Влияние ветрового волнения на плавание кораблей. Гашение волн

Ветровое волнение является одним из основных гидрометеорологических элементов, определяющих возможность и безопасность плавания кораблей.

Волна, набегая на корабль, обрушивается на него всей своей мощью, раскачивает, бьет в борт, заливает палубы и надстройки, уменьшает скорость хода и сбивает его с курса. Качка создает опасные крены, затрудняет определение места корабля и сильно изматывает личный состав. Большое значение приобретает поэтому выбор курса по отношению к волне и соответствующей скорости хода. При небольшом волнении и попутном ветре до 3—4 баллов наблюдается некоторое увеличение скорости. Во всех других случаях волнение уменьшает скорость хода.

Кроме потери скорости, волнение вызывает рыскание и уклонение корабля с заданного курса. Волны непрерывно сбивают корабль с курса, и для его удержания требуется постоянная перекладка руля. Обычно время, необходимое для приведения корабля на заданный курс, при отклонении (рыскании) вправо и влево неодинаково.

Поэтому в одном случае (например, при рыске влево) корабль должен пройти больший путь, чтобы прийти на заданный курс, чем в другом (при рыске вправо). Создается несимметричность рыскания и корабль уклоняется от заданного курса (зарыскивает).

Гашение волн. На поведение корабля при волнении большое влияние оказывают вторичные волны и волны высшего порядка, образующиеся на поверхности основных. Эти волны создают удары, опасные срывы гребней, нарушают плавность качки и т. д. Если бы удалось уничтожить их, т. е. сгладить профиль волны, то воздействие волнения могло бы быть значительно уменьшено.

Давно известно, что скопление на поверхности моря плавающих предметов — водорослей, ледяных кристаллов и т. д., а также дожди затрудняют развитие волнения. Так, например, ледяная шуга и сало гасят вторичные волны, существенно не влияя на размеры основных. Скопление мелких льдин уничтожает небольшие гравитационные волны, а скопление льдин средних размеров при густоте льда около 7 баллов гасит даже сильное штормовое волнение.

Плавающие предметы действуют как механическое препятствие, мешающее нормальному развитию структуры волны. Аналогично действуют и капли дождя. На этом же принципе основаны воздушные волноломы. Они представляют собой проложенные по дну трубы, в которые подается сжатый воздух. Трубы имеют мелкие отверстия. Выходящий в виде пузырьков через отверстия воздух нарушает нормальное движение частиц по их орбитам и тем самым препятствует развитию волн.

Следует отметить, что пузырьки воздуха одновременно способствуют развитию турбулентного перемешивания во всей толще воды. Осенью и зимой, когда температура воды на поверхности моря ниже, чем у дна, перемешивание повышает температуру воды на поверхности, что задерживает образование льда. На этом принципе основано действие пневматических установок для создания постоянных фарватеров во льдах.

Способностью «гасить» волны обладают и масляные пленки, которые могут быть искусственно созданы на поверхности моря. Академик Шулейкин объясняет это явление тем, что масляная пленка поглощает часть энергии, затрачиваемой на образование волн. Поглощенная энергия расходуется на непрерывную перестройку молекул в масляной пленке.

Как известно, при прохождении гребня частицы на поверхности волны сближаются, а при прохождении подошвы растягиваются. Чтобы не произошло разрыва масляной пленки, к подошве волны должны подходить дополнительные молекулы от гребня волны, где они оказываются «лишними» вследствие сжатия пленки.

На преодоление внутреннего трения в самой масляной пленке и расходуется та доля энергии, которая иначе была бы затрачена на образование капиллярных волн. Поглощение энергии тем больше, чем меньше период волны. Поэтому гасятся только мелкие капиллярные волны и одновременно происходит сглаживание основных волн.