автореферат диссертации по транспорту, 05.22.16, диссертация на тему:Движение и маневрирование судов при прохождении судопропускных гидротехнических сооружений

Волжская государственная академия подного транспорта

РГ6 од

На правах рукописи

КЛЕМЕНТЬЕВ Александр Николаевич

ДВИЖЕНИЕ И МАНЕВРИРОВАНИЕ СУДОВ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ СУДОПРОПУСКНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность 05.22.16 — Судовождение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Н. Новгород

19 9 8

Работа выполнена в Волжской государственной академии водного транспорта г. Н. Новгорода.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Л. М. Рыжов;

доктор технических наук А. Д. Гофман;

доктор технических наук В. В. Дегтярев.

Ведущее предприятие — АООТ «Судоходная компания Волжское пароходство».

^ Г

Защита состоится «.„'£.'{£..» ....... 1998 г.

в ........... час. в ауд. ....... на заседании специали-

зированного совета Д16.03.01 в Волжской государственной академии водного транспорта по адресу: 603600, г. Н. Новгород, ул. Нестерова, дом 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

-) , "V- Л

Автореферат разослан «.....й...» 1998 г.

Отзыв па автореферат в двух экземплярах, заверенной гербовой печатью, просим направлять в адрес специализированного совета.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аслгуашшостгъ теми. Опыт судовождения и эксплуатации крупногабаритных судов и составов показывает, что безопасность их плавания н экономическая эффективность находятся в тесной связи с характерными особенностями внутренних водных путей, среди которых следует выделить наличие гидротехнических сооружений, ограниченность габаритов, влияние течения и развитых встрополнопых явлений. В этой связи важнейшим направлением при изучении различных аспектов вождения судов стала проблема обеспечения безопасности движения, предполагающая, в частности, достижение оптимального соотношения между габаритами пути, главными размеренными судов и составов, мощностью тяги и эффективностью средств управления.

С точки зрения обеспечения безопасности плавания судов и составов зоны судоходных гидротехнических сооружений являются одними из наиболее сложных участков водных путей. Стзтастаческие данные о состоянии аварийности показывают, что число транспортных происшествий с судами м составами в зонах судоходных гидротехнических сооружений остается довольно высоким и составляет около 20 % от их общего количества. При зпгом основная часть аварий в районах гидроузлов совершается в подходных каналах, а также при заходе в шлюз (59 %) и приходится на долю крупногабаритных судов и составов. Большинство транспортных происшествий является следствием ошибок судоводителей в выборе безопасной скорости движения, неучета особенностей гидродинамического взаимодействия судов, а также влияния внешних факторов.

Таким обрадом^шача обеспечен^бетопасноср^тавагои судов составив-при гтрохожленнНгил15б>тлов в нзецаше^время нэ«е$х-аесьма ак-

У

Таким образом, задача обеспечения безопасности плавания судов и ссстгвоз при прохождении гидроузлов в настоящее время имеет весьма ак* туалыкое значение.

Щель рлботы. Главкой целью исследований является определение гидродинамических особенностей движения и взаимодействия судов при прохождении судопропускник гидротехнических сооружений и разработка . на этой основе рекомендаций судоводителям по безопасному маневрированию судов м составов , а также проектировщикам по определению опта-ыалмшх габаритов подходных каналов с учетом обеспечения условий безопасности.

Метадшштнш нсслсафюния. При теоретическом исследовании задач, поставленных в диссертационной работе, использованы методы математического моделирования физических процессов, методы математического анализа, численные методы решения дифференциальных уравнений и методы теории вероятностей.

Систематический модельный эксперимент по определению усилий, которые возникают в швартовных тросах судна, стоящего у причальной стенки, при прохождении мимо него других судов, выполнен о прямом оптовом бассейне Новосибирской государственной академии годного транспорта.

■ Для проверки корректности полученных вппроксимакиоикых зазя-шмостей, а также разработанного аналогического метода определения элементов маневра уклонения судов под руководством автора гярсвадеиы натурные испытания ирузовых теплоходов в зоне судопропускник гидро-тгехшгаеекнх сооружений Горьковского гидроузла. Для обработки ргзуль-■даш экспериментов, построения и реализации разработанных алгоритмов применялись численные методы и ЭВМ.

. - г

Шаучнаи пошипи:

-математическая модель гидродинамического взаимодействия даижуетго-ся и стоящего у причальной стенки судов;

- метод»—чета усилий в швартовных тросах судна, стоящего у причальной стенкн;

- математическая модель движения судна при заходе в камеру шлюза;

- аналитическим метод определения параметров движения судов и составов при выполнении маневра уклонения в подходном канате гидроузла;

- методика проверочного расчета габаритов подходного канала судопропу-сктого сооружения но требованию безопасности.

Практическая ценность работы. Результатами исследований, обусловливающими практическую ценность дмссертацмоммой работы, являются расчетные зависимости для определения:

- усилий в швартовных тросах и безопасного тразерзного расстояния между движущимся н стоящим у причальной стенки судами;

- безопасного траверзного расстояния между судами при их ргсхоадшни в подходном канале;

- элементов маневра уклонения;

- величины безопасной скорости судна при заходе в камеру шлкш;

- методика расчета габаритов подходного канала судопропускиого сооружения с учетом обеспечения безопасности движения судов.

Полученные результаты могут быть использованы научными, про» екттшми организациями при проектировании судопропускных соорушяяМ, а также судоводителями при практическом маневрировании а зонах гидроузлов.

Агерсбяция работы. Основные научные положения и результат» диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научмо-

3

технических конференциях профессорско-преподавательского состава Волжской государственной академии водного транспорта 1985, 1986,1987, 1988,1989, 1992, 1996 г.г„ семинаре по управляемости судов и судовождению Волжско-Камского правления НТО им. акад. А.Н.Крылова (г.Горький, 1986 г.), конференция Западно-Сибирского НТО ВТ (г. Новосибирск, 1987, 1988 г.г.), международном семинаре по водным путям (г.Н.Новгород, 1993

• г.).

Рсяштадвя ешихшшшш исследований. Практические выводы к основные результаты исследований использованы:

- ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова и Гипроречтрансом при выполнение проектных работ по Ленскому гидроузлу (1989 г.);

- в "Рекомендациях по маневрированию судов в зонах судоходных гидротехнических сооружений", утвержденных Главным управлением водных путей и гидросооружений Минречфлота РСФСР (1990 г.);

- расчетные зависимости для определения гидродинамических уси-лий при взаимодействии судов и параметров маневра уклонения были рекомендованы ЛИВТом к внедрению в "Нормы технологического проектирования судоходных шлюзов (1990 г.);

- в "Рекомендациях по маневрированию судов в зоне судопропуси.шх сооружений Волжского бассейна (1992 г.), утверздеиных Службой (кяагжо-поста плавания н штурманского обеспечения Волжского объел («здоиого пароходства и разосланных на суда для практического использования;

- в НИР "Исследовать и обосновать изменения нормативных запасов воды под днищем судов для Городецких шлюзов (1993 г.);

- о "Рекомендациях судоводителям. Волго-Донской водный путь" , изданных в типографии АО "8олгопшкср"(1993 г.)

