НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ТОЛКАЕМЫХ СОСТАВОВ "РЕКА-МОРЕ" ПЛАВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 629.12

В.П. Лобастое, к.т.н., профессор, ФГБОУВО «ВГУВТ» Е.В. Зеличенко, аспирант ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5

НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ТОЛКАЕМЫХ СОСТАВОВ «РЕКА-МОРЕ» ПЛАВАНИЯ

Ключевые слова: Толкаемый состав «река-море» плавания, толкач (энергетическая секция), баржа (грузовая секция), расчетные нагрузки, прочность корпуса.

С учетом наметившейся тенденции увеличения заказов на проектирование и строительство толкаемых составов «река-море» плавания, которые должны выполняться на основе требований Правил РРР, рассмотрены результаты экспериментальных исследований качки, волновых нагрузок и мореходности судов состава и обоснована возможность подготовки, на их основе, дополнительных требований Правил к данному типу судов.

Идея разделения транспортных средств на грузовой и энергетический модули, достигнутые показатели экономической эффективности перевозок грузов с использованием раздельных секций транспортного средства послужили мощным импульсом в развитии толкаемых составов. Первоначально в виде речных толкаемых составов, а несколько позднее в виде морских составных судов (МСС) и морских толкаемых составов (МТС). Последние в настоящее время широко представлены как особый тип судов в США, Японии, ряде стран Латинской Америки, Юго-Восточной Азии и Европы.

В нашей стране работы по созданию МТС начались со стадии технико-экономического обоснования и исследовательского проектирования. Так в 1972-73 годах ЦНИИМФом были проведены технико-экономические обоснования и показана целесообразность использования толкаемого состава для вывоза леса из портов Дальневосточного бассейна в Японию [1].

По результатам проделанной ЦНИИМФом работы, в 1977 году государственной комиссией СССР принимается первый толкаемый состав, построенный в Японии, для перевозки леса в Дальневосточном бассейне. Всего было построено четыре комплекта толкаемых составов для перевозки леса, состоящих из буксира-толкача и двух грузовых секций.

С появлением первых МТС началось активное проведение теоретических и экспериментальных исследований в этой области. По заказу ЦНИИМФа в Ленинградском кораблестроительном институте проводятся экспериментальные исследования характеристик ходкости и мореходности толкаемых составов, а также буксировочного сопротивления морского составного судна с шарнирным сцепом. В Николаевском кораблестроительном институте применительно к составам с неподвижным счалом разрабатываются уравнения ходкости в математической модели, вычисляются оценки внешних сил, действующих на составные суда на регулярном волнении.

В 1981 году в печати появляется первая техническая литература о проектировании морских толкаемых составов и составных судов: авторы Б.В. Богданов, Г.А. Ал-чуджан, В.Б. Жинкин [2]. Исследования продольной качки и волновых нагрузок были включены И.К. Бородаем и Ю.А. Нецветаевым в книгу «Мореходность судов» [3].

Однако практическая реализация идеи создания отечественных МТС по разным причинам так и осталась неосуществленной.

Но данный этап развития морского судостроения был отмечен не только созданием и развитием МТС. Он характеризуется также массовым внедрением новых прогрессивных решений, направленных на бесперевалочную доставку грузов потребителям по линиям, включающим морские и речные участки.

В рамках исследований по расширению границ использования судов речного флота для перевозок грузов на линиях «река-море» были рассмотрены возможности использования существующих речных толкаемых составов для бесперевалочных перевозок грузов в смешанном сообщении.

