История арктического судоходства неразрывно связана с использованием ледоколов. Многолетние теоретические исследования, созданная экспериментальная база, ледовые бассейны для проведения модельных испытаний, натурные испытания обеспечили Советскому Союзу и России лидирующие позиции в области постройки ледоколов и судов ледового класса, в арктическом судоходстве в целом. К сожалению, в настоящее время эти достижения постепенно утрачивают своё значение.
Одним из направлений в решении задач арктического мореплавания за весь продолжительный период его существования являлось стремление создать транспортное судно, способное двигаться при любых ледовых условиях без ледокольной проводки. С этой целью некоторые зарубежные компании предлагали, построить ледокольный надводный газовоз вместимостью 125000 куб. м и мощностью 150 тыс. л. с. (Melville Shipping Ltd), способный двигаться без ледокола в ледовом поле толщиной до 3 м. Это судно не было построено из - за большой стоимости. ОАО «ГМК «НОРИЛЬСКИЙ НИКЕЛЬ» построило сухогрузные суда так называемого типа DAS (double action ship), с установкой типа «Azipod», которые, по мнению заказчика, могут ходить во льдах кормой вперёд без ледоколов. Но в разговорах с капитанами этих судов выяснилось, что они на такую рискованную операцию могут пойти только в крайнем случае и с большой осторожностью.
Прорывом в решении транспортной проблемы арктического судоходства может явиться создание нового класса судов с минимальной площадью ватерлинии, способных самостоятельно, без ледокольного сопровождения, осуществлять транспортировку грузов в условиях Арктики. Конструкция таких судов основана на исключении взаимодействие основного корпуса со льдом за счёт погружения его под лёд.
Техническое решение поставленной задачи состоит в следующем: судно имеет подводный корпус и надводную часть в виде двух надстроек, расположенных на носовой и кормовой оконечностях. Такая конструкция надстроек позволяет решать следующую проблему. При движении судна в сплошном ледовом поле горизонтальная составляющая сопротивления льда, действующая на надстройки, и сила тяги гребного винта, расположенного ниже уровня ледового покрова, образуют момент, который создал бы дифферент на корму недопустимой величины, если бы не отмеченная особенность размещения надстроек. Их ватерлинии, благодаря разнесению по оконечностям, имеют большой суммарный момент инерции, что обеспечивает достаточную величину продольной метацентрической высоты. При этом восстанавливающий момент приводит посадку судна практически на ровный киль.
Эффективность разделения надстройки на две части можно показать следующими выкладками.
Продольный восстанавливающий момент равен:
, (1)
где
Прорывом в решении транспортной проблемы арктического судоходства может явиться создание нового класса судов с минимальной площадью ватерлинии, способных самостоятельно, без ледокольного сопровождения, осуществлять транспортировку грузов в условиях Арктики. Конструкция таких судов основана на исключении взаимодействие основного корпуса со льдом за счёт погружения его под лёд.
Техническое решение поставленной задачи состоит в следующем: судно имеет подводный корпус и надводную часть в виде двух надстроек, расположенных на носовой и кормовой оконечностях. Такая конструкция надстроек позволяет решать следующую проблему. При движении судна в сплошном ледовом поле горизонтальная составляющая сопротивления льда, действующая на надстройки, и сила тяги гребного винта, расположенного ниже уровня ледового покрова, образуют момент, который создал бы дифферент на корму недопустимой величины, если бы не отмеченная особенность размещения надстроек. Их ватерлинии, благодаря разнесению по оконечностям, имеют большой суммарный момент инерции, что обеспечивает достаточную величину продольной метацентрической высоты. При этом восстанавливающий момент приводит посадку судна практически на ровный киль.
Эффективность разделения надстройки на две части можно показать следующими выкладками.
Продольный восстанавливающий момент равен:
, (1)где
- водоизмещение (т), H-продольная метацентрическая высота (м).
Известно, что H примерно равен R, где R - продольный метацентрический радиус. (2)
Продольный метацентрический радиус в ф-ле (2) для описываемого случая равен:
, где si- площадь ватерлинии i - той надстройки в погруженном положении; ri – расстояние от цента тяжести площади i - той ватерлиний надстройки в погруженном положении до суммарного центра тяжести площадей ватерлиний.