Оувшгакядаш, Основные материалы диссертационной работы опубликованы о шестнадцати авторских публикациях (из них 7 в соавторстве) и монографии (см. Перечень публикаций в конце автореферата). Кроме того, материалы исследований содержатся в 5 отчетах по НИР.

Стгруолгураа ш обтыгил работша. Диссертация состоит из ввэдеимя, семи глав, заключения и трек приложений. Содержание диссертавдиомиой работы изложено на 242 страницах. Список литературы содержит 122 маимеио-пання.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

®ф ввадошшо обосиоваиа актуальность работы, сформулированы цель ■и оешшш© задачи июследоюшм, даиа краткая характеристика разделов работы.

Ш шрю55 гаакж приводится ашализ существующих методов опредз-.леиия ©тшшшьмыя шшммце'иий ©смошш элементов тодаодшк кашгалов судопрдауеюдах гидротехиических сооружений с позиции обеспечения С®ишшшотм судоходства, а тасох® овобеииостей движения и ыаисирироюа-1№Я судов и шдаодаом камале и при заходе в камеру шлюза. Вопрос о ра-щноиакьшой шмпоиовк® подходов к судшрогаускммм сооружениям детально ¡раеетотреи в трудах учеиых-гидротегшиков Н.А.Семаиова, А.В.М'ШйгаоЕ©, В.С.Перетвальского, В.В.Еаламииа и др. Уегаювшю, члго в дшетадше® время мабтодается стремлеиме привести все водмы® пути к едапшм у&лтеюам, тротташкЬщш шшаванм® одиотмпиых судов м есста= юош. Эта пшшвф отразетие три ¡¡шрабопгк® мыте действующего тармаящш-июго докумшта "Отр©1кгш!ъмы@ морми и правим. 2.06.07-87 г.: Под^срда® стеши, ©уддаодаы® шштома, рыборрогаускиые и рыбогшцгошз сезругж-ии", еотжгк© котсрфвиудшшш трошводиться все в!ро«?ьти.уе ргагд-ы.

ПркютшВ шв расчетных формул, применяемых црк «¡роеетк-¡рщедаши, »казан, что сии ие в полной мере учитывают маиспршиые качества еудев и «©ставов, безопасность их движения в условиях воздействия юзшшш факторов (ветра и течения).

Существующие в теории судовождения исследования, посвяшеннме безФгагсиости движения судаа и составов в каше, в основном, имеют целью обоснование границ максимально допустимых скоростей. К данному

6%

направлению относятся работы А.М.Баоша, Е.И.Степашижа, А.Д.Зернова,

B.Г.Паалемко, В.К.Шамчуртой, С.МШьшшк, Г.П.Миротш,

C.С.Кирьяком, С.Н.Войткуиского, С.Н.Коротком м др.

Следует отметит», что вопросам безопасности движения и мшеври= рдаашия судов на малых скоростям уделгао медостаточиое ииимшга®. Несмотря на болымоз количество гаубликгщий, лишь С.М.Пмиыя изучал ио-прош возможности повышения скоростей движения, тееио увязывая ш-иевреииые качества судо® с габаритами иодаодиых канашош судсотрогауск-ных сооружений. Однако ограничения, налагаемые при этом оссбеимозтя-ми гидродинамического взаимодействия судов в подходном камалв, ука-зшмшм автором не рассматривались..

Ивследоваиием гидродшшического взаимодействия судоа райе® за-шшалмь Г.Ф.Оииотеико, Н.Г.Комиесарою, Е.Н.Мигуиов. Практические наблюдения проводились Г.Ф.Федоровым. Однако сам подшд кюгавдоша-телей к решемию даииой задачи (неучет водоизмещения судов) штошзот сделать вывод, что галучеииы® ими зависимости ив и шя»1 мер® шяш-втетг ©гоФгимоста пад^днишического'1взашш10дейстаия судю.

Вопросы движения судов в сильно офаничеимом тропядагата®, ка-

кш ямяетея камеди шиита, теоретически изучевш кр®Ян® кешш© кэ-зз

слшшости гадртшмчшшя явлений, сопрдаогшюшвяк злют штещр. В

бшшшшметае ¡лцздаедегоыя исследований используется сбрашшяшя сх'чла дшкшшя. Применяя энергетический метод Б.А.Бгхкегъсва, шторы иту»

«даот зависимость для определения среднего покюеекил уриет води кз •фаверда судиа. Однако, применение одноразмерной теории приведет к сушествеиным погрешностям. Недостатком получаемых згшм методом расчетных зависимостей является предположение об установившемся характере протекающих процессов. Устраняя этот недостаток, Д А.Зернот и

ч

С.С.Кирьяков предложили внести коррективы в расчетные формулы с учетом потерь энергии иа преодоление гидравлических сопротивлений. Однако результата мх ¡исследований далеко не исчерпывают всей сложности . изучаемого маневра к по некоторым вопросам имеют гипотетический характер. Предложенный ими метод хотя и улучшает сходимость результатов расчетов с данными опытов, однако при увеличения относительной скорости приводит к ощутимой погрешности.

Из работ теоретического направления, посвященных описанию гидравлических кроиессоз, сопровождающих маневр можно отметить исследования В.ММакказеевг, В.И.Похабова, О.Ф.Васильева, А.П.Якенко. Однако предлагаемые теоретические методы, с достаточной точностью описывая параметры обтекающего судно потока, не учитывают работу даияек-телыво-рулевого комплекса (ДРК). Неучет реальных режимов работа ДРК в отмеченных исследованиях объясняется тем, что главной их задачей являлось определение величины необходимой глубины воды на пороге шлю» ' за, а неуправляемости судна. Снижает точность полученных расчетных зависимостей и принятый исследователями закон изменения скорости судна, который не соответствует натурным наблюдениям и противоречит рекомендациям "Правил пропуска судов, составов и плота» через и-юзу внутренних судоходных путей РСФСР", в которых судоводителям предписано"... заходить а шлюз с минимальной скоростью, при движени и которсГ: обеспечивается достаточная управляемость, ... при этом ад водокзмекк-о-щих судах, имеющих два и более главных двигателей, один из главных двигателей во всех случаях запустить на режим заднего матого хода в момент прохода носовой частью судна створа ворот шлюза".

