Научная статья на тему 'Оценка влияния мелководья на параметры ледовой ходкости ледокола'

Оценка влияния мелководья на параметры ледовой ходкости ледокола Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

CC BY-NC
22
3
Поделиться
Ключевые слова
ЛЕДОКОЛ / ICEBREAKER / МЕЛКОВОДЬЕ / SHALLOW WATER / КОЭФФИЦИЕНТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ / INTERACTION COEFFICIENTS / ЛЕДОВАЯ ХОДКОСТЬ / PROPULSION PERFORMANCE IN ICE

Аннотация научной статьи по машиностроению, автор научной работы — Каневский Григорий Ильич, Клубничкин Александр Михайлович, Рыжков Александр Вениаминович, Сазонов Кирилл Евгеньевич

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является влияние мелководья на параметры ледовой ходкости ледокола. Материалы и методы. Использованы данные модельных испытаний перспективного ледокола в гидродинамическом и ледовом бассейнах, выполненные в условиях г лубокой воды и мелководья с применением нового метода расчета ледовой ходкости многовального ледокола. Основные результаты. Разработан метод расчета ледовой ходкости многовального ледокола. Получены данные по влиянию мелководья на параметры ледовой ходкости ледоколов и судов ледового плавания, движущихся во льдах по мелководным участкам полярных акваторий. Заключение. Новый метод расчета параметров ледовой ходкости многовального ледокола базируется на введении швартовной системы коэффициентов взаимодействия движителей и корпуса, без которой подобный расчет был невозможен. Метод позволяет рассчитать параметры, характеризующие движение ледокола при условии отсутствия взаимодействия гребных винтов со льдом, и оценить ледовое сопротивление в натурных условиях. В случае же интенсивного взаимодействия гребных винтов ледокола со льдом сравнение натурных и модельных данных с расчетными значениями дает неоценимую информацию для изучения влияния таких взаимодействий на параметры движения ледокола. Данные расчетов ледовой ходкости ледокола на глубокой воде и мелководье позволяют спрогнозировать основные параметры его движения и принять меры для преодоления опасной ситуации.

Похожие темы научных работ по машиностроению , автор научной работы — Каневский Григорий Ильич, Клубничкин Александр Михайлович, Рыжков Александр Вениаминович, Сазонов Кирилл Евгеньевич,

Estimation of shallow-water effect on icebreaker propulsion performance in ice

Object and purpose of research. The object of this study is to investigate the shallow-water effect on icebreaker propulsion performance in ice. Materials and methods. Model test data obtained in hydrodynamic and ice basins in deepand shallow-water conditions for an icebreaker of advanced design are handled using a new method of propulsion performance prediction for a multi-shaft icebreaker. Main results. A method for prediction of propulsion performance of a multi-shaft icebreaker in ice was developed. Data were obtained regarding shallow-water effects on propulsion performance of icebreakers and ice-going vessels operating in ice-infested polar shallow waters. Conclusion. The new method for prediction of propulsion performance in ice is enabled by introduction of a so-called “bollard pull” system of hull/propeller interaction coefficients. This method makes it possible to estimate parameters characterizing icebreaker propulsion in absence of interaction between ice cover and propellers, as well as to estimate full-scale ship ice resistance. In case of heavy interaction between icebreaker’s propellers and ice the comparison of full-scale and model data provides valuable information for better understanding of how interaction parameters influence the icebreaker performance. Estimations of icebreaker propulsion in ice under deepand shallow-water conditions enable prediction of main parameters of ship motion so that proper measures could be taken to avoid hazardous situations.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Оценка влияния мелководья на параметры ледовой ходкости ледокола»

ТЕОРИЯ КОРАБЛЯ И СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА

Г.И. Каневский1, A.M. Клубничкин1, A.B. Рыжков2, К.Е. Сазонов1

1 ФГУП «Крыповскнй государственный научный центр». Санкт-Петербург. Россия

2 ГЕАО «ЦКБ «Айсберг». Санкт-Петербург. Россия

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ МЕЛКОВОДЬЯ НА ПАРАМЕТРЫ ЛЕДОВОЙ ХОДКОСТИ ЛЕДОКОЛА

Объект И цель научной работы. Объектом исследования является влияние мелководья на параметры ледовой ходкости ледокола.

Материалы И методы. Использованы данные модельных испытаний перспективного ледокола в гидродинамическом и ледовом бассейнах, выполненные в условиях глубокой воды и мелководья с применением нового метода расчета ледовой ходкости многовального ледокола.

Основные результаты. Разработан метод расчета ледовой ходкости многовального ледокола. Получены данные по влиянию мелководья на параметры ледовой ходкости ледоколов и судов ледового плавания, движущихся во льдах по мелководным участкам полярных акваторий.