После подстановок в ф-лу (1)
Видно, что благодаря большому расстоянию между надстройками, соразмерному с длиной судна, сомножитель ri2 и, соответственно, восстанавливающий момент достигают большой величины, что обеспечивает эффект посадки практически на ровный киль. Надстройки соединяются с подводным корпусом пилонами. В подводным корпусе размещаются грузовые танки, машинное отделение и цистерны главного балласта. В нём же проложена труба для сообщения между надводными корпусами.
Носовая надстройка является «миниатюрным ледоколом», который прокладывает канал во льдах. Кормовая надстройка работает в канале только на раздвижение битого льда и имеет обычную форму корпуса с минимальным ледовым сопротивлением. Цистерны главного балласта при движении на основном участке трассы заполняются, а для захода в порт или при подходе к морской лёдостойкой платформе продуваются.
Описанная конструкция судна защищена патентом Российской Федерации (Патент RU 2 443 596 C1, патентообладатель ОАО «ЦТСС», Бюл. № 6 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, 27.02.2012)
Благодаря небольшой глубине погружения основного корпуса и, соответственно относительно низкому гидростатическому давлению на корпус его внешние перекрытия могут быть плоскими. Конструкция корпуса этих судов упрощается по сравнению с подводными судами и появляется возможность экономно использовать его внутренний объём. Это в свою очередь даёт возможность строить подлёдные суда практически любого назначения, например, такие как контейнеровозы, с необходимыми размерами люковых закрытий.
В качестве примера проработан танкер дедвейтом 70 тыс. т. Его основные параметры приведены в таблице. Расчётная лёдопроходимость около 4м. Такую лёдопроходимость не имеет ни одно судно, включая ледоколы. Это позволит судну предлагаемой конструкции ходить во льдах толщиной 1,5 – 2 м со скоростью 10 - 12 уз. Такую скорость имеет караван в составе одного судна и ледокола в средних ледовых условиях.
Основные характеристики сопоставляемых танкеров ледового плавания
Большая лёдопроходимость и соответственно большие динамические ледовые нагрузки требует разработки конструкции надстроек на ледовый класс Arc 9. Параметры формы носовой надстройки также должны соответствовать этому классу. При этом ширина носовой надстройки на уровне ватерлинии должна быть на 20 - 25% меньше удвоенного расстояния от ватерлинии до нижнего корпуса. Это позволит беспрепятственно проходить взломанному льду между корпусами, не создавая дополнительного ледового сопротивления.
Осадка судна на трассе в погруженном положении 23 – 25 м, в надводном положении – 14 – 15 м. Зазор между подводным корпусом и льдом 5 - 7 м, что достаточно для избегания столкновения с торосами, составляющими бóльшую часть их общего количества. Судно на трассе будет иметь научное сопровождение соответствующей лаборатории ААНИИ, что обеспечит ему движение по наиболее лёгким участкам с минимальным количеством торосов, имеющих небольшую осадку. В редких случаях часть килей торосов может быть разрушена форштевнем подводной части, для чего он должен иметь соответствующее подкрепление в носу.
В качестве энергетической установки предусмотрен дизель-редукторный агрегат, включающий два среднеоборотных двигателя, который работает на ВРШ в насадке;
Схема общего расположения подлёдного танкера показана на Рис. 1.
Рис. 2 Схема общего расположения подлёдного танкера активного ледового плавания
1 – надстройки; 2 - подлёдный корпус; 3 - ватерлиния в надводном положении; 4 ватерлиния в погруженном положении; 5 – машинное отделение
Суда нового класса предлагаемой инновационной, а по существу революционной концепции могут произвести переворот в транспортной арктической системе. Их использование позволит организовать круглогодичные постоянно действующие надёжные как внутриарктические перевозки, так и транзитные перевозки между северными районами Атлантики и Тихого океана.
Известно, что H примерно равен R, где R - продольный метацентрический радиус. (2)
Продольный метацентрический радиус в ф-ле (2) для описываемого случая равен:
, где si- площадь ватерлинии i - той надстройки в погруженном положении; ri – расстояние от цента тяжести площади i - той ватерлиний надстройки в погруженном положении до суммарного центра тяжести площадей ватерлиний.После подстановок в ф-лу (1)
Видно, что благодаря большому расстоянию между надстройками, соразмерному с длиной судна, сомножитель ri2 и, соответственно, восстанавливающий момент достигают большой величины, что обеспечивает эффект посадки практически на ровный киль. Надстройки соединяются с подводным корпусом пилонами. В подводным корпусе размещаются грузовые танки, машинное отделение и цистерны главного балласта. В нём же проложена труба для сообщения между надводными корпусами.
