Piesūkšanās (kuģniecība)

Piesūkšanās ir hidrodinamiska parādība, kura rodas kuģim ejot ar lielu ātrumu seklā ūdenī un tādējādi radot samazināta spiediena zonu, kuras iedarbības rezultātā kuģis nosēžas tuvāk jūras dibenam nekā būtu sagaidāms citos apstākļos. Efektu izraisa mazā attāluma starp korpusu un jūras dibenu radītā pretestība ūdenim, kurš parastos apstākļos brīvi plūstu zem korpusa. Atbilstoši Leonardo likumam noteikta ūdens tilpuma plūsmas ātrums ir konstants gan dziļā akvatorijā, gan ierobežotā. Bet ierobežotā akvatorijā samazinās caurplūdes laukums, tādēļ atsevišķo ūdens daļiņu plūsmas ātrums pieaug. Atbilstoši Bernulli likumam palielināts ātrums izraisa pazeminātu spiedienu, kura rezultātā kuģis tiek vilkts uz leju. Piesūkšanās ir vertikālas nosēšanās un galsveres izmaiņas kombinācija, kura var palielināt kuģa iegrimi priekšgalā vai pakaļgalā.^[1]

Efekts, kuru rada samazināts spiediens zem gaitā esoša kuģa korpusa, izraisa kuģa nosēšanos

Sekls ūdens

Kuģi sekla ūdens iespaidu sāk izjust, ja ūdens dziļums ir 1,5 reizes lielāks par iegrimi. Bet, kad ūdens dziļums ir samazinājies līdz 1,2 iegrimēm, kuģi sekla ūdens iespaidu izjūt pilnībā.^[2] Bet piesūkšanās sāk parādīties tad, ja ūdens dziļums ir samazinājies līdz četrām iegrimēm.^[3]

Sekla ūdens iespaids uz kuģa manevrēšanas raksturlielumiem apkopots zemāk esošajā tabulā.

Sekla ūdens iespaids uz kuģa manevrēšanas raksturlielumiem.^[4]

Dziļš ūdens

Sekls ūdens

Virziena noturība[5] (Directional stability - angļu val.) ir atkarīga no korpusa formas un galsveres. Griešanās leņķiskais ātrums atkarīgs no korpusa raksturlielumiem un kuģa virziena noturības. Cirkulācijas diametrs apmēram trīs kuģa garumi. Nozīmīgs ātruma zudums veicot lielas izmaiņas kursā. Ātruma zudums mierīgā ūdenī ar apturētu dzinēju ir atkarīgs no ūdensizspaida, galsveres un korpusa formas. Kuģa priekšgals virzās uz labā borta pusi, kad dzinējs strādā atpakaļgaitā.

Virziena noturība uzlabojas (kuģis labāk klausa stūrei). Griešanās leņķiskais ātrums apmēram tāds pats kā dziļā ūdenī. Cirkulācijas diametrs palielinās līdz divām reizēm salīdzinot ar pagriezienu dziļā ūdenī. Notiek ātruma samazināšanās veicot lielas izmaiņas kursā, bet mazākā mērā nekā dziļā ūdenī. Ātruma zudums ar apturētu dzinēju seklā ūdenī mazāks nekā dziļā ūdenī (Seklā ūdenī kuģis turpina kustību uz priekšu ilgāk.). Samazinoties dziļumam priekšgals novirzās tajā pašā virzienā, bet lielākā leņķiskajā ātrumā.

Aprēķins

Plašāk izmantotā formula iegrimes pieauguma aprēķinam ir zinātņu doktora C. B. Barrasa (C. B. Barrass - angļu val.) piedāvātā:

${\displaystyle S=C_{b}\cdot V^{2}/100}$,

kur S - iegrimes pieaugums metros, C_b - kuģa ūdensizspaida pilnības koeficients, V - kuģa ātrums mezglos. Pēc šīs formulas aprēķinātais iegrimes pieaugums ir vai nu kuģa priekšgalā vai pakaļgalā atkarībā no tā vai kuģim parādās galsvere uz priekšgalu vai pakaļgalu. Parasti kuģiem, kuriem C_b ir lielāks par 0,75, parādās galsvere uz priekšgalu (balkeri un naftas produktu tankkuģi). Kuģiem, kuru C_b ir zem 0,75, galsvere ir uz aizmuguri (konteinerkuģi, daži sašķidrinātās dabasgāzes pārvadātāji). Barrasa formula dod lielu drošības rezervi, kas dažreiz nav praktiski.

Lielāku precizitāti dod Tuka/Hūska (Tuck/Huuska - angļu val.) formula:

${\displaystyle S=2,4{\frac {\triangledown }{L_{pp}^{2}}}{\frac {F_{h}^{2}}{\sqrt {1-F_{h}^{2}}}}}$,

kur S - iegrimes pieaugums metros, ${\displaystyle \triangledown }$ - kuģa tilpumiskais ūdensizspaids kubikmetros, L_pp - kuģa garums starp perpendikuliem metros, F_h - Frūda skaitlis. Frūda skaitli aprēķina pēc formulas:

${\displaystyle F_{h}={\frac {V}{\sqrt {9,81h}}}}$,

kur V - kuģa ātrums caur ūdeni [m/s] un h - ūdens dziļums metros.