Заключение. Новый метод расчета параметров ледовой ходкости многовального ледокола базируется на введении швартовной системы коэффициентов взаимодействия движителей и корпуса, без которой подобный расчет был невозможен. Метод позволяет рассчитать параметры, характеризующие движение ледокола при условии отсутствия взаимодействия гребных винтов со льдом, н оценить ледовое сопротивление в натурных условиях. В случае же интенсивного взаимодействия гребных винтов ледокола со льдом сравнение натурных и модельных данных с расчетными значениями дает неоценимую информацию для изучения влияния таких взаимодействии на параметры движения ледокола. Данные расчетов ледовой ходкости ледокола на глубокой воде и мелководье позволяют спрогнозировать основные параметры его движения и принять меры для преодоления опасной ситуации.

Ключевые слова: ледокол, мелководье, коэффициенты взаимодействия, ледовая ходкость.

Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

Для цитирования: Каневский Г.П.. Клубничкин A.M.. Рыжков A.B.. Сазонов К.Е. Оценка влияния мелководья на параметры ледовой ходкости ледокола. Труды Крыловского государственного научного центра. 2018; 3(385): 9-17.

УДК 629.651.5:629.5.016 DOI: 10.24937/2542-2324-2018-3-385-9-17

NAVAL ARCHITECTURE

G.I. Kanevsky1, A.M. Klubnichkin1, A.V. Ryzhkov2, K.E. Sazonov1

1 Krylov State Research Center, St. Petersburg. Russia

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2 JSC CDB Iceberg. St. Petersburg. Russia

ESTIMATION OF SHALLOW-WATER EFFECT ON ICEBREAKER PROPULSION PERFORMANCE IN ICE

Object and purpose of research. The object of this study is to investigate the shallow-water effect on icebreaker propulsion performance in ice.

Materials and methods. Model test data obtained in hydro dynamic and ice basins in deep- and shallow-water conditions for an icebreaker of advanced design are handled using a new method of propulsion performance prediction for a multi-shaft icebreaker.

Main results. A method for prediction of propulsion performance of a multi-shaft icebreaker in ice was developed. Data were obtained regarding shallow-water effects on propulsion performance of icebreakers and ice-going vessels operating in ice-infested polar shallow waters.

Conclusion. The new method for prediction of propulsion performance in ice is enabled by introduction of a so-called ''bollard pull" system of hull/propeller interaction coefficients. This method makes it possible to estimate parameters characterizing icebreaker propulsion in absence of interaction between ice cover and propellers, as well as to estimate full-scale ship ice resistance. In case of heavy interaction between icebreaker's propellers and ice the comparison of full-scale and model data provides valuable information for better understanding of how interaction parameters influence the icebreaker performance. Estimations of icebreaker propulsion in ice under deep- and shallow-water conditions enable prediction of main parameters of ship motion so that proper measures could be taken to avoid hazardous situations.

Key words: icebreaker, shallow water, interaction coefficients, propulsion performance in ice.

Authors declare lack of the possible conflicts of interests.

For citations: Kanevsky G.I.. Klubnichkin A.M.. Ryzlikov A.V.. Sazonov K.E. Estimation of shallow-water effect on icebreaker propulsion performance in ice. Transactions of die Kiylov State Research Centre. 2018; 3(385): 9-17 (in Russian).

UDC 629.651.5:629.5.016

Введение

Introduction

Особенностью морей российской Арктики является их относительная мелководность [1]. Это обстоятельство накладывает существенные ограшгчения в процессе проектирования ледоколов и судов активного ледового плавания. В настоящее время ведется строительство нового поколения атомных ледоколов пр. 22220, предназначенных для эксплуатации как в условиях глубокой воды, так и на мелководье [2]. В ходе проектирования этого ледокола был выполнен большой объем экспериментальных исследований в гидродинамическом и ледовом бассейнах, включая проведение испытаний в условиях мелководья [3]. Тем не менее, выполнение расчетов его ледовой ходкости, тем более при движении во льдах на мелкой воде, было практически невозможно. Внедрение в практику выполнения расчетов ходкости новой альтернативной системы коэффициентов взаимодействия [4-6], а также положительный опыт расчетов показателей ледовой ходкости ледоколов в условиях глубокой воды [7, 8]. позволили выполнить анализ ходкости ледокола на мелководье в ледовых условиях.

Особенности движения ледокола на мелководье

Specifics of icebreaker sailing in shallow water

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

При движении любого судна на чистой воде на мелководье происходит изменение в характере обтекания корпуса водой, а также в условиях работы его движителей. Эти изменения довольно хорошо изучены и изложены в монографиях (например, [9]) и справочных руководствах [10].

