Расчет безопасной скорости плавания судов в каналах

       Необходимость обеспечения безопасного плавания судов в стесненных условиях известна давно и часто описана в специальной литературе [ 2], [ 4],  [9], [29]. Такое плавание требует строгого учета, как влияет ограничение акватории не только на возможности маневрирования в ограниченных пространствах, но увеличения запаса глубины на мелководье. До последнего времени практически не решен вопрос четкого, грамотно обоснованного, количественного определения на сколько, дополнительно к мелководью, увеличивается осадка судна за счет действия стенок канала. В большинстве фирменных рекомендаций [16] иностранным судам при движении в ограниченных (confined) водах требуют просто увеличивать величину осадки на мелководье в открытых водах в два раза.

       Современные подходы требуют более глубокого теоретического методов решения сложной навигационной задачи. Кроме того, практика требует определения безопасной скорости плавания в каналах различной ширины и глубины с учетом размеров судна. Поэтому решение задачи построено на получении зависимости увеличения осадки как функции скорости и осадки судна, ширины и глубины канала.

       При плавании на мелководье с ограниченной акваторией у судна появляется дополнительное проседание. Величину дополнительного проседания можно приблизительно вычислить по преобразованной формуле А.П. Ковалева [11]:

∆d_k = K′·V_c²                                                                         (А.1)

∆d_к - величина дополнительного проседания, см;

К’ - коэффициент, зависящий от соотношения площадей поперечного сечения канала ώ_к и подводной части мидель-шпангоута ώ_с (таблица А.1);

V_c- скорость судна, уз.

 

Таблица А.1 - Значения коэффициента К’

ώк /ώс	3	4	5	6	8	10	12
K’	0.98	0.61	0.44	0.35	0.24	0.18	0.15

Из таблицы видно, как быстро увеличивается проседание судна при уменьшении поперечного сечения канала. Поскольку зависимость К’ от ώ_к /ώ_с нелинейная, то для повышения точности нахождения величины К’ предлагается график (рис. А.1).

                                          Рисунок А.1 - Значения коэффициента К’

       Расчет значений ∆d_к предусматривает вычисления величин ώ_к и ώ_с по формулам (А.2) и (А.3):

       ώ_к = W·H,                                                            (А.2)

       где

       W – ширина канала, м;

       H – глубина канала, м.

                              ώ_с = В·d_т                                                              (А.3)

       где:

       В – ширина судна, м;

       d_т – текущая осадка судна,м.

Для входа в таблицу 1 вычисляют величину ώ_к / ώ_с , по которой выбирают значение коэффициента К’ и определяют значение ∆d_к. Результаты расчетов и значений дополнительной поправки осадки покажем для промыслового судна типа БМРТ со следующими исходными данными: длина судна 91,6 м, ширина 15,2 м, осадка порожнем 4,6 м, осадка с грузом 5,8 м. Реально рассматривать ширины канала 50 м; 75 м; 100 м; и 150 м.

       Значения исходных данных для двух предельных случаев загрузки судна и различных глубин канала покажем в таблице А.2.

           

       Таблица А.2 - Исходные данные для расчетов величин ∆d_к БМРТ «Капитан Русак»

 

Условия плавания		Судно с грузом, осадка 5,8 м. Плавание на глубинах моря, м.					Судно в балласте, осадка 4,6 м. Плавание на глубинах моря, м.
W, м	м/с	10	9	8	7	6,5	9	8	7	6	5 .5
50	ώк / ώс	5,7	5,1	4,5	4,0	3,7	6,4	5,7	5,0	4,3	3,9
	К’	0,38	0,44	0,51	0,60	0,68	0,31	0,38	0,46	0,56	0,62
75	ώк / ώс	8,5	7,6	6,8	6,0	5,5	9,6	8,6	7,5	6,4	5,9
	К’	0,21	0,25	0,30	0,35	0,40	0,19	0,21	0,26	0,32	0,34
100	ώк / ώс	11,3	10,2	9,1	7,9	7,4	12,8	11,4	10,0	8,6	7,9
	К’	0,17	0,18	0,21	0,24	0,26	0,14	0,16	0,18	0,21	0,24
150	ώк / ώс	17,0	15,3	13,6	12,0	11,0	19,3	17,2	15,2	12,9	11,8
	К’	0	0,10	0,12	0,15	0,17	0	0	0,10	0,11	0,15

 

Представленные исходные данные удобно использовать для расчетов дополнительных увеличения осадок в каналах указанной ширины (таблица А.3).

