Управляемость и инерционные характеристики судна на мелководье и в узкости

Влияние мелководья на управляемость судна проявляется в следующем:

• резко ухудшается устойчивость судна на курсе, повышается рыскливость;
• ухудшается поворотливость судна, значительно уменьшаются углы дрейфа и соответственно увеличивается радиус циркуляции.

Происходит это по следующим причинам. Как уже говорилось, движущееся судно имеет перепад давлений вдоль корпуса. В результате этого уровень воды в средней части пониженный, а в районе форштевня и ахтерштевня – повышенный. Перепад уровней воды в кормовой оконечности приводит к тому, что вода, перете­кая от повышенного уровня к пониженному, образует попутный поток, скорость которого зависит от величины перепада уровней воды.

При движении судна на мелководье перепад давлений (и как следствие — уровней воды) увеличивается по мере приближения скорости судна к ее критиче­скому значению Укр.

Вращающий момент, создаваемый пером руля зависит от скорости набегаю­щего потока. Увеличение скорости попутного потока при выходе судна на мелко­водье снижает скорость набегающего на перо руля потока и, как следствие, снижа­ет эффективность рулевого устройства (рис. 1).

Другим фактором, влияющим на управляемость, является то, что при выходе судна на мелководье для сохранения прежней скорости требуются большие энерге­тические затраты, чем на глубокой воде. Эта дополнительная энергия расходуется на то, что в процесс волнообразования вовлекаются дополнительные массы воды.

Увеличение инерционности судна при падении эффективности пера руля приводит к ухудшению маневренных и тормозных характеристик судна.

При одинаковой начальной скорости тормозной путь на мелководье и на глубокой воде отличаются незначительно.

При движении судна в узкости наблюдаются те же явления в поведении суд­на, что и на мелководье с неограниченной акваторией, только проявляется все это в более резкой форме.

Рис. 1 Влияние мелководья на радиус циркуляции

Гидродинамическое взаимодействие расходящихся судов в узкости

При расхождении на небольших траверзных расстояниях двух судов возни­кает опасная навигационная ситуация. В этом случае возникают дополнительные внешние силы, обусловленные гидродинамическим воздействием корпусов. В ре­зультате суда могут потерять управляемость и может произойти их столкновение.

В зависимости от сочетания различных факторов и взаимного положения судов может происходить как «притяжение», так и «отталкивание» судов (рис. 2).

Рис. 2 Расхождение судов в узком канале

При сближении судов на контркурсах под влиянием областей повышенного давления носовые оконечности будут отталкиваться.

Когда форштевни разойдутся, массы воды устремятся в области пониженно­го давления, увлекая за собой носовые оконечности. Это наиболее опасный момент расхождения, и для предотвращения столкновений суда должны быть одержаны. Когда суда выходят на траверз друг друга, они начинают притягиваться.

Далее все повторится в обратном порядке – кормовые оконечности устремят­ся в области пониженного давления, а после расхождения оттолкнуться.

Такой же процесс отталкивания и притягивания наблюдается при обгоне (рис. 3). Однако из-за более длительного взаимодействия гидродинамических по­лей опасность столкновения при обгоне выше. При движении на обгон происходит резкое увеличение просадки обоих судов.

Рис. 3 Гидродинамическое взаимодействие судов при обгоне

Управление и маневрирование судном при плавании в канале

Характеристика каналов

Судоходные каналы классифицируются по назначению, способу устройства, наличию оградительных сооружений, пропускной способности, размерам попереч­ного сечения и высот надводных переходов, длительности навигационного периода и характеру материковых грунтов, составляющих ложе канала.

По назначению каналы подразделяют на соединительные и подходные;

• по способу устройства — на закрытые (шлюзованные) и открытые;
• по наличию ис­кусственных оградительных сооружений — на огражденные и не огражденные.

По пропускной способности каналы классифицируются показателями фак­тического судооборота в обоих направлениях, выраженными количеством пропус­каемых судов и их регистровым тоннажем. По размерам поперечного сечения и высотам надводных переходов каналы классифицируют по:

• максимально допусти­мой осадке пропускаемых судов;
• максимально допустимой высоте надводного га­барита судов;
• режиму пропуска судов (каналы одностороннего или двустороннего движения).