$

На основанин выполненного анализа существующих теоретических и экспериментальных исследований и статистических данных ко аварийко-ста сформулированы цель н основные задачи диссертамиошеой работы.

¡Вторая глша посвящена определению безопасных параметров движения судиа в подходном канале. Отмечено, что влияние serpa tea движущееся судно при выполнении проектировочных расчетов габаритов гидроузлов ранее ие принималось во внимание.

Попытка оцеметь влияние ветра та выходящее мз камеры шашкш cyá-ио была предпринята рамсе лишь В.И.Белогаазоэмм да мекеггармх нотою пассширскня судов м В.В.Бгшаммиьт для теплохода таиа "Вшшго-Дош". :' Анализ аварийности судов ta состава® в районе гидроузлов Волжского баз-сейма евмдетельствует о том, что из числа транепортаых ш^шшееший, сошфшеииых по ими® судоимотелей, около 50 % проигзкмшв® в уевовишя ветра. Проведении® мееяедоваммя показали, что иа выбор игараюетфов дай-ташш су до® при ветре существенное влияние оказывают габарита кашга.

Боле® жесткие огргимчення накладываются, ©см и ranearos шшдятая встречные шш ожндалмда© шлюзования у причальной стеши суда. В этом случае возникает задача определения безопасной скорости дазшешя и безопасного ирвверзиого расстояния между судами. Необяодишв ©таетстъ, что о юстожшев вреш однозначных рекомендаций по опрздешгашо безо* ■ паеиых ирашердаых ряфстояммй ш иаучиой литературе не существует.

На оетою5 результатов исследований С.Н.Короткоза, Г.И.Сужжеяа, А-Д-Зершва, П.Н.Токарева по определению бгютсит скоростей дзот»-. им в кашле и шшшенш систематических растете® пргдштеио уирэ» шейное выражение для определения безопасного тразерзного расстояния мехгду судами при расхождении в канале

^_ АО,»(о, +a,%t-izY А/,) «M-'D 2

где = ;

s=l 7 км/ч - дня судов в балласте;

е=24 км/ч - для судов в грузу;

ñi, Од - шшоаадда миделевого сечения расходящихся судов;

F¿ ' безопасная скорость движения при расхождении;

B|, B¿ -ширины расходящихся судов.

Приведем пример практического расчета величины безопасного тра-терзяого расстояния при расхождении судов применительно к подходному каналу Горькошсого гидроузла.

© тг1р<?шйй глав® проаедеио исследование гмдродинкаамческого взаимодействия двиххущегося и стоящего у причальной стенки судов в подходном канале.

Разработана приближенная математическая модель гидродинамического взаимодействия судов, -основанная на вшеях Ю.М.М&стушгшиа. Про» шиведеиа экспериментальная проверка результатов теоретического ремге-иия. Для испытаний взята серия моделей в масштабе 5:35 с учетом существующих соотношений главных размерений транспортных судос. Модели изготовлялись из пенопласта с парафиновым покрытием обшнег-гг:. Экспериментальные исследования выполнялись в прямом ошторог." бг.гс^пне НИИВТг совместно с Н.А.Дрсэалем. В ходе испытаний дмшуиу^см мод-да судов Ефепились к гондоле буксировочной тележки пря помощи динамометрической подвески, не ограничивающей вертикальных перемещений) н дифферентам модели. Кавдая модель загружалась на расчетное водоизмещение и с помощью грузов удифферентовывалась На ровный киль. Подоихаш часть динамометрической подвески (ножны) закреплялась в ц.к. модели и ее вес учитыватся в составе весовых nai р> «ж.

Каждая модель испытывалась на различных глубинах, скоростях движения и траверзмш расстояниях. Для получения характерных зависимостей изменения усилий от каждого из параметров, в ходе эксперимента менялись значения только того параметра, характер которого необходимо выяснить, а остальные параметры оставались постоянными. Стабилизация скорости движения модели обеспечивалась таристоришм приводом е тгоч-могтаэ 0,005 м/с. Измерения усилий ма корпусе модели, стоящей у гари-чалшкгай етеикм, прэводмтмсь при помощи теитеметричвских дозиамоыет-ров ш итгшой аппаратуре бассейна. Запись ¡измеряемый усилий «¡¡шквмро млась га шлейфовом ссвдшгографе.

Математическая «обработка дмных теоретического решения ш вдо-делыгого зжотеримеита юшиш рекомендовать дгаз рютзта ишшш максимальных гидродинамических усилий, возникающих ка корпус® стоящего у причальной стенки судна при прохождении других судов, следующие выражения:

(2)

этом для одиночных судов

У/шх - 10"»

Мщх - •(0,740+ _ )• (о,244 -1.200 - ¿й )- Ят . к н нг)

(3)

и

Для толкаем ык составов

- 0.01М 1,170+0,092 *16--г -

И

Чш - ®0'3 /а,8 40 + - . (и 67 - 0,5 96 .&ь\Рп[ 1 Н ил

и2 )

Мщх / 4,9! + - . (¡¡,220 - 0,263 • ¿Ь )■ Ггу ('

- »,037 0,756+0,103-^ —'--

И .

шз Лу ■> отдашгельная скорость;

М,Н~ сгшовмтошше зиачемия травсрзиого расстояния и глубины в камашй;

VI, Вр о5ъ®ми08 шдшомещеине и ширмиа двкхкущегсет судиа;

» ©Згзм&ше мдоазмешемй® иркшшртоетюого судаа. Ш сдамг© ишучешых зависимостей рэзра&зтаиа теоретихо-Фкси^шаекпгаишап модеть дм ретста усилий в шетртошшх тросах судиа, стоящего у тричильмоЯ етеикм. • ,

.Ш чхшзйртойо главе иа ©шов® анализа эетшауотвдим гмдротехмяче-скт соод^веипП показано, что доэольм® часто в верккем н «юкк« <Гу/«х имеется гдам неправильных течшюй как меттерметашк® у кагас ^ : ■ так и с ргйомв лдшяыш стенок. В ряда елуч» в верхиеи Ч-тУу. ©и© сайгаков мшршшюшш стеиок образуются затжюгыа тете'^зп ^ торошу одааиой ижяимы. В связи с этим при больший раскола .•*>.-« чгрсз гвд]роуз®л имгаот-место значительные скорости течения с сосгааляаощими, изшрамоти&ши код различными углами к оси судового хода.

