Особенности формы корпусов секций состава

 

Важнейшим вопросом при проектировании составов является выбор формы оконечностей секций и их стыков.

Для обеспечения хорошей ходкости состава в целом, как отмечалось ранее, наиболее рациональным является стык, образованный транцевыми оконечностями секций (см. рис. 12.1 вид а). В этом случае носовая оконечность головной секции и кормовая оконечность концевой секции должны иметь обычные судовые обводы. Однако в процессе эксплуатации толкаемых составов иногда требуется буксировать секции в отдельности. В этом случае транцевые образования секций создают большое сопротивление, часто превышающее сопротивление всего состава. Для снижения сопротивления воды, целесообразно стыкуемые оконечности секций делать с неполным транцем и санообразными обводами (см. рис. 12.1, вид б). Секции с такими оконечностями, как отмечалось ранее, часто называют полусекциями.

Характер влияния изменения формы стыка на сопротивление воды движению состава можно проиллюстрировать, воспользовавшись данными модельных испытаний 3-х секционных составов, выполненными в ЛИВТе. На рис. 12.5 приведены формы стыка секций толкаемых составов.

Известно, что полное сопротивление воды движению секционного состава равно:

R c.с = R тр.с + k чо × R ост. с + R cт, кН,

(12.21)

 

где R _тр.с – сопротивление трения секционного состава; k _чо – коэффициент, учитывающий влияние неравномерности осадок секций на остаточное сопротивление состава; R _{ост. с} – остаточное сопротивление секционного состава; R _ст – сопротивление стыков состава в местах соединения транцевых оконечностей секций.

 

 

Рис. 12.5. Формы стыка секций толкаемых составов

 

При этом остаточное сопротивление секционного состава определяется по формуле:

 

кН

(12.22)

 

где x _{ост .с} – безразмерный коэффициент остаточного сопротивления состава; V _c – объемное водоизмещение состава, м³.

Если принять коэффициент остаточного сопротивления секции, имеющих стык типа «а» за 100 процентов, то в секции типа «б» этот коэффициент увеличится до 125 процентов, в секции со стыком типа «в» – на 165 процентов, в секции со стыком «г» – до 230 процентов. Следовательно, можно сделать вывод о том, что изменение формы стыков секций приводит к существенному изменению остаточного сопротивления состава. Это происходит потому, что от формы стыка секций зависит возможность срыва потока и вихреобразование в межсекционном пространстве. Следует заметить, что нарушение пограничного слоя воды приводит к уменьшению сопротивления трения секции следующей за стыком.

На величину полного сопротивления воды движению состава влияют и другие характеристики стыка секций. Например, к росту полного сопротивления приводит увеличение расстояния между секциями состава. В частности по конструктивным возможностям зазор между секциями обычно составляет 300–400 мм и не может быть меньше, поскольку кормовой транец секции оборудуется горизонтальной упорной балкой, а носовой – вертикальными балками.

Существенное влияние на сопротивление состава оказывает погружение транца секций, его нижней кромки. Анализ экспериментальных данных показал, что оптимальным является погружение нижней кромки транца на четверть осадки.

С появлением на реках и водохранилищах толкачей большой мощности грузы стали перевозиться в многониточных составах (см. рис. 12.2). Опыт эксплуатации большегрузных составов показал, что формы носовых оконечностей, хорошо зарекомендовавшие себя при вождении кильватерных составов, оказались не всегда непригодными для многониточных составов. Этот вывод связан с тем, что при ходе многониточного состава прямым курсом к бегу волны в носовой междусудовой промежуток (шалман) ударяет вода. Шалман имеет форму пространственной ловушки, открытой только в верхней части. Под действием энергии встречной волны, вода устремляется на несколько метров вверх и образует в носовой части состава водяной фонтан (рис. 12.6). Водяной фонтан не только увеличивает сопротивление движению состава, от него, под действием ветра, вода попадает в открытый трюм секции. Следствием этого может быть, как подмочка перевозимого груза, так и возможное затопление секции. В связи с изложенным возникла проблема создания носовых секций, которые позволяли бы надежно работать многониточным составам в условиях волнения на речных водохранилищах. Решение этой проблемы развивается по двум направлениям.

 

Рис. 12.6. Схема возникновения заливаемости многониточных составов:

1 – секция; 2 – шалман; 3 – фонтан брызг

 

Первое направление – создание специальных формирующих приставок (рис. 12.7). В этом случае формирующая приставка состава является не только средством снижения заливаемости состава, но и транспортным средством. Следует отметить, что в отечественной практике такие приставки еще не получили распространения, хотя они и имеют ряд положительных сторон.

 

 

Рис. 12.7. Схема использования грузовой формирующей приставки

в толкаемом составе: 1 – секция; 2 – грузовой трюм; 3 – приставка

 

Второе направление – создание специальных носовых оконечностей. Наиболее перспективными в этом отношении являются носовые оконечности с навесной палубой. Такая носовая оконечность применена на барже проекта Р79 (рис. 12.8).

 

 

Рис. 12.8. Схемы носовой оконечности секции толкаемого

состава с навесной палубой:

1 – секция; 2 – уплотняющая плита; 3 – навесная палуба; 4 – бак;

5 – поперечный канал между баком и поперечной переборкой

 

Принцип действия навесной палубы простой. Она делается в плане максимально приближенной к прямоугольной с таким расчетом, чтобы как можно больше перекрыть шалман. Вода, ударяясь в носовую оконечность, попадает в полость, образуемую палубой основного корпуса и навесной палубой, теряет энергию, а затем спокойно вытекает через бортовые каналы. Недостатком такой конструкции является то, что наличие навесной палубы несколько увеличивает непросматриваемую зону для судоводителя.

В борьбе с заливаемостью рациональным решением могло бы стать применение кильватерных составов, состоящих из секций шириной равной ширине двухниточного состава. Однако реализовать такие сухогрузные секции в настоящее время не имеет смысла. Во-первых, возникают сложности при проведении таких секций через некоторые не типовые по размерам шлюзы и, во-вторых, существующие в большинстве речных портов береговые краны не приспособлены для проведения погрузо-разгрузочных операций с такими судами.