CC BY-NC
42
DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-33-39 УДК 629.5.02
М.А. Кутейников1, А.В. Шкоков1, В.Н. Тряскин2, В.В. Платонов3
!ФЛУ «Российский морской регистр судоходства», Санкт-Петербург, Россия
2ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет», Россия
3ФГУП «Крыловский государственный научный центр», Санкт-Петербург, Россия
СУДА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ
Объект и цель научной работы. Объектом научного исследования является конструкция корпуса судна двойного действия в районе ледовых усилений. Цель состоит в разработке комплекса требований, учитывающих особенности конструкции корпуса судов двойного действия.
Материалы и методы. Анализ опыта проектирования и эксплуатации судов двойного действия, требования нормативных документов, теоретические исследования и расчетный анализ.
Основные результаты. Разработаны требования по назначению районов ледовых усилений с учетом положения линии плоского борта, а также требования по конструкции кормовой оконечности судов двойного действия и конструкции блоков движительно-рулевого комплекса. Получены новые зависимости для определения функций формы и ледовых нагрузок. Также разработаны требования к описанию символа класса.
Заключение. По результатам выполненной работы разработаны новые требования, учитывающие особенности конструкции корпуса судов двойного действия, которые включены в часть XVII Правил классификации и постройки морских судов в виде новой главы.
Ключевые слова: Российский морской регистр судоходства, Правила РС, судно двойного действия, ледовые нагрузки, движительно-рулевой комплекс, скег, кормовая оконечность, функции формы. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-33-39 UDC 629.5.02
M. Kuteinikov1, A. Shkokov1, V. Triaskin2, V. Platonov3
1Russian Maritime Register of Shipping, St. Petersburg, Russia 2St. Petersburg State Marine Technical University, Russia 3Krylov State Research Centre, St. Petersburg, Russia
DOUBLE ACTION SHIPS
Object and purpose of research. The paper studies a structure of a double action ship in the ice strengthening structures area. The purpose consists in developing a set of requirements that consider specifics of the double action ship hull structure. Materials and methods. Analysis of double action ships design and operation experience, requirements of regulatory documents, theoretical research works and computational analysis.
Main results. Requirements to specification of ice strengthening structural areas with account of flat side line location, as well as requirements to double action ship aft structures and propulsion/steering unit structures were developed. New relationships for evaluating shape functions and ice loads were obtained. In addition requirements to class notation description were developed.
Conclusion. New requirements were developed based on the fulfilled work results; these requirements consider specifics of double action ship hull structures that are incorporated in Part 17 of the Rules for Classification and Construction of Sea-Going Ships as a new section.
Keywords: Russian Maritime Register of Shipping, RS Rules, double action ship, ice loads, propulsion/steering unit, skeg, aft, shape function.
Authors declare lack of the possible conflicts of interests.
Для цитирования: Кутейников М.А., Шкоков А.В., Тряскин В.Н., Платонов В.В. Суда двойного действия. Труды Крылов-ского государственного научного центра. 2020; Специальный выпуск 1: 33-39.
For citations: Kuteinikov M., Shkokov A., Triaskin V., Platonov V. Double action ships. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2020; Special Edition 1: 33-39 (in Russian).
Введение
Introduction
С развитием добывающей промышленности в арктическом регионе стал актуальным вопрос об оптимизации формы корпуса судна для обеспечения его эффективности при движении как на чистой воде, так и в ледовых условиях. Одним из популярных решений является концепция «судов двойного действия» (СДД). Ее суть заключается в том, что носовая и кормовая оконечности судна проектируются на различные режимы движения: нос судна оптимизируется для получения хороших показателей ходкости на чистой воде, а форма кормовой оконечности обеспечивает движение во льдах.
С целью классификации подобных судов по заказу Российского морского регистра судоходства (РС) разработан комплекс требований, учитывающих особенности конструкции корпуса СДД. Эти требования были включены в часть XVII Правил классификации и постройки морских судов в виде новой главы. В редакции требований представлены описание знака символа класса и требования к конструкции корпуса. В настоящей статье дается краткая характеристика новых требований Правил РС [1], касающихся судов двойного действия.
