Прогнозирование влияния мелководья на сопротивление льда при проектировании формы корпуса речного ледокола

• Автор: Шканов, Игорь Николаевич
• Шифр специальности: 05.08.01, 05.08.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 269 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Условные обозначения

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ХОДКОСТИ РЕЧНЫХ ЛЕДОКОЛОВ НА МЕЛКОВОДЬЕ.

1.1 Характеристики внутренних водных путей по продолжительности

навигации и состоянию фарватера.

1.2 Особенности движения судна на мелкой воде

1.3 Краткий обзор исследований ледопроходимости

1.4 Современные способы оценки сопротивления движению речных ледоколов на глубокой воде и на мелководье в сплошном и битом льду.

1.5 Формы корпусов основных типов отечественных речных ледоколов

1.6 Постановка задачи исследований.

1.7 Резюме.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЛЬДА ДВИЖЕНИЮ ЛЕДОКОЛА В УСЛОВИЯХ МЕЛКОВОДЬЯ.
2.1 Обоснование выбора теоретической модели
2.2 Сопротивление разрушения льда
2.3 Сопротивление битого льда
2.4 Резюме
3. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ СУДНА
В ПОЛЕ БИТОГО ЛЬДА НА МЕЛКОВОДЬЕ.
3.1 Условия моделирования.
3.2 Устройство ледового бассейна
3.3 Модель льда, модели ледоколов и моделирование мелководья.
3.4 Методика эксперимента.
3.5 Описание эксперимента.
3.6 Обработка и анализ результатов испытаний.
3.7 Резюме.
4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛЕДОГ1РОХОДИМОСТИ В УСЛОВИЯХ МЕЛКОВОДЬЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СУДНА
4.1 Полуэмпирическая модель чистого ледового сопротивления ледокола на мелководье
4.2 Проектные характеристики и обводы корпусов речных ледоколов
4.3 Обеспечение ледовой ходкости ледоколов на мелководье.
4.4 Анализ форм корпуса современных речных ледоколов и рекомендации по проектированию
4.5 Резюме
5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА НЕКОТОРЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЧНОГО ЛЕДОКОЛА ПРИ УСЛОВИИ ВЛИЯНИЯ МЕЛКОВОДЬЯ
5.1 Расчет полного ледового сопротивления движению речного ледокола в условиях мелководья
5.2 Определение достижимой скорости судна на мелководье и мощности энергетической установки.
5.3 Резюме
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Начало широкого систематического исследования процессов, происходящих при движении судов во льду в нашей стране, относится к тридцатым годам прошлого столетия. Изучением ледопроходимости морских судов в натурных условиях занимались Я. Я.Гаккель, Г. Е.Ратмаиов, В. В.Давыдов, В. В.Дремлюг, А. Ф.Лактиоиов, Ю. А.Шиманский и другие [ ]. Первые попытки моделирования движения судна во льду были предприняты в - гг. Л.М. Ногидом, А. Л.Костюковым, B. C.Назаровым []. В послевоенные годы наминается интенсивное развитие науки о ледопро-ходимости как в нашей стране, так и за рубежом. Важное место в них получили натурные и модельные испытания судов во льдах. A.Я. Рывлин, М. А.Игнатьев, В. А.Тронин, Ю. А.Сандаков, В. Расторгуев, Г. Н.Сергеев, Б. Н.Свистунов и др. Обзор зарубежных исследований приводится в статьях В. B.А. Лихоманова и др. В году вышла в свет монография Л. Я.Рывлина, Д. Е.Хсйсина “Испытания судов во льдах” [ ], в которой обобщен накопленный опыт организации и проведения различных ледовых испытаний, техники измерения элементов судна и параметров ледовой среды, обработки материалов испытаний и освещены многие другие вопросы, связанные с натурными экспериментами во льдах. Трудоемкость натурных испытаний и невозможность широкого варьирования параметров судна и ледовой среды подтолкнули исследователей к поискам других методов определения ледопроходимости судов. Одним из таких методов является моделирование движения судна во льдах. Исходя из теории размерностей, в году Л. Им, для имитации льдин применялись плитки из парафина. В г. В.В. Лавровым был предложен способ получения “моделированного льда” - однородного льда натурального состава пониженной прочности [ ]. В г. СССР вступил в строй первый в мире ледовый бассейн ДАНИИ [ ], который открыл большие возможности для изучения на моделях движения судов во льдах. Развитию методики приготовления моделированного льда, уточнению критериев подобия и усовершенствованию технологии проведения модельных испытаний в ледовом бассейне ДАНИИ посвящены работы И. В.И. Каштеляна, Д. Д.Максутова, А. Я.Рывлина, Б. П.Ионова [ , , , , ]. В этих работах приводятся результаты исследований влияния формы корпуса и других параметров судна и ледовой среды на ледопроходимость, полученные методом модельных испытаний. Из зарубежных исследователей вопросами улучшения качества моделированного льда и техники проведения испытаний, а также решением практических вопросов методом моделирования занимались в. Р-Уапсе, К. У.ЕсЫдгс^, Е. ЕпЫ1я1, З. БсЬи'аггидр. Обзор исследований зарубежных авторов по моделированию движения судна в сплошных льдах был выполнен В. И.Каштсляном [ ]. Кроме испытаний в ледовых бассейнах с “моделированным” льдом, исследования ледовых качеств судов проводятся в обычных ( неделовых ) бассейнах с использованием различных имитаторов льда. Вслед за Л. М.Ногидом испытания в парафиновых плитках проводились в Горьковском политехническом институте М. С.Яковлевым [ 4 ]. Эти испытания проводились с целью определения части сопротивления сплошного льда, нс зависящей от прочности льда. Аналогичные испытания проводились Реп-Ооу-С1ш [ 0]. В г. В.А. Зуевым и М. Е.Рабиновичем [ ] был предложен новый имитатор битого льда - полиэтилен высокого давления, который более полно удовлетворял условиям моделирования, чем парафин. Результаты испытаний в полиэтиленовых плитках приведены в статьях [ 8, 9, ]. В разработке расчетных методов определения ледопроходимости существуют три основных подхода. Первый основан на аппроксимации данных натурных испытаний, т. Второй основан на построении физической модели явления и на ее основе получения расчетных зависимостей. В третьем, на основе анализа физической модели получают лишь структуру основных расчетных зависимостей, а коэффициенты определяют, используя данные натурных и модельных испытаний. Такой подход получил название полу-эмпирического. В настоящее время существует большое количество эмпирических формул. Однако, будучи основаны на испытаниях конкретных судов они плохо подходят для определения ледопроходимости вновь проектируемых ледоколов. Подробный анализ непрерывного движения ледокола в сплошном льду был дан А. В.Бронниковым [ ].