Учебное пособие: Управление судном при плавании во льдах

При толщинах льда, больших расчетной льдопроходимости, движение осуществляется набегами. Зависимость движения от толщины льда при этом описывается уравнением:

.(1.24)

Поправочных коэффициенты, позволяющие учесть характеристики льда.

Влияние разрушенности льда учитывается путем введения поправочного коэффициента к льдопроходимости в сплошных льдах Kн. Его численное значение определяется по формуле:

Kн = 0,75/(0,75 - 0,065 R KP),(1.25)

гдеR -- разрушенность льда, баллы;

KP -- коэффициент, учитывающий отличие в разрушенности льда разного возраста:

Льдопроходимость при этом рассчитывается по формуле:

Движение в сплоченных льдах условно рассматривается как движение, происходящее на чистой воде и во льдах, приведенных к сплоченности 10 баллов. При этом сплоченность интегрируется как соотношение расстояния, пройденного в десяти-бальных льдах к общему пути.

Скорость движения во льдах сплоченностью i определяется по формуле:

,(1.26)

гдеS10, S0 -- относительная протяженность пути во льдах, сплоченностью десять баллов и по чистой воде соответственно;

V10, V0 -- скорости движения в десяти-бальных льдах и по чистой воде соответственно.

Значения S10 зависят от сплоченности льда и его относительной толщины.

Скорость движения в смешанных льдах различного возрастного состава определяется аналогично:

(1.27)

гдеSлi, Vлi -- относительная протяженность пути и скорость во льдах i-й возрастной градации, соответственно;

п -- число возрастных градаций льда на участке пути.

Влияние торосистости ледового покрова на скорость движения учитывается путем увеличения фактической толщины льда. Значение этого коэффициента рассчитывается с помощью зависимости:

гдеТ -- торосистость ледяного покрова, баллы;

Влияние заснеженности льда на скорость движения учитывается введением дополнительного слоя льда определенной толщины.

Значение поправки к толщине ледового покрова определяется по формуле:

гдеНс -- толщина снежного покрова, см.

Таким образом, толщина льда на отрезке пути с учетом торосистости и заснеженности корректируется по формуле:

h = hKT + h;(1.28)

Приведенный выше алгоритм позволяет рассчитать технические скорости автономного движения судна, или ледокола, либо тандема в природных льдах.

Из опыта известно, что часть времени суда и ледоколы плавают по чистой воде, используя при этом мощность ЭУ частично. Для отражения этого явления производится расчет экономической скорости хода и в соответствии с ее величиной определяется снижение уровня используемой мощности.

В наших расчетах под экономической скоростью хода понимается скорость, соответствующая минимуму эксплуатационных затрат на милю пути. В первом приближении можно принять, что мощность, необходимая для движения пропорциональна скорости в третьей степени.

В этом случае экономическая скорость хода может быть определена:

,(1.29)

гдеа -- суточные эксплуатационные затраты без стоимости топлива, руб / сут;

b -- суточные затраты на топливо, отнесенные к значению куба скорости полного хода, руб / сут уз3.

Прокладка ледовых каналов на криволинейных участках. Чтобы выполнить основную задачу -- обеспечить проводку судов во льдах в кратчайшие сроки, необходимо особое внимание уделять прокладке канала определенной ширины и радиуса кривизны в местах изменения курсов, так как именно на криволинейных участках наиболее часто происходят повреждения и остановка проводимых судов. Они не вписываются в канал, «зарезаются» в его кромки и останавливают весь караван. В некоторых случаях предпочтительнее преодолеть участок более труднопроходимого льда, чем делать крутые повороты, а затем производить околку застрявших судов.

Рис. 6.13. Схематизированная модель движения судна на криволинейной траектории в ледовом канале

В основу схематизированной модели (рис. 6.13) движения проводимого судна можно принять условие прохождения цилиндрической вставки корпуса в ледовом канале минимального радиуса кривизны при определенных разностях в ширине канала, проложенного ледоколом и корпусом проводимого судна.

Радиус кривизны канала, в который впишется цилиндрическая часть корпуса, лимитирующего проводимого в караване судна, может быть определен из выражения

,(1.30)

гдеLцил -- длина цилиндрической вставки судна, м;

Вк -- разность между шириной канала и шириной проводимого судна, м.