Abas formulas dod rezultātu seklā, bet plašuma ziņā neierobežotā ūdenī. Ja kuģis iet kanālā vai citā ierobežotā akvatorijā, iegrimes pieaugums ir divas reizes lielāks nekā aprēķinātais seklam, neierobežotam ūdenim.^[6] No abām formulām redzams, ka piesūkšanās apjoms ir tieši proporcionāls kuģa ātruma kvadrātam. Tādējādi samazinot kuģa ātrumu divas reizes, iegrimes pieaugums samazinās četras reizes.^[3]

Daži liela ātruma ūdensizspaida kuģi, piemēram, fregates, eskadras mīnu kuģi, kruīza kuģi vai katamarāna prāmji var pārvietoties ar Frūda skaitli virs 0,7, kas ir Tuka/Hūska formulas izmantošanas robeža. Pie Frūda skaitļiem 0,9 līdz 1,0 parādās liela vertikālā nosēšanās un galsvere uz aizmuguri. Šādos apstākļos izmanto šādu formulu:

${\displaystyle S=1,5{\frac {\triangledown }{L_{pp}h}}}$,

kur S - iegrimes pieaugums metros, L_pp - kuģa garums starp perpendikuliem metros, h - ūdens dziļums metros.^[7]

Avārijas un efekta izmantošana

Piesūkšanās bija iemesls, kāpēc Queen Elizabeth 2 (QE2) uzsēdās uz sēkļa 1992. gada 7. augustā pie Katihankas salas (Cuttyhunk island - angļu val.) netālu no Martas Vainjārda (Martha's Vineyard - angļu val.) salas. Lainera ātrums uzsēšanās laikā bija 24 mezgli un iegrime 9,8 m. Kā vēlāk noskaidrojās, klints, kuru skāra kuģis, bija kartē neatzīmēts sēklis ar dziļumu virs tā 10,5 m. Ja nebūtu piesūkšanās parādības, kuģis pārietu tam pāri nepieskaroties.^[8] ASV Nacionālās transporta drošības pārvaldes (National Transportation Safety Board (NTSB) - angļu val.) izmeklētāji nonāca pie secinājuma, ka QE2 kuģu vadītāji nebija pietiekami nopietni novērtējuši lielumu par kādu piesūkšanās rezultātā pieaugs iegrime, ja palielina ātrumu. Kuģu vadītāji bija aprēķinājuši 0,61 m lielu piesūkšanos, bet NTSB, ņemot vērā doto iegrimi un ātrumu, aprēķināja, ka piesūkšanās rezultātā pieaugušajai iegrimei jābūt robežās no 1,4 līdz 2,4 m.^[9]

Piesūkšanās tiek minēta arī kā faktors balkeru Tecam Sea un Federal Fuji sadursmē Sorelas (Sorel - angļu val.) ostā Kvebekā 2000. gada aprīlī.^[1]

Pasaules trešais lielākais kruīza kuģis MK^[10] Oasis of the Seas izmantoja šo efektu, lai iegūtu papildus distanci starp kuģi un Lielā Belta tiltu, Dānijā 2009. gada 1. novembrī reisā no kuģu būvētavas Turku, Somijā uz Floridu, ASV. Jaunais kruīza kuģis seklā ūdensceļā pagāja zem tilta ar 20 mezglu ātrumu, iegūstot 30 cm lielu papildus distanci līdz tiltam piesūkšanās rezultātā.

Piezīmes un atsauces

1. Marine Investigation Report M00L0039 Transportation Safety Board of Canada 2018. gada 16. aprīlis. Skatīts: 2021. gada 23. aprīlī
2. MacElverey H.D., MacElverey E.D. Shiphandling for the mariner. Fifth edition Schiffer Publishing, Ltd., 2018. 8. lpp. ISBN 9780764354588
3. Navigation and Vessel Inspection Circular No. 2-97, Change 1 United States Coast Guard 8. lpp. Skatīts: 2021. gada 28. aprīlī
4. MacElverey H.D., MacElverey E.D. Shiphandling for the mariner. Fifth edition Schiffer Publishing, Ltd., 2018. 18. lpp. ISBN 9780764354588
5. Kuģiem var būt pozitīva, negatīva vai neitrāla virziena noturība. Ja kuģis tiecas pārtraukt griešanos, kad tā stūre ir nolikta diametrālajā plaknē, tam ir pozitīva virziena noturība. Ja kuģis turpina pagriezienu ar aizvien pieaugošu leņķisko ātrumu, kad stūre ir diametrālajā plaknē, tam piemīt negatīva virziena noturība. Kuģis ar neitrālu virziena noturību turpina griešanos ar nemainīgu leņķisko ātrumu vai arī turpina virzību taisni uz priekšu, kamēr uz to neiedarbojas ārēji spēki.
6. MacElverey H.D., MacElverey E.D. Shiphandling for the mariner. Fifth edition Schiffer Publishing, Ltd., 2018. 88., 90.-91. lpp. ISBN 9780764354588
7. The Nautical Institute Navigation Accidents and their Causes The Nautical Institute, 2015. 63. lpp. ISBN 9781906915322
8. Marine Surveyors Find Uncharted Rock That May Have Damaged Hull of the QE2 The New York Times 1992. gada 15. augusts. Skatīts: 2021. gada 1. maijā
9. Marine Accident Report - Grounding of the United Kingdom Passenger Vessel RMS QUEEN ELIZABETH 2 Near Cuttyhunk Island, Vineyard Sound, Massachusetts, August 7, 1992 NTSB/MAR-93/01 National Transportation Safety Board, 1993. gada 5. maijs. 30 lpp.
10. Motorkuģis

Ārējās saites

• MySeaTime raksts par piesūkšanos (angliski)