Разработка метода расчета ледового сопротивления судна при движении в крупнобитых льдах и обломках ледяных полей и его применение для оценки различных способов проводки крупнотоннажных судов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.01, кандидат наук Добродеев, Алексей Алексеевич

• Добродеев, Алексей Алексеевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Добродеев, Алексей Алексеевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ПРЕДЫДУЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Обзор предыдущих работ по исследованию ледовой ходкости судов

1.1.1. Основные определения, связанные с ледовой ходкостью судна

1.1.2. Общие принципы оценки ледового сопротивления судна

1.1.3. Обзор методов расчета сопротивления сплошного льда движению судна

1.1.4. Обзор методов расчета сопротивления битого льда движению судна

сплошных льдах

1.2.1. Оценка возможности проводки крупнотоннажного судна одним ледоколом

1.2.2 Проводка крупнотоннажного судна двумя ледоколами

1.2.3 Проводка крупнотоннажных судов в условиях сжатия льда

1.2.4 Разработка новых форм корупса для улучшения ледовых качеств крупнотоннажных судов

1.2.5. Буксируемые и толкаемые системы

1.2.6. Инновационные технические средства для прокладки широкого канала во льдах

1.3. Формулирование цели исследований

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ЛЕДОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ДВИЖЕНИИ СУДНА В КРУПНОБИТЫХ ЛЬДАХ И ОБЛОМКАХ ЛЕДЯНЫХ ПОЛЕЙ

2.1. Обзор работ зарубежных специалистов по описанию процессов взаимодействия судна с крупнобитым льдом

2.2. Описание физической картины движения судна в крупнобитом льду и обломках ледяных полей

2.3. Математическая модель движения судна в крупнобитом льду и обломках

ледяных полей

2.4. Верификация метода расчета данными модельных испытаний

2.5. Оценка эффективности проводки крупнотоннажного судна двумя ледоколами

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ЛЕДОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КУРПНОТОННАЖНОГО СУДНА, ДВИГАЮЩЕГОСЯ ПОД ПРОВОДКОЙ ОДНОГО ЛЕДОКОЛА ПО ИЗВИЛИСТОМУ КАНАЛУ

3.1. Разработка математической модели прокладки ледоколом извилистого канала

3.2. Разработка метода расчета ледового сопротивления при движении крупнотоннажного судна по извилистому каналу

3.3. Оценка выбросов углекислого газа крупнотоннажным судном при движении под проводкой ледокола

3.3.1. Расчет эксплуатационного индекса энергоэффективности ЕЕ01

транспортного судна

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ШИРОКОГО КАНАЛА ВО ЛЬДАХ ДЛЯ ПРОВОДКИ КРУПНОТОННАЖНЫХ СУДОВ

4.1. Разработка метода расчета ледового сопротивления многокорпусного ледокола в сплошных льдах

4.2. Результаты модельных экспериментов по исследованию ледовой ходкости многокорпусного ледокола

4.3. Разработка толкаемой и буксируемой систем для создания широкого канала. Анализ результатов испытаний буксируемой системы

4.4. Оценка эффективности прокладки широкого канала

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода расчета ледового сопротивления судна при движении в крупнобитых льдах и обломках ледяных полей и его применение для оценки различных способов проводки крупнотоннажных судов»

ВВЕДЕНИЕ

Создание эффективных транспортных систем, использование которых позволило бы обеспечить безопасный и бесперебойный вывоз добытых углеводородов из районов Арктического бассейна, является одной из основных задач, направленных на развитие мирового судостроения. Определяющим фактором при создании таких систем по данным теоретических и экспериментальных исследований является увеличение дедвейта транспортных судов, осуществляющих грузоперевозки. Это приводит к необходимости проектирования и создания крупнотоннажных судов активного ледового плавания. Рост дедвейта таких судов означает необходимость увеличения их главных размерений и, в первую очередь, длины и ширины корпуса.

Современные ледоколы, которые должны обеспечивать безопасность плавания транспортных судов во льдах и осуществлять их проводку, имеют ширину корпуса в 1,5-2 раза меньше, чем ширина корпуса крупнотоннажных судов. В результате использование традиционных способов прокладки ледового канала, основанных на лидирующем положении ледокола, становится малоэффективным. Снижение эффективности происходит из-за увеличения потребной мощности крупнотоннажных судов и необходимости обеспечения достаточной прочности их корпусов, т.к. им приходится доламывать кромки ледяного покрова участками бортов, которые являются неоптимальными для этого процесса.

Во всем мире для решения этой проблемы предпринимаются различные мероприятия, направленные на обеспечение эффективного и, одновременно с этим, безопасного движения крупнотоннажных судов во льдах. Одним из технических решений, предложенных в последние годы, являются суда двойного действия, которые должны на режиме движения кормой вперед успешно разрушать ледяной покров значительной толщины. Положительный эффект на снижение ледового сопротивления достигается за счет омывания подводной части корпуса струями гребных винтов, расположенных на полноповоротных винто-рулевых колонках. Однако, неоднократные исследования показали, что в значительной степени этот эффект проявляется на ледоколах, а не транспортных судах, для которых наличие

протяженной цилиндрической вставки не позволяет струям гребных винтов очистить корпус ото льда. В этом случае приходится применять мощную энергетическую установку, увеличивать прочность корпуса, а дополнительно к этим мероприятиям, необходимо также обеспечивать безопасность и работоспособность движительно-рулевого комплекса.