Задаваясь различными значениями Lцил и Вк, по формуле (6.30) составлена таблица (табл. 1.6) минимальных значений необходимого радиуса кривизны ледового канала, которая охватывает размерения судов дедвейтом от 3 до 100 тыс. тонн.

Таблица 1.6

Значения минимальных радиусов R кривизны ледовых каналов

* Ширина судна значительно превышает ширину ледокола.

При проводке каравана судов капитан ледокола должен иметь информацию о циркуляции проводимых судов с тем, чтобы ориентироваться на судно с наибольшими параметрами циркуляции.

При проводке на мелководье необходимо учитывать и увеличение радиуса циркуляции из-за соотношения осадки и глубины проводимых судов. Должно также приниматься в расчет и влияние ветра и течения.

Буксировка судов ледоколами

Тактика буксировки транспортных судов. Уравнения динамики движения при буксировке транспортного судна можно представить в следующем виде:

,(1.31)

гдеm1, m2 -- массы ледокола и судна соответственно, т;

, -- коэффициенты присоединенных масс ледокола и судна соответственно;

V1, V2 -- скорости ледокола и судна соответственно, м/с;

Ре1, Ре2 -- тяга винтов ледокола и судна соответственно, кН;

R1, R2 -- сопротивление воды движению ледокола и судна соответственно, кН;

Rлч1, Rлч2 -- ледовое сопротивление движению ледокола и судна соответственно, кН;

FТ -- натяжение троса, кН;

FК -- контактная сила при буксировке вплотную или при соприкосновении судна с кормой ледокола (в этом случае FТ = 0).

Дифференциальное уравнение силы натяжения буксирного троса при буксировке

,(1.12)

гдеlТ -- изменение длины троса (деформация) при различных нагрузках на трос, м;

V1, V2 -- скорости ледокола и судна соответственно, м/с.

Буксировка судов ледоколами во льдах осуществляется на длинном буксире длиной около 100 м, на коротком буксире длиной 40-50 м и вплотную в кормовом вырезе ледокола.

Буксировка на длинном буксире ограничена из-за невозможности ее осуществления, когда лед в канале создает большое сопротивление буксируемому судну, особенно на криволинейных участках.

Буксировка вплотную имеет определенные преимущества перед буксировкой на длинном и коротком буксире и получила большое распространение на практике. Но этот вид буксировки обладает также существенными недостатками из-за того, что не всегда носовые обводы буксируемого судна вписываются в кормовой вырез ледокола, а при поворотах система ледокол -- судно плохо управляется. Даже на прямолинейных курсах при движении в неровном, торосистом льду происходят частые обрывы сцепки из-за резкого отбрасывания от торосов носа ледокола в сторону более слабого льда.

Преимущества метода буксировки на коротком буксире перед другими методами заключаются в том, что система ледокол -- судно достаточно хорошо управляется на поворотах, а на прямолинейных участках ледовое сопротивление в большинстве случаев позволяет буксировать судно с достаточно приемлемой скоростью без остановки движения и околки. Метод по существу универсален.

Судоводители каждого ледокола при решении вопроса о буксировке в каждом отдельном случае определяют схемы заводки буксирного стропа в зависимости от конкретного судна. Обычно приходится учитывать высоту якорных клюзов, прочность подкреплений носовых обводов, расположенных выше якорных клюзов, расположение палуб, платформ в носовой части, обводы самих якорных клюзов и другие факторы.

Взятие на буксир, крепление и отдача буксира. При взятии на буксир рекомендуется, подходя кормой, становиться таким образом, чтобы ледокол, упираясь кормовым вырезом в форштевень, находился в одной ДП с судном, принимаемым на буксир. Перед подачей буксирного троса нужно плотно установить и держать форштевень судна в кормовом вырезе ледокола. Для этого специально дают самый малый или малый ход вперед на судне и подрабатывают задним ходом на ледоколе. Желательно, чтобы ледокол и судно оставались на одном месте. В этом положении удобнее заводить буксир, обтягивать и крепить его на стопорах, а главное -- можно сразу начать движение. Маневрирование ледокола при подходе кормой к форштевню судна не представляет затруднения. Но прежде чем крепить буксир, следует убедиться, что в начале движения можно без особых трудностей сдвинуться с места вместе с буксируемым судном. Поэтому следует соблюдать правило: прежде чем подходить к судну для взятия на буксир, необходимо произвести околку судна с учетом степени сжатия, возможно даже с обоих бортов. При этом результат получается значительно лучше, если при околке ледокол не проходит за корму окалываемого судна, тем самым, оставляя напряжение сжатия на стыке кромок канала за кормой последнего.

