ОБЩИЕ УСЛОВИЯ ДВИЖЕНИЯ СУДНА
Сопротивление воды движению судна складывается из сил трения и сил, возникающих вследствие волнообразования и вихревых водоворотных возмущений водной среды. Это сопротивление зависит главным образом от скорости хода, соотношения форм и размеров подводной части корпуса судна и габаритов пути.Главным элементом сопротивления воды движению судна является сопротивление трения, зависящее, при прочих одинаковых условиях, от величины площади смоченной поверхности судна и его шероховатости. Это сопротивление складывается из волнового и вихревого сопротивлений. Волновое сопротивление вызывается действием волн, создаваемых движущимся судном, вихревое — обусловливается формой обводов судна (главным образом кормовой его части).
Во время движения уровень воды впереди судна повышается. Судно как бы толкает впереди себя вал воды (волну). Такой же вал, но меньших размеров, движется за кормой судна, а между ними от скулы судна до кормы образуется мелкая впадина. Кроме того, создаются небольшие волны, расходящиеся лучами от носа и кормы.
Волнообразование проявляется тем сильнее, чем больше водоизмещение судна, его скорость хода и меньше площадь живого сечения водоема. В результате волнообразования наблюдаются потеря скорости, рыскливость и увеличение осадки судна. Все это наиболее интенсивно проявляется при движении судна по мелководью, когда глубина пути приближается к шести-четырехкратной осадке судна.
Резкое увеличение сопротивления воды во время плавания на мелководье происходит при некоторых критических скоростях движения. Приближение скорости судна к критической можно заметить по появлению в районе форштевня поперечной волны.
Возникновение критической скорости может быть опасным для судна, так как при этом происходит уменьшение запаса воды под днищем и судно может потерять управляемость.
Величина критической скорости vк (м/с) ориентировочно может быть определена из равенства
где g — ускорение свободно падающего тела; h — глубина пути, м.
При глубине, меньшей 1,5—1,8 осадки судна, и движении последнего с высокой скоростью может произойти удар днищем корпуса о дно.
При движении судна осадка его увеличивается по сравнению с осадкой в неподвижном состоянии на спокойной воде. Осадку судна на ходу называют динамической или скоростной, а осадку в неподвижном состоянии в спокойной воде — статической.
Увеличение осадки на ходу называют посадкой судна. Основной причиной посадки является понижение уровня воды в средней (миделевой) части судна, вызываемое перераспределением давления воды по длине судна и подсасыванием его кормовой части ко дну потока.
Таким образом, разность между динамической и статической осадками (приращение осадки)
где Тд — динамическая осадка судна, м; Тс — статическая осадка судна, м.
Правилами плавания установлена норма обязательного запаса воды под днищем судов. Этот запас составляет от 5 до 30 см в зависимости от глубины, типа судна (состава) и грунта. Он установлен без учета дополнительной посадки судна при движении, которая должна учитываться судоводителем в зависимости от глубины судового хода и скорости движения судна.
Во избежание касания грунта днищем судна, движущегося с большой скоростью, особенно по фарватеру с ограниченной глубиной, следует снижать скорость хода.
При следовании судов на близком расстоянии друг от друга, особенно на параллельных курсах, судно меньшего водоизмещения может неожиданно перестать слушаться руля и резко устремиться в сторону судна большего водоизмещения или, сохраняя свое движение по курсу, быстро приближаться к нему всем корпусом — происходит так называемый присос судов.
Обгоняемое на близком расстоянии судно меньшего размера или буксируемая баржа, в силу волнообразования и вытеснения воды движущимся судном, вначале отталкивается носовой волной обгоняющего судна вперед и в сторону от него. Затем обгоняемое или встречное судно устремляется к борту обгоняющего (в область пониженного давления) и вновь отталкивается от него кормовой волной. В результате обгона на большой скорости и близком расстоянии обгоняемое судно может ударить носовой частью в среднюю часть борта обгоняющего.
Явление присоса объясняется образованием потоков воды, направленных от одного судна к другому, а также разностью давлений воды у внешних бортов и в узком пространстве между судами. Особенно часто это явление наблюдается при плавании в каналах, на мелководье, на фарватерах с ограниченными габаритами и при движении судов параллельными курсами на близком расстоянии друг от друга.
Величина зоны взаимодействия при присосе зависит от размера судов, их скорости, условий плавания и на траверзе может распространяться на расстояние до трех длин корпуса меньшего из расходящихся судов.
Для предотвращения присоса судов рекомендуется расходиться как можно на большем расстоянии между судами по траверзу.
Волнение, образуемое при движении судов, разрушает неукрепленные берега каналов, приводит к большому изнашиванию крепления береговых откосов. На ограниченных по ширине фарватерах и каналах проходить мимо стоящих у причалов или у берега судов нужно с уменьшенной скоростью и по возможности на большом расстоянии от них. Для обеспечения сохранности берегов на каналах введены ограничения скорости движения судов.
Уменьшать скорость хода судна нужно при прохождении мимо судов, стоящих на рейде, и мимо работающих дноуглубительных снарядов, а также мимо плавучего грунтопровода (судовые волны могут вызвать повреждение скреплений между понтонами грунтопровода).
Значительное влияние на управление судном или составом оказывает ветер и, как указывалось, вызываемое им волнение. Влияние ветра зависит от его силы и направления относительно диаметральной плоскости судна, высоты надводного борта, надстроек, осадки и скорости хода судна. Непосредственное действие ветра выражается в изменении скорости движения судна, в боковом сносе (дрейфе), увеличении рыскливости и ухудшении поворотливости.
В зависимости от направления относительно диаметральной плоскости судна различают ветер встречный, попутный, боковой, навальный и отвальный.
Встречный ветер замедляет скорость хода судна, а попутный— ускоряет движение, но при попутном ветре возникает рыскливость судна. Навальный и отвальный ветры затрудняют управление и маневрирование судном при подходах к причалам, другим судам, при прохождении гидротехнических сооружений. Боковой ветер вызывает дрейф судна, смещая его в сторону от намеченного курса, и затрудняет управление, особенно при прохождении судами затруднительных участков пути и расхождении с другими судами.
Волнение, создаваемое ветром, увеличивает рыскливость судов, уменьшает скорость движения, вызывает качку судов. Особенно ухудшает маневренные качества судна так называемая толчея, при которой происходит смещение волн, различных по своим элементам и идущих от разных направлений. При попутной волне судно плохо слушается руля и сильно рыскает.
Течение увеличивает или уменьшает скорость хода, влияет на циркуляцию судна, вызывает боковой снос и рыскливость.
В практике речного судовождения суда, идущие по течению, придерживаются наиболее быстрых стрежневых струй потока, а идущие против течения выбирают более слабое течение. Таким образом, при движении по течению скорость судна увеличивается за счет действия на него попутного течения, а при движении против течения —уменьшается за счет действия встречного течения.
При движении по течению повороты судна на обратный курс делают из струй с быстрым течением в тихие, а при движении против течения — наоборот.