Другим техническим решением сложившейся проблемы является разработка новых тактических приемов плавания крупнотоннажных судов. Наиболее эффективным и безопасным способом проводки может служить использование двух ледоколов для создания широкого ледового канала. В этом случае крупнотоннажное судно будет двигаться в условиях крупнобитого льда. В связи с этим создание метода определения ледового сопротивления крупнобитого льда и обломков ледовых полей движению судна актуально как в научном, так и в практическом плане при создании морских транспортных систем, проектировании форм корпусов судов ледового плавания и выполнении расчетных исследований ледовых качеств крупнотоннажных судов и ледоколов.

Еще одним вариантом, позволяющим обеспечить экономически выгодную эксплуатацию крупнотоннажных судов в арктической транспортной системе, является создание технических средств, способных прокладывать широкий ледовый канал. Одной из последних разработок является предложенный финскими специалистами из фирмы Aker Arctic ледокол с ассиметричным корпусом и несколькими винто-рулевыми колонками. Однако, ходовые испытания показали, что эксплуатация ледокола на режиме косого хода в толстых льдах малоэффективна [73], поэтому рассматривать его в качестве основного решения проблемы в прокладке широких ледовых каналов нельзя. Таким образом, являются актуальной разработка новых технических решений, позволяющих создавать широкий канал для безопасной проводки крупнотоннажных судов при движении в относительно сложных ледовых условиях.

Целью настоящей работы является разработка метода расчета ледового сопротивления судна при движении в крупнобитых льдах и обломках ледяных полей и его применение для оценки различных способов проводки

крупнотоннажных судов во льдах. Предложенный метод расчета ледового сопротивления позволяет оптимизировать формы корпусов транспортных судов и обеспечивает создание эффективных морских транспортных систем.

Достижение поставленной цели исследования обусловило необходимость постановки и решения следующих задач:

1. Анализ предыдущих работ по исследованию ледовой ходкости судов и способам их проводки в сплошных льдах;

2. Разработка метода расчета ледового сопротивления судна при движении в крупнобитых льдах и обломках ледяных полей, и оценка эффективности проводки крупнотоннажного судна двумя ледоколами;

3. Верификация метода определения ледового сопротивления судна при движении в крупнобитых льдах и обломках ледяных полей на основе экспериментальных исследований в ледовом бассейне;

4. Создание метода расчета ледового сопротивления крупнотоннажного судна при движении по извилистому каналу для оценки предложенного способа проводки одним ледоколом и создание математической модели прокладки ледоколом извилистого канала;

5. Разработка метода расчета ледового сопротивления многокорпусного ледокола как нового инновационного технического средства, предназначенного для прокладки широких каналов во льдах;

6. Разработка технических решений по созданию несамоходных буксируемой и толкаемой систем, предназначенных для прокладки широкого канала в ледовых условиях;

7. Оценка эффективности прокладки широкого канала во льдах, включающая в себя исследования объемов выбросов углекислого газа при использовании различных типов проводки крупнотоннажных судов.

Объектом исследования является деятельность, связанная с созданием морских транспортных систем, использующих арктические суда ледового плавания высокой грузоподъемности. Предметом исследования выступают новые

технические решения - буксируемая и толкаемая системы для создания широкого канала во льдах, а также следующие методы:

- расчета ледового сопротивления судна при движении в условиях крупнобитого льда и обломков ледяных полей;

- расчета ледового сопротивления при движении крупнотоннажного судна по извилистому каналу;

- расчета ледового сопротивления многокорпусного ледокола в сплошных льдах.

Методы исследования. В диссертации использованы аналитические методы расчета ледового сопротивления судов, методы гидродинамики, численные методы вычислительной математики. Сопоставление и обобщение результатов исследований производились с привлечением данных литературных источников, модельных и натурных экспериментов.

Научная новизна исследования состоит в разработке:

1. Метода расчета ледового сопротивления судна при движении в крупнобитых льдах и обломках ледяных полей;

2. Математической модели прокладки ледоколом извилистого канала;

3. Метода расчета ледового сопротивления при движении крупнотоннажного судна по извилистому каналу;

4. Экспериментально-теоретических методов оценки возможности создания широкого канала во льдах для проводки крупнотоннажных судов;

5. Метода расчета ледового сопротивления многокорпусного ледокола в сплошных льдах;

6. Технических решений - буксируемой и толкаемой систем для создания широкого канала во льдах.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается корректностью математических выкладок при разработке метода расчета ледового сопротивления в крупнобитом льду, обоснованностью используемых допущений, результатами экспериментальной проверки разработанных методов в ледовом опытовом бассейне.

Практическая значимость работы в части создания метода расчета ледового сопротивления в крупнобитых льдах и обломках ледяных полей заключается в возможности методического обеспечения создания современных морских транспортных систем и инновационных способов проводки крупнотоннажных судов во льдах, а также оптимизации форм корпусов судов на ранней стадии проектирования.

Метод расчёта ледового сопротивления многокорпусного ледокола позволяет уже на ранней стадии проектирования достаточно объективно определять его главные размерения, форму обводов, расстояние между корпусами, что дает возможность оптимизировать форму корпуса и повысить качество проектирования инновационного ледокола за счет снижения его потребной мощности и уменьшения ледового сопротивления.