Н(фшмомерз!оэть характера течения в районе иодчодо» к шлюзу требует от судов и составов повышенной управляемости, ко трак достигается при определенной скорости движения. Решение згой ы.шчи приводит к необходимости рассмотрения движения судна в сносящем поюке.

В качестве исходной была взята система уравнений, описывающая движение судна в произвольном потоке, предложенная В.Г.Пашнеико и Л.МШитакером. В связи с тем, что до настоящего времени отсутствовала натурная проверка корректности указанной математической модели, по инициативе автора комплексной научно-исследовательской бригадой ИЙ-ИВТа при участии сотрудников ГИИВТа в 1988 г. на р.Иртыш ирдаодилась экспериментальная проводка теплахцда "Искатель" (пр.835> А) через перекат Чамбай, характеризующийся большими значениями скоростей течения. В процессе эксперимента величина скоростей течения и характер их изменения на участке проводки определялись с помощью легких гидрометрических пзшгаэков. Двумя пирами теодолитов ораизюдилея замер траектории и скоростей движения поплавке», что гегоааяииш® поетреггл» сетку скоростей течении участка. Дяикеяк® рудяа свуадестшшювь в разлмчмымга ккороетя" ми при фшкровамш мшвм рулевого органа. Шяяшв дшвег» ролькой плоскости судна определялось е помощью гшишетрэ, устани®» шиюго ка хвдезой рубке. Показания гемквметрэ и 6ер«гошх теодошгш® снимались одновременно через гаэдые 20 с. В результате были пагсучшм траектории движения судма при прохождении переката и юзиимовди® гарм этом утлы дрейфа.

Установленные о результате эксперимента значения скоростей течгз= пня были подвергнуты математической обработке/Методом наиизиыишх квадратов определены виды функций, приближению оиксыешшвик щзш-тер изменения проекций скоростей течения на гаеиодшхшы® ют координат:

с = «/(х)япс,у,

Сы = а(>}£|л СгГ + Ь(у) 5Ш 2г,Г,

где х, у - значения координат узловых точек построенной сеткн скоростей течения.

Найденные шш образом значения проекций скоростей течения ис-штьзоиншш для решения неходкой системы уравнений движения судна, которая после преобразования ее относительно производных скоростей дшхсенш принимает следующий вид: .

I

т <=! л— «га4(Схсс*-Ухо>)+-схс0,)+суас^т6^гр1-у1)-

ш ■.-./=I

где

1

(6)

-г = , ---г »

ОТ + Д|в ШЧ-ДЦ М + Дн

№ Лг, 1

»« =——г ',щ=— , ;<".=—г , ¡ю + Лп т+лп м+Ло

А =. \ 1

В таком швде иолученкая система (6) была решена од ЭВМ чцдапем-иш методом проз ишеетамх значениях начальной скорости судна, угля курза, угла перекладки рулевого органа и характера изменения скоростей течет» сш учиятае экспериывитальиой протолки.

. . СстастлЕлеиме результатов гм&литачес кого расчета с дшшмк мао-туртего зхгаермвдеэтя показало шя удоапегаорителыиую сходимость.

Приведен пример практического расчета минимально допустимые скоростей дштеимя судоз при прохождении участка со сложным характером течемш в районе оголовка причальной стенки гадроузла.

В гоятей глюе на основе исследований гидродинамических особенностей маневра захода судна в шлюз сконструирована математическая модель в следующем виде:

где Яцж,Яцма - присоединенные массы соответственно на глубокой воде и в шлюзе;

Хь®, У*®, Мь«, - соответственно гидродинамические усилия

и момеит на глубокой воде;.

Хкшл. ^ьял Мьил - дополнительные усилия и момент, возникающие в шлюзе;

<2,4 • расход жидкости и ордината ее свободной поверхиости. при обтекании корпуса судит;

13 - площадь поперечного сечения стесиеииого потока иа рассматриваемом участке;

щ - уделышй расход жидкости при обтекаиим; А-иДзз - соответственно присоединенная масса и лрисоедга-нениый момент в налр'авлеиии оси 02 и 0¥;

и N у - коэффициенты ирвиорымошшьности, называемые коэффициентами сопротивления качке;

Я/с - начальная продольная метацев8трическая высота; // и ¡г - расстояние от тачала неподвижной системы координат «©ответственно до кормовой и носовой части судма; у? - дифферент судна; ! - длина рассматриваемого участка.

В Еыеетай главе приведена приближенная теоретика» экспериментальная методика определения параметров сбгеюощего пот©-ка, включающая а себя схему разностных характеристик, предпожевшуго А.П.Яненко, а также определения величии дошминггеяшыя уссшай га дополнительных присоединенных масс, представляющая собой кодификацию зависимостей, предложенных Б.В.Патагушмшьш и В.Ю.Мазуром.

(m + Л,I®)—r^--(»' + ¿22»К® + ¿I \ии, Vylú + 0.5К2,[Д(х°>1 |ut, eoj0 +

a at '

+ АЦ|ш Ет0]-0,5К2л.[Д(*о)22«4« сонО + А^Пшл smöJ-0,5iu2[A<r«)66«a cos0 +

{и+Ли«,)^-+(и» + А||в, К01 + Д221И.1 ~+^цИ4,^(Ы+0,5И21[Я(,г»)1|и<и1 sinö--Д<Л,)«!ии СЭ301-О,$Г2>,[Д(1'')22«и sintf-A0'«^«» cos0] + O.5ro2[/l(jr°Wr sin0--Л^б&т амО + Д^зг*« sin0] + Xm22m,Y}.a> - Уы +

(Jg +-%л>}^" + ('122оо -^ïlœ^r^ + ¿66iwi ~ + (/î22iiit -¿1 luiУх^у --O.SA(á'W»'2x -0с5Д(й,)22««!/2л +0,5Д(5)«1Л,й>2 + 1'х«и{Д(г° W. ccsí> + +Д<л,)64ми ип01-Ку»(Д(Хо)1бб.(а »п£2-Д(>'<')ббм« cosOJ - W/t« +Wsl4U + Yplk -MA

{jн - Ca -Qfi -Qt.i -1.2,3 Zf

^r-H» cmQ-V^tmù-,

ш - ,

at d$

à â* 4

.«♦¿tel

dr ш /,

Разработанная методика позволяет, в первом приближении, получить качественную и хо.'шчсс-ташую кпртину протекающих процессов.

Приведены сравнительные результаты натурных испытаний, прс®с= денных па Городецких шлюзах. Следствием их обработки являются предложенные автором расчетные зависимости для определения величины безопасной скорости судна при заколе в камеру шлюза в виде:

V,« - (0,97 к2 - 1,62 к + 0,74) /яК ,(8)

где к = — -; Л.

Г к. - плошадь живого поперечного сечения камеры; Ь„ - глубина на пороге шлюза.

В ссдшояи разделе рассмотрено влияние параметров движения судов и составов на выбор необходимых габаритоз подходного шш,

Проведено исследование маневра уклонения судов и составов при выходе из камеры шлюза. В качестве исходной математической модели принята система уравнений второго порядка, описывггсшгя прокзвддысое криволинейное движение судна в форме, предложенной В.Г.Павлекко в

работе "Маневренные качества речных еудоп". После разрешения уравке-„ „,

нии относительно производных —,— с учетом малости углов дрейфа

(¿т ¿/г с/г

указанная система принимает следующий аид: ¿V А\тг-гА2т\Р

(1г От|дг2

с//? _Агт\-А^тгр _

^г т\тгУ

с10_Лз {Л\т1+Агт\р)п

Лт тз т\т2У

(9)

где . ¡»?, <=»'(1+*„),

м, =да'(!+£а);

Для расчета параметров маневра уклонения систему (9) необходимо дополнить уравнениями

(1т

(p~0.fr «иг ■

(10)

ах

-

——=1.Уйп <а, </г

гд® утл курва; '.

<р • утл скорости;

Ууа • еоогоететвеида продольное и поперечное смевдеша© судна; ¿-дшииа судна.

- При расчет® присоединенных масс и момента ннерщш кпошшшш результата мсследшшшй П.С.Воробь«иа, В.ГЛашиешш, С.Н-Рудшш, Б.ВЛЪшяшушккш&. Усилия иешкршаошюй природа, асамикающие на ксд>= пуке судна га его ДРК при кримлмиеймом дмшешм, определялись ню тодакш, шзгкмкштш в работах В.Г.Пшшш>. .

При решетки полученной снстеыы уравнений га иачотс стечет® безразмерного времени т принимался момент начала перекладки рулевого органа. Задаваясь величиной необходимого бокового смешения, начальной

гкоростыо движения, а также временем начальной перекладки рулемго эргана Т| 61 рассчитывая время последующих этапов перекладки ф м "вз,

при которых выполнятся условия — = 0 и 9=4), полуют искомую

(¡1

пмчину продольного смещения Хуы,.

В результате получено следующее выражение для определения величины продольного смешения крупногабаритных судов и состав», ври ш-полнении маневра уклонения:

= ' ' (11)

—41 + 1,518(77Н)?п'-2,ЗЕ%-0,704%Г укя + где ц/+1/ (12)

+ <8,<5>3?(я')2 -О.ОЗ^ет)2;

V - скорость движения судна в момент начала метешрз; - ■

Т - осадка судна;

Н - глубивд судового кода; Т^-Уу^/В' безразмерная величина поперечного смещения еудма;

В - ширима судаш (состава).

Экспфимешпгальиые исследования по проверке горреетмтета иолу-чеинда выражений (11}»(1!2) пыиолпиеиы иод руководством дагсра дшгер-талион на акватории Городецкого района пвдротевддосескик дазрутеии®. В ходе экспериментов фиксировались втараметрм га траектории движима судов типа "Воллв-Дом". Замеры проводились методом иетедошмого базиса. Сопоставление даииых аналитического расчета га шпуркого эеззифи-мента показало удовлетворительную сходимость результатов. •

На основе проведенных исследований автором предпшхбш иетвдиш проверочного расчета габаритов основных элементов подходного яши с учетом обеспечения безопасности движения и шмеврировамия судов м со» ставов применительно к конкретным условиям плавания.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе анализа аварийности судов и составов пароходств Центрального и Северо-Западного бассейнов установлено, что около 20 % транспортных происшествий произошло в зоне гидротехнических сооружений. При этом значительная их часть (59 %) - в подходных каналах судопропускник сооружений и при заходе а шлюз.

2. Анализ существующих исследований и нормативных проектных документов по определению основных элементов подходных каналов показал, что они не в полной мере учитывают маневренные качества судов и составов. Влияние внешних факторов на параметры движения судов и составов проектировщиками до настоящего времени не принималось во внимание.

3. Установлена взаимосвязь габаритов подходного канала с параметрами движения судов и составов.

4. На базе метода, разработанного Э.Д.Блохом и А.С.Гнневсюш, получено приближенное теоретическое решение задачи о гидродинамическом взаимодействии проходящего и стоящего у причальной стенки судов.

5. На основе анализа данных теоретического решения и систематических модельных испытаний, проведенных в прямом опытоеом бассейне НИИВТа, предложены расчетные формулы для определения гидродинамических усилий, действующих на стоящее у причальной стенки судно при прохождении мимо него других судов.

6. Предложено упрощенное выражение для определения безопасного траверзного расстояния при расхождении судов в канале.

7. Проведен натурный эксперимент на р.Иртыш по проверке математической модели движения судна на произвольном поле скоростей тече-

пня, предложенной В.Г.Павленко и Л.М.Внтавером. Показана удовлетворительная сходимость результатов теоретического расчета и дшшвд эксперимента.

Разработана приближенная математическая модель доижешя судна при заходе в камеру шлюза с учетом гидродинамических параметров обтекающего потока.

9. На основе обработки результатов натурных наблюдений предложено выражение для определения величины безопасной скорости злходд судна в камеру шлюза.

10. Обоснована необходимость установки на пш, гд® наблюдаются минимальные запасы глубины на пороге ишака, прибора, регистрирующего текущие значения скорости движения судна для обеотедаяш

/

безопасности маневра. • » ..

11. Разработай аналитический метод расчета параметров дшшшия судов и составов при выполнении маневра уклонения.

12. На осмом обработай данных систематических расчетов ка ЭВМ по серии крупногабаритных судов и составов получекы удобные для практического расчета алпрокснмациоиные формулы для определения здаемеш-тоз маневра уклонения. Проведена натурная проверка корреотссш полученных формул. Показана их удовлетворительная сходимость.

13. На основе выполненных исследований разработаю методика проверочного расчета габаритов подходных каналов судопрояускдах сооружения с учетом обеспечения условий для безопасного двиишия судов и составов.

Основные результаты исследований опубликованы в сиелдговдих работах автора:

и

1. Аналитический способ определения элементов маневра уклонения судов на малых курсовых углах. // Тр. Горькое .нн-та ннж. водн. трансп. (ГИИВТ). - 1988. - Вып.234, с.148-157.

2. Анализ аварийности судов в зонах судоходных гидротехнических сооружений. /Горьков. ин-т водн. трансп. (ГИИВТ). - Горький: 1989. - 10 с. - Деп. В ЦБНТИ Минрефлота РСФСР №229 - РФ (соавтор П.Н.Токарев).