История развития концепции судна двойного действия
History of double action ship concept development
Концепция СДД была разработана финскими специалистами в 1995 г. и смогла получить развитие после разработки новых движительно-рулевых комплексов (ДРК) типа «Азипод», предложенных также финскими специалистами. Первоначальная идея СДД была реализована в небольшом количестве проектов (танкеры «TEMPERA» (теперь «LA NOUMBI») и «MASTERA»). Первым СДД в классе РС является судно «Норильский никель» с символом класса KM(*) Arc7 (hull, machinery at d/df <= 9.0 m/ 9.202 m) [1] AUT2. В настоящее время в классе РС более 40 СДД. Также стоит отметить, что почти все суда были спроектированы на ледовый класс PC Arc7.
Требования к описанию символа класса
Requirements to class notation description
При разработке знака символа класса учитывались следующие возможные режимы эксплуатации: ■ при движении во льдах судно может двигаться как носом, так и кормой вперед, причем ледовый
класс судна при движении кормой вперед может отличаться от ледового класса при движении носом вперед;
■ при движении во льдах судно двигается только кормой вперед.
Требования к конструкции корпуса
Requirements to hull structure Предпосылки
Требования к конструкции корпуса основаны на следующих предпосылках:
■ расчетные зависимости для определения ледовых нагрузок должны быть применимы для формы корпуса, характерной для современных судов, в том числе вертикальные и близкие к вертикальным обводы, кормовые подзоры, характерные для судов с ДРК;
■ требования должны учитывать существующую систему ледовой классификации РС;
■ необходимо регламентировать конструкции, традиционные для СДД (скег, фундамент ДРК).
Районы ледовых усилений
При разработке требований к СДД было принято решение сохранить привычную для пользователей Правил РС [1] схему деления на районы (рис. 1).
По длине корпуса районы ледовых усилений подразделяются на:
■ для судов, которые могут двигаться во льдах как носом, так и кормой вперед:
- носовой - А;
- промежуточный - A1 ;
- средний - В;
- кормовой - С;
■ для судов, которые могут двигаться во льдах только кормой вперед:
- носовой - А;
- средний - В;
- кормовой - С.
По высоте борта и по днищу районы ледовых усилений подразделяются на:
■ район переменных осадок и приравненные к нему районы - I;
■ район, расположенный от нижней кромки района I до верхней кромки скулового пояса - II; скуловой пояс - III;
■ от нижней кромки скулового пояса, где обшивка имеет наклон к горизонту 7°, до диаметральной плоскости - IV.
Район С
Район В
Район А\ Район А
а)
Район С Район В Район А
CI Cii
CIII CIV
A11
[7777777?Я
;;;;;;;;; A1II - ......111
i aiiii aiiv
Ai
aii aiii
AIV
Рис. 1. Районы ледовых усилений судов ледовых классов: а) суда, которые могут двигаться во льдах, как носом, так и кормой вперед; б) суда, которые могут двигаться во льдах только кормой вперед
Fig. 1. Ice strengthening areas of ice-class ships: a) ships capable to operate in the ice by both bow-first and stern-first; b) ships capable to operate in the ice by stern-first only
Конструкция
При формировании требований к СДД были разработаны дополнительные требования к конструкции кормовой оконечности [2]. В их числе: ■ требования, связанные с необходимостью установки скега, для увеличения жесткости
конструкструкций кормовой оконечности, уменьшения длины кормового свеса и защиты ДРК от воздействия льда, попадающего в район кормового подзора;
■ требования к конструкции скега;
■ требования к опорному барабану ДРК и его подкреплению.
