Определение ледовых давлений на корпусах судов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Список литературы

[1] Антонов В.А. Теоретические вопросы управления судном. Учебное пособие.-Владивосток: Изд-во Дальневосточного университета, 1987.

[2] Земляновский Д.К. Устойчивость движения и рыскливость судов. - М.: Транспорт, 1976.

[3] Земляновский Д.К., Калинин А.И. Безопасность плавания речных судов. Учебник. - М.: Транспорт, 1992.

[4] Ольшамовский С.Б., Земляновский Д.К., Щепетов И.А. Организация безопасности плавания судов. - М.: Транспорт, 1979.

[5] Правила плавания по внутренним водным путям РСФСР. М: Транспорт, 1984.

[6] Соларев Н.Ф. Безопасность маневрирования речных судов и составов. - М.: Транспорт, 1980.

[7] Соларев Н.Ф., Белоглазов В.И., Тронин В.А. и др. Управление судами и составами. - М.: Транспорт, 1983.

[8] Справочник по теории корабля (под ред. Я.И. Войткунского). Том 1. Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движители. - Л.: Судостроение, 1985.

[9] Сухомел Г.И. Исследование движения судов по каналам и мелководью. - Киев: изд-во «Наукова думка», 1966.

[10] Сухомел Г.И., Засс В., Янковский JI. Исследование движения судов по ограниченным фарватерам. -Киев, 1956.

[11] Шанчуров П.Н., Соларев Н.Ф., Щепетов И.А. Управление судами и составами. М.: Транспорт, 1971.-347 с.

EFFECT OF SHALLOW WATER ON MOVEMENT AND MANEUVERING PARAMETERS OF VESSEL

■S. A. Kuznetsov

In this article short survey of most important factors, significantly effected on movement and maneuvering parameters of vessel in shallow water condition is presented.

УДК 656.62.052.4

В. А. Лобанов, доцент, ВГАВТ.

603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛЕДОВЫХ ДАВЛЕНИЙ НА КОРПУСАХ СУДОВ

В настоящей статье предложена полуэмпирическая зависимость для оценки ледовых давлений на корпусах судов при их движении в сплошном ледяном покрове. На её основе и сплайн-аппроксимации формы корпуса судна одной дифференцируемой зависимостью произведены расчёты ледовых нагрузок для ряда ледокольных и транспортных судов. Сравнительный анализ расчётных и натурных данных показал их удовлетворительную сходимость.

Расчёт ледовых нагрузок на корпусах судов является основой в решении задач ледовой ходкости и маневренности. К настоящему времени существует большое количество эмпирических и полуэмпирических зависимостей для определения ледового сопротивления судов [1-6]. Многообразие моделей обусловлено необходимостью учёта большого количества факторов, определяющих ледовые нагрузки. Сильная пространственно-временная изменчивость характеристик ледяного покрова, различие форм обводов корпусов судов, деление ледового сопротивления на составляющие -всё это, как правило, приводит к сложности и громоздкости расчётных формул. Использование их для практических расчётов (автоматизация счёта) либо затруднено, либо вовсе невозможно без участия авторов.

В настоящей статье предлагается относительно простая полуэмлирическая зависимость для определения ледового давления на корпусе судна при его движении в сплошном льду, а также способ автоматизации расчётов ледовых нагрузок, основанный на современном программно-математическом аппарате [7].

Основная теоретическая посылка при выводе зависимости заключалась в том, что ледовые давления определяются площадью зоны контакта, а также прочностью льда на изгиб и сжатие для любых наклонов борта судна. Исходя из этого структура расчётной формулы имеет следующий вид:

Рп =-WAh)<nsr(x>y) + Vi(b)smy(x,yj]fc(VS,h), (1)

где рп - нормальное давление на обшивке корпуса судна, МПа; h - толщина льда, м;

1 - длина зоны контакта бортов судна со льдом, м;

ffc(h) - прочность льда на сжатие, зависящая от толщины льда, МПа;

a, (h) - прочность льда на изгиб, зависящая от толщины льда, МПа;

7(х,у) - угол наклона борта к вертикали в точке контакта; х,у - текущие координаты по длине и ширине судна соответственно; k(V5,h) - эмпирический коэффициент, зависящий от произведения ходкости судна в чистой воде V (км/ч) на коэффициент полноты водоизмещения носовой части корпуса д и толщины льда (м).

Зависимости прочностей льда на сжатие и изгиб от толщины льда (рис. 1) явились результатами статистической обработки данных, опубликованных в [6, 8] и собственных данных автора.

Значения эмпирического коэффициента аппроксимированы полиномом четвёртой степени с коэффициентом корреляции 0.98:

k(VS,h) = 36h3VS + I945h* — 4819Л3 -591.8/г2 +

-t-703/г -15.4(F£)2A2 +0.206(VSfh +

+ 493.9h2VS — l.\6(VS)2h -57.7VS + SA4(V5)2 — (2)

-0Л(УЗ)г +0.0065(yS)4 +138.7.

