Проседание судна на мелководье

(Squat effect)

 

 

Составление плана перехода (Passage Plan) требует, чтобы при плавании на мелководье, в каналах, в узких фарватерах и портовых водах учитывалось увеличение осадки от проседания судна на мелководье.

Рассмотрим физический смысл проседания судна на мелководье.

Эффект проседания судна на мелководье основан на действии Закона Бернулли:

«При уменьшении сечения потока, из-за возрастания скорости, статическое давление падает» 

На судно не имеющее хода относительно воды и находящееся в неподвижной воде действует только сила поддержания. Как только у судна появляется ход относительно воды, то вокруг судна возникают потоки воды, образующие гидродинамическое поле с различными скоростями в каждой его точке. На участках с большей скоростью начинает действовать закон Бернулли и, следовательно, понижается давление.

Когда судно, следует по мелководью или в узкости, то у обтекающего его потока воды появляются дополнительные границы в виде дна и берегов, которые значительно сужают русло потока, что приводит к возрастанию скорости протекания воды и понижению давления. Понижение давления под днищем судна приводит к просадке, а понижение давления между бортом судна и откосами приводит к возникновению эффекта присасывания. Могут одновременно проявляться оба эффекта. Очевидно, что чем меньше запас воды под килем и между бортом и откосом, тем больше проявляется эффект проседания и присасывания.

 

Проседание судна на мелководье

 

Глубина на которой начинает появляться эффект проседания вычисляется по формуле Г.Е. Павленко:


где,

Т – средняя осадка неподвижного судна (м);

V – скорость судна (м/с);

g  — ускорение свободного падения (9, 81 м/с²)

 

Наиболее чувствительно влияние мелководья сказывается, когда соотношение глубины к осадке судна Н / Т  ≤  2. Наибольший эффект при соотношении Н / Т   = 1,1 – 1, 2.

 

Другим фактором, от которого зависит величина проседания судна на мелководье, является скорость судна относительно воды. С увеличением скорости судна относительно воды, увеличивается проседание судна.

При этом увеличение скорости относительно грунта не всегда увеличивает проседание судна. Например, если судно дрейфует по течению относительно грунта со скоростью 7 узлов, то относительно воды оно находится в состоянии покоя и никакого проседания наблюдаться не будет, так как судно движется с потоком воды, не толкает воду и поток воды не движется под днищем судна. Однако если судно ошвартовано или стоит на якоре на течении скоростью в 7 узлов, то в этом случае поток будет обтекать судно с разной скоростью, особенно ускоряясь под днищем судна и из-за понижения давления будет возникать проседание судна. Как видим, в данном случае скорость относительно грунта будет равняться нулю, а поток воды будет обтекать судно со скоростью 7 узлов.  Таким образом, судно может испытывать проседание даже стоя у причала на сильном течении.

Степень влияния мелководья зависит от скорости судна, выраженной числом Фруда (Fr), которое вычисляется по формуле: 

где,

Н – глубина фарватера (м);

V – скорость судна (м/с);

g  — ускорение свободного падения (9, 81 м/с²).

 

При числе Фруда Fr <0,3 влияние мелководья на проседание судна практически незначительно при любых соотношениях глубины к осадке — Н / Т.

 

Следующим фактором, оказывающим влияние на проседание судна на мелководье, является коэффициент общей полноты судна. Чем более полные обводы подводной части судна, тем больше коэффициент общей полноты и тем более сильное проседание судна на мелководье. Это связано с тем, что судно с более полными обводами будет толкать перед собой большее количество воды и тем самым создавать повышенное давление перед судном. Разность давления будет вызывать увеличение скорости потока под днищем судна и понижению давления под днищем. Что будет, в свою очередь, вызывать проседание судна.  Суда с более полными обводами носовой части испытывают проседание носовой частью корпуса, а суда с острыми обводами, как правило кормовой частью. Коэффициент общей полноты вычисляется по формуле:

 

Сb = V / L*B*T

где,

Сb – Коэффициент общей полноты;

V   — Водоизмещение судна на данную осадку судна Т;

L   — Длина судна;

B   — Ширина судна;

T   — Осадка судна.

 

В зависимости от значения коэффициента общей полноты, судно без дифферента, будет подвержено проседанию в большей степени той или иной оконечностью:

Сb = 0,7 – судно проседает всем корпусом;

Сb < 0,7 – судно проседает на корму;

Сb > 0,7 – судно проседает носом.

 

У судна, имеющего дифферент на корму, проседание также будет на корму, при дифференте на нос, проседание также на нос.

 

Как уже упоминалось выше в каналах и в узких фарватерах сечение потока воды значительно сужается корпусом судна. Соотношение сечения русла канала к проекции поперечного сечения подводной части корпуса судна называют коэффициентом загромождения русла канала (Bf).

 

 

Таким образом мы рассмотрели все факторы от которых зависит просадка судна на мелководье. Далее рассмотрим формулы применяемые для вычисления просадки судна. Величина просадки вычисляется по формулам доктора Баррасса. Одна формула применяется для вычисления просадки при плавании в стесненных водах — каналах и подобным им фарватерам (Confined waters), а другая для вычисления просадки при плавании в открытых водах — на мелководье имеющем достаточно большое водное пространство (Open waters).

Данные формулы справедливы для значений:

Коэффициент общей полноты судна Сb = 0,5 – 0,9;

Отношение глубины к осадке судна Н / Т = 1,1 – 1,4.

 

Вычисление величины проседания судна на мелководье

 

 

Стесненные воды (Confined waters)


 

Открытые воды (Open waters)

где,

Sq  — Просадка судна (метры);

Сb – Коэффициент общей полноты;

V   — Скорость судна относительно воды (узлы).

Если известны размеры русла канала и можно вычислить коэффициент загромождения, то его добавляют в формулу для стесненных вод:

   

Где,

 

 

 

Полученное значение просадки судна на мелководье используется для расчетов минимально допустимого запаса глубин (Under keel clearance — UKC) при плавании на мелководных и стесненных участках пути судна.

Вычисленные значения минимально допустимого запаса глубин необходимо сравнить со значениями, установленными компанией и если полученное значение менее допустимого, то необходимо выполнить расчет просадки для более низкой скорости судна и сравнить снова, пока полученный результат минимально допустимого запаса глубин не будет соответствовать установленному компанией.

19+