На мелководье и ограниченном фарватере

Изменение глубины фарватера в сторону ее ухменьшения влияет на все составляющие полного сопротивления воды дви­жению судна.

В основном увеличивается волновое сопротивление, частично возрастает вязкостное. В результате влияния относительно близ­кого грунта (дна фарватера) возрастают скорости обтекания вдоль внешней границы пограничного слоя судна, а также пе­репады давления вдоль поверхности судна и соответственно увеличиваются вязкостные составляющие сопротивления. При относительных глубинах фарватера Н/Т>4 изменение незначи­тельно, однако при Н/Т = l,5÷2,0 вязкостное сопротивление мо­жет увеличиться на 10—15% по сравнению с его значением на глубокой воде.

Значительно более существенные изменения претерпевает картина волнообразования на мелководье, которая, как показы­вают наблюдения и теоретические исследования, определяется значением относительной скорости , где H — глу­бина фарватера в метрах. При скорости судна v (0,35÷0,4) характер волнообразования на мелководье практически не от­личается от наблюдаемого в условиях неограниченной глубины (рис. 2.19). По мере дальнейшего увеличения скорости судна при данном отношении Н/Т длина поперечных волн, образуе­мых судном, а также и угол раствора фронта расходящихся волн постепенно увеличиваются. Это приводит к увеличению площади поверхности воды, покрытой волнами, и соответственно к уве­личению волнового сопротивления. Наибольшей величины пол­ное сопротивление движению судна достигает при так называе­мой критической скорости , когда носовая и кормовая системы судовых волн вырождаются в две поперечные (оди­ночные) волны, движущиеся вместе с судном. При малых зна­чениях Н/Т эти волны, особенно носовая, имеют значительные амплитуды, и на их образование затрачивается много энергии.

Одновременно с образованием одиночных (спутных) волн по мере приближения к критической скорости возникает диффе­рент судна на корму и возрастает его средняя осадка, что при

малых H/T создает угрозу удара судна о дно водоема или даже временного «присоса» его к грунту. Примерный характер измене­ния дифферента и осадки судна иллюстрируют кривые, приве­денные в нижней части рис. 2.19.

В закритической области одиночные носовая и кормовая волны разбиваются на веерообразные пучки расходящихся

волн, обращенных выпуклостью наружу. При этом площадь сектора, охваченного волнами, убывает с ростом скорости, со­противление воды уменьшается и примерно при v =1,2 становится равным сопротивлению на глубокой воде. При даль­нейшем увеличении скорости сопротивление на мелководье ока­зывается меньшим, чем на глубокой воде, что объясняется глав­ным образом исчезновением поперечных волн, игравших основ­ную роль в образовании волнового сопротивления.

Движение судна вдоль мелководного канала сопровожда­ется явлениями, аналогичными тем процессам, которые наблю­даются при движении на мелководье неограниченной ширины; однако при стеснении фарватера стенками капала эти явления выражаются более резко и имеют дополнительные особенности. При движении судна в канале наблюдается не одна критическая скорость, а некоторая область критических скоростей от до которая сужается с увеличением ширины канала и в пределе обе критические скорости совпадают с критической скоростью на мелководье . При относительно малых скоростях v v_i в районе расположения судна и на некотором расстоянии перед ним возникает течение воды в сторону, противоположную движению судна (встречный поток). Вследствие этого увели­чиваются скорости обтекания корпуса судна и вязкостные состав­ляющие сопротивления воды, а также происходят дополнитель­ные потери энергии на трение встречного потока о ложе канала. Кроме того, уровень свободной - поверхности жидкости около судна понижается, и судно дифферентуется на корму. Это явле­ние наиболее интенсивно при v = v_i и малых отношениях Н/Т, когда возникает опасность касания днищем ложа канала.

Достижению первой критической скорости v₁ сопутствует появление одиночных волн перед судном и за его кормой, дви­жущихся с его скоростью и оказывающих вредное влияние на ложе канала и его берега. Сопротивление движению при этом резко возрастает. Поэтому скорость движения судов в каналах обычно ограничивают величиной порядка .

Увеличение скорости до второй критической v2 приводит к повышению уровня жидкости около судна и дальнейшему раз­витию спутных волн, но менее интенсивному повышению сопро­тивления, которое достигает максимума несколько раньше, чем на мелководье при неограниченной ширине фарватера.

В закритической области (при v v₂) уровень воды в ка­нале постепенно снижается до уровня невозмущенной свобод­ной поверхности, дифферент судна и его всплытие постепенно убывают, а поперечные волны разбиваются на пучки расходя­щихся волн. Соответственно снижается и сопротивление движе­нию судна до величины существенно меньшей сопротивления на мелководном фарватере неограниченной ширины.

Значения критических скоростей v₁ и v₂, а также скорости v₃, соответствующей минимальному сопротивлению движению, за­висят от отношений F¤/F_K и Н/Т, формы сечения канала и об­водов судна (где F¤/ —площадь мидель-шпангоута, F_к — пло­щадь живого сечения канала).

Если судно движется вблизи одной из стенок канала, сопро­тивление воды возрастает и появляется поперечная сила, при­тягивающая судно к ближайшей стенке при или оттал­кивающая его при .