Введение к работе
Актуальность. Столкновения судов являются одним из наиболее распространенных и тяжелых видов аварий, происходящих в море За многолетний период доля столкновений в общем количестве аварийных навигационных случаев составляет 29,6 %. Рост мирового флота, возрастание тоннажа и скоростей судов привели к значительному повышению интенсивности судоходства, поэтому несмотря на достигнутые успехи в развитии современного навигационного приборостроения, электронной картографии, спутниковой навигации, совершенствовании систем управления судами число столкновений судов не уменьшается
Анализ статистических данных о гибели судов за последние годы показывает, что по числу погибших судов столкновения находятся на одном из первых мест - мировой флот в результате столкновений теряет от 10 до 20 судов в год Так, только за последние годы наиболее серьезными были следующие случаи столкновений судов, в 2004 году опрокинулись и затонули китайское судно «Yueyou 210» при столкновении с южнокорейским танкером «Sunyang» и российское судно «Волго-Дон 5025» от столкновения с грузинским судном «Sun Raus» В 2005 году танкер-химовоз «Sambo Brothen> (2003 года постройки), шедший из Кореи на Тайвань, столкнулся с судном «Hong Kong» (1996 года постройки), в результате которого танкер перевернулся Контейнеровоз израильской компании Zim Container Line - «Zim Asia» в районе острова Хоккайдо столкнулся с японским рыболовным судном «Shinsei Маш №3». В результате рыболовное судно перевернулось и затонуло, погибло 7 моряков В октябре 2005 года греческий танкер «Shmousa» с 15 тыс тонн топлива столкнулся с датским рыболовным траулером «Jacoba Alijda» В результате полученной пробоины траулер затонул.
Убытки от столкновений судов велики и за последние годы составляют более одной трети от всех технических убытков вследствие аварийности судов Помимо прямого ущерба, связанного с разрушением корпусных конструкций и выводом судов из эксплуатации, столкновения приводят к гибели судов, утрате грузов, гибели членов экипажей и порой к серьезным экологическим катастрофам. По данным международной морской организации на долю столкновений приходится около 40% случаев серьезных загрязнений моря. По причине столкновений в период с 1991 по 1995 год в Средиземное море вылито 6 954 м3 нефти Так, при столкновении 15 октября 1997 года танкера «Evoikos», перевозящим 120 тысяч тонн нефти, с танкером «Orapin Global» в Сингапурском проливе в море вылилось 28 463 тонны нефти.
Проведенный анализ последствий столкновений судов показал, что наиболее опасными являются случаи, когда таранящее судно имеет носовой бульб. При столкновении с таким судном, бульб, имеющий высокую продольную жесткость, разрушает подводную часть бортового перекрытия тараненного судна, в результате образуется подводная пробоина, которая
может привести к гибели судна. Примером может служить всем известное трагическое столкновение теплохода "Петр Васев" с пароходом "Адмирал Нахимов" вблизи порта Новороссийск 30 августа 1986 года, которое привело к гибели 423 пассажиров и членов экипажа парохода "Адмирал Нахимов". А в 2004 году судно «Meat Kaptan» в рейсе из Турции в Румынию, столкнувшись с носовым бульбом судна «Борис Бабочкин», получило сильное повреждение корпуса, и чтобы предотвратить затопление, было выброшено на берег.
Тем не менее, при проектировании современных судов в настоящее время предпочтение отдается именно бульбообразным носовым оконечностям, поэтому необходимо найти пути уменьшения последствий столкновений с судами, имеющими носовой бульб. Решение этой проблемы за счет установки различных видов подкреплений в подводной части бортового перекрытия дает низкую эффективность, приводит к дополнительным металлозатратам, значительному увеличению веса корпуса судна и стоимости постройки судна
Проблемам совершенствования корпусных конструкций и обеспечения безопасной эксплуатации судна, в том числе и экологическим, посвящены работы Аксютина Л.Р., Анцевича В.А., Сидорченко В Ф., Волкова В Н., Зубрилова С П., Леппа Ю.Ф., Дорина B.C., Логачева С И., Кириленко В.П., Мещерякова А.Г., Родионова Н Н., Снопкова В.И., Юдовича А.Б и других. Значительный вклад в разработку и оценку эффективности защищенности корпусных конструкций внесли Волков Н.Н., Кодацкий С Б., Глазов С.Ф., Бойцов Г.В., Лепп Ю.Ф., Филиппео М.В., Нестеров А.Б., Нечаев Ю.И., Постнов В.А. и другие. Однако анализ статистики аварийности за многие годы показывает, что столкновения судов происходят, и будут происходить, так как основной причиной их является человеческий фактор. Поэтому исследования, посвященные проблемам снижения аварийности, предотвращения и уменьшения последствий столкновений судов, безопасной эксплуатации судов остаются актуальными
Целью диссертационной работы является повышение безопасности мореплавания за счет ликвидации или уменьшения размеров подводных пробоин при столкновении судов
Для достижения поставленной цели требуется рассмотреть совокупность проблем, которые могут быть сформулированы как задачи исследования:
выполнить анализ статистических данных о причинах и последствиях столкновений судов;
разработать математическую модель столкновения судов;
- исследовать закономерности повреждений корпусных конструкций
при столкновении судов и выявить их причины;
- проанализировать имеющиеся типы конструктивной бортовой
защиты;
- оценить степень эффективности различных типов подкреплений при
столкновении судов,
разработать новую конструкцию носового бульба с повышенной продольной податливостью,
разработать методику расчета конструкции носового бульба с повышенной продольной податливостью;
разработать методику проведения экспериментальных исследований по разрушению новых конструкций бульбов на конструктивно-подобных моделях из жести,
разработать методику проведения экспериментальных исследований по разрушению узлов ширстречного пояса на конструктивно-подобных моделях из жести;
- разработать методику расчета поглощенной ширстречным узлом
энергии при больших глубинах проникновения форштевня таранящего судна
в конструкции тараненного
Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использованы методы теории вероятностей и математической статистики, теории предельного равновесия, теории подобия и моделирования, экспериментальные исследования несущей способности корпусных конструкций
Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры инженерной механики БГАРФ
Основные положения, выносимые на защиту.