Носовая надстройка является «миниатюрным ледоколом», который прокладывает канал во льдах. Кормовая надстройка работает в канале только на раздвижение битого льда и имеет обычную форму корпуса с минимальным ледовым сопротивлением. Цистерны главного балласта при движении на основном участке трассы заполняются, а для захода в порт или при подходе к морской лёдостойкой платформе продуваются.
Описанная конструкция судна защищена патентом Российской Федерации (Патент RU 2 443 596 C1, патентообладатель ОАО «ЦТСС», Бюл. № 6 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, 27.02.2012)
Благодаря небольшой глубине погружения основного корпуса и, соответственно относительно низкому гидростатическому давлению на корпус его внешние перекрытия могут быть плоскими. Конструкция корпуса этих судов упрощается по сравнению с подводными судами и появляется возможность экономно использовать его внутренний объём. Это в свою очередь даёт возможность строить подлёдные суда практически любого назначения, например, такие как контейнеровозы, с необходимыми размерами люковых закрытий.
В качестве примера проработан танкер дедвейтом 70 тыс. т. Его основные параметры приведены в таблице. Расчётная лёдопроходимость около 4м. Такую лёдопроходимость не имеет ни одно судно, включая ледоколы. Это позволит судну предлагаемой конструкции ходить во льдах толщиной 1,5 – 2 м со скоростью 10 - 12 уз. Такую скорость имеет караван в составе одного судна и ледокола в средних ледовых условиях.
Основные характеристики сопоставляемых танкеров ледового плавания
| Основные характеристики | Подлёдный танкер | Надводный танкер |
|---|---|---|
| Класс | Arc 9 1 | Arc 6 |
| Длина наибольшая, м | 257,5 | 246,5 |
| Длина м.п., м | 240,2 | 228,5 |
| Ширина, м | 40,5 | 35,8 |
| Высота борта основного корпуса, м | 17 | 20,2 |
|
Осадка по КВЛ, м - в надводном положении; - в погруженном положении |
14,5 ~24 |
14,0 - |
| Дедвейт, т | 70000 | 70000 |
| Водоизмещение, т | 103000 | 92900 |
|
Энергетическая установка: - тип; - мощность установки, кВт |
ДУ 30300 |
ДУ 30300 |
|
Винтo-рулевой комплекс - тип; - диаметр винта, м |
ВРШ в насадке 7,2 |
ВРШ в насадке 7,2 |
| Скорость на испытаниях, узл. | 17,0 | 18,5 |
| Лёдопроходимость, м | ~4,0 | 1,7 |
Осадка судна на трассе в погруженном положении 23 – 25 м, в надводном положении – 14 – 15 м. Зазор между подводным корпусом и льдом 5 - 7 м, что достаточно для избегания столкновения с торосами, составляющими бóльшую часть их общего количества. Судно на трассе будет иметь научное сопровождение соответствующей лаборатории ААНИИ, что обеспечит ему движение по наиболее лёгким участкам с минимальным количеством торосов, имеющих небольшую осадку. В редких случаях часть килей торосов может быть разрушена форштевнем подводной части, для чего он должен иметь соответствующее подкрепление в носу.
В качестве энергетической установки предусмотрен дизель-редукторный агрегат, включающий два среднеоборотных двигателя, который работает на ВРШ в насадке;
Схема общего расположения подлёдного танкера показана на Рис. 1.
Рис. 2 Схема общего расположения подлёдного танкера активного ледового плавания
1 – надстройки; 2 - подлёдный корпус; 3 - ватерлиния в надводном положении; 4 ватерлиния в погруженном положении; 5 – машинное отделение
Суда нового класса предлагаемой инновационной, а по существу революционной концепции могут произвести переворот в транспортной арктической системе. Их использование позволит организовать круглогодичные постоянно действующие надёжные как внутриарктические перевозки, так и транзитные перевозки между северными районами Атлантики и Тихого океана.