Предложенные технические решения, буксируемая (патент №2508224) и толкаемая (патент №2549738) ледокольные приставки увеличивают ширины ледовых каналов для обеспечения безопасной проводки крупнотоннажных судов во льдах. Они предназначены для эксплуатации преимущественно на внутренних водных путях и при каботажном плавании. Предложенные системы позволяют снизить затраты мощности ледокола при движении во льдах и прокладке им широкого ледового канала, что обеспечивает эффективную, безопасную и дешевую проводку крупнотоннажного судна.

Результаты работы применяются различными подразделениями ФГУП «Крыловский государственный научный центр» при выполнении контрактных работ, как для отечественных, так и для зарубежных заказчиков.

Основные положения и результаты диссертации были изложены и обсуждены на 18 конференциях, в числе которых 8 являются международными.

По теме диссертации опубликовано 26 научно-технических работ, из них 7 без соавторов. В изданиях из перечня ВАК опубликовано 9 работ, из них 2 без соавторов. Патенты на изобретение: № 2508224 «Буксируемое устройство для разрушения ледового покрова при формировании судоходного канала во льдах»,

№ 2549738 «Толкаемая буксиром-толкачом ледокольная приставка для создания судоходного канала во льдах», № 2585393 «Ледокольное судно».

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, содержит 1 14 страниц основного текста (включая 5 таблиц и 53 рисунка), 2 страницы оглавления, список литературы, включающий 77 наименований.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

1. Метод расчета ледового сопротивления судна при движении в крупнобитых льдах и обломках ледяных полей;

2. Метод расчета ледового сопротивления при движении крупнотоннажного судна по извилистому каналу, предназначенный для оценки эффективности предложенного способа проводки одним ледоколом;

3. Новые технические решения по созданию толкаемой и буксируемой несамоходных систем, предназначенных для расширения ледового канала при проводке крупнотоннажных судов;

4. Метод расчета ледового сопротивления инновационного многокорпусного ледокола при движении в условиях сплошного ровного ледяного покрова.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ПРЕДЫДУЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. Обзор предыдущих работ по исследованию ледовой ходкости судов 1.1.1. Основные определения, связанные с ледовой ходкостью судна

Исследования и освоение Арктики всегда были связаны с использованием судов. До сих пор ледоколы и суда ледового плавания являются единственными техническими средствами способными решать самые разнообразные задачи в арктических морях. Взаимное влияние освоения Арктики и развития судостроения началось еще в средние века и уже в настоящее время привело к тому, что появляются принципиально новые образцы морской техники. В работе [51] предложена периодизация основных этапов развития судостроения, среди которых стоит выделить рубеж XIX и XX веков, когда основной идеей являлось научное освоение Арктики. Огромным достижением стал результат усилий специалистов по физике льда и судостроителей, которые в 1955 году создали в Арктическом Институте первый в мире ледовый бассейн, поспособствовавший бурному развитию теоретических расчетных методов [44] и экспериментальных подходов к оптимизации формы корпуса, а также созданию научных основ для проектирования новых поколений ледоколов и судов ледового плавания. Первые достижения были сделаны в изучении ледовой ходкости судов.

Ледовая ходкость является одной из важнейших характеристик ледовых качеств судна, к которым также относятся ледовая управляемость, ледовая остойчивость, а также ледовая прочность. В комплексе указанные характеристики определяют возможность эксплуатации судна в ледовых условиях. При этом одна часть ледовых качеств, к примеру, таких как ледовая прочность, находится под надзором классификационных сообществ, включая Российский морской регистр судоходства (РС), который входит в Международную ассоциацию классификационных сообществ (МАКО). Другая же часть рассматривается в ходе формирования нормативных требований к тем или иным характеристикам судна.

Ледовой ходкостью называется возможность судна преодолевать ледяной покров определенной толщины с определенной скоростью, которая задается

мощностью главных механизмов [47]. Составляющими этого понятия являются ледовое сопротивление судна и характеристики его пропульсивного комплекса. Ледопроходимость, максимальная толщина льда, которую способно преодолевать ледовое судно на устойчивой скорости при затратах 100% мощности главной энергетической установки (ГЭУ), является основной характеристикой ледовой ходкости. Минимальной скоростью для непрерывного движения судна в ровном сплошном ледяном покрове считается скорость в диапазоне от 1,5 до 3 узлов в зависимости от назначения судна. Пример кривой ледопроходимости показан на рисунке 1.1.1 [47].

Рисунок 1.1.1. Типичный вид кривой ледопроходимости

У0 - скорость судна на чистой воде; Умин - минимальная устойчивая скорость движения судна во льдах; Ьпред - предельная толщина ровного льда, преодолеваемого судном непрерывным ходом (предельная ледопроходимость); И - предельная толщина льда,

преодолеваемого судном при движении набегами. Участок 1 на графике - судно движется непрерывным ходом в

сплошных льдах;

Участок 2 на графике - судно может двигаться непрерывным ходом с небольшой скоростью, либо работать набегами; Участок 3 на графике - судно может двигаться, работая только

набегами.

Для ее построения необходимо иметь данные по ледовому сопротивлению судна, а также тяговые характеристики для заданного уровня мощности. Определение ледового сопротивления выполняется для различных толщин ледяного покрова, после чего полученные данные, а также кривая тяговой характеристики, наносятся на общий график в зависимости от скорости движения судна. По полученным точкам пересечения кривых определяется ледопроходимость судна.