001: 10.2493 7/2542-2324-2018-3-385-9-17

Наличие ледяного покрова приводит к возникновению дополнительных изменении в картине обтекания. Основное отличие от условий движения ледокола на чистой глубокой воде, связанное с наличием ледового по.ля, заключается в резком снижении скорости движения корабля при потреблении им полной мощности. Такой характер движения связан с тем, что ледокол при движении помимо сопротивления воды вынужден преодолевать значительное сопротивление ледовой среды. Указанная особенность обуславливает постоянную работу его движительного комплекса на режимах близких к швартовому. Такие режимы обычно не рассматриваются при расчетах ходкости на чистой воде, т.к. традиционные расчетные схемы в этих условиях не работают. Наличие мелководья вносит дополнительные осложнения.

Кроме этого, определенные трудности при определении параметров ледовой ходкости ледокола создают наличие «ледовой рубашки» (расположенные на подводной части корпуса куски при-то пленного льда) и возможное взаимодействие движителей с кусками льда, частота взаимодействия с которыми увеличивается на мелководье. Однако в первом приближении для выяснения характера влияния мелководья при опенке среднеин-тегральных показателей ходкости этими факторами можно пренебречь.

Режимы работы движителей в ледовом попе характеризуются малыми значениями поступи 3, лежащими в диапазоне от 0 до 0,3- Величина коэффициента нагрузки движителей по полезному упору КОЕ тоже оказывается малой, КВЕ = 0-0,5. Д.ля таких условии движения традиционная схема расчета ходкости, основанная на применении классической системы коэффициентов взаимодействия гребного винта с корпусом, не работает. Дело в том. что на

указанных режимах величина коэффициента попутного потока 1) у становится отрицательной (рис. 1), и ее невозможно использовать для расчета ледовой ходкости.

Данные рис. 1 убедительно показывают, что в условиях мелководья наблюдается более ранний переход значений попутного потока в отрицательную область по сравнению с движением на глубокой воде, причем этот переход происходит более интенсивно.

Имеются отличия и в ледовом сопротивлении ледокола, движущегося на мелководье, от ледового сопротивления на глубокой воде. Необходимо отметить. что эти различия наблюдаются только при движении ледокола на предельном мелководье, когда зазор между днищем и дном водоема примерно равен толщине преодолеваемого льда [11]. В этом случае ледовое сопротивление ледокола может существенно возрастать. Анализ факторов, приводящих к возрастанию ледового сопротивления, содержится в работах [12, 13].

Прогноз ледового сопротивления ледокола пр. 22220, используемый в дальнейших расчетах, был получен на основании результатов модельных испытаний в ледовом бассейне на глубокой воде и на мелководье.

При проведении модельных испытаний осадка ледокола пр. 22220 составляла 10,5 м при движении на глубокой воде, а при движении на мелкой воде осадка уменьшена и составляла 8,5 м. Глубина воды в условиях мелководья была принята равной 11 м. Таким образом, при движении ледокола в указанных условиях льдины могли попадать в зазор между корпусом и дном. В связи с этим сопротивление ледокола в ледовом поле толщиной 2,6 м на мелководье заметно превышает величину, полученную на глубокой воде.

Метод расчета ледовой ходкости многовального ледокола

Method for prediction of propulsion performance in ice for a multi-shaft icebreaker

Термин «ледовая ходкость» здесь и далее означает ходовые качества ледокола при его движении в ледовом поле. На современном этапе развития при разработке метода расчета ледовой ходкости ледокола используются следующие гипотезы: ■ кривые действия гребных винтов при движении

ледокола в ледовом попе совпадают с данными,

полученными для чистой воды:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

^5оргт

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5

, - - '

^ iH ^

г

/ /

/

t 1 Tf= Та = 10,5 м. Глубокая вода . Мелкая вода#/Г= 1,295, глубина воды Н= 11 м

1 —/— 1

0 0,5

1,5

2 я)

2,5

3,5 Ад£

W

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

" сред

0,9 0,7

0,5

0,3 0,1 -0,1 -0,3

/

/ *

- 1 1

1 1 -1- / - --- Tf= 7 Мелк глуби ■„=10, ая вода на вод 5 м. Dr Н/Т= ы Н = убокая 1,295, 1 м вода

0,5

1,5

2 fi)

2,5

3,5 KDE

Рис. 1. Зависимость коэффициента попутного потока бортовых LV6opT (а) и среднего 1/К:ред (б) гребных винтов ледокола пр. 22220 от коэффициента нагрузки КОЕ. Передний ход

Fig. 1. Icebreaker Pr. 22220: Wake fractions

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

of wing propellers W^p, (a) and middle propeller №cpe„ (b)

versus loading coefficient KOE.