3. Результаты натурных наблюдений по определению скоростей захода (выхода) судов в шлюзы Горьковского гидроузла./ Горьков. ин-т ннж. водн. трансп. (ГИИВТ). - Горький: 1989. - б с. - Деп. в ЦБНТИ Минречфлота РСФСР №230-РФ (соавтор П.Н.Токарев)

4. Некоторые особенности расчета габаритов подходных каналов гидроузлов с учетом обеспечения безопасности плавания судов. //Тр. Горьков. ин-та ннж. водн. трансп. (ГИИВТ). -1989. -Вып.245, с.51-59.

5. Уточненный способ расчета элементов маневра уклонения судов./ Тр. Горьков. ин-та ннж. водн. трансп. (ГИИВТ). 1989. Вып.245, с. 16-22 (соавтор В.И.Тихонов).

6. Результаты модельных испытаний по определению усилий в швартовных тросах судна, стоящего у причала при близком прохождении другого судна. // Тр. Новоснб. нн-та ииж. водн. трансп. (НИИВТ). Вопросы гидравлики речных судош и составов, - 1989. - с.60-64 (соавтор Н.А.Древаль).

7. Обеспечение безопасности движения судов в подходных каналах гидроузлов. Автореф. днсс. канд. техн. наук. -Горький, 1990. - 19 с.

8. К вопросу о рациональной компоновке подходов к шлюзам. //Тр. Горьков.ин-та инж. води, трапп. (ГИИВТ).- 1991.

Вып. 264

9.0пределеиие усилий в швартовных тросах судна, стоящего у причальной стенки. // Тр. Горьков.ин-та инж. води, транс. (ГИИВТ). - 1991. Вып.264

10. Рекомендации по маневрированию судов в зоне судоходных гидротехнических сооружений Волжского бассейна. Горький. - 1992. - 78 с. (соавтор П.Н.Токарев).

11. Анализ аварийности судов и составов в зонах гидротехнических сооружений Волжского бассейна. /Науч.-техн. сб. "Наука и техника на речном транспорте". -1993. - №5 - с.7-12 (соавтор П.Н.Токарев):

12. Определение безопасной скорости движения и безопасного траверзиого расстояния при расхождении судов в ка- , нале. /Науч.-техн. сб. "Наука и техника на речном транспорте". - 1993. - №6 - с.9-14 (соавтор П.Н.Токарев).

13. Определение безопасной скорости захода судов в шлюзы Городецкого района гидросооружений.//Тр.ин-та ммж.аодн.тр-та (ИИВТ, Г.Н.Новгород).- 1993.

14. Определение безопасных параметров движения судов и составов при прохождении- гидроузлов /Инст. ннж. водм.тр-та. Г.Н.Новгород - 1993. - 12 с.

15. Волго-Донской водный путь, Рекомендация судоводителям Самара. - 1995. - 86 с.(соавторы П.Н.Токарев , В.И.Тихонов).

16. Особенности движения и маневрирования судов в зонах судоходных гидротехнических сооружений. Н.Новгород, нзд-во ВГАВТ, 1997, • $0 с. (монография).

В работах, опубликованных в соавторстве, диссертанту принадлежит:

сбор н обработка данных [2,3,11,15], идея работы [5,6], идея н теоретическое обоснование величины безопасного тра-верзного расстояния [12].

Офсетная печать. 1998 г. вормат бумаги 60х841Дб. Газетная. Печ.л. <0 Тираж Заказ /с*

Цена договорная. „ ■

603600. Н.Новгород, ул.Нестерова, 5. Тип. В^АВТ. ДицГпДА 55-24.

Волжская государственная академия водного транспорта

На правах рукописи

КЛЕМЕНТЬЕВ

Александр Николаевич

ДВИЖЕНИЕ И МАНЕВРИРОВАНИЕ СУДОВ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ СУДОПРОПУСКНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность 05.22.16 "Судовождение"

ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Президиум ВА^ Рссс, ^

(решеяяео? "Ж " _19 ШI '

1998/

присудил ученук) степень _ У °

__й: ышм^^

/р)

I/

СВЕТЛОЙ ПАМЯТИ ВЛАДИМИРА ГЕОРГИЕВИЧА ПАВЛЕНКО ПОСВЯЩАЕТСЯ

/

СОДЕРЖАНИЕ

41

11

19

32

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ ОСОБЕННОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ И МАНЕВРИРОВАНИЯ СУДОВ В РАЙОНЕ СУДОПРОПУСКНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1Л. Методы определения оптимальных соотношений основных элементов подходных каналов судопропускных сооружений

1.2. Исследования безопасных скоростей движения судов в подходных каналах

1.3. Исследования по определению безопасных условий входа судов в камеру шлюза

1.4. Цели и задачи настоящего исследования

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ БЕЗОПАСНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ СУДОВ В ПОДХОДНОМ КАНАЛЕ №

2.1. Общие положения

2.2. Определение минимально допустимых скоростей движения судов с учетом влияния ветра

2.3. Оценка влияния габаритов подходного канала на выбор параметров движения судов ¿>3

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ БЕЗОПАСНОГО ТРАВЕРЗНОГО РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ДВИЖУЩИМСЯ СУДНОМ

И СУДНОМ, СТОЯЩИМ У ПРИЧАЛА 72

0 ЗЛ. Приближенная математическая модель взаимодействия движущегося и стоящего у причальной стенки судов

/

3.2. Экспериментальное исследование характера взаи-

С. 6

№ №

12

модействия судов 20

3.3. Методика аналитического расчета усилий в швар-

94

товных тросах судна, стоящего у причальнои стенки

3.4. Натурные исследования по определению усилий в швартовных тросах. Определение минимального безопасного траверзного расстояния между движущимся и стоящим у причальной стенки судном

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНО ДОПУСТИМЫХ СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ СУДОВ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ТЕЧЕНИЯ 99

4- 4.1. Математическая модель движения судна на произвольном поле скоростей течения 99

4.2. Экспериментальная проверка математической

модели движения судна на течении 'Ю*-/

4.3. Методика расчета минимально допустимой скорости движения судна на течении 1'1

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ СУДНА ПРИ ЗАХОДЕ В КАМЕРУ ШЛЮЗА

5Л. Гидродинамические особенности маневра цд

5.2. Математическая модель процесса захода судна в

шлюз 1

6. ПРИБЛИЖЕННАЯ ТЕОРЕТИКО - ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ СУДНА /32

6.1. Постановка задачи /32

6.2. Определение параметров обтекающего потока /32

6.3. Определение дополнительных гидродинамических

усилий, возникающих в шлюзе 138

6.4. Определение величин дополнительных присоединенных масс в процессе маневра 1^2.