С этой целью ЛИВТом были выполнены исследовательские и конструкторские работы, предложены конкретные конструкции узлов соединения с применением автосцепов и проведены экспериментальные рейсы толкаемого состава, состоящего из теплохода «ОТА-929» пр. 758АМ и головной секции пр. 1787, через Ладожское и Онежское озера. Данные экспериментальные рейсы толкаемого состава позволили сделать вывод, что речные автосцепы не могут быть использованы для толкания барж даже в районах плавания, отнесенных к разряду «М» по классификации РРР (высота волна до 3,0 м). Вывод о невозможности использования речных автосцепов в толкаемых составах «река-море» плавания (ТСРМП) привел к необходимости пересмотра первоначальных предварительных рекомендаций некоторых специалистов об использовании речных автосцепов и заставил искать новые решения проблемы выбора сцепных устройств при создании ТСРМП.

В силу данных обстоятельств, при непосредственном участии автора статьи Лоба-стова В.П. совместно с ведущими специалистами КБ «Вымпел» был проведен целый комплекс модельных испытаний ТСРМП в бассейнах, тогда ГИИВТа, НИИВТа, ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, КБ «Вымпел». Принципиальные схемы типов соединений секций толкаемых составов представлены на рис. 1.

Результаты экспериментальных исследований с варьированием конструктивных элементов состава позволила автору провести законченный цикл исследований в объеме тем «Сцеп - 1», «Сцеп - 2», «Сцеп - 3» [4], которые легли в основу проектирования первого отечественного толкаемого состава «река-море» плавания (рис. 2).

Первый отечественный мелкосидящий толкаемый состав, состоящий из буксира мощностью 2500 кВт пр. 14506 класса РМРС «КМ®Л1ПСПА1» и нефтеналивной баржи г/п в реке/море 4350/4630 т пр. 16806 класса РМРС «К®Л2ПСП» (табл. 1), был спроектирован в соавторстве конструкторскими коллективами ОАО КБ «Вымпел» и ОАО «АЦКБ» (главные конструкторы проекта В.П. Лобастов (КБ «Вымпел») и А.В. Ляушкин (АЦКБ).

Таблица 1

Основные характеристики первого отечественного толкаемого состава

Основные ТС (14506+16806)

характеристики Буксир Баржа Состав

Длина наиб., м 41,50 125,52 -

Длина расч., м 39,00 114,96 -

Длина состава, м - - 158,00

Ширина, м 11,00 16,60 16,60

Высота борта, м 5,00 6,20 6,20

Осадка река/море, м 3,60 3,70/3,78 3,70/3,78

Грузоподъемность, т - 4350/4630 4350/4630

Мощность, кВт 2500 - 2500

Скорость, уз. 13,50 - 11,00

/ U) . ip - " -"Vj__fcL- p.

— —1 — — V- -{— I - - — Г ~~

IK

м)

Ix J

о)

ntr .Ju

Ilin) _ ,p _

I

IV p)

Vc)

|.fr.|. be

_U I—

VI m)

_ ft_ he___

Ж к

-rat

Ik

Рис. 1. Принципиальные схемы типов соединений секций толкаемых составов:

Модель I: а, б, в - ограниченно-подвижное (шарнирное) соединение толкача и грузовой секции; г, д, е - неподвижное соединение толкача и грузовой секции;

Модель II: ж, з, и, к, л - ограниченно-подвижное (шарнирное) соединение толкача и грузовой секции с различной длиной рецесса; м - ограниченно-подвижное (шарнирное) соединение толкача 2 и грузовой секции 1 с помощью плавающей приставки 3; н, о - ограниченно-подвижное (шарнирное), с двумя степенями свободы, соединение толкача 2 и грузовой секции 1 с помощью плавающей приставки 3;

Модель III - п - подвижное соединение толкача и грузовой секции;

Модель IV - р - ограниченно-подвижное (шарнирное) соединение толкача и грузовой секции;

Модель V - с - ограниченно-подвижное (шарнирное) соединение толкача и грузовой секции;

Модель VI - т - ограниченно-подвижное (шарнирное) соединение толкача и грузовой секции.

о - шарнирное соединение секций;

• - неподвижное соединение секций;

* - подвижное соединение секций.

