Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ПРОСАДКИ СУДОВ СМЕШАННОГО «РЕКА-МОРЕ» ПЛАВАНИЯ ПРИ ДВИЖЕНИИ НА МЕЛКОВОДЬЕ

Чурин М.Ю. 1
1 ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»
На базе выполненного анализа геометрических характеристик судов автором предлагается новый метод расчёта величин динамической просадки судов внутреннего и смешанного плавания, позволяющий определить характер просадки (на нос или на корму). Результаты расчётов по предложенному методу обладают хорошей сходимостью с результатами модельных и натурных испытаний судов речного флота, выполненные другими авторами. Вопросы, поднимаемые в статье, весьма актуальны: новый метод рас-чёта динамической просадки судов учитывает особенности форм корпусов судов внутреннего и смешан-ного плавания. В статье приводятся данные геометрических характеристик судов внутреннего и сме-шанного «река-море» плавания, которые были приняты автором под обработку. Для оценки сходимости статья содержит результаты расчётов величин динамической просадки, определенных для речных судов по другим методикам.
методика расчета
характер динамической просадки
геометрические характеристики
судно
1. Ганнессен В. Плавание на мелководье и в узкости / учебное пособие для судоводителей [Электронный ресурс], 2007. – Режим доступа: http://mariners.narod.ru/VGanessen_Plavanie_na_melkovodie.pdf.
2. Звонков В. В. Скоростные и тяговые характеристики грузовых теплоходов // Речной транспорт. – 1954. – № 5. – С. 17-21.
3. Гидравлика: учебник для вузов / А. А. Гусев. – М.: Изд-во Юрайт, 2013. – 285 с. – Серия: Бакалавр. Базовый курс.
4. Исследование движения судов по ограниченным фарватерам / Г. И. Сухомел, В. М. Засс, Л. И. Янковский. – Киев: Изд-во АН Украинской ССР, 1956. – 163 с.
5. Правила плавания по внутренним водным путям Российской Федерации. – М.: Транспорт, 2009. –128 с.
6. Резолюция ИМО А.893(21) « Руководство по планированию рейса» от 25 ноября 1999 года [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gfi.chat.ru/imo/A893(21).htm.
7. Справочник капитана дальнего плавания / Под ред. Г. Г. Ермолаева. – М.: Транспорт, 1988. – 211 с.
8. Управление судами и составами / П. Н. Шанчуров, Н. Ф. Соларев, И. А. Щепетов. – М.: Транспорт, 1971. – 347 с.
9. Управление судами и составами: учебник для вузов / Н. Ф. Соларев [и др.]. – 2-е изд. – М.: Транспорт, 1983. – 296 с.
10. Brown’s Nautical Almanac, Brown, Son and Ferguson. Ltd, Glasgow, G41 2SD, 2011.

Суда ограниченного района плавания, и в первую очередь суда смешанного «река-море» плавания, имеют весьма существенные особенности работы. В процессе эксплуатации этих судов был накоплен богатый опыт работы как чисто в морских районах и на внутренних водных путях, так и на устьевых участках рек, впадающих в моря, где исходя из специфических условий этих районов суда смешанного «река-море» плавания зарекомендовали себя наиболее успешно.

Требования ИМО к проработке перехода, изложенные в Резолюции А.893(21) «Руководство по планированию рейса» [6] и целый ряд других нормативных документов определяют необходимость расчета минимального запаса воды под днищем судна. При следовании на мелководье одним из основных факторов, определяющих минимальный запас, является динамическая просадка судов. Как показывает практика, характер проявления динамической просадки у различных судов может существенно отличаться. Установлено, что в некоторых случаях крупные морские суда могут иметь приращение осадки носом больше, чем кормой. В то же время натурные наблюдения, выполненные на речных судах, показывают, что они на мелководье просаживаются больше кормой. Например, «Brown’ s Nautical Almanac» [10] содержит информацию о том, что для судов, имеющих коэффициент полноты водоизмещения δ>0,70, дифферент будет проявляться на нос, для судов с δ<0,70 – дифферент на корму, а для судов с δ = 0,70 – просадка судна будет проявляться без дополнительного дифферента. Методика К. Ремиша [7], во многих источниках называемая универсальной, содержит другой подход к определению просадки судна, связанный с расчетом дополнительного коэффициента:

(1)

где – коэффициент, зависящий от формы корпуса;

В – ширина судна;

L – длина судна.

