Особенности формы корпуса традиционных судов ледового плавания и ледоколов

ЧАСТЬ 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОВ ЛЕДОВОГО ПЛАВАНИЯ

Оглавление

ЧАСТЬ 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОВ ЛЕДОВОГО ПЛАВАНИЯ.. 2

ТЕМА 5.1. ОСОБЕННОСТИ ФОРМЫ КОРПУСА СУДНА ЛЕДОВОГО ПЛАВАНИЯ.. 2

ТЕМА 5.2. ОСОБЕННОСТИ ВИНТО-РУЛЕВЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СУДОВ ЛЕДОВОГО ПЛАВАНИЯ, ВИНТО-РУЛЕВЫЕ КОЛОНКИ AZIPOD.. 2

ТЕМА 5.3. СУДА «ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ», ФОРМА КОРПУСА, ВИНТО-РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО, РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ.. 2

ТЕМА 5.4. КОНСТРУКЦИЯ КОРПУСА СУДОВ ЛЕДОВОГО ПЛАВАНИЯ.. 3

5.4.1. Конструкция борта при продольной и поперечной системе набора корпуса. 3

5.4.2. Конструкция подкреплений поперечных переборок, палуб и платформ.. 3

5.4.3. Конструкция оконечностей судна: форштевень и форпик, ахтерпик и ахтерштевень. 3

5.4.4. Практические занятия: Математическое моделирование конструкции корпуса судов ледового плавания. 3

 

ТЕМА 5.1. ОСОБЕННОСТИ ФОРМЫ КОРПУСА И КОНСТРУКЦИИ КОРПУСА СУДНА ЛЕДОВОГО ПЛАВАНИЯ

 

Особенности формы корпуса традиционных судов ледового плавания и ледоколов.

В судостроении используется обобщенное понятие Архитектурно-конструктивный тип (АКТ) судна, как характеристика основных архитектурных и конструктивных признаков судна. Деление на архитектурные и конструктивные признаки условно, так как они тесно связаны между собой.

Архитектурно-конструктивный тип (или облик) судна создается при проектировании в общепроектных и корпусных подразделениях (отделах) конструкторского бюро. На формирование АКТ влияют требования практически ко всем качествам судна: к мореходности, надежности и технологичности корпусных конструкций, к экономической эффективности. Принято выделять следующие архитектурно-конструктивные характеристики судна:

- форма корпуса и количество корпусов;

- величина надводного борта;

- количество, размеры и расположение надстроек;

- особенности общей компоновки корпуса судна, куда следует отнести:

· расположение машинно-котельного отделения;

· количество, размеры и форма грузовых помещений;

· наличие двойного дна, двойного борта;

· наличие и размеры вырезов в палубах;

- особенности конструкции корпуса: системы набора конструкций корпуса судна; материал корпусных конструкций; наличие специфических конструкций (например, переборок коффердамного типа, двойных палуб, бесшельфовых гофрированных переборок и т.п.).

Суда ледового плавания отличаются от обычных (не ледовых) транспортных судов, главным образом особенностью формы корпуса, и особенностями конструкции корпуса (системами набора структурных составляющих (перекрытий) корпуса судна, конструкцией балок основного и рамного набора, подкреплениями листовых конструкций) в районах ледовых усилений.

В данном разделе будут рассмотрены особенности формы корпуса традиционных судов ледового плавания.

Требования к судам ледового плавания и ледоколам регламентируются Правилами Российского морского Регистра судоходства. Каждой категории ледовых усилений (см. выше - базовые понятия) соответствуют определенные требования к форме корпуса в носовом, кормовом и среднем районах ледовых усилений, к протяженности районов ледовых усилений, прочности корпусных конструкций, мощности ЭУ и ряд других.

Требования к форме корпуса в основном отражают требования к ледовой ходкости. Они сформировались на основе многолетнего опыта проектирования и эксплуатации судов ледового плавания и ледоколов. Проблема снижения нагрузок на корпус судна также косвенно учитывается этими рекомендациями, так как задача получения наиболее легких конструкций при выполнении требований к прочности всегда является одной из главных задач конструктора.

В Правилах Российского Регистра судоходства требования к форме корпуса представлены достаточно обстоятельно. Параметрами формы корпуса являются (Рис. 5.1-1):

- угол входа летней грузовой ватерлинии на носовом перпендикуляре, ;

- угол наклона форштевня,

- угол наклона ватерлинии в рассматриваемом сечении, ;

- угол наклона борта на уровне грузовой ватерлинии в рассматриваемом сечении, ;

Нормируется значение угла наклона борта в сечении 0.05 L от носового перпендикуляра _0.05  и на миделе _0.50.