Каналы двустороннего движения могут иметь достаточную ширину ли­бо по всей длине для расхождения встречных судов в любом пункте, либо иметь уширения в нескольких пунктах для ожидания пропуска встречных судов.

Рис. 4 Движение судна в канале

По длительности навигационного периода каналы подразделяются на незамерзающие с круглогодичным навигационным периодом и замерзающие с ограниченным навигационным периодом по ледовым условиям.

Влияние рельефа канала на управляемость судна

Движение судна в мелководном канале сопровождается теми же явлениями, что и на мелководье, но выраженными в более резкой форме (рис. 5). Из-за до­полнительного стеснения фарватера интенсивность волнообразования, просадки и сопротивления движению нарастают быстрее, чем на неограниченном мелковод­ном участке моря. Особенности движения судна в канале различаются в зависимо­сти от скорости движения. При движении судна с докритической скоростью в се­чении канала, стесненном корпусом, скорость течения жидкости между бортом судна и стенкой канала увеличивается, а уровень ее поверхности понижается. При смещении с оси канала обтекание корпуса становится несимметричным, скорость потока воды между бортом и ближайшей стенкой увеличивается и возникает попе­речная сила, которая притягивает судно к ближайшей стенке.

Явление притягивания особенно заметно при отходе судна от стенки канала. В начале движения винт, работающий вперед, интенсивно засасывает воду со сто­роны носовой части судна. Поскольку приток воды со стороны ближайшего к стен­ке борта затруднен, уровень воды между бортом и ближайшей стенкой понижается и возникает сила, притягивающая судно к стенке канала.

Более сложными являются взаимодействие корпуса и стенок канала при движении судна околокритическими скоростями (рис. 6). С началом образова­ния одиночной волны изменяется профиль поверхности воды, обтекающей корпус. При смещении с оси канала со стороны ближайшей стенки в носовой части судна уровень поверхности воды повышается и возникает избыточное давление, отталкивающее скулу от ближайшей стенки. Одновременно ускоряется поток воды между бортом и ближайшей стенкой, достигая максимальной скорости в корме судна за счет винтовой струи, что приводит к понижению уровня воды, и корма судна стре­мится притянуться к ближайшей стенке.

Рис. 5 Эффект берега при плавании судна в канале

Рис. 6 Взаимодействие корпуса судна и стенок канала

Для компенсации возникающего момента и удержания судна на прямом кур­се в этом случае необходимы несимметричные, смещенные в сторону ближайшей стенки канала перекладки руля. Во время прохода мимо расширений или ответвле­ний канала, из-за нарушения симметричности обтекания корпуса, носовая оконеч­ность судна будет уклоняться в сторону расширений или ответвлений. Если в это время в расширении стоит какое-либо судно, то это грозит навалом. Средство пре­дупреждения – заранее переложить руль в сторону противоположную расширению.

При прохождении прямолинейных участков, по­скольку профиль сечения канала редко бывает симметричным, нос судна будет уклоняться в сторону больших глубин (рис. 7). Это явление называется «эффектом свободной воды». При следовании судна вдоль отлогого берега этот эффект резко усиливается (рис. 8).

Рассмотренные ранее явления существенно усили­ваются при увеличении скорости судна, что приводит к его резким отклонениям от курса, которые иногда невоз­можно компенсировать только перекладкой руля. Первым признаком несоответ­ствия скорости движения судна площади сечения канала является ярко выраженная крутая кормовая волна. Если не уменьшить скорость судна, то при неожиданном уменьшении площади сечения канала увеличивается интенсивность процесса вол­нообразования, существенно возрастет сопротивление движению, и судно резко потеряет скорость. Тогда кормовая волна нагонит судно и вызовет его отклонение в ту или иную сторону, т. е. судно потеряет управляемость.