Толкаемый состав был сдан Заказчику в 1994 г. Приемо-сдаточные испытания и опыт эксплуатации состава подтвердили правильность принятых технических решений и надежность работы сцепных замков системы «Articouple». Хотя в целом судьба состава оказалась незавидной. Поскольку проектный вариант буксира в заданные сроки не был построен, было принято решение модернизировать для целей толкания буксир «Rosscan Power» мощностью 3235 кВт с осадкой 5,2 м. В итоге, из-за завышенной мощности и необоснованных расходов на топливо, состав не достиг расчетных экономических показателей, а идея осуществления «река-море» перевозок оказалась не реализованной из-за осадки буксира-толкача более 5 метров.

Одновременно с проектированием первого в России толкаемого состава велись работы по разработке требований к сцепным устройствам ТСРМП [5]. Были подготовлены и включены в Правила РРР предложения по конструированию сцепных устройств, по определению расчетной нагрузки и коэффициента запаса прочности сцепных устройств [6].

Рис. 2. 1995 год. Первый отечественный морской толкаемый состав бороздит воды Балтики

Но только спустя 16 лет по проекту ЗАО «Спецсудопроект» (генеральный директор - главный конструктор проекта А.С. Петров) на предприятии ОАО «Костромской судостроительно-судоремонтный завод» (генеральный директор А.К. Иванов) был построен второй отечественный ТСРМП (рис. 3).

Рис. 3. 2010 год. Толкаемый состав «река-море» плавания выходит из заводской гавани на ходовые испытания

Появление ТСРМП нового поколения вызвало неподдельный интерес у Судовладельцев. И не случайно, что в настоящее время при рассмотрении концепции развития флота нового поколения, направлению создания толкаемых составов уделяется особое внимание, а количество обращений к Проектантам с предложениями по проектированию ТСРМП резко возрастает.

Активно участвуют в этом процессе, набирая современный опыт проектирования судов, предназначенных для формирования ТСРМП, Морское Инженерное Бюро и ОАО «Спецсудопроект». Данные организации имеют в своем портфеле заказов проекты модернизации и переоборудования судов под толкание и, самое главное, проек-

ты нового судостроения, находящиеся на различных стадиях проектирования: от эскизного проекта до технорабочего.

В этих условиях подготовка нормативных требований по проектированию ТСРМП и, в первую очередь, по вопросам обеспечения мореходных качеств, прочности, остойчивости и непотопляемости судов толкаемого состава, выборе судовых устройств и др., становится весьма актуальной.

Анализ экспериментальных исследований качки, волновых нагрузок и мореходности ТСРМП показал, что поведение секций состава на волнении, его мореходные качества и ходкость, а также усилия в корпусе и сцепе определяются целым рядом гидродинамических и конструктивных особенностей, которые являются для ТСРМП специфическими.

К числу наиболее важных отличий ТСРМП от МТС следует отнести: тип сцепного устройства; конструктивный тип рецесса кормовой оконечности грузовой секции; главные размерения секций состава и их взаимное соотношение, близкое к значениям резонансной зоны; главные размерения секций состава и соотношения их длины и осадки с длиной и высотой волны, близкие к значениям резонансной зоны; взаимное согласование обводов кормы баржи и носа толкача; особый подход к формированию обводов носовой оконечности грузовой секции состава; заметное влияние на величину усилий расположения сцепного устройства по длине состава и возвышение его над действующей ватерлинией энергетической секции и другие.

Требования к судам толкаемых составов, представленные в Правилах таких классификационных обществ как ABS, DNV, BV, RINA и другие в большей степени относятся к морским составам и не учитывают в полной мере специфические особенности ТСРМП.

Очевидно и другое, что учет отличительных факторов на сегодняшний день с достаточной достоверностью может быть достигнут с помощью модельного эксперимента для проектируемых именно «река-море» толкаемых составов.