Forward speed

■ коэффициенты взаимодействия (по швартовной системе) гребных винтов с корпусом при движении ледокола в ледовом поле совпадают с данными, полученными для чистой воды:

■ буксировочное сопротивление ледокола при движении в ледовом поле равно сумме ледового и гидродинамического сопротивлений.

Эти гипотезы можно считать справедливыми только в первом приближении с учетом сказанного выше.

Анализируя принятые гипотезы, можно отметить следующее:

■ при разделении движителей и корпуса ледокола естественно рассматривать гребные винты, работающие в свободной воде. Любые другие условия. например, работа с учетом взаимодействия

с льдинами из ледовой рубашки, вносят значительные неопределенности, которые весьма сложно преодолеть;

■ коэффициенты взаимодействия движителей с корпусом ледокола определяются по результатам самоходных испытании на чистой воде в связи с отсутствием в настоящее время поправок на влияние на коэффициенты взаимодействия ледовой рубашки:

■ существующая методика определения буксировочного сопротивления, принятая в ледовом бассейне, позволяет определить только сумму ледового и гидродинамического сопротивлений. Кроме того, необходимо иметь в виду, что гидродинамическое сопротивления ледокола, движущегося в ледовом попе, при одной и той же скорости движения отличается от такового на чистой воде. В данной работе для буксировочного сопротивления используется символ

Дополнительные трудности, которые приходится преодолевать при расчетах ледовой ходкости ледокола пр. 22220 и других современных ледоколов, связаны с наличием сложных многовалъных движитепьных систем ледоколов. Ниже приводится метод расчета ледовой ходкости многовального ледокола, движущегося в ледовом поле, целью которого является определение частоты вращения для различных ттшов гребных винтов щ и достижимой скорости хода

Исходными данными расчета ходкости многовального ледокола являются:

1. Зависимость буксировочного сопротивления воды и льда йЕ. кН от скорости хода ¥5\

кН.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Гидродинамические характеристики гребных винтов (винто-рулевых колонок), т.е. их кривые действия в «свободной воде»:

Кто, = Кщ (Л*

Кдо, = кдо, (Л, )-

3. Количество гребных винтов каждого типа:

щ

2р1- 2Рг ... Zpí ... Z/l = ^ 2Р1.

7=1

где 2Р - общее количество гребных винтов.

4. Диаметры гребных винтов каждого типа:

А.Л ... Д ... м.

5. Располагаемая мощность на фланце двигателей: Рщ, Рд2 ... Рш ... Рвы- кВт.

6. КПД электромеханической передачи:

■ ти ■■■ гц ... гц^-

7. Коэффициенты взаимодействия гребных винтов с корпусом судна по швартовой системе [4, 5]:

■ коэффициент засасывания / = Г(Кшу,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

■ коэффициенты влияния корпуса на упор 'т = ¿ты (КОЕ) -

■ коэффициенты влияния корпуса на момент

'дв/ = ¿дне (Кое)-Расчет характеристик ледовой ходкости осуществляется с помощью алгоритма, описанного ниже.

1. Задаётся ряд значений скорости хода ледокола

Узг ... 1'%-... Ущ, уз.

2. По величинам Ущ определяется скорость У} = 0,51444, м/с.

3. Для каждой скорости вычисляется величина коэффициента нагрузки движителя по полезной тяге, в качестве которой берется буксировочное сопротивление ледокола во льдах

где Тщ = ЛЕ(Г5).

4. Далее вычисляются значения коэффициентов взаимодействия по швартовной схеме

'ТВд = ЬЩ (КОЕ;)',

1дву = '-двд (Кое),

а также значения коэффициента влияния корпуса ЦНу = (1-ф-1ТВЦИдВу.

5. Определяются потребляемая гребными винтами мощность в «свободной воде»

ро =/3*-,Ц'7~ = р°< Т~' кВт-

где Рв, - мощность на гребном винте за корпусом судна, и скорость протекания воды через диски гребных винтов

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Уои= Уг м/с.

6. Определяются величины коэффициента нагрузки движителя по моменту в «свободной воде»

К,

DQ,

KDQij - f'o,} Dr

m

O'J

POiJ

При этом заранее для каждого типа движителей должен быть построен график (рис. 2) зависимости коэффициента нагрузки движителя по моменту Кпд. от поступи гребного винта где

7. По известному значению К0д9 определяют величины поступи н далее, по кривым действия движителей, находят значения коэффициентов упора и момента

К<?о,} = КФ, )■

8. По значению поступи определяют частоту вращения движителей

л,, =-—. об/с,

J Л..Дг

а также их эффективность (КПД)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Л, кюч

4

ироиульсивный коэффициент

упор гребных винтов в «свободной воде»

Тои=КщР"Ь-П?, КН.

