CC BY
35УДК 656.62.052.4
А.Н. Клементьев, доктор техн. наук, профессор ФГБОУ ВО «ВГУВТ» М.Ю. Чурин, канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПЛАВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ СУДОВ СМЕШАННОГО ПЛАВАНИЯ В СТЕСНЁННЫХ УСЛОВИЯХ
Ключевые слова: анализ, безопасность плавания, методика расчета, динамическая просадка, новый подход, геометрические характеристики, бульб, винто-рулевые колонки, управляемость судов.
В статье произведен краткий анализ качественного изменения состава отечественных судов смешанного плавания. Обосновывается необходимость разработки новых подходов для оценки безопасности плавания в стесненных условиях, связанных с увеличением габаритов судов. Ставиться вопрос о необходимости разработки нового метода определения как характера, так и величин динамической просадки судов нового поколения с учетом вновь приобретенных особенностей, оборудованием их винто-рулевыми колонками, носовыми бульбовоми образованиями. Вопросы управляемости этих судов требуют детального изучения.
Значительную часть мирового торгового флота составляют суда, имеющие ограничения по районам плавания. Наиболее эффективно они используются, осуществляя перевозки между морскими, устьевыми и речными портами. Особенностью отечественных судов ограниченных районов плавания является то, что они были созданы на базе судов внутреннего плавания [1]. Первые проекты отечественных судов ограниченных районов плавания были успешно разработаны в 60-х годы, с дальнейшей доработкой в 80-е и 90 годы прошлого века. Дальнейшее развитие отечественные суда ограниченных районов плавания получили в первое десятилетие двадцать первого века.
Исследования показывают, что это развитие характеризуется качественным изменение состава судов речного флота. В эти годы наблюдалось дальнейшее увеличение габаритов вновь строящихся судов, были разработаны новые проекты судов, превосходящие уже имеющиеся суда по своим главным размерениям. Это направление является традиционным для отечественных судов ограниченных районов плавания с момента их появления. На водных просторах появились транспортные суда нового поколения, появились суда проектов 00101, 19900, Я8Б12, Я8Б17, Я8Т 27, 005Я8Т01, 19619 и другие. Об увеличении габаритов вновь строящихся судов можно судить по данным, приведенным в таблице 1. Для сравнения были взяты т/х «Сормовский», как один из основных проектов судов смешанного «река-море» плавания, строившихся длительное время с 60-х годов прошлого века без каких-либо изменений и проект одного из самых крупных современных судов, относящихся к судам смешанного плавания.
В первое десятилетие нашего столетия помимо увеличения габаритов судов наблюдалось и значительное изменение в конструкции самих судов. Эти относится к изменениям формы корпуса судов. Большинство новых проектов характеризуются наличием носового бульба у судов. К таким проектам относятся проект Я8Б09, К8Б10, Я8Б16, Я8Б17, Я8Б19, Я8Б32, 005К8Б03,003К8Б04, 006Я8Б02, 006Я8Б05, 00101, 005Я8Т01 и целый ряд других проектов.
Таблица 1
Характеристики судов проекта 1557 и проекта 19619
№ Данные Пр.1557 «Сормовский» Пр. 19619 «Президент Гейдар Алиев»
1 Длинна наибольшая, м 114,02 149,9
2 Ширина габаритная, м 13,2 17,3
3 Высота борта, м 5,50 10,5
4 Осадка максимальная, м 3,81 7,14
5 Водоизмещение, т (море) 4200 17140
5 Наличие ПУ отсутствует имеется
6 Движительно-рулевой комплекс 2 винта в насадках + сдвоенный руль 2 подвесных полубалансирных руля
7 Наличие бульба отсутствует имеется
Отличительной особенностью судов ограниченных районов плавания, к которым в полной мере относятся и суда смешанного «река-море» плавания, является то, что они наиболее эффективно могут быть использованы при выполнении рейсов между портами, расположенными на устьевых участках рек. Поэтому вопросы обеспечения безопасности плавания этих судов в стесненных условиях мелководья приобретают дополнительную актуальность. В этих условиях особую значимость приобретает определение характера проявления динамической просадки при движении судна на мелководье.