 

Таблица А.3 - Расчеты величин ∆d_к для канала с W = 50 м

Скорость		Судно с грузом, осадка 5,8 м. Плавание на глубинах моря, м.					Судно в балласте, осадка 4,6 м. Плавание на глубинах моря, м.
Узлы	м/с	10	9	8	7	6,5	9	8	7	6	5 .5
4	2,05	0,07	0,07	0,08	010	0,11	0,05	0,05	0,07	0,09	0,10
5	2,57	0,10	0,11	0,13	0,15	0,17	0,08	0,09	0,11	0,14	0,15
6	3,08	0,14	0,16	0,18	0,22	0,24	0,11	0,14	0,17	0,20	0,22
7	3,6	0,20	0,22	0,25	0,29	0,33	0,15	0,19	0,23	0,27	0,31
8	4,11	0,24	0,28	0,33	0,38	0,44	0,20	0,24	0,29	0,36	0,40
9	4,63	0,31	0,36	0,41	0,49	0,55	0,25	0,31	0,37	0,46	0,50
10	5,14	0,38	0,44	0,51	0,60	0,68	0,31	0,38	0,46	0,56	0,62
11	5,65	0,46	0,53	0,62	0,73	0,82	0,38	0,46	0,56	0,68	0,75
12	6,17	0,55	0,63	0,73	0,86	0,98	0,45	0,55	0,66	0,81	0,89
13	6,68	0,64	0,74	0,86	1,01	1,15	0,52	0,64	0,78	0,95	1,05
14	7,20	0,74	0,86	1,00	1,18	1,33	0,61	0,74	0,90	1,10	1,22

 

Графическое представление дополнительной осадки судна в канале шириной 50 м показано на следующем графике (рис. А.2).

 

Рисунок А.2 - График ∆d_к для канала с W = 50 м

 

Как показывают данные таблицы и графиков, при ширине канала W = 50 м, плавание на глубине моря 10 м с полным грузом будет давать ощутимые значения дополнительного увеличения осадки уже при скорости более десяти узлов. С уменьшением глубины дополнительное увеличение осадки становится заметным на меньших скоростях судна. Это означает, что при таких глубинах пренебрегать дополнительным увеличением осадки в таком канале нельзя.

Для наглядности в таблице границы учета дополнительной осадки за счет стенок канала показаны красным цветом. Аналогичные расчеты, по рекомендациям В.И. Снапкова [18], выполняют для других величин W.

       При плавании нашего судна в канале шириной 150 м влияние канала будет чувствительным лишь на предельно малых глубинах семь и пять метров и максимальных скоростях. Однако при таких глубинах даже на мелководье открытой воды судно будет следовать с меньшими скоростями из-за существенного влияния на навигационный запас глубины поправки скоростного проседания ∆d₃. На скоростях меньше десяти узлов дополнительная поправка ∆d_к не будет существенной как показывают цифры верхних строчек последней таблицы, особенно в случае балластного пробега по мелководью.

       В каналах, ширина которых не совпадает с табличными значениями, выбор нужных значений поправки осадки возможен путем интерполяции соответствующих значений из таблиц в пределы, которых попадает реальная ширина канала. В крайнем случае, с определенной степенью перестраховки за основу взять величины дополнительной поправки для канала ближайшей меньшей ширины. Такой подход можно считать правильным и в случае использования таблиц суммарных значений скоростного увеличения осадки, о которых пойдет разговор ниже.

