are not met il that case the Company should be informed and procedure Part
VIII/1.11.4 should de followed.
PREPARED BY: NAME/RANKSIGN:ACKD BY: NAME/RANKSIGN:
APROVED BY: MASTERSING:ACKD BY: NAME/RANKSIGN:

 
Предлагается к прочтению:
Меры по обеспечению безопасности судна при плавании в шторм
Борьба с обледенением судна

Июль, 09, 2018 339 0
Читайте также