Вопросами обеспечения безопасности судовождения в условиях мелководья занимались многие отечественные и зарубежные исследователи. Среди работ, посвященных определению величин динамической просадки судов речного флота, наибольшую известность получили работы Г.Е. Павленко, В.Г. Павленко, В.В. Звонкова, Г.И. Сухомела, А.Д. Гофмана, Р.Я. Першица, А.Б. Карпова, П.Н. Шанчу-рова, Г.И. Ваганова, А.М. Полунина, С.Н.Короткова, Т.Г. Горнушкиной. Авторы методик расчета динамической просадки речных судов исходили, прежде всего, из учета физического процесса, происходящего вокруг движущегося судна. Физический процесс обтекания корпуса судна жидкостью, помимо главных размерений судна и отношения его осадки к глубине в районе плавания, определяется также формой корпуса судна. Однако влияние данного фактора не нашло отражения в работах выше названных исследователей. Расчеты с использованием методов названных авторов дают хорошие результаты для судов более ранней постройки с традиционными для того времени формами корпуса. В то же время известно, что наличие у судна бульба значительно влияет на характер проявления и на величины динамической просадки судов. Существующие методы расчета величин динамической просадки исходят из того, что суда речного флота имеют просадку больше на корму. Это свойственно речным судам с традиционными формами корпуса судна без бульба. Так например, судно смешанного плавания современной конструкции проекта 00101 «Русич» оборудовано бульбом, при следовании в стесненных условиях мелководья имеет динамическую просадку больше на нос, чем на корму, что не соответствует подходам, разработанным для судов с традиционной формой корпуса речного судна.
В настоящее время существуют методы расчета величин динамической просадки и для морских судов. Среди этих методов необходимо отметить метод К. Ремиша [2], который во многих источниках называют универсальным, т.к. считается, что он позволяет определять характер и величины динамической просадки при следовании на мелководье для судов различных типов с различными размерениями и обводами. Из сказанного следует, что указанный метод может быть применим и к судам ограниченного района плавания. Расчеты динамической просадки по различным методам для
судов речного флота показывают, что результаты расчетов по методу К. Ремиша значительно отличаются от значений динамической просадки, определенным по методам В.Г. Павленко [3] и П.Н. Шанчурова [4], зарекомендовавших себя наиболее успешно для речных судов с традиционной формой корпуса.
Таблица 2
Зависимость просадки по корме теплохода «Сормовский» (проект 1557) от соотношения Т /Н и скорости хода
Т /Н Величина просадки по корме, м
Средний ход Малый ход
Метод Павленко Метод Шанчурова Метод К. Ремиша Метод Павленко Метод Шанчуров Метод К. Ремиша
0,5 0,201 0,159 0,332 0,089 0,071 0,014
0,6 0,221 0,174 0,581 0,098 0,077 0,164
0,7 0,238 0,226 0,996 0,106 0,101 0,197
0,8 0,255 0,242 1,468 0,113 0,108 0,205
0,9 0,270 0,257 1,626 0,120 0,114 0,164
Выполнив сравнительный анализ полученных значений динамических просадок т/х «Сормовский» по указанным методикам становится очевидно, что величины динамической просадки, полученные по методике К. Ремиша существенно отличаются от величин, полученных по методам В.Г. Павленко и П.Н. Шанчурова. Для судов речного флота не во всех случаях дает правильные результат и подход К. Ремиша к определению характера просадки судна при следовании на мелководье. За основу для определения характера просадки ( на нос или на корму) К. Ремиш предлагает использовать коэффициент
90S2 Б2
C = 1; C =--- . (1)
°к ' 5н jJ v '
Из формулы (1), следует, что при C5 > 1 проседание носа больше проседания
кормы, а при C5 < 1 - больше проседание кормы. Из нее же можно сделать вывод,
что у судов с полными обводами и малым отношением L]Б (например у крупнотоннажных танкеров или балкеров) больше проседает нос, в то время как у судов с острыми образованиями корпуса больше проседает корма. Исследования показали, что для судов речного флота коэффициент C может быть как больше 1, так и меньше 1,
в то время как суда речного флота с традиционной формой корпуса на мелководье всегда просаживаются больше на корму. Кроме этого метод К. Ремиша не учитывает особенностей формы корпуса, наличие у судна носового бульба.