Анализ данных в выше приведенных таблицах показывает основную зависимость увеличения осадки ∆d_к  от скорости судна и глубины канала.

При К’ = 0,05 и скорости 14 узлов уменьшение осадки за счет воздействия стенок канала составит 0,1 м. При К’ = 0,1  и скорости 14 узлов максимальное увеличение величины ∆d_к составит 0,196 м, что можно считать существенным и требующим учета при плавании в узкости. Однако не следует забывать, что величина ∆d_к  является дополнительной к тому основному увеличению осадки ∆d₄, которое будет вызвано малым запасом воды под килем на мелководье. При этом не всегда скорости движения судна в узкости и на мелководье будут максимальными.

На практике учет скоростного проседания судна ведется комплексно с учетом условий плавания: глубины моря и ограниченности акватории. Покажем, как учесть условия плавания применительно к отдельному промысловому судну. Первоначальной информацией должны быть величины с учетом только скоростного проседания промыслового судна при плавании на разных глубинах мелководья без ограничения акватории [15] (таблица А.4).

 

 

Таблица А.4 – Допустимые скорости плавания судна при различных глубинах моря при открытых акваториях мелководья

Ско-рость	D dv осадки	Судно с грузом, осадка 5,8 м. Плавание на глубинах моря, м.					Судно в балласте, осадка 4,6 м. Плавание на глубинах моря, м.
Узлы	м	10	9	8	7	6,5	9	8	7	6	5,5
4	0,1	4,1	3,1	2,1	1,1	0,6	4,3	3,3	2,3	1,3	0,8
5	0,2	4,0	3,0	2,0	1,0	0,5	4,2	3,2	2,2	1,2	0,7
6	0,3	3,9	2,9	1,9	0,9		4,1	3,1	2,1	1,1	0,6
7	0,4	3,8	2,8	1,8	0,8		4,0	3,0	2,0	1,0	0,5
8	0,5	3,7	2,7	1,7	0,7		3,9	2,9	1,9	0,9
9	0,6	3,6	2,6	1,6	0,6		3,8	2,8	1,8	0,8
10	0,8	3,4	2,4	1,4			3,6	2,6	1,6	0,6
11	1,0	3,2	2,2	1,2			3,4	2,4	1,4
12	1,2	3,0	2,0	1,0			3,2	2,2	1,2
13	1,4	2,8	1,8	0,8			3,0	2,0	1,0
14	1,6	2,6	1,6	0,6			2,8	1,8	0,8

      

Графическое представление величин UKC на открытых акваториях мелководья при различных загрузках судна и глубинах моря показаны на рисунке А.3.

 

 

Рисунок А.3 - Величины UKC при различных глубинах моря и загрузках судна с осадками 5,8 м и 4,6 м. на открытой воде.

      

Анализ величин, приведенных в таблицах 4 и на рисунках 3, показывает, что в заданных условиях плавания судна можно руководствоваться следующими рекомендациям для учета только скоростного проседания:

- для судна с грузом глубины девять и более метров позволяют двигаться с любой доступной для него скоростью;

- для судна в балласте учет только скоростного проседания на глубинах моря семь и более метров позволяет движение на любых скоростях развиваемых силовой установкой судна;

- при глубинах восемь, семь и шесть с половиной метров судно с грузом может безопасно двигаться со скоростями не более 13, девять и пять узлов соответственно;

- на глубинах шесть и пять с половиной метров судно в балласте может безопасно двигаться со скоростями не более 10 и семь узлов соответственно;

Всю приведенную выше информацию для конкретного судна необходимо иметь на ходовом мостике в таблице маневренных элементов судна. Более емко информация может представляться в виде функциональных или линейных графиков, показывающих зависимость от скорости судна величин скоростного проседания, уменьшения скорости судна и фактического запаса воды под килем при различных глубинах моря [12].

       В реальных условиях плавания, полученные из таблицы 4 величины UKC надо откорректировать в сторону уменьшения (уменьшить) на значения поправок: изменения осадки судна, учитывающие изменение плотности морской воды в районе плавания [28], [17]; увеличение осадки из-за крена судна и возможного волнения [30] [31], [3], [17]. И только после этого оценивать возможности безопасного плавания на мелководье с заданной скоростью.