Рис. 7 Влияние расширения канала на управляемость судна

Рис. 8 Влияние рельефа дна канала на отклонение носа судна

Влияние течения на управляемость судна в канале

Встречное течение. Если судно запоздало положит руль вправо, корма начнет притягиваться к берегу, а нос отклоняться к противоположной бровке кана­ла (рис. 9). Струи воды будут ударять в правый борт, еще больше отклоняя нос влево. В таком положении трудно выправить судно с помощью руля. Остается единственное средство — застопорить машину, чтобы уменьшить влияние взаимо­действия между судном и берегом. Если этого не сделать, — судно может врезать­ся в противоположный берег с последующим разворотом против течения.

Рис. 9 Влияние встречного течения на управляемость судна

Попутное течение. Скорость относительно воды меньше, чем скорость такого же судна, но идущего против течения. Если судно запоздало положит руль вправо, то его развернет поперек канала (рис. 10). Это произойдет из-за сужения сечения в районе правого борта, вследствие чего скорость течения увеличится, давление между бровкой канала и корпусом уменьшится и начнется притяжение кормы к правому берегу. Однако это явление будет значительно меньше влиять на судно, так как скорость в зазоре значительно меньше, чем при встречном течении. Кроме того, струи воды будут ударять в левый борт и препятствовать повороту влево. Судно будет лучше слушаться руля, и может быть легко выведено на ось ка­нала.

Рис. 10 Влияние попутного течения на управляемость судна

Поворот судна в канале

Выполнение поворота в узкости является наиболее ответственным момен­том. Точка начала поворота должна быть нанесена на карту с учетом действия те­чения, радиуса циркуляции при определенной перекладке руля и фиксироваться методом обсервации.

При выполнении поворота на течении необходимо учитывать, что даже кратковременное положение судна под значительным углом относительно направ­ления течения создает угрозу сноса его в сторону берега. Судно должно вписаться в поворот так, чтобы его диаметральная плоскость была параллельна близлежаще­му берегу.

При выполнении поворота следует избегать резкой перекладки руля в край­ние положения: необходимо учитывать возможность заклинивания руля. На кру­тых поворотах можно ускорить поворот кратковременным увеличением скорости. Поэтому поворот всегда следует делать на умеренной скорости с тем, чтобы был резерв хода для улучшения поворотливости судна.

При отклонении по оси узкости, канала и при приближении к берегу сопро­тивление движению судна возрастает – возникает поперечная сила, которая оттал­кивает носовую часть судна и притягивает кормовую к ближнему берегу, причем, чем ближе судно будет находиться к одному из берегов, тем больше возмущение воды и скорость потока между берегом и бортом судна и тем больше силы отталкивания и притяжения, что может привести к развороту судна поперек узкости (рис. 11).

При движении судна с неработающими машинами эффект берега практиче­ски не ощутим. При работе машины ходом назад эффект берега противоположен – притягивается носовая часть судна, отталкивается – кормовая.

Рис. 11 Поворот в узкости

Особенности расхождения судов в канале

Расхождение судов друг с другом в каналах сопровождается не только гид­родинамическим взаимодействием между судами, но и каждым судном с дном во­доема и ближайшим берегом. Смещение при расхождении с оси канала вызывает действие гидродинамических сил, которые стремятся развернуть судно поперек канала. Чтобы удержать его на курсе, требуются своевременные действия рулем.

Расхождение в узком канале. Два судна сближаются, придерживаясь оси канала (рис. 12). Скорость судна заблаговременно уменьшают до минималь­ной, достаточной для управления. Когда до встречного судна остается расстояние, равное 2—3 длинам корпуса, оба судна энергично кладут руль вправо и выходят ближе к кромке канала. Приближаться к кромке канала заранее, на большом рас­стоянии между судами нельзя, так как удерживать судно вплотную к бровке дли­тельное время трудно. В тот момент, когда форштевни судов поравняются, руль перекладывают влево, чтобы отвести корму и начать движение вдоль встречного судна, одновременно увеличивая частоту вращения гребного винта. Суда огибают друг друга, совершая плавный поворот влево. Когда носовая часть подходит к тра­верзу миделя другого судна, руль перекладывают вправо, чтобы воспрепятствовать движению кормы к кромке канала. Благодаря взаимодействию гидродинамических сил между судами и каждого судна с берегом оба судна стремятся развернуться влево. Судоводителям следует контролировать движение судов, но не препятство­вать их плавному развороту влево. Как только оба судна разойдутся чисто, они снова выйдут на ось канала. Движению необходимо помогать рулем и при выходе на ось канала задержать судно на заданном курсе.