Адекватность зависимости (1) проверялась автором на основе сопоставления расчётных и фактических ледовых усилий, возникающих на корпусах судов при прямолинейном движении в сплошном ледяном покрове. Обработаны репрезентативные данные по 15 речным ледокольным и транспортным судам различных проектов. Фактические ледовые нагрузки при известной ледовой ходкости h(v) определялись как разница полезной тяги винтов Pe(V) во льду и буксировочного сопротивления судна в чистой воде R(V) для данной скорости движения V во льду. На рис. 3 этот процесс иллюстрирован на примере ледокола пр. 1191. Расчётные ледовые нагрузки определялись:

Ri = JРп COS J3(x,y)ds + f Jрп cos /3(х, у) cos a(x, y)dS, (3)

s s

где R, - суммарное ледовое сопротивление судна;

/3(х,у) - угол между нормалью к борту и вектором скорости судна в точке контакта; о(х,у) - угол между вектором силы трения льда о корпус судна в точке контакта и продольной осью системы координат, связанной с судном;

S - площадь зоны контакта корпуса судна со льдом; f- коэффициент трения льда по обшивке корпуса судна (f - 0.1).

19

ос(Ь)

------- 1

от(Ь)

О

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Ь

Рис. 1. Зависимость прочностей льда на сжатие и изгиб от толщины льда Результаты аппроксимации графически представлены на рис. 2.

100

80

к(18,М

«16,М

---- 60

¥14, Ь)

¥12,Ю

¥10,Ь)

¥8,М

20

°0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

ь .

Рис. 2. Значения эмпирического коэффициента к(У5,Ь)

Зона контакта по высоте бортов принималась равной толщине ледяного покрова, а по длине судна повторяла очертания бортов до точек отрыва (точек, где угол между нормалью к борту и вектором скорости равен 90°).

Для осуществления расчётов с использованием зависимости (3) необходимо точное описание формы корпуса судна. Для решения этой задачи автор создал математические модели поверхностей корпусов всех расчётных судов. Суть такого подхода к моделированию заключается в сплайн-интерполяции данных теоретического чертежа судна с использованием средств МаЛсас! [7]. Несомненными достоинствами моделей является их высокая достоверность (коэффициент корреляции для всех моделей практически равен 1), а также описание поверхности корпуса одной дифференцируемой и интегрируемой функцией. В качестве примера на рис.4 показаны модели четырех ледокольных и транспортных судов.

450

400

14'V) 300

Ре(у)

Ре(у)-Щу) 200

Ну)

100

Л к РеО % О-ВМ Р е(у)' " ч йй»?

Ч ■V, \ . ч

Ну) . \ \

1 2

3 4

V

Рис.З. Расчёт фактического ледового сопротивления ледокола пр. 1191

Модель ледокола пр. 1191 (К. Евдокимов)

Модель ледокола пр. 1105 (К. Чечкин)

Модель транспортного судна пр.1557 (Сормовский) Модель транспортного судна пр. 292 (Сибирский) Рис.4. Модели расчётных ледокольных и транспортных судов

Анализ расхождения результатов расчётных и фактических нагрузок показал, что ошибка в определении ледового сопротивления по зависимости (3) не превышает 10 %, что близко к результатам других работ.

Список литературы

[1] Шиманский Ю.А. Условные измерители ледовых качеств судов // Тр. ААНИИ, 1938, т. 130. - 125 с.

[2] Таршис М.К. Ледовое сопротивление судов // Сб. науч. тр. / Мурманск, высш. мореходн. училище. - 1957. - Вып. 1. - С. 88-99.

[3] Яковлев М.С. Методика определения ледопроходимости речных судов // Сб. науч. тр. / Горьков, политехи, ин-т. - Горький, 1961. - Т. 17. - Вып.1. - 24 с.

[4] Каштелян В.И., Позняк И.И., Рывлин А.Я. Сопротивление льда движению судна. - Л.: Судостроение, 1968. - 238 с.

[5] Грамузов Е.М. Прогнозирование сопротивления сплошного льда при проектировании формы корпуса речного ледокола. - Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. - Горький, 1988. — 232 с.

[6] Тронин В.А. Повышение безопасности и эффективности ледового плавания судов на внутренних водных путях. - Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук. -Горький, 1990. - 414 с.

[7] Дьяконов В.П. Mathcad 2000. учебный курс. - СПб. Литер, 2001. - 592с.: ил.

[8] Железное С.С., Чуприков В.Г. Определение нагрузок ледового сжатия на корпуса транспортных судов // Проектирование средств продления навигации i Межвузовский сборник. -Горьковский политехнический институт. - Горький, 1986. - С. 118-127.

CALCULATION OF ICE PRESSURES ON VESSELS HULLS

V A. Lobanov

In this article is proposed semi-empirical dependence for evaluating the ice pressures on the housings it is ship during their motion in the continuous ice cover. On its basis and spline ' approximation of the form of hull of the ship one differentiated produced the calculations of ice loads for a number of ice-breaker and transport it is ship. The comparative analysis of calculation and full-scale data showed their satisfactory convergence.

УДК 656.62.052.4

Ю. В. Бажанкин, ассистент, ВГАВТ.

603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.

ТРЕНАЖЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

В статье представлен обзор существующих тренажерных систем визуализации. Приведено описание эксперимента по оценке влияния конфигурации системы визуализации на качество выполнения судоводительских задач.

Введение

В настоящее время для судоводителей внутреннего плавания является обязательной программа тренажерной подготовки: «Использование РЛС на ВВП» (в приложении). В связи с составом решаемых задач при выполнении упражнений (управление судном на стесненной акватории, применение на ВВП различных способов ориентировки) настоящая программа подходит под определение программы маневрирования и управления судном. Успешное решение судоводительских задач на тренажере, связанных с маневрированием и управлением судном напрямую зависит от наличия и