       При плавании на мелководье с ограничением акватории не только глубиной моря, но и стенками канала, значения скоростного проседания промыслового судна при плавании на разных глубинах и при различной ширине канала сводят в отдельные таблицы или графики, которые приведены ниже.

       Две нижеприведенные таблицы (А.5 и А.6) показывают величины общего увеличения осадки и  UKC в метрах с учетом скоростного проседания промыслового судна на разных глубинах мелководья при ширине канала 50 м.

 

Таблица А.5  – Величины  общего увеличения осадки и UKC в метрах на мелководье при ширине канала 50 м. Судно с грузом, осадка 5,8 м.

Ско-рость	D dv осадки	Общее увеличение осадки при плавании на глубинах моря, м.					Величина запаса воды под килем при плавании на глубинах моря, м.
Узлы	м	10	9	8	7	6,5	10	9	8	7	6,5
4	0,1	0,17	0,17	0,18	0,20	0,21	3,93	2,93	1,92	0,9
5	0,2	0,30	0,31	0,33	0,35	0,37	3,90	2,89	1,87	0,85
6	0,3	0,44	0,46	0,48	0,52	0,54	3,76	2,74	1,72	0,68
7	0,4	0,6	0,62	0,65	0,69	0,73	3,60	2,58	1,55	0,51
8	0,5	0,74	0,78	0,83	0,88	0,94	3,46	2,42	1,37
9	0,6	0,91	0,96	1,01	1,09	1,15	3,19	2,24	1,19
10	0,8	1,18	1,24	1,31	1,4	1,48	3,02	1,96	0,89
11	1,0	1.46	1.53	1.62	1.73	1.82	2.74	1.67	0.58
12	1,2	1.75	1.83	1.93	2.06	2.18	2.45	1.37
13	1,4	2.04	2.14	2.26	2.41	2.55	2,16	1,06
14	1,6	2.34	2.46	2.60	2.78	2.99	1,86	0,74

                   

На рисунке А. 4 приведены показатели общего увеличения осадки и величины запаса глубины, при плавании судна с грузом по каналу шириной 50 м.

Рисунок А.4 - Графики  общего увеличения осадки и величины запаса глубины при плавании в канале шириной 50 м. судна с грузом.

 

Таблица А.6 – Величины общего увеличения осадки и UKC в метрах разных глубинах мелководья, при ширине канала 50 м. Судно в балласте, осадка 4,6 м.

Ско-рость	D dv осадки	Общее увеличение осадки при плавании на глубинах моря, м.					Величина запаса воды под килем при плавании на глубинах моря, м.
Узлы	м	9	8	7	6	5,5	9	8	7	6	5,5
4	0,1	0.15	0.15	0.17	0.19	0.20	4,25	3,25	2,23	1,21	0,70
5	0,2	0.28	0.29	0.31	0.34	0.35	4,12	3,11	2,09	1,06	0,55
6	0,3	0.41	0.44	0.47	0.50	0.52	3,99	2,96	1,93	0,90
7	0,4	0.55	0.59	0.63	0.67	0.71	3,81	2,81	1,77	0,63
8	0,5	0.70	0.74	0.79	0.86	0.90	3,70	2,66	1,61	0,54
9	0,6	0.85	0.91	0.97	1.06	1.10	3,55	2,49	1,43
10	0,8	1,11	1,18	1,26	1,36	1,42	3,29	2,22	1,14
11	1,0	1,38	1,46	1,56	1,68	1,75	3,02	1,94	0,84
12	1,2	1,65	1,75	1,86	2,01	2,09	2,75	1,65	0,54
13	1,4	1,92	2,04	2,18	2,35	2,45	2,48	1,36
14	1,6	2,21	2,34	2,50	2,70	2,82	2,19	1,06

 

 

               На рисунке А. 5 приведены показатели общего увеличения осадки и величины запаса глубины, при плавании судна в балласте по каналу шириной 50 м. 

