Введение к работе
Актуальності., темы. Одной из зажнейших проблем, стоящих перед РФ, является промышленное освоение территорий Крайнего Севера и Дальнего Востока, на которых находятся богатейшие месторождения полезных ископаемых. Эта проблема не может быть решена без мощного арктического флота, включающего в себя ледоколы и ледокольнотракспортныо суда (ЛТС). В настоящее время в его состав входит ,18 арктических ледоколоз, включая 7 атомных, и 32 ЛТС, і-меющих класс . Регистра УЛА. Однако, к 2005 году все дизель-злектрическиё и часть атомных ле- \ доколов достипіуг iJOjpacTa 25-30 лет и будут списаны. Нехватка ЛТС ощущается ужо в настоящий момент. В настоящее время, в связи с переходом на рыночные отношения происходят существенные изменения в объемах и структуре арктических ./ перевозок, которые выдвигают иозые требоезнил к вновь создаваемым судам. Они, . ; п -первую очередь, заключаются в необходим/гости пезыеить технико-экономичбекиэ показатели судов и обеспечить универсальность их использования, что возможно. . лишь при резком повышении их ледовых качеств. Существуюиіие в настоящее время теоретические и экспериментальные методы определения ледовой ходкости судоя не удовлетворяют повышенным требованиям. До сих пор форма обводое ' корпуса проектируемого судна выбирается на осноае опыта и интуиции '. конструктора. То же самое относится и к решению рада других задач, возникающих при проектировании и эксплуатации судов ледового ллазания. '..." -
8 связи с этим задача разработки способов оптимизаций теоретического
чертежа и прогнозирования лєдоеой ходкости судов, включающих детальный анализ
особенностей формы корпуса и возможность учета различных эксплуатационных
факторов, яслпотся актуальной. .,
ЦСУШіО-Пайсіш является разработка аналитического метода расчета ледового сопротивления (ЛС) судна при движении в сплошных ровных льдах, позволяющего учитывать локальные особенности его фермы л динамику происходящих при этом процессов. Целью работы также является разработка рекомендаций по проектиро* занию формы корпуса ледокола и методов анализа результатов модельных зкепе-
риментов в ледовом опытовом бассейне (ЛОБ). Для достижения поставленной цели в работе решены задачи:
разработана геометрическая модель разрушения ледового покрова (ЛП) при движении в нем ледокола;
численно исследовано динамическое разрушение полубесконечной балки, лежащей на упругом основании;
разработан метод статистической оценки прочностных характеристик ЛП;
выполнено разбиение ЛС на составляющие и разработаны для них математические модели;
разработаны подходы к оптимизации формы корпуса ледоколов и ЛТС;
- разработана методика моделирования торосов в ЛОБ, а также методика
проведения модельных испытаний в этих условиях.
Результаты исследований отвечают следующим требованиям: базируются на анализе процессов, происходящих при движении ледокола в ЛП, согласованы с натурными данными, могут бить применены для решения практических задач.
Методы исследования. Для реализации целей работы применялись теоретические и экспериментальные методы. На основе решения нелинейных дифференциальных уравнений движения ледокола в сплошном ЛП и поворота обломанной льдины у борта ледокола изучалось влияние формы корпуса и физико-механических характеристик (ФМХ) льда на ЛС. Путем проведения численного эксперимента исследовалась динамика разрушения ЛП. В гидродинамическом и ледовом бассейнах исследована специально разработанная серия моделей ледоколов. При обработке экспериментальных данных использозаг.ись методы математической статистики. Все расчеты проводились на ЭВМ.
Научная новизна. Получены математические модели расчета различных составляющих ЛС судна, позволяющие учитывать локальные изменения формы корпуса проектируемого судна. Предложены: графоаналитический способ обработки экспериментальных данных, способ моделирования о ЛОБ торосистых образований и методика проведения в них модельных испытаний.
Пракпіческое_гііанєі!иа* Предложен практический метод расчета ЛС и обосновано его применение для оптимизации форми корпуса ледоколов и ЛТС. Предложена методика корректировки и обработш данных модельного эксперимента в ЛОБ. Результаты работы использованы в научно-исследовательских работах , выполняемых в ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылоиа, ИПМ Российской академии наук, НИИ Моргеофизика и др. Полученные результаты использовались АО "Айсберг", "Северное ПКБ" и "Черноморсудопроект" при проектировании судов проек-тов10521, 10530, 10540, 10600, 1056Q, 10590, 1062Q и 1Q621.
Основные положения, выносимые на зашиту:
математическая модель сопротивления сплошного льда движения судна;
результаты теоретических исследований разрушения ЛП при действии динамической нагрузки, приложенной к его кромке;
результаты экспериментальных исследований в гидродинамическом и ледовом бассейнах моделей систематической серии ледоколов;
методика приготовления в ЛОБ торосистых образований и проведения в них модельных испытаний;
- методика обработки/корректировки результатов модельных испытаний в ЛОБ.
Апробация работы, Основные результаты докладывались и получили положительную оценку на: всесоюзных конференциях по теории корабля (Крыловские чтения) в 1983, 1985,1989 и 1991 годах; на II и III всесоюзных конференциях по механике и физике льда в 1983 и 1988 годах; на всесоюзной конференции "Морские льды и хозяйственная деятельность на шельфе" в 1989 году; на международных конференциях: The 1st Int. Offshore and Polar Eng. Conf., ISOPE-91, Edinburgh, UK, 1991; Int. Conf. on Development and Commercial Utilization of Tech. in Polar Regions, Polartech-92, Montreal.Canada; The 12th Int. Conf. in Port and Ocean Eng., POAC-93, Hamburg; Int. Conf. on Development and Commercial Utilization of Tech. In Polar Regions, Polartech-94, Lulea, Sweden.
Публикации^ Основное содержание диссертационной работы отражено в 28 публикациях (см. перечень в конце автореферата).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глзв, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 273 страницы машинописного текста, включающего 2 с. оглавления, 19 с. списка литературы ( 167 наименований), 47 листов с рисунками и 13 с. приложения.