С учетом данных обстоятельств авторами подготовлены предложения по определению расчетных нагрузок для судов ТСРМП, разработанные по результатам анализа экспериментальных исследований на моделях, представленных на рис. 1.

Зависимость волнового изгибающего момента на миделе изолированной баржи (рис. 4-6) от относительной длины волны на встречном и попутном волнении носит одинаковый характер с максимумом в районе X / L1 ~ 1. При увеличении скорости до «полный вперед» на встречном волнении изгибающий момент вырос в 1,1 раза; на попутном волнении - снизился примерно в 1,3 раза.

Неподвижное соединение толкача и баржи приводит к существенному изменению вертикального изгибающего момента в корпусе баржи. Так максимальные значения изгибающего момента на миделе баржи по сравнению с изолированной секцией возрастают в 1,6-1,8 раза. Влияние скорости движения состава на величину изгибающих моментов имеет ту же закономерность, что и для одиночной секции: на встречном волнении изгибающий момент увеличивается в 1,2 раза; на попутном волнении снижается, примерно, в 1,64 раза.

На рис. 4-6 представлены графики, позволяющие сопоставить изгибающие моменты на миделе баржи при неподвижном и шарнирном типе сцепа, а также для случая плавания изолированной баржи. Это сопоставление показывает, что замена неподвижного сцепа шарнирным соединением дает снижение коэффициента СМ примерно в 1,3 раза, как на встречном, так и на попутном волнении. С увеличением скорости на попутном волнении это снижение сокращается примерно в 1,2 раза.

При шарнирном соединении секций, изгибающий момент на миделе баржи по сравнению с изолированной секцией также возрастает. Но возрастает менее значительно, чем при неподвижном соединении секций. Так на встречном волнении, с увеличением скорости коэффициент СМ возрастает в 1,2-1,45 раза; на попутном волнении, увеличение скорости ведет к снижению коэффициента СМ в 1,4-1,1 раза.

О 1.0 2,0 о 1.0 2.0

Рис. 4. Зависимость коэффициента изгибающего момента на миделе баржи от типа сцепа: а) встречное волнение (Fr1 = 0); б) встречное волнение (^ = 0,09); 1 - неподвижный сцеп; 2 - шарнирный сцеп; 3 - изолированная грузовая секция

О 1,0 2,0 о 1,0 2,0

Рис. 5. Зависимость коэффициента изгибающего момента на миделе баржи от типа сцепа: а) встречное волнение (¥гх = 0,18 ); б) попутное волнение (¥гх = 0 ); 1 - неподвижный сцеп; 2 - шарнирный сцеп; 3 - изолированная грузовая секция

О 1,0 2,0 о 1,0 2,0

Рис. 6. Зависимость коэффициента изгибающего момента на миделе баржи от типа сцепа: а) попутное волнение (Fr1 = 0,09 ); б) попутное волнение (Fr1 = 0,18);

1 - неподвижный сцеп; 2 - шарнирный сцеп; 3 - изолированная грузовая секция

Сравнение данных по изгибающим моментам на миделе баржи, при движении на различных курсовых углах к волне, продемонстрировало наличие, в отдельных случаях, увеличения волновых изгибающих моментов на «косых» курсах по сравнению с встречным волнением. Это обстоятельство обусловлено значительным влиянием на изгибающий момент в корпусе баржи, фактора гидродинамического взаимодействия секций.

На данных моделях были исследованы также нагрузки, действующие на сцепное устройство. На рис. 7-12 представлены экспериментальные значения вертикальных и горизонтальных составляющих волновых нагрузок, действующих на сцеп моделей, в виде безразмерных коэффициентов.

Вертикальные силы как в неподвижном, так и в шарнирном сцепе на встречном и попутном волнении отчетливо связаны с продольной качкой секций состава и имеют ярко выраженные максимумы при ~ 1 с тенденцией к росту при увеличении скорости хода на встречном волнении и при снижении скорости на попутном волнении (рис. 7, 8).

Переход от неподвижного соединения секций к шарнирному сопровождается, при движении на встречном и попутном волнениях, снижением вертикальных нагрузок в сцепе в 1,2 ^ 1,35 раза.

Горизонтальные составляющие волновых нагрузок на встречном и попутном волнении соизмеримы с вертикальными составляющими (рис. 9-12) и вызваны, в основном, продольно-горизонтальными колебаниями секций и колебаниями упора, создаваемыми движителями при качке энергетической секции.

При встрече с волной на «косых» курсах (рис. 9-12) горизонтальные составляющие нагрузок значительно возрастают по сравнению с вертикальными составляющими: на встречном волнении в 2,3-3,6 раза; на попутном волнении в 4,0-4,3 раза.

Рис. 7. Зависимость коэффициента вертикальной силы в неподвижном сцепе модели I от относительной длины волны: а) встречное волнение; б) попутное волнение

Рис. 8. Зависимость коэффициента вертикальной силы в шарнирном сцепе модели I от относительной длины волны: а) встречное волнение; б) попутное волнение

Максимальных значений горизонтальные и вертикальные составляющие волновых нагрузок достигают при л =135° и 45°. При этом, как для случаев движения на встречном и попутном волнении, максимальные нагрузки имеют место, когда расчетная длина волны близка к длине наибольшей секции модели. Увеличение усилий в сцепе на волнении при «косых» курсовых углах обусловлено, кроме составляющей, связанной с продольной качкой, наличием таких составляющих, как: для вертикального усилия - от скручивающего момента при бортовой качке состава; для горизонтального усилия - от горизонтального изгибающего момента системы корпусов состава.

Сопоставление данных по изгибающим моментам в корпусе секции и вертикальным усилиям в шарнире при различных курсах к волне показывает, что максимальные значения этих величин имеют место при одной и той же кажущейся длине волны.

180 135 90 45 0

Рис. 9. Зависимость коэффициента горизонтальной силы в сцепе модели I от угла встречи с волной и ее относительной длины

Шарннрным сиси

УПК

Гг - 0.08 /

• <..м

* Л)

■

г 1 л

• \

/ ' 11

> \\\

И 3 \\\ ' \ 1

■ Д/ 1 \\\ V

___ 5. \

1 \Д\ град

1£0 135 90 45 0

Рис. 10. Зависимость коэффициента горизонтальной силы в сцепе модели I от угла встречи с волной и ее относительной длины

Шарнирный cucrt 3 _

С. ЗНАК Fr, = 0.0« *"**- »

о 0.4.1

• «1

0 Т.

♦ 1.1*—

с 1.4 Т ■

/ / V О I / -------- ® \ « / \ •

> с ц.град

180 135 90 45 0

Рис. 11. Зависимость коэффициента вертикальной силы в сцепе модели I от угла встречи с волной и ее относительной длины

Шарнирный С. / CUCII Fr, • 0.1] инк

о Л1"

• О h I

_р

» 1 'i;n

1.11"

/ '

• // / г / i о / * \\\ / III 1 ,—\ * ft \ * г \\\ t

А » <

ISO 135 90 45 0

Рис. 12. Зависимость коэффициента вертикальной силы в сцепе модели I от угла встречи с волной и ее относительной длины

Выводы по результатам данных комплексных исследований можно свести к следующему: из двух наиболее надежных и перспективных типов сцепного устройства (неподвижный или ограниченно-подвижный) предпочтительным для ТСРМП следует считать ограниченно-подвижный сцеп.