6.5. Методика расчета параметров движения судна

6.6. Результаты натурных наблюдений за процессом

5

16

захода судов в камеру шлюза 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАБАРИТОВ ПОДХОДНОГО КАНАЛА ГИДРОУЗЛА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ СУДОВ 7Л. Теоретический метод определения элементов маневра уклонения судов при выходе из камеры шлюза

7.2. Натурная проверка расчетных данных

7.3. Рекомендации по выполнению проверочного расчета габаритов подходного канала по условию беспечения безопасности движения судов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1&О

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ 201

4

ВВЕДЕНИЕ '

Опыт судовождения и эксплуатации крупногабаритных судов и составов показывает, что их экономическая эффективность находится в тесной связи с характерными особенностями внутренних водных путей, среди которых следует выделить наличие гидротехнических сооружений, ограниченность габаритов пути, влияние течения и развитых ветро-волновых явлений, высокую интенсивность движения. В этой связи основополагающим направлением при изучении различных аспектов вождения крупногабаритных судов и большегрузных составов является проблема обеспечения безопасности плавания , предполагающая, в частности, достижение оптимального соотношения между габаритами пути, главными размерениями судов и составов, их энерговооруженностью и эффективностью средств обеспечения управляемости.

С точки зрения обеспечения безопасности плавания судов и составов зоны судопропускных гидротехнических сооружений являются одними из наиболее сложных участков водных путей. Напряженность работы судоводителя и сложность управления судном на этих участках обусловлена необходимостью выполнения значительного количества различных маневров в условиях стесненного пути при движении на малых скоростях хода.

Статистические данные по аварийности /64, 68/ показывают, что, несмотря на целый ряд организационных и технических мероприятий со стороны пароходств, судоходных инспекций и бассейновых управлений пути, аварийность флота в зонах судоходных гидротехнических сооружений остается довольно высокой и составляет 19% от общего числа аварий. Причем основная часть

этих транспортных происшествий совершается в подходных каналах и в момент захода в камеры шлюза (около 59%) и приходится на долю крупногабаритных судов и составов.

Таким образом, проблема обеспечения безопасности плавания судов в районе гидроузлов имеет в настоящее время весьма актуальное значение.

Данная диссертационная работа посвящена изучению вопросов безопасности движения судов при прохождении гидроузлов, влияния габаритов подходного канала на выбор параметров движения, гидродинамических особенностей взаимодействия судов, а также разработке на этой основе практических рекомендаций: судоводителям - по маневрированию и выбору безопасных скоростей движения и траверзных расстояний, проектировщикам -по оптимальной компоновке подходов к гидроузлам.

Диссертация состоит из введения, семи разделов и заключения. В форме приложений приведены основные результаты модельных испытаний, методика проверочного расчета габаритов подходного канала проектируемого гидроузла, а также документы о внедрении основных результатов исследований.

В первом разделе рассматриваются существующие методы определения оптимальных соотношений основных элементов подходных каналов судопропускных сооружений, проведен анализ расчетных формул. Дается обзор существующих исследований в области обеспечения безопасности движения судов в подходных каналах, при заходе в камеру шлюза, обосновываются цели и задачи исследования.

Второй раздел посвящен исследованию условий безопасного движения судов в подходных каналах, оценке взаимосвязи и взаимовлияния габаритов подходного канала на параметры дви-

жения с учетом гидродинамического взаимодействия судна со стенками канала.

В третьем разделе приведена приближенная математическая модель гидродинамического взаимодействия движущегося судна и стоящего у причальной стенки в подходном канале, основанная на идеях Ю.М.Мастушкина. Произведена проверка теоретического исследования путем сопоставления полученных результатов с данными модельных испытаний. В результате синтеза теоретического решения и данных модельного эксперимента разработаны практические методы определения гидродинамических усилий, возникающих в процессе взаимодействия судов, а также рекомендации по выбору безопасных траверзных расстояний.

В четвертом разделе с использованием математической модели движения судна на произвольном поле скоростей течения, разработанной В.Г.Павленко и Л.М.Витавером, произведена проверка результатов теоретико-эксперементальных расчетов путем сопоставления их с данными натурных испытаний; показана их удовлетворительная сходимость. Приведена методика расчета минимально допустимой скорости движения судов при прохождении участков со сложным характером течения.

В пятом разделе на основе анализа особенностей физических и гидродинамических процессов, возникающих при заходе в камеру шлюза, предложена разработанная автором математическая модель движения судна, учитывающая нестационарность движения и. характер обтекающего судно потока.

В шестом разделе приведена приближенная теоретико-экспериментальная методика определения параметров движения судна и качественной оценки процесса захода в шлюз. Даны ре-

зультаты натурных наблюдений за процессом захода судов в камеру шлюза. На основе обработки результатов наблюдений предложены аналитические зависимости по определению изменения уровня воды и безопасной скорости захода судна в камеру шлюза.

В седьмом разделе проведено исследование маневра уклонения судов на малых курсовых углах при выходе из камеры шлюза. Предложены аналитические зависимости для определения основных элементов маневра с учетом маневренных качеств судов и стеснения потока. Произведена проверка полученных зависимостей путем сопоставления результатов расчета с данными натурного эксперимента. Приводится методика проверочного расчета основных элементов подходного канала по условию обеспечения безопасности движения судов.

В заключении излагаются основные выводы диссертационной работы.

На защиту выносятся следующие результаты исследования безопасности движения судов при прохождении гидроузлов:

- приближенная теоретико-экспериментальная математическая модель гидродинамического взаимодействия проходящего судна с судном, стоящим у причальной стенки, и метод определения усилий в швартовных тросах последнего;

- математическая модель процесса захода судна в шлюз;

- результаты экспериментальных и натурных исследований нестационарных гидродинамических процессов, возникающих при прохождении судопропускных гидротехнических сооружений;

- м^етод определения элементов маневра уклонения судов на малых курсовых углах;

- методика проверочного расчета габаритов основных элементов подходного канала гидроузла по условию обеспечения безопасности движения судов.

Работа выполнена на кафедре судовождения и безопасности судоходства Волжской государственной академии водного транспорта.

Систематические модельные эксперименты проведены в прямом опытовом бассейне НГАВТ.

Контрольные натурные эксперименты выполнены на акватории Городецкого района гидросооружений, а также на р. Иртыш.

