Управляемость судов во льдах: методы определения ледовых сил, действующих на движущийся по криволинейной траектории корпус, и зависимости показателей поворотливости судов от характеристик корпуса и внешних условий

• Автор: Сазонов, Кирилл Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 285 с. : ил.

Глава 1 Общие сведения о ледовой управляемости судов
§ 1.1 Обзор работ по ледовой управляемости судов
§ 1.2 Анализ результатов натурных исследований управляемости
судов в ледовых условиях
§ 1.3 Цели и задачи работы
Глава 2 Математические модели ледовых сил и момента,
действующих на корпус судна при произвольном криволинейном движении в ледовых
условиях
§ 2.1 Методологические основы построения математических
моделей
§ 2.2 Интегральная модель
§2.3 Дифференциальная модель
§ 2.4 О возможности использования автономных математических
моделей движения судна
§ 2.5 Применение регрессионных зависимостей для описания
ледовых сил и момента
Глава 3 Экспериментальные методы определения ледовых сил и
момента
§3.1 Косвенные методы определения ледовых воздействий на
корпус по данным натурных и модельных экспериментов
§ 3.2 Способ экспериментального определения ледовых сил и
момента, действующих на криволинейно движущуюся модель
в ледовом опытовом бассейне
Глава 4 Движение судна на циркуляции в ледовых условиях
§4.1 Уравнения движения судна
§4.2 Установившееся движение судна

Глава
Глава
Глава
Глава
Глава
§4.3 Закаливаемость ледокола в кромку ледового канала
Теория разворота судна на месте и способом “елочка”
§5.1 Другие способы разворота судна во льдах
§5.2 Разворот способом “елочка”
§ 5.3 Поворот судна на месте
Устойчивость движения судна в ледовых условиях
§6.1 Устойчивость прямолинейного движения судна в сплошных
льдах (линейный подход)
§ 6.2 Устойчивость движения в сплошных ровных льдах
(нелинейный подход)
§ 6.3 Устойчивость движения судов при ударных нагрузках на
корпус
Влияние внешних условий на характеристики
управляемости судов во льдах
§7.1 Влияние ветра на ледовую ходкость и управляемость
§ 7.2 Влияние мелководья и течения
§7.3 Влияние характеристик ледяного покрова
Анализ влияния характеристик корпуса судна на
параметры ледовой управляемости
§8.1 Влияние формы корпуса и главных размерений
§8.2 Влияние типа движительно-рулевого комплекса
Прикладные задачи теории управляемости судов во льдах
§ 9.1 Швартовка судов в ледовых условиях
§ 9.2 Математическая модель движения на циркуляции при
буксировке судов вплотную
Заключение
Приложение
Литература

Одним из важнейших направлений деятельности Российского государства за все время его существования было проведение политики освоения и экономического развития районов Крайнего Севера, Чукотки и Дальнего Востока. В этих областях России сосредоточены огромные запасы леса, пушнины, промышленного сырья, энергетических ресурсов, драгоценных и цветных металлов и т.д. Вовлечение этих материально-сырьевых ресурсов в оборот народного хозяйства является важЕЕой задачей. Особенно актуальной в настоящее время стала разработка нефтегазоносных месторождений, расположенных на шельфе арктических морей. Для эффективного решения этих задач необходимо развитие арктической транспортной системы, приспособленной для эффективного функционирования в сложных гидрометеорологических условиях. Создание таких транспортных систем предусмотрено в недавно разработанной "Концепции развития Северного морского пути (СМП)", которая определяет на период до 2015 г. цели, принципы и основные направления стабилизации и устойчивого развития СМП [59]. В этой концепции подчеркивается, что "СМП - это единственный и экономически реалистичный путь к природным кладовым российского Севера, Сибири и Дальнего Востока".
Главенствующая роль в системе транспортного обеспечения Арктики принадлежит морскому и речному флотам, осуществляющим перевозку грузов по трассе СМП и по впадающим в Северный Ледовитый океан рекам. Костяк арктического морского флота составляют специализированные суда: ледоколы и транспортные суда с различной степенью ледового усиления корпуса. Навигацию на реках проводят речные ледоколы, спроектированные с учетом особенностей их работы на мелководье. Существующий в настоящее время ледокольный флот (морской и речной) позволяет решить такие важные задачи, как круглогодичная навигация в Западном секторе Арктики, выполнение снабженческих рейсов в зимних условиях, продление навигации на реках. Особо следует отметить такие морские операции как достижение Северного полюса ледоколами типа "Арктика" и высокоширотный рейс а/л "Сибирь" с дизель-электроходом "Капитан Мышевский".

Приравнивая это выражение к выражению (2.1.3.), для времени разрушения ледяного выступа получим:
Определение величины вертикальной силы, действующей в начале поворота сектора, можно выполнить с использованием теоретической модели из работы [102]. В данном случае, учитывая приближенный характер аппроксимации зависимости Р=Т(0, упростим модель с целью получения алгебраических уравнений вместо дифференциальных. Примем, что в начале поворота угол разворота сектора равен нулю и пренебрежем размером зоны смятия по сравнению с шириной сектора Ьс- Будем также считать, что точка поворота располагается на отстоянии 0.8Й1 от нижней поверхности сектора в точке ее соприкосновения с неразрушенным ледовым покровом.
Тогда из условия равенства нулю моментов, действующих на сектор, получим:
где: N - нормальное усилие; гы - плечо силы 14;
Р - вес сектора;
РА - архимедова сила сектора;
- вертикальная составляющая силы подпора, определяемая выражением (2.1.4.); Ьс - ширина сектора.
Плечо нормального усилия может быть вычислено по формуле:
(2.1.9.)
(2.1.10.)
(2.1.11.)
где:
(2.1.12.)
Раскрывая выражение (2.1.10.), получим: