Форма корпуса и конструктивные особенности современных судов ледового плавания

Архитектурно-конструктивный тип судна в значительной степени характеризуется формой корпуса. Требования к форме корпуса судов двойного действия еще не сформулированы в виде конкретных рекомендаци. В каждом конкретном случае они отрабатываются фирмой-проектантом на основании прототипа, испытаний в ледовом бассейне, результатов прямых расчетов ледовых нагрузок.

Форма корпуса современных судов ледового плавания (и СДД в частности) в носовой и особенно в кормовой оконечностях существенно отличается от традиционных форм, которые характерны для судов, построенных в 1970—1980-х годах, опыт проектирования и эксплуатации которых заложен в основу действующих требований Правил Российского морского регистра судоходства к усилениям судов для плавания во льдах.

Для современных судов ледового плавания характерны значительно меньшая протяженность носового заострения, вертикальные борта в средней части. Ряд судов ледового плавания имеет необычную (ложкообразную) форму носовой (кормовой) оконечности. Так, у традиционных судов ледового плавания протяженность носового заострения достигала 40% длины судна. Для судов ледового класса УЛА (Усиленный Ледовый Арктический, современное обозначение Arc7) Правилами РМРС [4] регламентировался угол наклона в средней части не менее 8° [4]. У современных арктических транспортных судов ледового плавания протяженность носового заострения обычно не превышает 20—25% длины судна. Это приводит к формам корпуса с большими значениями углов наклона ватерлиний и шпангоутов в носовом районе, которые могут достигать 60—70° и более.

На рис. 5.3-9 и 5.3-10 показаны результаты сопоставительного анализа формы корпуса современного арктического судна типа «Василий Динков» и судна типа «Амгуема» проекта 550, которое в части формы и конструкции корпуса было эталоном для разработки требований Правил РМРС к арктическим судам класса УЛА. Кривые распределения углов наклона ватерлинии и шпангоутов на уровне осадки в полном грузу в носовой и кормовой оконечностях, представленные на рисунках, показывают кардинальное различие формы корпуса современных и традиционных арктических судов. Очевидно, это будет влиять на величину и характер распределения расчетных ледовых нагрузок на носовой и кормовой районы корпуса судна [5].

Рис. 5.3-9. Углы наклона ватерлинии α° (DAS) и шпангоутов β° (DAS) в носовом районе СДД «Василий Динков» и универсального сухогрузного судна типа «Амгуема» (α° и β°)

Рис. 5.3-10. Углы наклона ватерлинии α° (DAS) и шпангоутов β° (DAS) в кормовом районе СДД «Василий Динков» и универсального сухогрузного судна типа «Амгуема» (α° и β°)

Формы обводов и конструкция корпуса в кормовой оконечности кардинально изменились в связи с широким применением ВРК типа Azipod или винторулевой колонки и внедрением концепции СДД. Форма корпуса в кормовой оконечности зависит от количества ВРК [5]. Все существующие СДД могут иметь один, два или три ВРК в виде азиподов и/или винторулевых колонок. Количество ВРК зависит как от размеров судов, так и от ледового класса. Предпочтение отдается ВРК в виде азиподов, особенно для судов с высокой категорией ледовых усилений.

Количество ВРК практически полностью определяет форму ватерлиний в районе кормовой оконечности:

· при одном ВРК форма действующих ватерлиний в районе кормовой оконечности практически такая же, как и в носовой оконечности (рис. 5.3-11а);

· при двух ВРК корпус в районе диаметральной плоскости, как правило, имеет «выемку», предназначенную для удаления обломков льда, попавших в район ВРК (рис. 5.3-11б);

· при трех ВРК форма ватерлиний еще более сложна и является некоторой комбинацией форм ватерлиний при одном и двух ВРК (рис. 5.3-11в).

 

 

a	б	в

а                                        б                                        в
Рис. 5.3-11. Пример форм действующих ватерлиний в районе кормовых оконечностей СДД: a — с одним ВРК, б — с двумя ВРК, в — с тремя ВРК

Кроме того, для кормовой оконечности СДД характерны наличие и большая протяженность кормового подзора, который имеет наклонную плоскую форму днища; углы наклона кормового подзора находятся в диапазоне 16—20° (рис. 5.3-12 и 5.3-13).