Предложения по определению расчетных нагрузок для судов толкаемого состава с ограниченно-подвижным типом сцепа, разработанные по результатам анализа экспериментальных исследований, включают следующие нормативные требования применительно к Правилам РРР:

1. Назначение максимальных соотношений главных размерений для состава и грузовой секции ТСРМП

Правила различных классификационных обществ и, в частности, РРР, РМРС, GL регламентируют максимально допустимые соотношения главных размерений корпуса 1/Н. Анализ максимальных соотношений свидетельствует, что РРР несколько мягче, по сравнению с РМРС, подходит к нормированию предельно допустимого соотношения L /Н, оговаривая, например, для судов класса «М-СП 3,5» более мягкие значения (1/Н < 24) по сравнению с требованиями РМРС, предъявляемыми к судам ограниченного района плавания R3 (А/Н < 23).

В свою очередь требования РМРС существенно мягче, чем для судов ограниченных районов плавания GL. При этом в Правилах РМРС и GL нет принципиальных различий в расчетных схемах, применяемых для нормирования общей прочности корпуса.

Все это свидетельствует, что регламентация допустимых соотношений главных размерений корпуса, в известной мере, в современных Правилах, построенных на расчетных подходах к оценке прочности корпуса, носит условный характер нормирования главных размерений.

Однако, учитывая, что в Правилах РРР наборный метод проектирования сохранен, ограничение допустимых соотношений, в первую очередь, параметра А/Н, является требованием необходимым.

Рекомендуемые значения максимальных соотношений А/Н грузовой секции толкаемого состава определялись с учетом результатов модельных испытаний и результатов тестовых расчетов прочности для серии грузовых самоходных судов и несамоходных толкаемых барж при условной переклассификации их последовательно из класса «О-ПР 2,0» в класс «М-ПР2,5», «М-СП3,5» и в перспективный класс «М-СП4,5».

На рис. 13 по результатам тестовых расчетов, в качестве примера, представлена степенная функция графика значений максимальных соотношений А/Н в зависимости от относительной величины расчетного изгибающего момента для баржи с главными

размерениями А^В^Н^Т = 97,84*16,50*5,34x3,60 м при эксплуатации ее в качестве буксируемой (изолированной) секции и в качестве грузовой секции ТСРМП. Значение Км = 1,42 (показателя увеличения изгибающего момента на миделе баржи при шарнирном соединении секций состава по сравнению с изолированной секцией) принято по результатам модельных испытаний (рис. 4-6).

27

26

25

2Ь

23

22 21

20

1,/И,

/ \

ч)

у ч

С 54 \ ч

1

Мр

11

1.3 1.5

1.7

1.9 2.1 2,3 2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 37

Рис. 13. График значений максимальных соотношений Ь/Н баржи

(ЬхВхНхТ= 97,84x16,5x5,34x3,6 м) в зависимости от (класса судна):

X - для буксируемой (изолированной) секции - М^ =Мр1/Мтв1, О - для грузовой секции ТСРМП - Км ■ (Мр1/Мте1).

Максимальное соотношение главных размерений для состава - при неподвижном соединении секций; и для грузовой секции (баржи) - при неподвижном и ограниченно-подвижном соединении толкача и баржи представлены в табл. 2.

Таблица 2

Максимальное соотношение главных размерений для состава и грузовой секции ТСРМП

Тип сцепного Соотношение Соотношение Соотношение главных размерений

устройства главных разме- главных размере- для грузовых секций и составов

рений состава ний груз. секции классов:

О-ПР М-ПР М-СП3,5 М-СП4,5

Изолированная - Ь1 / Н1 27 25 24 23

секция

Неподвижный - 27 25 24 23

(Ь1 + Ь2)/ Н1 Ь1 / Н11

- 20 19 18 17

Ограниченно- - Ь1 / Н1 24 23 21 20

подвижный (шар-

нирный)

Подвижньш - Ь1 / Н1 27 25 24 23

Не рекомендуется

Примечание: 1) - длина грузовой секции состава с неподвижным сцепом для определения соотношения Ь1/Н1 принимается равной 0,75 длины состава.