9. С помощью коэффициентов взаимодействия швартовной схемы определяют упор гребных винтов за корпусом

Т,] = ■ ¡тщ, кН,

тягу гребных винтов

7_ =т (1? ), кН.

Ед д V

момент гребных винтов за корпусом

Jo,

Рис. 2. Зависимость коэффициента нагрузки по моменту KDQi от поступи гребного винта Joi

Fig. 2. Torque loading coefficient Kdqi versus propeller advance coefficient JDi

и суммарную тягу гребных винтов

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

TEj = T. (TE:l ■ ZP, У ;=1

10. По полученным значениям TEj при заданных скоростях VSJ, строится график зависимости Тщ = ТЕ_ (Vs_ ) и определяется пересечение этой

зависимости с зависимостью i?E = Rz (Vs), что дает величину искомой скорости хода уз.

11. Для найденной скорости хода Vs = VSc можно определить все величины, характеризующие ледовую ходкость:

■ коэффициенты взаимодействия по швартовной схеме ijBi, zOB/:

■ частоту вращения гребных винтов л,;

■ эффективность гребных винтов Г|01;

■ коэффициент влияния корпуса

(1-0%.

Ън, =-

QBi

пропульсивный коэффициент каждого типа гребных винтов

п, = тц ■ % ■ %,-;

суммарный пропульсивный коэффициент движителей судна

11 =

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Tec-VSC. Psc

тяга гребных винтов и суммарная тяга Тщс кН,

TEc=Y.TEic-ZPi- КН:

ТЕ, кН 6000 5000 4000 3000 2000 1000

0

—.

- — — — lr=la = 1 и,Э м. 1 луоокая вода Мелкая вода Н!Т= 1,295,

глубина воды Н = 11 м i i i i i i i i i

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Vs, уз

Рис. 3. Зависимость тяги движителей ТЕ ледокола пр. 22220 от скорости хода Vs на глубокой воде и на мелководье

Fig. 3. Icebreaker Рг. 22220: Effective thrust ТЕ versus ship speed Vs in deep- and shallow-water conditions

мощность, потребляемая каждым движителем, и суммарная потребляемая мощность, а также величина располагаемой мощности

Ps =

3k

4i

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

, кВт;

jV,

psc=Tpsic-zPi- кВт; i=i

Рвс = ЦРвг2и. кВт.

¡=1

Частота вращения движителей, об/мин. 130

120 110 100 90 80

*

- у' ' V

У'

j/s /7

У

у

>

1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Скорость, уз

глубокая вода, бортовые винты глубокая вода, средний винт мелководье Н/Т= 1,295, бортовые винты

----мелководье Н!Т= 1,295, средний винт

Рис. 4. Зависимость частоты вращения движителей при движении ледокола во льдах толщиной 2,6 м на глубокой воде и на мелководье Fig. 4. Icebreaker propeller revolutions in 2.6 m ice under deep- and shallow-water conditions

В любой момент времени потребляемая и располагаемая мощности должны быть равны друг другу. Сопоставление величины мощности потребляемой Psc и располагаемой РВс позволяет оценить точность полученного решения.

Приведенные выше выражения относятся к заданным мощностям на фланце двигателя PBi. Полученный результат легко обобщается на случай парциальных мощностей. 'Задаваясь рядом парциальных мощностей Ск ■ PBí, где Ск < 1, можно выполнить описанный выше алгоритм для ряда значешп!

Си С2...СГ,

и получить для многовального судна зависимость потребляемой мощности от скорости хода Vs

Рву = Psz (VscX

JV¡- N¡

где РВХ=УРВ!: Psy=TPSí,

7=1 ¡=1

а также зависимости частоты вращения гребных валов от скорости хода Vs

Ъ = Ъ{Г5С),1=\Л ...Ni.

Пример расчета

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ходовых качеств ледокола

на мелководье в ледовом поле

Case study: estimation of icebreaker propulsion performance in ice field

Наличие предельного мелководья при определении параметров ледовой ходкости многовального ледокола учитывается через исходные данные для выполнения расчетов. Как было указано выше, на предельном мелководье возрастает ледовое сопротивление ледокола. Наличие мелководья приводит к изменению коэффициентов взаимодействия гребных винтов с корпусом ледокола, и, следовательно, к изменению тяги движителей. Данные, приведенные на рис. 3, позволяют отметить заметное, около 10%, снижение тяги движителей на мелководье по сравнению с глубокой водой.