Для судов оборудованных бульбом рекомендуется использовать Графический метод Британской Национальной лаборатории NPL (National Physical Laboratory). Метод разработан на основе модельных испытаний и натурных экспериментов крупнотоннажных судов. Метод основан на использовании номограммы для определения осадки на ходу (рис. 1). Номограммой можно пользоваться для определения просадки судна, при этом требуется знание длины между перпендикулярами судна, скорости судна, глубины в районе следования и дифферента судна. Указанный метод обладает существенными ограничениями. Изначально метод разрабатывался для морских крупнотоннажных судов, поэтому в номограмме заложена глубина от 10 до 40 метров. Для судов ограниченных районов плавания такая глубина рассматривается как вполне
рабочая, не относящаяся к стесненным условиям плавания. Кривые номограммы метода рассчитаны для судов, имеющих коэффициент полноты водоизмещения от 0,80 до 0,90. У некоторых проектов речных судов этот коэффициент меньше 0,80. В связи с этим Графический метод Британской Национальной лаборатории NPL (National Physical Laboratory) не приемлем для определения величин динамической просадки судов ограниченных районов плавания и в частности для судов смешанного «река-море» плавания.
Рис. 1. Номограмма для определения изменения осадки на ходу
Методом расчета величин динамической просадки, учитывающим особенности формы корпусов судов смешанного «река-море» плавания является метод, разработанный на кафедре Судовождения и безопасности судоходства ВГАВТ. Взяв за основу теорию обтекания корпуса судна жидкостью с учетом геометрических характеристик судов речного флота и результатов натурных наблюдений, для расчета динамической просадки речного судна на мелководье авторами было предложено следующее выражение [5]:
.БУ2 1Т „ 2 1Т
ЛТ = С--Л — = СБ¥г\ — , (2)
ср Ь ^И \и
_ с
где с = —— - отношение коэффициента полноты носовой половины к коэффициенту
Ск
полноты кормовой половины диаметрального батокса корпуса судна, характеризующее форму его обводов;
V
¥т = ,— - число Фруда. (3)
Расчеты величин динамической просадки по предложенному методу имеют хорошую сходимость с данными натурных наблюдений. Но предложенный метод разработан для судов речного флота, имеющих традиционную форму корпуса без бульба.
Другой отличительной особенностью последних проектов судов смешанного плавания является то, что проектировщики отказались от использования традиционных движетельно-рулевых комплексов на современных крупнотоннажных судах. Целый ряд проектов судов этого класса оборудовался винто -рулевыми колонками.
Международные и национальные нормативные документы содержат требования по вопросам, связанных с обеспечением безопасности судоходства при следовании судов в стесненных условиях. Резолюция HMO А.893 (21) «Руководство по планированию рейса» [6] и SIRE OCIMF [7] содержат требования по определению минимального запаса воды под днищем судна при прохождении мелководных участков предстоящего перехода. Требования определения безопасного запаса воды под днищем с учетом увеличения осадки судна при следовании на мелководье содержится и в отечественных руководящих документах: «Наставлении по штурманской службе на судах МРФ РСФСР» [8] и «Рекомендациях по организации штурманской службы на судах (РШС-89)» [9]. На всех судах длиной более 100 м, поднадзорных Конвенции СОЛАС (а для танкеров, химовозов и газовозов независимо о длины), информация о маневренных качествах, согласно Резолюции ИМО А.601(15), должна быть предоставлена в лоцманской карточке, в таблицах маневренных характеристик и в формуляре маневренных характеристик [10]. Особое внимание при заполнении лоцманской карточки обращают на значение осадок судна носом и кормой. Эти величины должны быть пересчитаны на соответствующий расход судовых запасов с момента начала рейса. В таблицу маневренных характеристик, находящейся в рулевой рубке, помимо осадок, при которых была получена информация о маневренных элементах судна, должно быть включено значение увеличения осадки из-за динамической просадки и влияния крена.
Из выше изложенного следует, что появившиеся особенности в конструкциях современных проектов судов ограниченных районов требуют детального изучения, тщательного исследования влияния указанных особенностей на управляемость судов и на проявление динамической просадки при движении на мелководье.
Список литературы:
[1] Егоров Г.В. Проектирование судов ограниченных районов плавания на основе теории риска.- СПб.: Судостроение, 2007.-384 с., ил.