Работа движителей при взаимодействии обломков льда с гребными винтами характеризуется увеличением крутящего момента, а, следовательно, снижением частоты его вращения. Также изменяется характер обтекания движительного комплекса за счет обломков льда, покрывающих подводную часть корпуса судна. Вышеуказанные факторы оказывают влияние на снижение тяговых характеристик судна.

Термин ледовая управляемость означает способность судна маневрировать и выполнять разворот при плавании в ледовых условиях [47]. Важной характеристикой при обеспечении безопасности плавания во льдах выступают маневренные качества судна. Для ледоколов основными операциями являются проводка крупнотоннажных судов, их околка, а также других ледоколов, в случае застревания, мероприятия в рамках ледового менеджмента. Таким образом, вопросы обеспечения маневренных качеств ледоколов и ледокольных судов необходимо тщательным образом исследовать еще на стадии проектирования. Ранее исследования маневренности выполнялись лишь в натурных условиях, однако, развитие экспериментальной базы, а также теоретические исследования, позволили решать некоторые вопросы уже на стадии проектирования. В данной работе приведены результаты исследований ледового сопротивления крупнотоннажного судна при его проходе по каналу, проложенному вследствие движения ледокола по криволинейной траектории. Для описания движения ледокола была разработана математическая модель прокладки извилистого канала. Результаты работы в этом направлении представлены в Разделе 3.

Ледовая остойчивость - это способность судна сохранять остойчивость при взаимодействии со льдом [47]. Исследования данного параметра приобретает особую важность для небольших по размерам судов ледового плавания, в частности тех, которые используются на внутренних водных путях. Причиной является то, что при нехватке тяги для разрушения ледяного покрова такие суда вползают на лед, создавая необходимое для разрушения усилие на лед в вертикальном направлении. Таким образом, метацентрическая высота ледовых судов должна быть больше по сравнению с другими. Это также касается и крупных ледоколов, которым достаточно часто приходится работать набегами при преодолении серьезных торосов.

Ледовая прочность характеризует способность судна плавать во льдах не получая значительных повреждений корпуса [47]. Основными характеристиками судна, определяющими прочность корпуса, являются форма обводов, главные размерения, конструктивные особенности, используемые материалы, скорость движения. Влияние оказывают также и параметры льда, такие как толщина и прочность на изгиб и смятие [31]. Оценка напряжений происходит от значений ледовой нагрузки. К примеру, особенности эксплуатации в условиях битого ледяного покрова, а также разрушение корпусом ровного льда учитываются при оценке нагрузки на носовую оконечность, в то время как нагрузка на среднюю часть корпуса представляется максимальной при попадании судна в условия сжатий.

1.1.2. Общие принципы оценки ледового сопротивления судна

Разработка методов расчета ледовой ходкости осложняется огромным многообразием факторов, влияющих на ледовое сопротивление. Эти факторы обусловлены изменением толщины ледяного покрова, его сплоченности, торосистости, разрушенности, заснеженности, физико-механических свойств при движении судна во льдах. Таким образом, оценка ледового сопротивления на стадии проектирования производится для заданных ледовых условий. Долгое время для удобства оценки характеристик ледовой ходкости были приняты

эталонные ледовые условия, которыми считался сплошной ровный лед, не имеющий на своей поверхности снежного покрова. Однако со временем развитие экспериментальной базы и многочисленные теоретические исследования позволили включить в список эталонных условий мелкобитый лед различной сплоченности, торосистые образования, различные типы ледяных каналов. В данной работе сделан еще один шаг к расширению этого списка, заключающейся в разработке методов расчета ледового сопротивления при движении судна в крупнобитых льдах и обломках ледяных полей. Ранее для этого использовалась эмпирическая зависимость [30], позволяющая проводить лишь приближенную оценку ледового сопротивления судна от воздействия крупнобитого льда. Описание нового метода расчета представлено в Разделе 2.

Для оценки ледового сопротивления судна при движении в ровных льдах условно можно выделить несколько направлений. Основным и наиболее информативным является модельный эксперимент в ледовом опытовом бассейне. В настоящее время накоплен огромный опыт в области модельных исследований судов, который сказался на значительном усовершенствовании экспериментальной базы таких стран как Российская Федерация (ФГУП «Крыловский государственный научный центр»), Германия («HSVA»), Финляндия («Aker Arctic»). Однако, сложность моделирования идентичных физико-механических свойств ледяного покрова при проведении комплекса испытаний исследуемого объекта, создает необходимость в использовании теоретических моделей обработки результатов эксперимента для их приведения к единому значению с целью дальнейшего сравнения.

Другим направлением в оценке ледового сопротивления является использование эмпирических зависимостей, которые являются результатом модельных экспериментов и натурных испытаний. Такие формулы удобно использовать на начальных стадиях проектирования судна с целью оценки его будущей ледопроходимости.

Наиболее точно физический процесс взаимодействия корпуса судна со сплошным ледяным покровом можно описать, используя аналитический метод

расчета. С его помощью представляется возможным описать процессы, происходящие при движении судна во льду с учетом критериев его разрушения, и форму поверхности корпуса в районе взаимодействия с ледяным покровом.

Однако, для практического использования наибольшую популярность приобрели полуэмпирические методы определения сопротивления сплошного льда движению судна, которые позволяют нивелировать влияние от отсутствия необходимой информации для построения сложной аналитической теории.

Оценка сопротивления судна при движении в битых льдах является не менее важным направлением в области создания методов расчета ледового сопротивления, т.к. такой режим плавания является довольно распространенным. При этом стоит отметить, что в условиях битого льда могут эксплуатироваться не только ледоколы, но все суда, имеющие ледовые усиления корпуса. Важнейшими параметрами битого льда, которые необходимо учитывать при создании методов расчета, являются характерный размер обломков льда и их сплоченность.

1.1.3. Обзор методов расчета сопротивления сплошного льда движению судна

Основным достижением ХХ века в создании методов расчета ледового сопротивления стали результаты исследований Ю.А. Шиманского, заключающиеся в представлении полного ледового сопротивления как суммы отдельных его составляющих, каждая из которых описывала бы основные показатели взаимодействия сплошного ледяного покрова с корпусом судна. Разделение полного ледового сопротивления на составляющие, отражающие разрушение ледяного покрова, притапливание и раздвигание образующихся обломков, стало основой для большинства разработанных в будущем методик расчета.

Разработкой методов расчета ледового сопротивления занимались также Л.М. Ногид [35], М.К. Таршис [61], М.С. Яковлев [62], В.И. Каштелян [30], Ю.Н. Алексеев и К.Е. Сазонов [1], Б.П. Ионов [29] ряд зарубежных специалистов, среди которых Е. Энквист [67], Х. Доргелох [66], Д.Картер [63], Г. Линдквист [68], а также многие другие. Основные параметры, влияющие на ледовое сопротивление

судна, стали известны еще одним из первых специалистов, начавших работу в этом направлении. В дальнейшем как российские, так и зарубежные исследователи стремились уже трансформировать имеющиеся знания в формулу расчета, которая была полезна в работе с различными формами корпусов судов ледового плавания.

В.И. Каштелян [31] предложил методику расчета, основанную на двухрядном разрушении ледяного покрова с пятиконтактоной схемой взаимодействия корпуса судна со льдом. В своей методике он использовал предложенные Ю.А. Шиманским [26] коэффициенты ледокольности и ледорезности, характеризующие форму корпуса по конструктивной ватерлинии в интегральном виде. Предложенную им формулу (1.1.1) можно использовать для расчета величины тяги винтов ледокола, которая затрачивается на преодоление ровного ледяного покрова определенной толщины и прочности с заданной скоростью хода в диапазоне от 1 до 5 узлов, а также для определения толщины ровного ледяного покрова в которой может двигаться ледокол при заданных параметрах тяги винтов и скорости хода.

^ = 0,004БаькМо + 3,6у1Бк 2у0 + 0,25В165 — + Я№ (1.1.1)

П 2

где - полное ледовое сопротивление судна в сплошных льдах, т; -сопротивление воды движению судна, т; И - толщина льда, м; оь - предел прочности льда на изгиб, т/м2; - удельный вес льда, т/м3; Б - ширина судна, м; - скорость судна, м/с; ¡и0 и П2 - коэффициенты Шиманского, характеризующие

форму корпуса судна.

Коэффициенты, входящие в формулу (1.1.1), были получены автором метода путем проведения модельных экспериментов ледокола «Ермак» в ледовом опытовом бассейне. Полученное выражение успешно использовалось при оценке ледопроходимости ледоколов до тех пор, пока развитие в области проектирования ледокольных судов не оказало существенного влияния на формы корпусов, расчеты ледопроходимости для которых по формуле Каштеляна стали давать существенные погрешности. В первую очередь, на основании той же схемы, предложенной Ю.А. Шиманским, была разработана зависимость для определения

полного ледового сопротивления транспортных судов активного ледового плавания при движении в сплошных льдах под авторством Д.Д. Максутова [34]. Коэффициенты, входящие в формулу (1.1.2), были получены автором метода путем обработки модельных и натурных испытаний судов типа д/э «Лена» и д/э «Амгуема», а также модели гидрографического судна, предназначенного для эксплуатации в условиях Арктики.

1

1

Яг = 0,2БаьИ — + 1,68БУ„Н— + Я№

I ' Ь 5 5 Ж

(1.1.2)

Я, =(Яе + Яь )-

1 +1.4 •

0.5аьк2

^Ф + /с

Я =

СОБф СОБЩ

+ Я.

1 + 9.4--¡5=

1 - Л

Б1П ф СОБЩ

Яь = 0.003<г ЬБ

гк15 Л

т

/а СОБФ

Б1п а СОБ у

1 +

1

СОБЩ

(1.1.3)

Я = Р - Р; ) фБ - +

+ Л

0.7 Ь

Б

г%Ф 4г%а

Б + 2Т

+ Т СОБфСОБЩ

1

11

+

• 2 ' , 2 Б1п ф tg а

В формуле (1.1.3) Л - коэффициент трения льда об обшивку корпуса судна; Ф - угол наклона форштевня; у - угол между нормалью к поверхности и

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Добродеев, Алексей Алексеевич, 2016 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев Ю.Н., Сазонов К.Е., Шахаева Л.М. Оценка составляющей полного ледового сопротивления, зависящей от разрушения льда // Вопросы судостроения. Серия: Проектирование судов, № 32, 1982. С. 69-73.

2. Апполонов Е.М., Добродеев А.А., Клементьева Н.Ю., Сазонов К.Е., Тимофеев О.Я. Инновационные решения в области создания широких каналов для проводки крупнотоннажных судов во льдах // Тезисы докладов III Международной конференции по развитию портов и судоходства ТРАНСТЕК. Санкт-Петербург. 2012. С. 21-24.

3. Апполонов Е.М., Добродеев А.А., Клементьева Н.Ю., Сазонов К.Е., Тимофеев О.Я. Некоторые результаты экспериментальных исследований новых технических средств для создания широкого канала для безопасного прохода крупнотоннажных судов // Сибирский журнал чистой и прикладной математики, т.12, № 4, 2012. С. 38.

4. Апполонов Е.М., Сазонов К.Е., Бокатова Е.А. Оценка вероятности заклинивания крупнотоннажных судов при ледовых сжатиях // Тезисы докладов III Международной конференции по развитию портов и судоходства ТРАНСТЕК. Санкт-Петербург. 2012. С. 25-28.

5. Апполонов Е.М., Сазонов К.Е., Бокатова Е.А. О вероятности заклинивания судов при сжатии //Мир транспорта, т.10, № 4, 2012. С. 4-9.

6. Апполонов Е.М., Сазонов К.Е., Тимофеев О.Я., Безопасность эксплуатации крупнотоннажных судов в арктической транспортной системе // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, Проблемы кораблестроения и океанотехники, №21(80), 2010. С. 149153.

7. Бицуля А.В., Сазонов К.Е. Разработка расчетных формул для определения минимальной мощности главных механизмов судов ледового плавания // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, № 34, 2007. С. 22-42.

8. Бронников А.В. Исследование сопротивления транспортного судна при движении в битых льдах // Труды ЛКИ, № 27, 1959.

9. Бушуев А.В., Волков Н.А., Лощилов В.С. Атлас ледовых образований. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 140 с.

10. Гольдштейн Р.В., Осипенко Н.М. Механика разрушения и некоторые вопросы разрушения льда. В кн.: Механика и физика льда. М.: Наука, 1983. С. 65-94.

11. Гребенюк С.Я., Добродеев А.А., Клубничкин А.М., Усачева А.В. Экспериментальные исследования формы «ледового бульба» // Тезисы докладов Всероссийской конференции «Полярная механика». Санкт-Петербург. ФГУП «Крыловский государственный научный центр». 2014. С. 20-21.

12. Дехтярук Ю.Д. Анализ инвестиционных затрат на обустройство морских месторождений углеводородов в Арктике //Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, № 38(322), 2008. С.133-139.

13. Дехтярук Ю.Д., Добродеев А.А., Сазонов К.Е. Некоторые вопросы создания морских транспортных систем для вывоза углеводородов из Арктики // Арктика: Экология и экономика, №2(10), 2013. С. 84-91.

14. Добродеев А.А. Буксируемое устройство для создания широкого канала во льдах при проводке крупнотоннажных судов // Избранные доклады Сахалинской региональной научно-технической конференции Мореходство и морские науки. Южно - Сахалинск. 2013. С. 203-216.

15. Добродеев А.А. Влияние способа проводки крупнотоннажного судна во льдах на предъявляемые к нему требования // Доклады научно-технической конференции «XLIV Крыловские чтения». ФГУП «ЦНИИ им.акад. А.Н. Крылова». Санкт-Петербург. 2011. С. 123-125.

16. Добродеев А.А. Натурные исследования разворота ледокола «Вайгач» методом «Звезда» // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, № 63(347), 2011. С. 69-72.

17. Добродеев А.А. Новые методы оценки различных способов проводки крупнотоннажных судов во льдах // Сборник докладов международной научной конференции «Полярная механика». Владивосток. 2016. 12 с.

18. Добродеев А.А. Особенности танкерной проводки в ледовых условиях // Сборник 1-ой Межвузовской научно-практической конференции студентов,

аспирантов и молодых специалистов «Балтийский экватор». СПбГМТУ. Санкт-Петербург. 2010. С 186-189.

19. Добродеев А.А. Оценка возможности проводки крупнотоннажных судов двумя ледоколами // Сборник материалов V студенческой научно-учебной конференции «Моделирование явлений в технических и гуманитарных науках». СПбГМТУ. Санкт-Петербург. 2010.

20. Добродеев А.А. Объемы выбросов углекислого газа судами ледового класса при использовании различных типов их проводки во льдах // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, № 92(376), 2016. С. 109-118.

21. Добродеев А.А., Кильдеев Р.И., Клементьева Н.Ю., Сазонов К.Е., Тимофеев О.Я. Буксируемое устройство для разрушения ледового покрова при формировании судоходного канала во льдах. Патент на изобретение № 2508224 Российская Федерация, Опуб. 27.02.2014. Бюл. №6.

22. Добродеев А.А., Клементьева Н.Ю., Сазонов К.Е., Современные подходы к обеспечению навигации крупнотоннажных судов во льдах // Транспорт Российской Федерации, № 4(59), 2015. С. 29-32.

23. Добродеев А.А., Клементьева Н.Ю., Сазонов К.Е., Тимофеев О.Я. Новые технические средства для проводки крупнотоннажных судов во льдах // Труды 12-й Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ RAO/CIS OFFSHORE. Санкт-Петербург. 2015.

24. Добродеев А.А., Сазонов К.Е., Тимофеев О.Я. Анализ различных типов проводки крупнотоннажных судов, основанных на создании широких ледовых каналов // Сборник трудов Третьей международной научно-практической конференции «Имитационное и комплексное моделирование морской техники и морских транспортных систем». Санкт-Петербург. 2015. С. 65-69.

25. Дремлюг В.В., Лактионов А.Ф. Анализ скорости движения судов во льдах арктических морей //«Проблемы Арктики», №1, 1944.

26. Дубровин О.В. Определение сопротивления пи движении в битых льдах в канале на основании модельных испытаний // Труды ЛКИ, № 2, 1966.

27. Евгенов Н.Н. Альбом ледовых образований на морях // Гидрометеоиздат, 1955.

28. Ерофеева Е.В. Инновационные мероприятия по повышению энергетической эффективности водного транспорта России // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова, № 1(17), 2013. С. 37-45.

29. Ионов Б.П. Ледовое сопротивление и его составляющие. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 80 с.

30. Каштелян В.И., Позняк И.И., Рывлин А.Я. Сопротивление льда движению судна. Л.: Судостроение, 1968. 238 с.

31. Каштелян В.И., Рывлин А.Я., Фадеев О.В., Ягодкин В.Я. Ледоколы. Л.: Судостроение, 1972. 287с.

32. Костюков А.Л., Назаров В.С. Буксировочные испытания моделей ледоколов «Ермак» и «Разведчик» // Труды одесского института инженеров водного транспорта, № 67, 1941.

33. Лопашев К.А. Анализ эффективности применения приставок для расширения ледового канала. Дипломная работа. Санкт-Петербургский морской технический университет, Санкт-Петербург, 2014. 71с.

34. Максутов Д.Д. Сопротивление льда движению транспортных судов // Труды ААНИИ, т.376, 1981. С. 26-34.

35. Ногид Л.М. Моделирование движения судна в сплошном ледяном поле и битых льдах // Сб. науч. тр. ЛКИ, № 28, 1959. С. 179-185.

36. Опыт оценки проходимости льдов на трассе Северного морского пути за навигацию 1933-1935гг // «Проблемы Арктики», №1, 1937.

37. Орлов О.П., Пашин В.М., Сазонов К.Е., Тумашик А.П. Судно ледового плавания. Патент №2304543. Опуб. 20.08.2007. Бюл. № 23.

38. Пашин В.М., Апполонов Е.М., Сазонов К.Е. Новый ледокол для проводки крупнотоннажных судов. В чем преимущества? // Морской флот, №1, 2012. 50 с.

39. Пустошный А.В. Проблемы ходкости транспортных судов. СПб.: ФГУП «Крыловский государственный научный центр», 2015. 142 с.

40. Пустошный А.В. Energy efficiency design index - новая реальность от IMO // Судостроение, № 1, 2012. С. 11-17.

41. Рывлин А.Я. Метод определения ледопроходимости судна в битых льдах, Автореферат диссертации, ААНИИ, 1963.

42. Рывлин А.Я., Хейсин Д.Е., Испытания судов во льдах. Л.: Судостроение, 1980, 208с.

43. Сазонов К.Е. История развития методов расчета ледового сопротивления судна // Морской вестник, №3, 2009. С.83-89.

44. Сазонов К.Е. Ледовая управляемость судов. СПб: ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова», 2006. 251 с.

45. Сазонов К.Е. Проводка крупнотоннажных судов ледоколами в условиях сжатия льда // Морской вестник, № 4(20), 2006. С. 83-85.

46. Сазонов К.Е. Танкер и ледокол: сложение сил // Мир транспорта, №4, 2007. С. 50-59.

47. Сазонов К.Е. Теоретические основы плавания судов во льдах. СПб: ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, 2010. 278 с.

48. Сазонов К.Е. Управление ледовой обстановкой с помощью ледокола // Мир транспорта, № 3, 2009. С.38-45.

49. Сазонов К.Е., Апполонов Е.М., Тимофеев О.Я., Добродеев А.А., Клементьева Н.Ю., Дехтярук Ю.Д., Шапошников В.М., Кудрин М.А., Маслич Е.А. Создание современных технологий безопасной проводки крупнотоннажных судов в ледовых условиях на основе разработки инновационных технических средств для разрушения льда // Сборник работ лауреатов международного конкурса научных, научно-технических и инновационных разработок, направленных на развитие и освоение Арктики и континентального шельфа. ООО «Технологии развития». Москва. 2014. С.64-69.

50. Сазонов К.Е., Бокатова Е.А. Расчет скорости движения судна по ледяному каналу в условиях сжатия при частичном взаимодействии бортов с его кромками // Труды ЦНИИ им.акад. А.Н.Крылова, № 66(350), 2012. С. 43-46.

51. Сазонов К.Е., Добродеев А.А. Взаимосвязь развития судостроения и освоения Арктики // Труды международной научной конференции «Арктика: история и современность», 2016. С.241-250.

52. Сазонов К.Е., Добродеев А.А. Исследование прочности льда на изгиб в северовосточной части Каспийского моря // Журнал «Проблемы Арктики и Антарктики», № 3(101), 2014. С. 62-68.

53. Сазонов К.Е., Добродеев А.А. Метод расчета ледового сопротивления судна при его движении в крупнобитых льдах и обломках ледяных полей // Труды ЦНИИ им.акад. А.Н.Крылова, вып. 63(347), 2011. С. 73-80.