Описанный выше алгоритм был использован при расчетах ледовой ходкости трехвального ледокола пр. 22220, предназначенного для эксплуатации в условиях арктической зоны, как на глубокой воде, так и на мелководье. Ниже приводятся результаты выполненных по предлагаемой методике расчетов применительно к условиям глубокой воды и мелководья для случая движения ледокола в ледовом поле толщиной 2,6 м.

Упор движителей, кН 2000

1800 1600 1400 1200 1000 800

✓ у' /

✓ /у /X ✓ У j ✓ У

л, // / / / У

S/ / / >

//

А,

я)

Рис. 5. Зависимость упора (а) и момента (б) движителей при движении ледокола во льдах толщиной 2,6 м на глубокой воде и на мелководье

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Fig. 5. Thrust (a) and torque (b) of icebreaker propellers in 2.6 m ice under deep- and shallow-water conditions

Момент движителей, кНм 1600

Скорость, уз

Скорость, уз

--глубокая вода, бортовые винты

----глубокая вода, средний винт

--мелководье Н1Т= 1,295, борговые винты

----мелководье НП'= 1,295, средний винт

На рис. 4-6 приведены результаты расчетов частоты вращения, упора и момента бортовых и среднего гребных винтов ледокола, а также потребной мощности и пропулъсивного коэффициента. Представленные данные позволяют проанализировать влияние мелководья на ледовую ходкость ледокола. Увеличение ледового сопротивления при движении ледокола на предельном мелководье естественно приводит к возрастанию нагрузки на движители, что выражается в росте их частоты вращения, момента и упора. Соответственно возрастает потребная мощность и снижается пропульсивный коэф-

фициент. Можно отметить, что винты (бортовые и средний) одинаково реагируют на влияние мелководья, т.к. изменения в их работе связаны с увеличением нагрузки.

В данной работе расчеты были выполнены только для одного значения параметра Н/Т= 1,295, где Н - глубина акватории; Г - осадка ледокола. Очевидно, что при других значениях указанного параметра характер работы движи-тельного комплекса может измениться. Однако рассмотренную величину можно в какой-то мере считать предельно допустимой, исходя из воз-

Погребная мощность, кВт 60000

50000 40000 30000 20000 10000

4 / ✓ /

s s y *

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

У s s s s

/ s s

1 туиикая вода мелководье HIT= 1,295 1 1 1 1

Скорость, уз

Я)

Пропульсивный коэффициент 0,15

0,10 0,05

0

f s

у

У y /

/у > глуб окая вода

1 мелководье Н!Т= 1,295 " 1 1 1 1

Скорость, уз

6)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. б. Зависимость потребной мощности (а) и пропульсивного коэффициента (б) движителей при движении ледокола во льдах толщиной 2,6 м на глубокой воде и на мелководье

Fig. 6. Required power (a) and propulsion coefficient (Ь) of icebreaker propellers in 2.6 m ice under deep- and shallow-water conditions

можных изменений осадки и дифферента ледокола. Эти изменения связаны с особенностями как гидродинамического взаимодействия корпуса и движителей судна с мелководьем, так и разрушения ледяного покрова [14]. Поэтому модельные испытания и расчеты для меньших значений параметра HIT не проводились.

При анализе особенностей ледовой ходкости ледокола на мелководье необходимо иметь в виду возможный характер изменения ее показателей. Дело в том. что, как показывают результаты исследований [11—13], возрастание ледового сопротивления ледокола происходит только при попадании его на предельное мелководье, когда величина зазора между корпусом и льдом сопоставима с толщиной преодолеваемого льда. Поэтому при выходе ледокола на мелководные участки трассы возможно резкое изменение параметров его ходкости, в первую очередь скорости движения, что может создать опасную ситуацию из-за навала проводимого ледоколом судна. Данные расчетов ледовой ходкости ледокола на глубокой воде и мелководье позволяют спрогнозировать основные параметры его движения и принять меры для преодоления опасной ситуации.

Заключение

Conclusion

В работе описан метод расчета параметров ледовой ходкости многовальиого ледокола. Термин «ледовая ходкость» означает ходовые качества ледокола, движущегося в ледовом поле. Метод базируется на введении швартовной системы коэффициентов взаимодействия движителей и корпуса. До введения этой системы коэффициентов подобный расчет был невозможен.