Если одно из судов во время расхождения задержит движение влево и после прохождения другого судна останется у правой бровки канала, то влияние берего­вого эффекта (отталкивание носа и притягивание кормы) может резко уклонить его влево и даже развернуть поперек канала. Чтобы не допустить разворота влево необходимо своевременно одержать судно рулем вплоть до перекладки руля право на борт и помогать работой машины до тех пор, пока судно не выйдет на ось кана­ла.

Рис. 12 Расхождение судов в узкости

В случае расхождения в узком канале или фарватере последовательно с не­сколькими судами эти суда должны заблаговременно установить и сохранить меж­ду собой интервал не менее 1 — 1,5 мили, чтобы дать возможность встречному судну занять устойчивое положение на оси канала после расхождения с предыду­щим судном.

Обгон в узкости. С целью обеспече­ния безопасности плавания на наиболее тяже­лых участках местными правилами обычно вводится запрет на обгоны. Однако в случае, если какое-либо судно пойдет на обгон в опасной близости, необходимо принять меры предосторожности: в первую очередь умень­шить ход до минимально возможного, затем выполнять действия, способствующие без­опасному обгону.

Разворот судна в узкости

В практике плавания в узкостях бывают случаи, когда необходимо развер­нуть судно на обратный курс. Такой маневр одновинтового судна с правым шагом винта осуществляют следующим образом (рис. 13). Наибольшая скорость пово­рота наблюдается тогда, когда машине дан полный ход вперед и руль положен на правый борт. Струя воды от винта, действующая на руль, будет отклонять корму влево. С увеличением хода поворот кормы влево будет происходить быстрее. Как только нос судна начнет уклоняться вправо, дают машине полный ход назад и пе­рекладывают руль сначала прямо, а затем, по мере увеличения оборотов винта, влево. С увеличением хода назад отклонение кормы влево будет увеличиваться действием руля. Когда судно начнет двигаться назад, снова перекладывают руль вправо и дают машине полный ход вперед. Маневрируя таким образом, разворачи­ваются в нужном направлении. Во многих случаях в узкостях, прежде чем начать разворот, следует погасить излишнюю инерцию, для чего заранее уменьшают ход. Нужно помнить, что диаметр циркуляции бывает наименьшим при малой началь­ной скорости судна, но при работающей полным ходом машине и положенном на борт руле.

Рис. 13 Разворот судна в узкости

Разворот на обратный курс можно осуществить с помощью якоря, для чего в определенном месте отдают якорь, потравливают якорь-цепь с таким расчетом, чтобы при данной глубине на малом ходу он держал (рис. 14).

Положив руль на борт в сторону отданного якоря, постепенно увеличивают обороты винта и двигаются вокруг якоря на туго натянутой цепи.

Нельзя отдавать якорь там, где находятся цепи якорей других судов, мерт­вых якорей швартовных бочек, подводные телефонные и электрические кабели.

Маневры необходимо выполнять на малой скорости, а выходить на якорь-цепь — постепенно, исключая чрезмерные ее напряжения.

Рис. 14 Разворот судна при помощи якоря

Меры предосторожности при проходе мимо ошвартованных в канале судов

При проходе мимо ошвартованных судов необходимо держаться оси канала. Уклоняться к противоположному берегу не следует, т. к. отталкивание носа от стенки канала может вызвать резкий поворот в сторону ошвартованного судна. Скорость движения должна быть минимально возможной, а в некоторых случаях проходить мимо ошвартованных судов следует по инерции с остановленными машинами, чтобы уменьшить на них влияние судовых волн. При чрезмерной скоро­сти судовые волны могут вызвать резкие продольные и поперечные перемещения ошвартованного судна, что может привести к обрыву швартовых и возникновению аварийной ситуации (рис. 15).

Рис. 15 Ошвартованное судно в канале

Общие рекомендации при плавании судна в канале и узкости

Общие рекомендации при плавании на мелководье и узкостях сводятся к следующему.