Рис. 5.3-12. Форма кормовой части корпуса арктического судна двойного действия

 

Рис. 5.3-13. Кормовая оконечность одного из арктических челночных танкеров двойного действия

 

Указанные особенности кормовой оконечности позволяют сформулировать некоторые общие рекомендации по ее конструктивному оформлению:

· Целесообразно наличие скега в кормовой оконечности, который увеличивает жесткость консольных участков кормового свеса и защиту ВРК от воздействий льда, попадающего в район кормового подзора (см. рис. 13) ^[5].

· Для увеличения жесткости конструкций кормовой оконечности, уменьшения общей вибрации и исключения повреждений усталостного характера должна устанавливаться продольная переборка (или переборки), которая должна быть доведена до транца (рис. 13 и 11).

· В районе плоского днища кормового подзора целесообразно применение продольной системы набора c промежуточными продольными балками (рис. 14). Такое конструктивное решение благоприятно влияет на условия работы основного набора кормового подзора, на воздействие ледовых нагрузок ^[6].

· Блок винторулевого комплекса должен устанавливаться в опорный барабан или шахту в зависимости от формы опорного фланца винторулевого комплекса. Соединение блока с корпусными конструкциями болтовое. Опорный барабан должен быть надежно конструктивно перевязан с основными корпусными конструкциями, которые в районе расположения опорного барабана ВРК дополнительно усиливаются (рис. 15). Требуемые усиления конструкций в районе опорного барабана обосновываются прямым расчетом на воздействие ледовых нагрузок с использованием метода конечных элементов (МКЭ).

 

Рис. 5.3-14. Подкрепление днища кормового подзора продольными балками

 

Рис. 5.3-15. Принцип перевязки опорного барабана с корпусными конструкциями

Обстоятельные рекомендации, касающиеся конструкции корпуса в кормовой оконечности СДД, приведены в проекте требований Правил РМРС [5].

Особенности формы корпуса современных арктических судов, в том числе СДД, позволяют сформулировать некоторые общие рекомендации к конструкции носовой оконечности:

· Предпочтительной является поперечная система набора корпуса в районе ледового пояса. Поскольку зона контакта корпуса со льдом вытянута в продольном направлении, такое конструктивное решение позволяет получить более легкий основной набор.

· В связи с малой протяженностью носового заострения у современных арктических судов и большими углами наклона ватерлинии рекомендуется применять поперечную систему набора с «поворотными» шпангоутами, установленными под углом, близким к направлению нормали к борту на уровне расчетной ватерлинии (рис. 16). Такое конструктивное решение позволяет увеличить значение фактического момента сопротивления шпангоута и, следовательно, уменьшить размеры шпангоутов [6]. Кроме того, это дает возможность снизить влияние требований к боковой устойчивости шпангоутов на их требуемые размеры [7]. Расширяется возможность применения полосового набора для основных и промежуточных шпангоутов (см. рис. 16).

Рис. 5.3-16. Поперечная система набора борта с «поворотными» шпангоутами 

· Крупнотоннажные суда двойного действия, имеющие неледовую носовую оконечность (с бульбовыми обводами в том числе), могут иметь продольную систему набора в районе ледового пояса, конструктивно согласованную с системой набора корпуса в среднем районе (рис. 17).

Рис. 5.3-17. Продольная система набора ледового пояса танкера типа AFRAMAX в носовой оконечности

 

Литература

1. Juurmaa K., Wilkman G., Bäckström M. New icebreaking tanker concept for the arctic (DAT) // Proceeding of POAC 95. — Vol. 4. — St. Petersburg, 1995. — P. 52—71.

2. Андриенко В. Г. Ледокольный флот России, 1860-е — 1918 гг. — М.: Европ. изд., 2009. — 536 с.

3. Сазонов К. Е. О ледовой ходкости и управляемости крупнотоннажных судов двойного действия в Арктике // Проблемы Арктики и Антарктики. — 2016. — № 1 (107). — С. 50—60.

4. Правила классификации и постройки морских судов. — Т. 1. — Ч. 2: Корпус / Рос. мор. регистр судоходства. — Л., 1981.

5. 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 // Науч.-техн. сб. Рос. мор. регистра судоходства. — 2018. — Дек., № 52/53. — С. 47—56.

6. Правила классификации и постройки морских судов. — Т. 1. — Ч. 2: Корпус / Рос. мор. регистр судоходства. — СПб., 2019.

7. Babtsev V. A., Kultsep A. V., Tryaskin V. N. Investigations of ice Load-carrying Capacity of Ship Hull Ice Belt Framing in Elastic-Plastic Stage // 16th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering OMAE ’97. — Yokohama, April 13—18, 1997.