Кроме этого, метод позво.ляет рассчитать все основные параметры, характеризующие движение ледокола во льдах при условии отсутствия взаимодействия гребных винтов со льдом. Такие расчеты могут оказаться крайне полезными для анализа данных натурных ледовых испытаний [7], т.к. позволяют оценить ледовое сопротивление в натурных условиях. В случае же интенсивного взаимодействия гребных винтов ледокола со льдом сравнение натурных и модельных данных с расчетными значениями может дать неоценимую информацию для изучения влияния таких взаимодействий на параметры движения ледокола.

Показано, что влияние мелководья приводит к заметному росту потребной мощности и резкому

снижению скорости хода, что может создать опасную ситуацию из-за навала проводимого ледоколом судна. Данные расчетов ледовой ходкости ледокола на глубокой воде и мелководье позволяют спрогнозировать основные параметры его движения и принять меры для преодоления опасной ситуации.

Библиографический список

References

1. ДоронинЮ.П. Региональная океанология. Л.: Гндро-метеоиздат, 1986. [Doronin Yu.P. Regional oceanology. Leningrad: Gidroineteoizdat. 1986. (in Russian)].

2. Смирнов A.A.. Головинский CLA. Перспективы развития Северного морского пути (к 55-летню атомный ледокольного флота) // Арктика: экология и экономика. 2014. №4(16). С. 108-113. [SmirnovAA., Golovinsky SA. Outlook for tlie Northern Sea Route (on the occasion of the 55th anniversary of nuclear icebreaker fleet). Arctics: Ecology and Economics. 2014. №4(16). P. 108-113. (in Russian)].

3. Агтолонов E.M.. Беляшов B.A.. Воробьев B.M.. Орлов О.П.. СимоновЮА.. Шварев Ю.В. Проблемные вопросы создания универсального атомного ледокола нового поколения // Труды ЦНИИ им. акад. АН. Крылова. 2008. Вып. 39(323). С. 110-128. [Арро-lonov Е.М.. Betyashm УЛ., Vorobiev V.M.. Orlov O.P., Simonov Yu.A.. Shvarev Yu.V. Issues in development of a multi-purpose nuclear icebreaker of next generation. Transactions of Krylov Shipbuilding Research Institute. 2008. Issue 39(323), P. 110-128. (in Russian)].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. Каневский Г.И.. Пустотный A.B. Исследование эффективности работы гребных винтов на швартовном режиме // Труды Крыловского государственного научного центра. 2016. Вып. 93(377). С. 37-42. [Kanevsky G.I.. Pustoshny А. V. Investigation of propeller operation efficiency in bollard pull conditions. Transactions of Krylov State Research Centre. 2016. Issue 93(377). P. 37-42. (in Russian)].

5. Каневский Г.И.. Клубничкин A.M.. Щербаков KB. Швартовая система коэффициентов взаимодействия гребных винтов с корпусом // Труды ЦНИИ им. акад. АН. Крылова. 2011. Вып. 59(343). С. 77-88. [Kanevsky G.I.. Klubnichkin A.M. Shchetbakov IV. Bollard pull system of propeller/hull interaction coefficients. Transactions of Kiylov Shipbuilding Research Institute. 2011. Issue 59(343). P. 77-88. (inRussian)].

6. Каневский Г.И.. Клубничкин A.Ai, Щербаков KB. Расчет тяговых характеристик многовального судна // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова. 2011. Вып. 59(343). С. 89-100. [Kanevsky G.I., Klubnichkin A.M.. Shcherbakov I. V. Estimation of pulling perfor-

mance diaracteiisties of a multi-shaft vessel. Transactions of Kiylov Shipbuilding Research Institute. 2008. Issue 59(343). P. 89-100. (in Russian)].

7. Каневский Г.И.. Кяубничшн A.M., Сазонов K.E. Применение гидродинамических расчетов ледовой ходкости для анализа данных ледовых натурных испытаний // Труды Крыловского государственного научного центра. 2017. Вып. 2(380). С. 17-23. [.Kanevsky G.I.. Klubnichkin A.M.. Sazonov K.E. Application of hydrodyiiamic estimates of ice propulsion performance for analysis of full-scale ship trials in ice. Transactions of Riylov State Research Centte. 2017. Issue 2(380). P. 17-23. (in Russian)].

8. Kanevsky GJ., Klubnichkin A.M.. Ryzhkov A.V., Sazonov K.E. Propulsion prediction of the Arctic combatant moving in the ice field // Proc. of the 24th hit. Conf. Navy and Shipbuilding Nowadays. St. Peterburg. Russia. 2017. June 29-30. P. 57-63.

9. Басин A.M., Веледницкий И.О.. Леховитский А.Г. Гидродинамика судов на мелководье. Л.: Судостроение. 1976. [BasinA.M.. VelednitskyI.O.. Lekho-vitskyA.G. Ship hydrodynamics in shallow waters. L.: Sudostroenie, 1976. (in Russian)].