1. Обязательным условием для безопасного плавания является общая подготовка судна: подготовка машины для работы в маневренном режиме, переход на руч­ное управление, подготовка якорного устройства к отдаче якоря и обязательная вахта у брашпиля, проверка средств сигнализации и связи, закрытие дверей в водонепроницаемых переборках.
2. Чрезмерная скорость в узкостях и на мелководье противоречит хорошей мор­ской практике и может привести к аварии. Первым признаком чрезмерной ско­рости является появление ярко выраженной кормовой волны. Кроме того, для сохранности ложа канала местными правилами плавания предусмотрено огра­ничение скорости движения судов.
3. Уменьшать скорость или останавливать судно следует постепенно и плавно, чтобы кормовая волна не вызвала отклонения судна от курса.
4. При смещении судна с оси канала и движении вблизи его бровки возникают силы отталкивания от берега, вследствие чего нос судна стремится развернуть­ся в сторону оси канала, а корма “присасывается” к берегу. Для воспрепятство­вания такому “присасыванию” и обеспечения прямолинейного движения судна вдоль откоса канала руль следует положить в сторону бровки. Необходимо также учитывать возможность ухода носовой оконечности судна от мели. При движении мимо расширенных участков канала, вследствие асимметрии обтека­ния корпуса потоком воды, у судна увеличивается рыскливость. При подходе к такому участку оно стремится развернуться в сторону расширения, после про­хода – в противоположную сторону. Судоводителю необходимо учитывать ухудшение поворотливости судна, а также возможность резких уклонений его от курса.
5. В общем случае при плавании в узкостях на прямолинейном участке следует держаться оси канала или фарватера, добиваясь, чтобы судно управлялось не­большими симметричными перекладками руля. Подходя к глубоким выемкам и поворотам канала, где судовой ход не просматривается, необходимо заранее уменьшать скорость, следовать с осторожностью и подавать соответствующий звуковой сигнал, предписанный правилом 34(в) МППСС, а также по возможно­сти оповещать другие суда по УКВ-связи о своем подходе к криволинейному участку. При прохождении изгибов канала следует держаться внешнего берега (излучины), тогда отталкивание от берега носовой части будет способствовать повороту и не придется значительно перекладывать руль.
6. Уклонение от оси канала допустимо лишь при расхождении судов. В этом слу­чае необходимо также учитывать возможное гидродинамическое взаимодейст­вие между судами, а при плавании в каналах — и гидродинамическое взаимо­действие судна со стенками канала. Встречные суда должны первоначально уклониться таким образом, чтобы их левые борта находились примерно на оси канала. Когда расстояние между ними станет равным примерно трем длинам большего из судов, они должны постепенно уклоняться на необходимое тра-верзное расстояние, обеспечивающее безопасное расхождение. Для обеспече­ния безопасного движения при обгоне в канале большое значение имеет ско­рость движения. Для обгона необходимо выбирать прямолинейные участки ка­нала. Траверзное расстояние между судами при расхождении должно быть рав­ным расстоянию между откосом канала и судном. В этом случае обтекание корпусов обоих судов будет более равномерным и явление присасывания не­значительным. Для улучшения управляемости в момент расхождения частота вращения движителей на некоторый момент может быть увеличена, что не вызовет резкого увеличения скорости из-за инерционности судов. При встрече и обгоне судов в каналах и реках просадка увеличивается более интенсивно, чем на глубокой воде и это необходимо учитывать судоводителю. При сильном ветре безопасность расхождения в некоторых случаях может быть обеспечена только при остановке одного из встречающихся судов и смешении его с оси ка­нала.
7. При прохождении мимо ошвартованных в канале судов рекомендуется следо­вать минимально возможной скоростью или по инерции с остановленными машинами и держаться по возможности ближе к оси канала.
8. Если при ухудшении видимости обеспечение безопасности плавания в районе со стесненными условиями становится невозможным, следует стать на якорь, сойдя с фарватера.
9. При плавании по реке большое значение при управлении судном будет иметь течение.

Предлагается к прочтению:
Управление судном при плавании на мелководье и в узкости
Меры по обеспечению безопасности судна при плавании в шторм