2. Определение расчетных нагрузок, действующих на сцепное устройство ограниченно-подвижного типа двухшарнирной конструкции по Правилам РРР

Расчетные нагрузки Рх, Py, Pz, действующие на сцепное устройство двухшарнирной конструкции при ограниченно-подвижном соединении секций, должны быть не менее определенных по формулам 5.2.3-1 5.2.3-4 Правил РРР (ПССП, Часть III «Судовые устройства и снабжение») [6], в которых вычисление коэффициентов продольной Сх, поперечной Oy и вертикальной Cz нагрузок производится по табл. 5.2.3.

Уточнение данного нормативного требования заключается в том, что определение расчетных нагрузок, действующих на шарнирное сцепное устройство в точке сцепления судов, рекомендуется выполнять многовариантно:

- для нескольких значений скоростей;

- для диапазона наиболее вероятных высот волн, меньших заданной высоте волны h3%, предельно допустимой для соответствующего класса судов состава;

- для наиболее неблагоприятных курсовых углов состава к направлению движения волн;

- для различного места расположения оси сцепного устройства от носа толкача.

Из полученных значений выбираются наибольшие, и они принимаются в качестве

расчетных нагрузок.

Рекомендации о необходимости выполнения многовариантных расчетов согласуется с рекомендациями компании «Taisei Engineering Consultants, Inc» (Япония), имеющей более чем 40 летний опыт проектирования сцепных устройств.

Для ТСРМП данные рекомендации обусловлены еще и тем обстоятельством, что мелкосидящие суда толкаемого состава, большую часть времени будут эксплуатироваться в зоне усиленной килевой и вертикальной качки секций состава.

Исследования условий плавания в штормовую погоду свидетельствуют, что влияние резонанса сказывается не только при точном совпадении периодов (когда отличия составляют до плюс/минус 10%), но и в том случае, если они (периоды) отличаются друг от друга менее чем на 30%. В таком случае при плавании на волнении 2,0 м < h3% < 4,5 м, ТСРМП с главными размерениями, предельно допустимыми для условий эксплуатации по внутренним водным путям (осадка Т = 2,5 4,8 м), большую часть времени будут эксплуатироваться в зоне усиленной килевой и вертикальной качки секций состава (рис. 14).

Рис. 14. Графики значений соотношения периодов свободных колебаний секций состава 12 и кажущихся периодов волн 1е

Именно этим объясняется, например, превышение коэффициентов СХ, Су, С2 для толкаемых составов на волнении = 2*20 м по сравнению с аналогичными коэффициентами СХ, Су, С2 для толкаемых составов на волнении = 2,5*30 м (рис. 15, 16).

Данные обстоятельства, как и другие специфические особенности ТСРМП учтены в формулах, включенных в Правила РРР для определения расчетных нагрузок и применимы для высот волн, не превышающих 4,5 м.

Рис. 15. Графики коэффициентов СХ, Су, С2 для толкаемых составов класса «О-ПР 2,0» при И х X = 2х20 м

Рис. 16. Графики коэффициентов СХ, Су, С2 для толкаемых составов класса «М-ПР 2,5» при И х X = 2,5 х 30 м

3. Определение расчетного изгибающего момента для судов ТСРМП

Для судов толкаемых составов (толкачей, барж) наибольший расчетный изгибающий момент в рассматриваемом сечении должен рассчитываться алгебраическим суммированием с учетом усилий, возникающих в сцепном устройстве. Наиболее нагруженным с позиций общей прочности является корпус баржи, так как длина баржи в 2.5 ^ 3.0 раза превышает длину толкача. Применительно к барже состава:

Mpi = Мтв1 + Мдв1 +Мс1,

где Мр] - расчетный изгибающий момент, кНм; Мтв1 - изгибающий момент на тихой воде, кНм;

Мдв1 - дополнительный волновой изгибающий момент для изолированной баржи, вызванный непосредственным действием волнения и ударом волн в носовую оконечность, кНм;

Мс1 - дополнительный изгибающий момент для баржи в составе от действия сил в сцепном устройстве, кНм.