10. Справочник по теории корабля: в трех томах. Т. 1. Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движители. Л.: Судостроение. 1985. [Handbook on ship theory: three volumes. V. 1. Hydromechanics. Ship resistance. Ship propulsors. L.: Sudostroenie. 1985. (in Russian)].

11. ЗуевВ.А.. Рыбаков В.К. Особенности плавания ледоколов в условиях мелководья // Проектирование. теория и прочность судов, плавающих во льдах. Н. Новгород. 1992. С. 34-39. [Zuev VA.. Rybakov V.K. Specifics of icebreaker operation in shallow waters. Design, theoiy and structural strength of vessels operating in ice. N. Novgorod. 1992. P. 34—39. (in Russian)].

12. Клементьева Н.Ю.. РыжковА.В.. Сазонов K.E. Модельные исследования ледового сопротивления перспективного ледокола на предельном мелководье 7 Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2010. Вып. 51(335). С. 5-12. [KlementievaN.Yu.. Ryzhkov A.V.. Sazonov K.E. Model investigations of ice resistance for an icebreaker of advanced design under ultra-shallow water conditions. Transactions of Kiylov Shipbuilding Research Institute. 2010. Issue 51(335). P. 5-12. (in Russian)].

13. Рыжков A.B.. Сазонов K.E. Влияние мелководья на ледовые качества судна // Мнр транспорта. 2013. №4(48). С. 40-47. [RyzhkovA.V.. SazonovКЕ. Shallow- water effect on ice-going performance of ships. Mir transporta. 2013. No. 4(48). P. 40^7. (in Russian)].

14. Щемелинин Л.Г., Ильин В.M.. РыжковА.В. К вопросу о выборе навигационного запаса воды под кнлем ледокола // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2010. Вып. 51(335). С. 113-138. [Shchemelinin L.G.. Hin V.M.. Ryzhkov A.V. Regarding the choice of navigation water-depth margin under icebreaker keel. Transactions of Kxylov Shipbuilding Research Institute. 2010. Issue 51(335). P. 113-138. (in Russian)].

Сведения об авторах

Каневский Григорий Ильич, д.т.н.. руководитель проектов ФГУП «Крыловскнй государственный научный центр» Адрес: 196158. Россия. Санкт-Петербург. Московское шоссе, д. 44. Тел.: 8(812)415-47-91. E-mail: kry lo v@kry lo v. spb. ш.

Клубничкин Александр Михайлович, начальник сектора ФГУП «Крыловскнй государственный научный центр». Адрес: 196158. Россия. Санкт-Петербург. Московское шоссе, д. 44. Тел.: 8(812)386-69-78. E-mail: krylov@kiy lo V. spb .ш.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рыжков Александр Вениаминович, генеральный директор - главный конструктор ОАО «ЦКБ «Айсберг»; 199034. Санкт-Петербург. В.О.. Большой пр., 36: Тел.: 8 (812) 323-36-09: e-mail: шаin@iceberg.sp.ru. Сазонов Кирилл Евгеньевич, д.т.н.. профессор, начальник лаборатории ФГУП «Крыловскнй государственный научный центр». Адрес: 196158. Россия. Санкт-Петербург. Московское шоссе, д. 44. Тел.: 8(812)415-45-23. E-mail: kry lo v@kry lo v. spb. ш.

Abo lit the authors

Kanevsky, Grigory I.. D. Sc., Project Manager, KSRC. Address: 44, Moskovskoye sh., St. Petersburg. Russia, post code 196158. Tel.: 8(812)415-47-91. E-mail: kry lo v@kry lo v. spb ru.

Klubnichkin, Alexandr M.. Head of Sector, KSRC. Address: 44, Moskovskoye sli.. St. Petersburg. Russia. 196158. Tel.: 8 (812) 386-69-78. E-mail: krylov@krylov.spb.ru. Ryzhkov Alexander V.. Director General — Chief Designer. JSC CDB Iceberg. Address: 36. Bolshoi pr., V.O., St. Petersburg. Russia, post code 199034. Tel.: 8(812)677-36-09. E-mail: main@iceberg.sp.ru.

Sazonov, Kirill Ye., D. Sc., Prof.. Head of Laboratory. KSRC. Address: 44, Moskovskoye sh., St. Petersburg. Russia, post code 196158. Tel.: 8(812)415-45-23. E-mail: krylov@kiylov.spb.ru.

Поступила / Received: 29.05.18 Принята в печать / Accepted: 07.08.IS © Коллектив авторов, 2018