 

 

Рисунок А.5 - Графики  общего увеличения осадки и величины запаса глубины при плавании в канале шириной 50 м. судна в балласте.

 

Анализ величин, приведенных в таблицах (А.5; А.6), на графиках (А.4; А.5) показывает, что в условиях плавания судна по каналу шириной 50 м с учетом только скоростного проседания можно руководствоваться следующими рекомендациям:

- для судна с грузом глубины девять и более метров позволяют судну двигаться с любой доступной для него скоростью;

- для судна в балласте учет только скоростного проседания на глубинах восемь и более метров позволяет движение на любых скоростях развиваемых силовой установкой судна;

- груженное судно при глубинах восемь, семь и шесть с половиной метров может безопасно двигаться со скоростями не более 11, семь и четыре узла соответственно;

- судно в балласте на глубинах семь, шесть и пять с половиной метров может безопасно двигаться со скоростями не более 12, восемь и пять узлов соответственно.

       При плавании судна на ограниченной акватории (в каналах) дополнительное влияние оказывают стенки канала на увеличение осадки и потерю скорости. Это приводит к необходимости создавать специальные таблицы маневренных элементов судна в каналах. Отдельные расчеты потери скорости и увеличения осадки в каналах различной ширины показаны выше. Табличные результаты таких расчетов имеют вид (таблицы А.7 и А.8).

Для практически удобного применения в условиях ходового мостика промыслового судна надо иметь специальную форму судового бланка или судовую таблицу для расчета запаса глубины. Форма и содержание такого судового документа может иметь вид: «Судовой бланк для расчета запаса воды под килем судна».

Разработки по обеспечению безопасного плавания судов на мелководье начаты лишь в конце прошлого века. Сейчас нет подробных исследований по каналам, на практике учет такого влияния ведется больше всего эмпирическим путем. Расчет безопасной скорости при плавании в каналах выполняется на основе исторически сложившегося опыта. На многих судах применяется упрощенный, часто завышенный, учет канала увеличением осадки судна без учета размеров судна и канала.

 

Таблица А.7 – Скоростное увеличение осадки судна БМРТ в каналах

     

 

 

Таблица А.8 – Скоростной запас глубины при плавании БМРТ в каналах

            Плавание в стесненных условиях относится к особым условиям плавания. Перед плаванием в таких условиях необходимо выполнять тщательную подготовку. Судоводители должны внимательно изучить международные и местные правила плавания, распространяющиеся на стесненные воды. При плавании в узкостях и на мелководье судоводители должны учитывать различные особенности плавания в таких условиях и уметь принимать меры по обеспечению безопасности судна.

            Результаты решения должны быть удобными для практического использования на борту конкретного судна при работе в сложных навигационных условиях. Выше приведена методика учета и расчетов следующих элементов, составляющих и обеспечивающих безопасное плавание в каналах:

1) комплексный учет всех элементов безопасного плавания в сложных навигационных условиях;

2) дополнительные расчеты увеличения осадки судна за счет действия стенок канала. Они определяют (обосновывают) способ расчета безопасной скорости плавания в каналах, который всесторонне учитывает все параметры, влияющие на правильный расчет показателя безопасного плавания. Применен комплексный подход к решению задачи, учитывающий возможные ограниченности акватории. Фактически предложена оригинальная методика учета действия стенок канала;

3) разработаны форма и содержание таблиц маневренных элементов судна в каналах;

4) разработаны и апробированы формы судовых документов в соответствии с рекомендациями ИМО по решению всех новых задач;

5) составлен алгоритм ручных и автоматических расчетов запаса воды под килем при плавании судна в каналах;

6)  подготовлен пример использования методики на конкретном промысловом судне. Вся методика подробно протестирована на примере типичного промыслового судна класса БМРТ.

 

Приложение Б

⇐ Предыдущая51525354555657585960Следующая ⇒

Поделиться: