ЛЕКЦИЯ № 8
Дисциплина: Судовождение на ВВП.
Тема: Влияние внешних условий на управляемость судна и безопасность движения на ВВП.
Вопросы: 1. Процесс волнообразования при движении судна.
2. Влияние мелководья на управляемость и маневренность судна.
3. Возникновение гидродинамических сил и воздействие их на движущиеся суда.
Санкт-Петербург
2015г.
Процесс волнообразования при движении судна.
Первичная волна, процесс ее образования при движении судна.
Движущееся судно выводит окружающие его массы воды из состояния покоя, вследствие чего изменяется форма потока жидкости около корпуса судна и происходит перераспределение давлений вдоль его смоченной поверхности.
В результате этого образуются судовые волны и наблюдаются отрицательные гидравлические явления, влияющие на управляемость и безопасность движения судов. Особенно сильно они проявляются при движении судов на участках с ограниченными габаритами судового хода. Процесс волнообразования и возникновения отрицательных гидравлических явлений создает негативные воздействия на суда такие как присасывание судов, увеличение осадки, рыскливость, присасывание судов и другие, зависящие от ряда причин и факторов, вызванные влиянием внешних условий.
В основе рассматриваемых гидравлических явлений лежит основное положение гидравлики - уравнение Бернулли. В приведенном виде его можно представить:
Рст. + РД = Const
РД = 
Рст. = mgh
Рст . - гидростатическое давление жидкости;
РД – гидродинамическое давление жидкости;
V – скорость потока жидкости;
ρ – плотность жидкости;
h – глубина погруженной части корпуса судна.
В силу предположения о не сжимаемости воды объем ее, вытесняемый носовой частью судна при движении, будет стремиться заполнить образующееся за кормой свободное пространство, что вызовет возникновение потока воды, который в целом будет направлен от носа судна в сторону кормы. Скорости потока воды в носовой и кормовой частях судна будут меньше, чем скорости потока в районе миделя.
Помимо возникновения потока и неравномерного распределения его скоростей, обтекание корпуса движущегося судна сопровождается еще и изменением уровня воды около корпуса судна, причем в носу и в корме происходит повышение этого уровня, а в средней части – понижение его (рис. 8.1).
Рис.8.1 Распределение скоростей потока и давления воды на корпусе движущегося судна.
В результате этого произойдет перераспределение
гидростатических давлений на корпус судна. В носовой части давление будет больше, чем в средней и в кормовой, а в кормовой части давление будет больше, чем в средней, но меньше, чем в носовой.
В связи с неравномерностью гидродинамических давлений обтекающего потока вблизи корпуса судна поверхность воды будет неровной: в носовой и кормовой частях образуется бугор, а в средней части корпуса – впадина. Это так называемая первичная волна.
Сопутствующие волны, число Фруда и режимы скоростей.
Первичная волна вызывает возникновение сопутствующих судну так называемых вторичных или индуцированных волн, которые представляют собой две системы волн: носовую и кормовую, в каждой из которых возникают расходящиеся и поперечные волны (рис. 8.2).
Рис.8.2 Схема образования судовых волн:
а - носовые расходящиеся волны; b – кормовые расходящиеся волны; с и d – поперечные волны.
Интенсивность волнообразования увеличивается с повышением скоростей движения при ограниченных габаритах пути.
На характер волнообразования в первую очередь влияют соотношения скорости движения судна и глубины пути.
Это зависимость выражается числом Фруда (Fr):
Fr = 
(8.1)
где V – скорость движения судна, м/с;
g – ускорение свободного падающего тела (9,81 м/с2);
h – глубина пути, м.
Число Фруда (Fr) определяет оптимальные режимы скоростей при условии волнообразования.
1. При числе Фруда менее 0,6 определяемое выражением < 0,6
волнообразование практически не отличается от волнообразования на глубокой воде. В этот период наблюдаются поперечные и расходящиеся системы волн.
Скорость движения, определяемая соотношением
V 
(0.4 
÷ 0.6 ), (8.2)
называется до критической скоростью.
2. При числе Фруда определяемое выражением 
1,0 угол расходящихся волн приближается к 900. Расходящиеся волны сливаются с поперечными, образую одну волну. Высота волны достигает своего максимума. Скорость движения, определяется соотношением V , такая скорость называется критической.
3. При числе Фруда больше единицы определяемое выражением > 1,0 поперечные волны исчезают и вновь появляются расходящиеся волны. Сопротивление движению судна уменьшается. Высота волн уменьшается. Скорость движения,
определяемая соотношением V > , называется сверхкритической.
Современный флот, работающий на ВВП, работает в до критическом режиме скоростей.
Судовые волны размывают берега рек и особенно откосы каналов. Поэтому скорости движения судов в каналах ограничивают.
При движении судна на повышенной скорости вблизи берега, у которого стоит другое судно (особенно при ограниченных габаритах пути на этом участке), в первоначальный момент вода, вытесняемая судном (носовая система волн),т.е. вал, вкатывается на берег, повышая уровень у берега, затем, в момент нахождения судна на траверзе, уровень воды быстро понижается и становится ниже нормального. После этого под действием кормовой системы волн процесс повторяется.
Такие резкие колебания уровней воды вызывают перемещения судна, стоящего у берега, толчки, рывки могут привести к повреждению судна, обрыву швартовов и т.д. Поэтому при движении судна мимо причалов, рейдов, работающих земснарядов, водолазных кранов, мест формирования и расформирования плотов судоводители должны убавлять ход и проходить по возможности дальше от берега и от стоящих судов.