Автор считает своим долгом выразить признательность всем научным сотрудникам ВГАВТ и НГАВТ, оказавшим помощь в процессе выполнения исследований и глубокую благодарность академику Академии Транспорта России

В.Г.Павленко

за науч-

ные консультации и поддержку, результатом которых явилась настоящая работа.

4

1. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ ОСОБЕННОСТЕЙ ДВИЖНИЯ И МАНЕВРИРОВАНИЯ СУДОВ В РАЙОНЕ СУДО-ПРОПУСКНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1Л. Методы определения оптимальных соотношений основных элементов подходных каналов судопропускных сооружений.

Анализ аварийности /64,68/ показывает, что большое влияние на безопасность движения судов, в ряду прочих причин, оказывает удачная, с судоводительской точки зрения, схема компоновки подходов к гидроузлу.

Проект судопропускных сооружений можно считать оптимальным, если он удовлетворяет нескольким определяющим условиям (назовем их требованиями оптимальности). В качестве таких требований могут быть использованы:

требование безопасности эксплуатации судов, связанное с обеспечением их безопасного движения в пределах заданной проектом акватории;

требование быстродействия, связанное с выполнением операций пропуска судов за наименьшее время;

требование стоимости, связанное с минимально-возможной величиной затрат на обеспечение выполнения условий судопро-пуска.

При- оценке проекта требование безопасности должно быть главным. Если совпадение экстремумов для требования быстродействия и требования стоимости не достигается, то оптимизация должна производиться по одному из них с оценкой состоя-

ния другого.

Вопрос о рациональной компоновке подходов к судопропу-скным сооружениям детально рассмотрен в работах Г.Денарта /40/, Н.А.Семанова /132,133/, А.В.Михайлова /91/, В.С.Перехвальского /109/, Н.Димитрова и Л.Симеонски /177/, В.В.Баланина /5/ и др.

Рекомендации вышеперечисленных авторов, имея сходство подхода к решению задачи в целом, расходятся лишь в некоторых частных вопросах. В последнее время наблюдается подчеркнутое стремление привести все водные пути к единым условиям, обеспечивающим плавание однотипных судов. Это нашло отражение при разработке ныне действующего положения /142/, согласно которому должны производиться все проектные расчеты. В указанном документе учтены и синтезированы все принципиальные разработки вышеперечисленных авторов. Важное место при выборе рациональной схемы компоновки гидроузла занимает вопрос обоснования габаритов подходных каналов к судопро-пускным сооружениям, которые призваны обеспечивать безопасное маневрирование судов и снижать до минимума время захода в камеру и выхода из нее для увеличения пропускной способности сооружения.

Подходные каналы представляют собой в основном прямолинейные участки с некоторыми уширениями, расположенные по обе стороны от шлюза. В них находятся суда и составы, следующие в свободную камеру шлюза или ожидающие шлюзования у причальной стенки. Каналы обычно защищены от волнений на водохранилище и водных течений в реке разделительными стенками, которые обеспечивают спокойные условия отстоя судов перед шлюзованием.

Основными элементами подходных каналов являются: канал с трапецеидальным сечением, причальная и направляющая стенки для улучшения условий захода судов в камеру шлюза.

Направляющая стенка обеспечивает плавный переход от широкой части канала к камере шлюза. Направляющая стенка может быть продолжением стены камеры шлюза или примыкать к ней под небольшим углом. Она позволяет судам и составам поддерживать относительно высокую скорость движения во время захода в камеру шлюза при сильных боковых ветрах и наличии течения. При этом значительно сокращается продолжительность маневрирования.

Габариты основных элементов подходного канала рассчитываются исходя из геометрических соотношений их с габаритами расчетного судна, назначаемого из числа имеющих наибольшие размеры по длине и ширине, с учетом выбранного способа расхождения судов в подходном канале (типа канала) и числа камер шлюза.

При предварительных расчетах, согласно /142,146/, длину пути входа (выхода) расчетного судна, ожидающего шлюзования у причальной стенки (рис. 1.1), допускается принимать:

- при одностороннем шлюзовании

1 = 1к (1+РО; (1.1)

- при двухстороннем шлюзовании

1 = 1к(1 + (32) + Хукл ,

(1.2)

Рис. 1.1 Схема подходного канала полусимметричного типа

где 1к - полезная длина камеры;

(З1 - коэффициент, равный при входе 0,4, а при выходе

ОД;

(32 - коэффициент, равный 0,4;

Хукл - длина участка перехода выходящего судна на ось, параллельную оси шлюза

Хукл=^+Ууо(4г-Уукл) ; (1.3)

Ь - длина расчетного судна;

г >3 Ь - радиус траектории центра масс (ц.м.) судна (радиус поворота);

Уукл - величина бокового смещения выходящего судна при переходе его на ось, параллельную оси шлюза;

- при симметричном типе подходного канала: Уукл = 0,6 В + 0,5 Аш ;

- при несимметричном типе подходного канала: Уукл = 1,2 В + 0,5 Дт ;

- при полусимметричном типе подходного канала: Уукл= 1,9 В + 0,5 Аш - ат ,

где В - ширина расчетного судна;

ат - смещение лицевой грани причальной стенки от оси шлюза

т?

Ат = 0,35— г

Исходя из этих соображений рассчитывается и длина причальной стенки:

- для одностороннего шлюзования

п

- ^тт + ;

(1.4)

- для двухстороннего движения

п

^т ~ Хук л+ У^Ь к'Ь,

(1.5)

где 1т;п - минимальное расстояние от верховой грани верхней головы или низовой грани нижней головы шлюза до носовой оконечности первого ожидающего шлюзования судна, определяемая из условий обеспечения безопасности;

к' - коэффициент, принимаемый равным 0,2 при расположении причала на защищенном участке от ветровой волны и равным нулю при незащищенном.

Из формулы (1.3) можно видеть, что величина Хукл зависит от параметров г и Уукл.

Величина Уукл определяется, исходя из условий успешного выполнения маневра уклонения выходящим из камеры шлюза судном на предельно малых траверзных расстояниях (ДЬ=0,2). При этом не в полной мере учитываются условия обеспечения безопасного отстоя судов у причальной стенки. Не учитываются и возможные углы дрейфа, возникающие у выходящего с малой скоростью судна под действием ветра. Однако, угол дрейфа, необходимый для удержания движущегося судна на заданной линии пути при ветре, может, наряду с углом перекладки рулевого органа, лимитировать управляемость при прохождении подходных каналов судопропускных сооружений. /4,5/

В последнее время на отечественных проектируемых шлюзах все чаще применяется полусимметричный тип подходного кана-

ла, имеющий перед другими, как показано в работах /5, 40,76,77,109,132,133,177/, ряд преимуществ. При этом выбор величины ат не име