При проседание носа больше проседания кормы, а при – больше проседание кормы. Так у судов с полными обводами и малым отношением L/B (например, у крупнотоннажных танкеров) больше проседает нос, а у судов с острыми образованиями больше проседает корма.

Вопросами приращения осадки при движении судна по мелководью занимались многие зарубежные и отечественные исследователи (в том числе В. Г. Павленко, В. В. Звонков, Г. И. Сухомел, А. Б. Карпов, П. Н. Шанчуров, Г. И. Ваганов, А. М. Полунин и др.). Существует несколько методов расчета приращения осадки при движении на мелководье. Наибольшее распространение получили методы В. Г. Павленко, А. М. Полунина, П. Н. Шанчурова, Г. И. Сухомела, А. П. Ковалева, универсальный метод Ремиша, графический метод NPL и др. Некоторые из методов относятся только к речным судам, некоторые только к морским, есть и универсальные методы расчета просадки. Для речных судов с традиционными обводами корпусов это, в первую очередь, основанные на результатах модельных испытаний методы В. Г. Павленко, П. Н. Шанчурова, Г. И. Сухомела и их дальнейшие разработки в виде формул А. М. Полунина и А. П. Ковалева.

Эксплуатация речных судов осуществляется в стесненных условиях на мелководье, критерии которого существенно отличаются от общепринятых в морском судовождении. Согласно требованиям «Правил плавания по внутренним водным путям» [5] минимальный запас воды под днищем судна должен составлять при песчаном грунте не менее 0,20 м., а при каменистом грунте – 0,25 м. При плавании в морских районах указанные запасы абсолютно не приемлемы.

Авторы методик расчета динамической просадки речных судов исходили, прежде всего, из учета физического процесса, происходящего вокруг движущегося судна. Суть его сводится к следующему: поскольку вода обладает свойством неразрывности, то вытесняемые в стороны частицы воды, двигаясь по криволинейной траектории, за то же самое время должны пройти больший путь, чем частицы, движущиеся прямолинейно [1]. Следовательно, скорость частиц, обтекающих судно, выше скорости частиц, движущихся по прямой. Зависимость между скоростью потока и давлением жидкости описывается уравнением Бернулли [3]:

z + , (2 )

где z – высота положения единицы веса жидкости;

p – гидростатическое давление на данном участке;

ρ– плотность жидкости, его масса, заключенная в единице объема;

g – ускорение свободного падения;

– скорость потока.

Из данного выражения видно, что если на каком либо участке скорость движения жидкости увеличивается, то для сохранения равенства должно понизиться давление. Следовательно, для того чтобы уравнение (2) выполнялось, вокруг судна во время его движения происходит падение давления и уровня воды. Поэтому в приведенных ниже методах расчета динамической просадки, разработанных с учетом физических процессов обтекания корпуса судна потоком воды, присутствует динамический элемент выражения (2).

Метод В. Г. Павленко [8]:

, (3)

где – приращение осадки судна по корме;

a– числовой коэффициент, причем:

для крупнотоннажных грузовых судов и толкаемых составов

, (4)

где Т – осадка судна;

H – глубина судового хода.

Метод П.Н. Шанчурова [9]:

а) для отношений

; (5)

б) для отношений

, (6)

где k – числовой коэффициент, принимаемый при 5

Метод Г. И. Сухомела [8]:

а) при отношении

(7)

б) при отношении

(8)

где – среднее приращение осадки на ходу судна;

k – числовой коэффициент, определяемый по таблице 1

Таблица 1

Зависимость коэффициента k от отношения L / B

L/B

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

12,0

k

1,32

1,27

1,23

1,19

1,17

1,15

1,10

Дифферент на корму учитывается коэффициентом a, зависящим также от отношения L/B. При этом приращение осадки кормой определяется как

, (9)

где a – безразмерный коэффициент, для различных типов судов a может меняться в диапазоне 1,1 – 1,5 [4].