Рис. 2. Определение углов наклона ватерлинии в кормовой оконечности: а) один ДРК; б) два ДРК; в) три ДРК
Fig. 2. Evaluation of waterline inclinations in aft. Quantity of propulsion/steering units: a) one; b) two; c) three
Ледовая нагрузка
Функции формы для оконечностей современных судов двойного действия
Форма корпуса современных судов ледового плавания, в том числе СДД, существенно изменилась. Протяженность носового заострения не превосходит 20-25 %, а кормового - 15 % расчетной длины судна. Значительно увеличились углы наклона борта и ватерлиний в кормовой и носовой оконечностях. Ряд судов ледового плавания имеют необычную (ложкообразную или плоскогранную) форму носовой (кормовой) оконечностей [3]. Поэтому использование существующих аппроксимаций для функций формы применительно к современным формам оконечностей СДД достаточно часто приводило к большим расхождениям по сравнению с результатами прямых расчетов по методике [4]. Особенно чувствительны к применяемым формулам были районы перехода в цилиндрическую вставку у судов с вертикальными бортами в средней части, а также самые носовые/кормовые участки носового/кормового района, с наибольшими углами наклона шпангоутов и ватерлиний.
Для решения данной проблемы в требования включены новые аппроксимирующие зависимости для функций формы, которые представлены в табл. 1. При этом для кормовой оконечности приняты разные аппроксимации для оконечности с одним, двумя или тремя ДРК (рис. 2).
Таблица 1. Новые зависимости для функций формы для оконечностей судна двойного действия Table 1. New relationships for shape functions for double action ship bow and aft
Интенсивность ледовой нагрузки Высота распределения
Носовая оконечность
Л и Um=fu'
Диапазоны варьирования параметров:
0 < — < 0,35; 5° < а < 45°; 5° < р < 65°
Кормовая оконечность
Л =
(sin а • cos р)
(cosP')°'17-(sinP')0'25
fu =
(sina-cospj (cosP')°'33-(sinP')0'5
Опасные режимы движения судна двойного действия кормой вперед
В методологии действующих Правил РС для традиционных судов ледового плавания выделяются два режима движения: допустимый и опасный. Допустимые режимы движения судна во льдах определяют допустимую скорость движения судна в зависимости от толщины льда, при этом нагрузки, действующие на корпус, не превосходят эксплуатационных. В опасном режиме нагрузки не превосходят предельных, превышение которых ведет в область повреждаемости [5].
Регламентация ледовых нагрузок на район носового заострения действующих Правил РС [1] для традиционных судов ледового плавания осуществляется в соответствии с базовыми опасными режимами движения для первичного (прямого) удара о лед на основании гидродинамической модели [5], когда всем судам одного ледового класса ставится в соответствие один базовый опасный режим движения. Такой подход гарантирует всем судам в рамках одного ледового класса единый уровень ледовой прочности. В качестве основного сценария рассматривается касательный удар корпуса судна о кромку ледового поля.
Для СДД основным режимом является самостоятельное движение кормой вперед, а основным типом траектории - траектория, близкая к прямолинейной. Нагрузки на кормовую оконечность СДД связаны с прямыми ударами кормой о ледяное поле при движении задним ходом, маневрировании в канале и т.п. Поскольку традиционно на СДД устанавливаются ДРК, при определении допустимых и опасных режимов движения кормой вперед следует учитывать не только прочность кормовой оконечности, но и прочность ДРК.
Специальный анализ [5], проведенный при разработке действующих требований Правил РС к прочности ледовых усилений судов, позволил установить, что для типовых конструкций ледовых усилений характерно соотношение
quit Яв1
'1,8,
где д61 - ледовая нагрузка фибровой текучести, которая является допустимой при нормальной эксплуатации; - предельная нагрузка, превышение которой может привести к серьезным повреждениям корпусных конструкций.
Другими словами, де1 соответствует допустимому режиму эксплуатации, а дии - опасному (предельному). Тогда для перехода от допустимого режима к опасному (по значению скорости) из известных зависимостей для параметров ледовой нагрузки [5], полученных с использованием гидродинамических методов, следует:
V = V -(1 8 = 1 69 • V
опас кдоп V ?0/ ' доп'
где Vд0п - скорость, соответствующая допустимому режиму движения.
В первом приближении в качестве толщины льда, соответствующей опасному режиму движения, следует выбирать удвоенное значение предельно допустимой эксплуатационной толщины льда для рассматриваемой ледовой категории, что позволит учесть возможные подсовы обломков ледяного поля:
тТ _ 2 . и
опас доп•
В табл. 2 приведены допустимые и опасные режимы движения кормой вперед, принятые при разработке новых требований.
Регламентационные зависимости для параметров ледовой нагрузки
Структура формул для параметров нагрузки не изменилась.
На основании выполнения массовых расчетов параметров ледовых нагрузок применительно
Таблица 2. Допустимые и опасные режимы движения кормой вперед Table 2. Permissible and dangerous stern-first operating conditions
Icel Ice2 Ice3 Arc4 Arc5 Arc6 Arc7 Arc8 Arc9
Ядоп м 0,35 0,5 0,65 0,8 1,0 1,3 1,7 2,5 3,0
^доп, уз 4,0 4,0 4,0 4,5 5,0 5,0 5,0 5,5 5,5
Яопа^ м 0,7 1,0 1,3 1,6 2,0 2,6 3,4 5,0 6,0
^опас, уз 6,7 6,7 6,7 7,6 8,4 8,4 8,4 9,3 9,3
Таблица 3. Регламентационные зависимости для параметров ледовой нагрузки на суда двойного действия Table 3. Regulatory relationships for double action ship ice load parameters
Район Интенсивность ледовой нагрузки, кПа Высота распределения, м Длина распределения, м
Для судов, которые могут двигаться во льдах как носом, так и кормой
A р" = 2500-а'-Чюоо bA=CVk^um , но не менее
Ai р4/=2500-а2-у£-б|1ооо , но не менее
B рВ1 = 1200-а3 -й—— 3 \iooo ьв = "^a TT , но не менее 3,5 -V^"
C рС1 =2100-a1-v*-6 — 1 т \i000 bc=CvkK-ul , но не менее
Для судов, которые могут двигаться во льдах только кормой вперед
Ice2, Ice3, Arc4-Arc6 Ice2, Ice3, Arc4-Arc6
A PAI = a4 ■ PB! ЬА=0,8Ьв Г7 , но не менее
Arc7-Arc9 р^=0,75-рс/ Arc7-Arc9 bA=bC 3,5 -V^
B Pbj = 1200 • a3 ■ И——— 3 \iooo bB=CyC4-kA , но не менее 3,5-V^
C pCI =2100-arv£ 1 m ^1000 bC=CVkA-um , но не менее
к разным проектам СДД получены регламентационные зависимости [6], представленные в табл. 3.
Выводы
Conclusions
В данный момент Регистром разработаны требования, учитывающие особенности конструкции корпуса СДД, которые включены в часть XVII Правил классификации и постройки морских судов в виде новой главы.
Библиографический список
1. Правила классификации и постройки морских судов. СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2018.
Александров А.В., Платонов В.В., Тряскин В.Н. Разработка проекта требований Правил РМРС к конструкции ледовых усилений корпуса судов, предназначенных для эксплуатации кормой вперед // Научно-технический сборник Российского морского Регистра судоходства. Декабрь 2018. № 52/53. С. 47-56. Платонов В.В., Тряскин В.Н. Архитектурно-конструктивные особенности арктических судов двойного действия // Арктика: экология и экономика. 2019. № 4(36). С. 84-96.
Курдюмов В.А., Тряскин В.Н., Хейсин Д.Е. Определение ледовой нагрузки и оценка ледовой прочности корпусов транспортных судов // Труды ЛКИ. Сб. «Ледопроходимость и ледовая прочность судов». 1979. С. 3-12.
5. Апполонов Е.М. Ледовая прочность судов, предназначенных для круглогодичной арктической навигации // Спб.: Изд-во СПбГМТУ, 2016. 288 с.