Математическая модель столкновения судов при отсутствии и с учетом маневрирования.
Конструкция судового носового бульба с повышенной продольной податливостью, защищенная патентом РФ.
Методика расчета несущей способности бульба
Методика расчета энергоемкости узла ширстречного пояса при больших глубинах проникновения форштевня таранящего судна в конструкции тараненного
Научная новизна диссертационной работы.
Предлагается упрощенная математическая модель столкновения судов, описывающая вероятность безаварийного плавания и позволяющая прогнозировать опасность столкновения с учетом интенсивности потока судов
Впервые предложена конструкция носового бульба с повышенной продольной податливостью, позволяющая ликвидировать или уменьшить размеры подводных пробоин при столкновении судов.
Получены формулы для расчета несущей способности бульбов с повышенной продольной податливостью в зависимости от размеров гофрированных элементов
Предложены зависимости поглощенной энергии при разрушении узла ширстречного пояса от глубины проникновения форштевня таранящего судна в конструкции тараненного при столкновении судов.
Достоверность н обоснованность результатов научных исследований проверена экспериментами на конструктивно-подобных жестяных моделях и
обеспечена удовлетворительной сходимостью результатов экспериментов и данных, полученных при теоретических исследованиях. Новизна и реализуемость технических предложений, отраженных в диссертационной работе, подтверждена полученным патентом на изобретение, а также их практическим внедрением
Практическая значимость работы
Разработанная математическая модель столкновения судов позволяет при сравнительно общих предположениях относительно характера потока встречных судов, получить формулы, описывающие вероятности безаварийного плавания и показывает, что даже на коротком отрезке времени и при низкой интенсивности потока встречных судов вероятность столкновения очень велика
Предложенная новая конструкция бульба с повышенной продольной податливостью и методика ее расчета позволят ликвидировать подводные пробоины при столкновении судов и тем самым повысить безопасность мореплавания
Методика расчета поглощенной пшрстречным узлом энергии столкновения позволяет оценить ее величину при больших глубинах проникновения
Проведенный комплекс работ, связанных с разработкой технологии изготовления новой конструкции бульба, оценкой затрат на проектирование и изготовление предложенной конструкции бульба, свидетельствует о целесообразности внедрения этой конструкции для широкого использования в судостроении
Использование в практике проектирования и строительства судов, судовождении полученных решений позволит обеспечить существенное снижение катастрофических последствий столкновений судов и повысить безопасность мореплавания.
Реализация результатов работы. Полученные в диссертационной работе результаты исследований внедрены и используются в практической деятельности технического управления Балтийского флота и в учебном процессе Балтийской государственной академии рыбопромыслового флота в курсе дисциплин «Теория и устройство судна», «Техническое обслуживание судна и организация судоремонта».
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований были представлены и получили одобрение на конференциях и семинарах: IV международной конференции по судостроению, судоходству, деятельности портов и разработке шельфа "Нева-97н (г. Санкт-Петербург, 1997г.); международном семинаре по управлению безопасностью мореплавания и подготовке морских специалистов (г. Калининград, 1998 г.); международной конференции "Техмаш-98" (г. Калининград, 1998 г.); П отраслевой научно-технической конференции аспирантов и соискателей «Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров» (г Калининград, 1998 г); международной НТК, посвященной 40-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле и 85-
летаю рыбохозяйственного образования в России (г Калининград, 1998 г); международной ТНК, посвященной 70-летию КГТУ (г Калининград, 2000г), V отраслевой научно-технической конференции аспирантов и соискателей «Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров» (г. Калининград, 2001 г.), на Ш международной конференции по управлению безопасностью мореплавания и подготовке морских специалистов SSN'2002 (г. Калининград, 2002г.), на IV международной конференции по управлению безопасностью мореплавания и подготовке морских специалистов SSN'2004 (г. Калининград, 2004 г); VII международной конференции по гидродинамике и проектированию судов «HYDRONAV 2007» (Польша, г. Вроцлав.- 19-21 сентября 2007 г.)
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 печатных работ, получен 1 патент РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, основных результатов работы, списка использованной литературы. Общий объем работы - 214 страниц, в том числе 32 страницы приложений, основная часть изложена на 182 страницах, из них 47 страниц рисунков (76 рисунков) и 13 страниц списка литературы (143 наименования)