При подходах, ледокола к судну на встречных курсах предпочтительнее разворот делать перед форштевнем, околку в зонах сжатия при необходимости производить задним ходом после разворота. Проход за корму может нарушить стабилизированное положение судна во льду. В зонах сжатия разворот за кормой нежелателен, так как таким маневром разрушается стык напряжения сжатия за кормой судна, и пики сжатия перемещаются на само судно или впереди его форштевня, что впоследствии может затруднять начало движения.

Подход ледокола для взятия на буксир в слабом или разреженном льду, а также на чистой воде осложняется. В этом случае можно рекомендовать такой прием: при подходе кормы ледокола к носу судна, примерно с расстояния 10-15 м, подают швартов с ледокола через центральные клюзы, крепят его на судне, затем с помощью шпиля втягивают форштевень судна в кормовой вырез на минимальном переднем ходу ледокола или без хода. После того как форштевень судна подведен в кормовой вырез ледокола, дают минимальный ход (на судне -- передний, на ледоколе -- задний) с целью фиксации упора друг в друга. При этом диаметральные плоскости должны составлять одну прямую линию.

Не рекомендуется заводить буксир в зонах сжатия, когда канал, в котором ледокол заводит буксир на судно, становится линией дрейфораздела, т. е. массив льда одного борта получает движение относительно другого.

При отлаженных, согласованных действиях экипажей ледокола и судна весь процесс заводки буксира занимает 25-30 мин.

Значительное количество времени при заводке буксира затрачивается на крепление буксирного стропа на баке буксируемого судна бензелем. Так, например, при бензеле из растительного троса окружностью 25 мм требуется наложить не менее 30-35 шлагов. Иногда, если буксирный строп заведен через якорные клюзы, для крепления применяют деревянный брус или связку брусьев, а также металлическую болванку, которые вставляются в каждый огон по отдельности. Недостатком такого способа является невозможность отдачи буксира, находящегося под нагрузкой.

Проводки судов типа «Михаил Стрекаловский» на коротком буксире в условиях зимне-весенней навигации на р. Енисей до п. Дудинка показали, что оптимальная длина короткого буксира составляет 35-40 м. При этих условиях обеспечивается удовлетворительная управляемость тандема ледокол-судно при прохождении поворотов на р. Енисей со скоростью порядка 5-6 уз. Буксируемое судно на прямом курсе испытывает наименьшее сопротивление льда в канале, так как винтовая струя за ледоколом создает чистый ото льда канал, что обеспечивает эффективную проводку при невозможности применения другого варианта.

Безопасность судов при возможном навале из-за обесточивания ледокола обосновывается тем, что ледокол практически не останавливается сразу, поэтому разность скоростей контакта незначительна. Возможный удар буксируемого судна в кранец ледокола даже скулой судна будет в пределах упругой деформации скуловых шпангоутов судов этого типа.

Буксирное устройство на ледоколах и транспортных судах. Все без исключения ледоколы оборудованы специальным буксирным устройством, в которое по принципиальной схеме (рис. 1.14 и рис. 1.15) , должно входить следующее:

-буксирная лебедка с емкостью барабана около 500-700 м буксирного троса с канатоукладчиком и автоматикой для удержания заданной длины и тягового усилия в канате;

-амортизатор (демпфер) гидродинамического или иного типа;

-две буксирные серьги -- одна у самого кормового выреза, другая на палубе по линии буксирного троса между лебедкой и кормовой серьгой;

-кормовой вырез достаточной глубины для предотвращения выхода из него форштевня буксируемого судна на поворотах, оборудованный надежными мягкими кранцами. На мощных ледоколах кранцы, как правило, устанавливаются в два яруса, причем кормовые кранцы для большей износоустойчивости покрываются металлической кольчужной сеткой.