В выражениях (4)–(6) и (8) присутствует отношение, отражающее условия мелководья, для которых выполняется расчет динамической просадки. В указанных выражениях присутствуют также, напрямую или через коэффициент, значения ширины и длины судна.

Физический процесс обтекания корпуса судна жидкостью, помимо главных размерений судна и отношения его осадки к глубине в районе плавания, определяется формой корпуса судна, что не нашло отражения в приведенных выше формулах расчета просадки.

Для определения характера проявления динамической просадки автором были выполнены расчеты по соотношениям размерений корпусов пятнадцати судов внутреннего и смешанного плавания, включая реконструированные суда (см. табл. 2). Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:

1) универсальная методика К. Ремиша не во всех случаях соответствует характеру проявления динамической просадки речных судов. По методике К. Ремиша при коэффициентах проседание носа должно быть больше проседания кормы. Но натурные наблюдения показывают, что речные суда больше проседают на корму;

Таблица 2

Геометрические характеристики судов

№ п/п

Тип судна

Проект

Длина, L

Ширина, B

Осадка, T

Коэф-т полноты водоизмещения δ

Коэффициент Сδн по Ремишу

Соответствие характеру просадки

Соотношение

δн/ δк

Соотношение

= /

1

6-я пятилетка

576

90,0

13,0

2,8

0,83600

1,31123

нет

0,86138

1,03674

2

Невский

Р-32БУ

108,57

14,8

3,0

0,84200

1,1856

нет

0,77185

1,05424

3

Окский

Р-97

82,0

15,0

2,2

0,79760

1,9158

нет

1,03228

1,01678

4

Волго-Дон

507Б

135,0

16,5

3,2

0,85100

0,9736

да

0,96145

1,08960

5

Волгонефть

550А

128,6

16,5

3,5

0,84500

1,05789

нет

0,74360

1,0657

6

Волго-Балт

095

110,0

13,0

3,3

0,82500

0,85556

да

0,92651

1,03207

7

т/х Якутск

1743

105,0

14,8

2,5

0,82700

1,22287

нет

0,8053

1,0647

8

Сормовский

1557

105,0

13,0

3,5

0,84200

0,88313

да

0,9695

1,03484

9

Нефтерузовоз

1553

115,26

13,0

3,4

0,82340

0,77624

да

1,03346

1,02836

10

Сормовский

614 бол.

110,15

13,0

3,3

0,80767

0,81776

да

0,98364

1,0243

11

Родина

588

90,0

11,5

2,2

0,57560

0,48688

да

0,75844

1,2150

12

В. Куйбышев

92-016

126,45

15,8

2,9

0,71500

0,7206

да

1,2837

1,04131

13

М. Горький

Q-040

104,3

12,8

2,2

0,72440

0,7112

да

1,25026

1,03411

14

Русь

302

124,5

16,0

2,9

0,67500

0,6772

Да

1,04331

1,077967

15

Волжский

0574АМ

103,8

16,5

3,49

0,830

1,5666

нет

-

1,08262

2) отношение коэффициентов полноты водоизмещения носовой δн и кормовой δк оконечностей корпуса судна также не отражает характер проявления динамической просадки (отношение больше или меньше 1,0);

3) отношение коэффициентов полноты носовой σн и кормовой σк половин диаметрального батокса судна носит постоянный характер (во всех случаях = σн / σк > 1,0), что является характерной особенностью форм корпусов судов внутреннего и смешанного плавания.

Взяв за основу теорию обтекания корпуса судна жидкостью и проанализировав вышеизложенные заключения с учетом результатов натурных наблюдений, автором предлагается для расчета динамической просадки речного судна на мелководье использовать следующее выражение:

, ( 10)

где = σн / σк – отношение коэффициента полноты носовой половины к коэффициенту полноты кормовой половины диаметрального батокса корпуса судна, характеризующее форму его обводов;

=ν/ – число Фруда.