Значения параметров формы корпуса судов ледового плавания регламентируются следующими требованиями:

Характеристка формы корпуса		Категории ледовых усилений
		Arc9, Arc8	Arc7, Arc6	Arc5	Arc4	Ice3, Ice2, Ice1
φ, не более		25	30	45	60	-
a0, не более		30	30	40	40	50
Угол наклона шпангоута к ДП, не менее	0.05	45	40	25	20	-
	0.50	15	-	-	-	-

Форму носовой оконечности с параметрами, соответствующими категории Arc5, принято называть полуледокольной; форму носовой оконечности с параметрами, соответствующими категориям Arc6 –Arc9, принято называть ледокольной (Рис. 5.1-1а)).

Значения параметров формы корпуса ледоколов с традиционной носовой и кормовой оконечностью рекомендуется принимать в соответствии с нормативами, представленными в таблице:

Характеристика формы корпуса		Категории ледовых усилений
		Icebreaker9/8	Icebreaker7/6
φ, не более		25	30
a0, не более		22-30	22-30
Угол наклона шпангоута к ДП в рассматриваемых сечениях, град	0.10	40-55
	0.20-0.25	23-32
	0.40-0.60	15-20
	0.80-1.00	Приблизительно, как 0.0-0.2

При отступлении от этих рекомендаций величина ледовых нагрузок должна специально обосновываться.

Форма шпангоутов ледоколов в районе конструктивной ватерлинии принимается прямолинейной или умеренно выпуклой.

Проекция конструктивной ватерлинии на горизонтальную плоскость должна перекрывать концы лопастей бортовых гребных винтов (ледоколы).

В любом случае, в носовом и промежуточном районах судов с категорией ледовых усилений: Arc4, Arc5, Arc6, Arc7, Arc8, Arc9 и ледоколов не должно быть участков, где параметры формы корпуса принимают одновременно значения =0, а α≠0. Нарушение этого требования приведет к резкому увеличению расчетных нагрузок.

В кормовой части ледокола и судов с ледовыми усилениями Arc4, Arc5, Arc6, Arc7, Arc8, Arc9 должен быть предусмотрен ледовый зуб для защиты винто-рулевого комплекса на заднем ходу (Рис. 5.1-1г)).

а)

б)

в)	г)

Рис. 5.1-1 Характеристики формы корпуса судов ледового плавания

 

Для ледоколов и судов с категориями усилений Arc6, Arc7, Arc8, Arc9 использование транцевой кормы в районе ледовых усилений не допускается (т.е. плоский транец должен быть выше ватерлинии).

Для судов с категориями усилений Arc4, Arc5, имеющихтранцевую корму в районе ледовых усилений расчетные нагрузки на плоский транец должны быть расчитаны и согласованы с Регистром.

Для ледоколов и судов с категориями усилений Arc6, Arc7, Arc8, Arc9 в нижней части форштевня должен быть предусмотрен уступ (Рис. 5.1-1а)). Высота уступа должна быть не менее 0.1 d (d - расчетная осадка в полном грузу).

Правилами РМРС вплоть до 2018 г. на судах с ледовыми усилениями Arc5, Arc6, Arc7, Arc8, Arc9 бульбовые обводы корпуса в носовой оконечности не допускались, а для категории Arc4 – не рекомендовались. Требовалось специальное обоснование. Причина – появление участков вертикального борта в районе бульба и, в связи с этим, резкое возрастание ударных ледовых нагрузок.

Параметры формы корпуса судов ледового плавания, построенных в последние 10-20 лет, могут существенно отличаться от рекомендуемых Правилами Регистра. Это: значительно меньшая протяженность носового и кормового заострения и, в связи с этим, большие углы наклона борта и ватерлинии. Особенно повлияло на форму корпуса в кормовой оконечности применение винто-рулевых комплексов типа Azipod или винто-рулевая колонка. В Правилах Регистра 2019 г. ограничение на применение бульбовых обводов в носовой оконечности существенно смягчены. Бульбовые обводы, практически, разрешено применять на судах с категорий усиления корпуса до Arc7 включительно.

Эти обстоятельства заставили пересмотреть требования к определению расчетных ледовых нагрузок: уточнены функции, определяющие влияние углов наклона ватерлиний и шпангоутов в районах контакта со льдом; разработаны новые требования для определения ледовых нагрузок на участки вертикального борта в районах носового/кормового заострений. Эти требования рассмотрены в разделе 5.4.4 настоящего Конспекта лекций.

Особенно значительные архитектурно-конструктивные особенности характерны для судов двойного действия. Это показано в разделе 5.3.

 

5.1.2 Общие характеристики и архитектурно-конструктивные особенности некоторых судов ледового плавания и ледоколов с традиционной формой корпуса.

В данном разделе приведена информация о некоторых транспортных судах и ледоколах, при проектировании которых реализованы традиционные требования в части формы корпуса судна. При выборе судов учитывалась та роль, которую они сыграли при разработке и совершенствовании требований Правил. Кроме того, представленные примеры содержат информацию о применении для судов ледового плавания различных типов главных энергетических установок[1].