6. Платонов В.В., Тряскин В.Н. Методические основы определения расчетных ледовых нагрузок на корпус современных судов ледового плавания в носовом и кормовом районах // Арктика: экология и экономика. 2019. № 4(36). С. 83-98.
References
1. Rules for Classification and Construction of Sea-Going Ships. St. Petersburg, Russian Maritime Register of Shipping, 2018.
2. Aleksandrov A., Platonov V., Triaskin V.. Development of the Draft of RS Rules Requirements to Ice Strengthening Structures for Ships Designed for Stern-First Operation // RS Research Bulletin. December 2018. No. 52/53. P. 47-56 (in Russian).
3. Platonov V., Triaskin V.. Architectural and Structural Specifics of Arctic Double Action Ships // The Arctic: Ecology and Economics. 2019. No. 4(36). P. 84-96 (in Russian).
4. Kurdyumov V., Triaskin V., Kheisin D. Evaluation of Ice Loads and Assessment of Transport Ships Ice Strength // Transactions of Leningrad Shipbuilding Institute. St. Petersburg. Collected articles Icebreaking Capability and Ice Strength. 1979. P. 3-12 (in Russian).
5. Appolonov Ye. Ice Strength of Ships Designed for Year-round Navigation // St. Petersburg: St. Petersburg State Marine Technical University. 2016. 288 p. (in Russian).
6. Platonov V., Triaskin V. Methodological Fundamentals for Evaluation of Design Ice Loads on Hulls of Modern Ice-going Ships in Bow and Aft Areas // The Arctic: Ecology and Economics. 2019. No. 4(36). P. 83-98 (in Russian).
Сведения об авторах
Кутейников Михаил Анатольевич, д.т.н., начальник отдела ФАУ «Российский морской регистр судоходства».
Адрес: 191186, Россия, Санкт-Петербург, Дворцовая наб., 8. Телефон: +7 (812) 312-85-72. E-mail: kuteynikov.ma@rs-class.org.
Шкоков Антон Валерьевич, инженер отдела ФАУ «Российский морской регистр судоходства». Адрес: 191186, Россия, Санкт-Петербург, Дворцовая наб., 8. Телефон: +7 (812) 312-85-72. E-mail: shkokov.av@rs-class.org.
Тряскин Владимир Николаевич, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой конструкции и технической эксплуатации судов Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. Адрес: 190008, Россия, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, 3. Тел.: +7 (812) 71409-54. E-mail: tryaskin.vn@yandex.ru. Платонов Виктор Викторович, к.ф.-м.н., начальник сектора ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, 44. Тел.: +7 (812) 415-45-73. E-mail: vv_platonov@ksrc.ru.
About the authors
Kuteinikov Mikhail A., Dr. Sci. (Eng.), Head of Division, Russian Maritime Register of Shipping. Address: 8, Dvort-sovaya emb., St. Petersburg, Russia, post code 191186. Tel.: +7 (812) 312-85-72. E-mail: kuteynikov.ma@rs-class.org. Shkokov Anton V., Engineer, Russian Maritime Register of Shipping. Address: 8, Dvortsovaya emb., St. Petersburg, Russia, post code 191186. Tel.: +7 (812) 312-85-72. E-mail: shkokov.av@rs-class.org.
Triaskin Vladimir N., Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of Chair, St. Petersburg State Marine Technical University. Address: 3, Lotsmanskaya st., St. Petersburg, Russia, post code 190121. Tel.: +7 (812) 714-09-54. E-mail: tryaskin.vn@yandex.ru. Platonov Visctor V., Cand. Sci (Phys. & Math.), Head of Sector, Krylov State Research Centre. Address: 44, Mos-kovskoye sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: +7 (812) 415-45-73. E-mail: vv_platonov@ksrc.ru.
Поступила / Received: 15.01.20 Принята в печать / Accepted: 07.02.20 © Коллектив авторов, 2020