Выражение (10) позволяет определить приращение средней осадки судна. Для расчета приращения осадки судов внутреннего и смешанного плавания по корме предлагается использовать выражение (9), в котором коэффициент a принимается равным 1,2, то есть

. ( 11)

Для проверки корректности результатов исследований были выполнены расчёты динамической просадки по корме по методам В. Г. Павленко, П. Н. Шанчурова и по предлагаемой автором формуле (11) для пятнадцати судов внутреннего и смешанного плавания. Примеры полученных результатов представлены в табл. 3–5.

Таблица 3

Величины просадки по корме теплохода «Окский» (проект Р- 97)

Соотношение Т/Н

Величина просадки по корме, м

Средний ход

Малый ход

Метод

Павленко

Метод

Шанчурова

Метод автора

Метод

Павленко

Метод

Шанчурова

Метод автора

0,5

0,188

0,157

0,190

0,084

0,070

0,085

0,6

0,206

0,171

0,208

0,091

0,077

0,092

0,7

0,223

0,223

0,225

0,099

0,100

0,100

0,8

0,238

0,239

0,241

0,105

0,107

0,107

0,9

0,252

0,253

0,255

0,112

0,113

0,113

Таблица 4

Величины просадки по корме теплохода «Якутск» тип «Омский» (проект 1743)

Соотношение Т/Н

Величина просадки по корме, м

Средний ход

Малый ход

Метод Павленко

Метод Шанчурова

Метод автора

Метод Павленко

Метод Шанчурова

Метод автора

0,5

0,255

0,202

0,244

0,113

0,090

0,108

0,6

0,280

0,221

0,268

0,124

0,098

0,119

0,7

0,302

0,288

0,289

0,134

0,128

0,128

0,8

0,323

0,308

0,309

0,143

0,137

0,137

0,9

0,343

0,326

0,328

0,152

0,145

0,145

Таблица 5

Величины просадки по корме теплохода «Волжский» (проект 05074 МА-020-002)

Соотношение Т/Н

Величина просадки по корме, м

Средний ход

Малый ход

Метод Павленко

Метод Шанчурова

Метод автора

Метод Павленко

Метод Шанчурова

Метод автора

0,5

0,282

0,234

0,285

0,125

0,104

0,127

0,6

0,309

0,256

0,311

0,137

0,114

0,139

0,7

0,333

0,333

0,336

0,148

0,148

0,149

0,8

0,356

0,356

0,360

0,158

0,158

0,160

0,9

0,378

0,378

0,381

0,168

0,168

0,170

Сравнительный анализ результатов расчетов позволил сделать вывод об их хорошей сходимости. Наибольшие расхождения обнаруживаются в результатах расчетов, выполненных по методике П. Н. Шанчурова для соотношений Т/Н равных 0,5 и 0,6. Причиной указанных расхождений является тот факт, что при этих отношениях в расчетной формуле меняется числовой коэффициент, изменение которого и вызывает изменение конечного результата определения динамической просадки.

Максимальные расхождения расчетной величины динамической просадки речных судов по корме не превышают 6 %, а, как правило, находятся в пределах 4 %.

Предложенная методика расчета величины динамической просадки по корме у речных судов имеет хорошую сходимость и с результатами натурных наблюдений, выполненных по серийным речным судам [10].

На основании вышеизложенного, можно сделать заключение, что предложенная методика расчета динамической просадки, учитывающая характер обводов корпусов речных и смешанного плавания судов, может быть использована в практической деятельности судоводителей.

Рецензенты:

Клементьев А. Н., д.т.н., профессор кафедры судовождения и безопасности судоходства ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта», г. Нижний Новгород.

Тихонов В. И., д.т.н., профессор кафедры судовождения и безопасности судоходства ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта», г. Нижний Новгород.


Библиографическая ссылка

Чурин М.Ю. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ПРОСАДКИ СУДОВ СМЕШАННОГО «РЕКА-МОРЕ» ПЛАВАНИЯ ПРИ ДВИЖЕНИИ НА МЕЛКОВОДЬЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=10228 (дата обращения: 10.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074