Определение Мр1, Мтв1 выполняется в соответствии с требованиями Правил РРР. Определение Мс1 на начальных стадиях проектирования ТСРМП рекомендуется выполнять по формуле А.М. Фролова [7].

Расчетная схема по определению Мс1 - дополнительного изгибающего момента на миделе баржи от действия сил в сцепном устройстве представлена на рис. 17.

Рис. 17. Расчетная схема по определению Мс] - дополнительного изгибающего момента на миделе баржи от действия сил в сцепном устройстве

Дополнительные вертикальные изгибающие моменты в поперечных сечениях баржи, вызванные влиянием вертикальной нагрузки Р2] на сцепное устройство определяются по формуле (1).

(1)

где

ft,rȔv

(2)

Максимум дополнительного изгибающего момента, вычисленного по формуле (1), имеет место в сечении с абсциссой х} (3), зависящей от положения оси сцепа по длине состава и принимается в качестве дополнительного изгибающего момента на миделе баржи от действия сил в сцепном устройстве.

/

(3)

Представленные предложения по определению расчетных нагрузок для судов толкаемого состава «река-море» плавания, разработанные по результатам анализа имеющейся базы данных экспериментальных исследований, свидетельствуют о возможности проведения дальнейших научных как теоретических, так и экспериментальных исследований, не исключая при этом проведение дополнительных модельных испытаний, а также испытаний ТСРМП, находящихся в эксплуатации.

Такой комплексный подход позволяет на базе имеющихся результатов экспериментальных исследований, результатах дополнительных испытаний, анализе Правил иностранных классификационных обществ и международных конвенций сформулировать предложения, касающиеся дополнительных требований к судам толкаемых составов «река-море» плавания для внесения дополнений в Правила Российского Речного Регистра.

Список литературы:

[1] Основные тенденции и прогноз научно-технического прогресса на морском транспорте. Предварительное обоснование экономической целесообразности использования буксирно-лихтерных систем при перевозке леса из портов Дальнего Востока на Японию. Промежуточный научно-технический отчет. Номер государственной регистрации РАО-73-II, ЦНИИМФ. - Ленинград, 1973.

[2] Богданов Б.В., Алчуджан Г.А., Жинкин В.Б. «Проектирование толкаемых составных судов». - Л.: Судостроение, 1981.

[3] Бородай И.К., Нецветаев Ю.А. «Мореходность судов». - Л.: Судостроение, 1982.

[4] Лобастов В.П. Особенности качки толкаемых составов смешанного плавания и выбор сцепного устройства // Сб. науч. тр. НИИВТ-а «Ходкость и управляемость речных судов». - Новосибирск, 1987. - С. 96-109.

[5] Лобастов В.П., Заякин В.Н., Котов Г.П. Разработка требований к сцепным устройствам толкаемых составов смешанного плавания // Сб. «Наука и техника на речном транспорте». - М.: ЦБНТИ РТ, 1999. - № 1.

[6] Российский Речной Регистр. Правила. Том 4. - Москва, 2008.

[7] Фролов А.М. «Определение волновых нагрузок на шарнирно-сочлененную систему толкач -баржа» // Труды ГИИВТ-а «Пути совершенствования конструкций судов». - Выпуск 181. -Горький, 1980. - С. 60-69.

Keywords: «River-sea» pushed convoys navigation, pusher (energy section), barge(cargo section), design load, hull strength.

Considering the increase tendency orders for the design and construction «river-sea» pushed convoys, which should be carried out basing on the Russian River Register Rules requirements, the experimental studies results concerning pitching, wave loads and vessels seaworthiness are presented. The possibility of training, based on them and the Regulations additional requirements for this type of vessels are substantiated.

NORMATIVE REQUIREMENTS FOR THE «RIVER-SEA» PUSHED CONVOYS DESIGN NAVIGATION

V.P. Lobastov, E. V. Zelinchenko