54. Сазонов К.Е., Добродеев А.А. Механика движения судна в крупнобитых льдах и обломках ледяных полей // Сибирский журнал чистой и прикладной математики, т.12, № 4, 2012. С. 53-58.

55. Сазонов К.Е., Добродеев А.А. Оценка возможности использования двух ледоколов для проводки крупнотоннажных судов // Избр. доклады III Сахалинской региональной научно-технической конференции Мореходство и морские науки. Южно - Сахалинск. 2011. С. 109-113.

56. Сазонов К.Е., Добродеев А.А. Средства прокладки судоходных каналов во льдах // Мир транспорта, № 1(50), 2014. С.42-47.

57. Сазонов К.Е, Добродеев А.А. Толкаемая буксиром-толкачом ледокольная приставка для создания судоходного канала во льдах. Патент на изобретение № 2549738, Российская Федерация, Опуб. 27.04.2015. Бюл. №12.

58. Сазонов К.Е, Добродеев А.А., Клементьева Н.Ю. Ледокольное судно. Патент на изобретение № 2585393, Российская Федерация, Опуб. 27.05.2016. Бюл. №15.

59. Сазонов К.Е., Добродеев А.А., Клементьева Н.Ю., Дмитриев Д.С. Исследование управляемости 4-хкорпусного ледокола // Доклады научно-технической конференции «XLV Крыловские чтения». ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Санкт-Петербург. 2013. С. 104-108.

60. Смирнов А.А., Головинский С.А. Перспективы развития Северного морского пути (к 55-летию атомный ледокольного флота) // Арктика: экология и экономика, № 4(16), 2014. С. 108-113.

61. Таршис М.К. Ледовое сопротивление судов // Сборник научных трудов, Мурманск, высшее мореходное училище, № 1, 1957. с. 88-99.

62. Яковлев М.С. Методика определения ледопроходимости речных судов // Сборник научных трудов Горьковского политехнического института, Т.17, № 1, 1961. 24 с.

63. Carter D., 1983. Ship Resistance to Continuous Motion in Level Ice // Transportation Development Center, Transport Canada, Montreal, Canada, Report Number TP3679E.

64. Danielewicz, B.W., Metge, M., Dunwoody, A.B., On estimating large scale ice forces from deceleration of ice floes // Proceedings of the International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, POAC Сер. "Proceedings of the 7th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, POAC 1983", 1983. pp. 537-546.

65. Dobrodeev A.A., Sazonov K.E. The estimation of carbonic gas emission by ice-class large-size ships moving in ice using different escorting methods // Proceedings of the International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering - OMAE, Сер. "ASME 2016 35nd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, OMAE 2016", 2016.

66. Dorgeloh H. Einfluss der Vorschiffsform auf sen er forderlichen Schub bei der Fahrt durch Eis // Hansa, Vol. 113, № 10, 1976.

67. Enkvist E. On the ice resistance encountered by ships operating in the continuous mode of icebreaking // The Swedish academy of engineering sciences in Finland, Report № 24. Helsinki. 1972. 181p.

68. Lindqvist G. A Straightforward Method for Calculation of Ice Resistance of Ships // Proceedings of the International Offshore and Polar Engineering Conference Сер. "Proceedings of the 10th International Ocean and Polar Engineering Conference, ISOPE Lulea", 1989. pp. 722-735.

69. Mard А. Еxperimental study of the icebreaking process of an icebreaking trimaran // Proceedings of the International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, POAC Сер. "Proceedings of the 23rd International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, POAC 2015", 2015.

70. Nevel D.E. A semi-infinite plate on an elastic foundation // DTIC document, 1965.

71. Palmer A.C., Goodman D.J., Ashby M.F., Evans A.G., Hutchinson J.W., Ponter A.R.S. Fracture and its role in determining ice forces on offshore structures // Ann. Glaciol. 4, 1983. pp 216-221.

72. Ralston T.D. Plastic limit analysis of ice splitting failure. Proc. 6th POAC, Quebec 1, 1981. pp. 205-215.

73. Sazonov K.E., Dobrodeev A.A. Different technologies for making a wider channel in ice for large-size ships // Proceedings of the International Offshore and Polar Engineering Conference Сер. "Proceedings of the 24th International Ocean and Polar Engineering Conference, ISOPE Busan", 2014, pp. 1171-1176.

74. Sazonov K.E., Dobrodeev A.A. Making a channel in ice for large-size ships using a curvilinear icebreaker path // Proceedings of the International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, POAC Сер. "Proceedings of the 22nd International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, POAC 2013", 2013.

75. Shaposhnikov V.M., Appolonov E.M., Sazonov K.E., Dobrodeev A.A., Klementieva N.Yu., Kudrin M.A., Maslich E.A., Petinov V.O. Studies for development of technologies to make a wide channel in ice // Proceedings of the International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, POAC Сер. "Proceedings of the 22nd International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, POAC 2013", 2013.

76. Sodhi D.S., Chin S.N., Stanley J.M. Indentation and splitting of freshwater ice floes // AMD 163, 1993. pp. 165-175.

77. Timco G.W., Indentation and penetration of edge-loaded freshwater ice sheets in the brittle range // J. Offshore Mech. Arct. Eng. 109 (3), 1987. pp. 287-294.