[2] Третьяк А.Г. Практика управления морским судном / А.Г. Третьяк, Л.А. Козырь, - М.: Транспорт, 1988. - 112 с.
[3] Управление судами и составами : учебник для вузов / Н.Ф. Соларев [и др.] - 2-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Транспорт, 1983. - 296 с.
[4] Шанчуров П.Н. Управление судами и составами : учебник для ин-тов водн. трансп./ П.Н. Шанчуров. М.: Транспорт, 1971. - 352 с.
[5] Чурин М.Ю. Метод определения динамической просадки судов смешанного «река-море» плавания при движении на мелководье / М.Ю. Чурин / Современные проблемы науки и образования Выпуск 5, 2013. URL: www.science-education.ru/Ul-10228.
[6] Резолюция ИМО А.893(21) «Руководство по планированию рейса» [Электронный ресурс] от 25 ноября 1999 г. Режим допуска: http://www.gfi.chat.ru/imo/A893(21).htm.
[7] Vessel Inspection Questionnaires for Oil Tankers, Combination Carriers, Shuttle Tankers, Chemical Tankers and Gas Tankers (VIQ 5) 2012 Edition [Электронный ресурс]. Режим доступа: http:/www.ocimf.com/SIRE/Sire-Documents.
[8] Наставление по штурманской службе на судах Минречфлота РСФСР. Ч3/ МРФ РСФСР.- Л.: Транспорт, 1987.- 144 с.
[9] Рекомендации по организации штурманской службы на судах (РШС- 89).-М.: Мортехин-формреклама, 1990.-69 с.
[10] Резолюция ИМО А.601(15) «Информация о маневренных характеристиках судов и ее предоставление на судах» [Электронный ресурс] (Принята 19 ноября 1987 г.). Режим доступа: http://imodocs.com/txt/ data_ www/text s/A601_15/php3.
ENSURING OF NAVIGATION'S SAFETY OF «SEA-RIVER» GOING SHIPS IN CONGESTED WATER CONDITIONS
A.N. Klementyev, M.U. Churin
Key words: analysis, navigation's safety, method of calculation, squat, new approach, geometry 's descriptions, bow's bulb, propeller-steering columns, ship's steerability.
In this article it's performed brief analysis of qualitative change of home «sea-river» going ships compound. It's ground necessity of workings of new approach for valuation of navigation 's safety in congested water conditions, connecting with increase of ship's overall sizes. It's put question of necessity creating new method for defining ship's squat character and values for ships of new generation with due regard getting new peculiarities - presence of bow's bulb and propeller-steering columns.
УДК 656.62.052.4
М.Ю. Чурин, канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» Р.А. Пузанков, студент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ДИНАМИЧЕСКАЯ ПРОСАДКА КРУПНОТОННАЖНЫХ СУДОВ
Ключевые слова: методы расчета, динамическая просадка, крупнотоннажные суда, новый метод, особенности формы корпуса, характер просадки судна.
В статье изложены основные подходы существующих методов к определению величин динамической просадки, разработанных для крупнотоннажных судов. Выполнен сравнительный анализ величин динамических просадок, полученных на основе натурных наблюдений с результатами теоретических расчетов на примере крупнотоннажного танкера «Залив Америка». Ставится вопрос о необходимости разработки метода расчета величин динамической просадки для крупнотоннажных судов, учитывающий особенности формы корпуса, позволяющий уточнить характер просадки этих судов.
В современных условиях вопрос обеспечения безопасности плавания в стесненных условиях мелководья приобрёл дополнительную актуальность. Это связано с установившейся тенденцией увеличения размеров вновь строящихся судов внутреннего и смешанного плавания. Эта тенденция относится и к морским судам, у которых она проявляется более стремительно. Условия эксплуатации крупнотоннажных судов характеризуются целым рядом существенных отличий, особенно это проявляется при следовании в стесненных условиях. Проблеме безопасной проводки крупнотоннажных судов на мелководье морской транспорт уделяет особое внимание, публикуя в сериях «Безопасность мореплавания» и «Судовождение и связь» статьи, содержащие информацию по организации проводок крупнотоннажных судов в стесненных условиях [1, 2, 3, 4].
