• Название:

    3 Определение ледового сопротивления движению с...

  • Размер: 0.06 Мб
  • Формат: DOC
  • или



3 Определение ледового сопротивления движению судна в битых льдах
3.1 Характеристики ледового плавания и определение ледового сопротивления

Для начала необходимо обзадаться рядом ограничений, за пределы которых мы не смеем выходить вследствие того, что судно, на примере которого я буду раскрывать вышеупомянутую задачу, ограничено в возможности ледового плавания своим классом, а именно:

Л1 – в летний период навигации в Арктике и в разрежённых битых льдах и круглогодично в замерзающих неарктических морях и лёгких ледовых условиях [Приложение А].
Процесс движения судна в битых льдах очень сложен, составить его аналитическое описание не представляется возможным.
Поэтому расчётные зависимости, связывающие сопротивление судна в битых льдах со скоростью движения, размерениями и параметрами льда, создавались на основании эмпирических данных, полученных в ходе натурных экспериментов.
Основываясь на исследованиях, чистое сопротивление движению судна в битых льдах представим в следующем виде [2]:

( 3.1.1 )

где r – протяжённость битого льда, м;
h – толщина битого льда, м;
ρ – плотность льда, т/м3;
fт – коэффициент трения борта о лёд (fт = 0,08 – 0,15);
α - коэффициент полноты действующей ватерлинии;
αв – коэффициент полноты носовой части действующей ватерлинии;
α0 – угол входа носовой ветви действующей ватерлинии, град;
k1, k2, k3, k4 – безразмерные коэффициенты (таблица 3.1);
Sсж – сила сжатия, баллы;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
L – длинна судна;
B – ширина судна;
V – скорость судна во льдах;
V0– скорость судна на чистой воде при той же нагрузке, что и во льдах
Для данной ледовой категории характерны следующие параметры, определяющие состояние льда, необходимые нам в дальнейших расчётах:
r - протяжённость битого льда – выберем произвольный участок длинной 1 метров.
h - толщина битого льда.
Согласно характеристике льда, по которому допускается плавание судно данного класса [2], толщина льда колеблется в пределах от 5 до 10 см.
Для расчётов возьмём 10 см.
ρ – плотность льда.
Для расчётов рекомендуется брать плотность равную 850 кг/м3 [3].
Sсж – сила сжатия, баллы.
По шкале оценки степени сжатия льда (таблица 3.2) [3] для нашего района плавания выбираем 1 балл.
Что касается коэффициентов, характеризующих размерения судна, то αн - коэффициент полноты носовой части действующей ватерлинии определяется по формуле [3]:

( 3.1.2 )

А α0 – угол входа носовой ветви действующей ватерлинии, коэффициент, входящий в формулу 3.1.1, определяется согласно статистическим данным [4].
Относительно безразмерных коэффициентов k1, k2, k3, k4, то они сведены в таблице 3.1 для сплочённости льда 4 балла.

Таблица 3.1 - Значения коэффициентов k1, k2, k3, k4
Коэффициенты
Сплоченность льда, баллы 4
6
8
10

k1
0
0
710-2
7,410-2

k2
0,93
2,54
5,70
8,2

k3
4,3
4,3
4,3
4,3

k4
-
-
-
3010-2
Таблица 3.2 - Шкала оценки степени сжатия льда
Характеристика
Баллы

Слабое сжатие, в зоне сжатия ещё наблюдаются небольшие участки чистой воды, образуются отдельные торосы взлома, а в молодом льду – наслоения; ледяная каша выжимается на края льдин
1

Значительное сжатие, в зоне сжатия отдельные участки чистой воды закрываются; на участках более слабого льда и на стыках полей происходит торошение; в молодом льду появляются свежие торосы в виде гряд и наслоений; между ледяными полями образуются валы из тёртого ляда и ледяной каши
2

Сильное сплошное сжатие; происходит интенсивное торошение однолетних льдов, частично охватывающее и многолетние; всюду образуются валы из ледяной каши, молодой лёд преимущественно всторошен или превращён в ледяную кашу
3

3.2 Численный расчёт ледового сопротивления движению судна “Грин Арктик”

Рассчитаем сопротивления льда для судна при:
сплочённости льда 4 балла,
протяжённости 10 метров,
толщине льда 10 см,
силе сжатия 1 балл,
плотности льда 850 кг/м3,
коэффициент трения льда о борт 0,1,
угол входа носовой ветви действующей ватерлинии α0=30˚,
ускорение свободного падения g = 9,8 м/с2,
скорость судна V = 7,5 узлов.
Прежде необходимо рассчитать коэффициент полноты носовой части действующей ватерлинии, воспользовавшись формулой 3.1.2:
Итак, подставив данные в формулу 3.1.1, получим:
3.3 Вывод

С другой стороны ледовое сопротивление, в упрощённом виде, имеет вид :
Rл = R1 + R2 + R3 + R4 ( 3.3.1 )

где R1 – статическая составляющая сил сопротивления, не зависящая от скорости судна во льду;
R2 – диссипативные силы сопротивления, возникающие вследствие сопротивления воды раздвиганию льдин и трения льдин друг о друга;
R3 – импульсивное сопротивление, обусловленное потерей кинетической энергии судна при ударах о льдины;
R4 – сила сопротивления, обусловленная работой, затрачиваемой на притапливание, поворачивание льдин, возникающее при этом волнообразование и изменение посадки судна,

Так, из расчётов, можно заключить, что наибольшее сопротивление движению судна в битых льдах оказывает сопротивление, вызванное диссипативными силами сопротивления, вследствие сопротивления воды раздвиганию льдин и трения льдин друг о друга и статистическими силами, не зависящими от скорости судна.