Анализ существующих методик расчета сопротивления движению судна в ровном льду

В процессе проектирования судов ледового плавания и ледоколов одной из ключевых задач является определение параметров их ледовой ходкости. Важнейшим составляющим данного параметра является ледопроходимость судна — способность преодолевать лед предельной толщины на устойчивой скорости движения 2 — 3 уз при работе энергетической установки на режиме максимальной мощности. Ледопроходимость зависит от целого перечня факторов, среди которых основные — ледовое сопротивление движению, тяга движительного комплекса и мощность энергетической установки.
Данная работа является первой частью исследования, посвященного разработке рекомендаций по выбору существующих расчетных методов определения ледового сопротивления движению судна в сплошном ровном льду. Несмотря на обширный накопленный опыт и отработку ряда расчетных методик, необходимо отметить ограниченные возможности их применения. Причина данных ограничений заключается в несовершенстве разработанных математических моделей взаимодействия корпуса судна с ледяным покровом, а также в несоответствии применяемых эмпирических коэффициентов современным проектам судов. При этом различные методики имеют отличающиеся по точности результаты расчетов применительно к судам разных классов и размерений. Это также обусловливается спецификой используемых математических моделей и количеством учитываемых факторов.
В работе проводится анализ и систематизация сценариев взаимодействия корпусов судов различного типа со сплошным ледяным покровом. Далее, рассматриваются существующие расчетные методики определения ледового сопротивления и приводится их SWOT-анализ. Во второй части исследования предполагается привести данные по верификации рассмотренных методов данными экспериментальных исследований. На основании полученных результатов будут сформированы рекомендации по выбору расчетных методик в зависимости от ледовых условий, типа судна и формы его корпуса.
Исследования, направленные на повышение точности прогнозирования значений ледового сопротивления на предварительных этапах проектирования, являются актуальными и могут значительно снизить финансовые и трудовые затраты проектных организаций.

1. Ионов Б.П. Ледовая ходкость судов / Б.П. Ионов, Е.М. Грамузов. — СПб.: Судостроение, 2013.

2. Ионов Б.П. Ледовое сопротивление и его составляющие / Б.П. Ионов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1988.

3. Сазонов К.Е. Основы физики морского льда / К.Е. Сазонов, С.В. Лукьянов, О.М. Владимирова. — СПб.: РГГМУ, 2023.

4. Рывлин А.Я. Испытания судов во льдах / А.Я. Рывлин, Д.Е. Хейсин. — Л.: Судостроение, 1980.

5. Lindqvist G. A straightforward method for calculation of ice resistance of ships / G. Lindqvist // Proceedings of 10th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC), Lulea, Sweden, 12 — 16 June 1989. Vol. 2. P. 722 — 735.

6. Riska K., Wilhelmson M., Englund K., Leiviska T. Performance of merchant vessels in the Baltic / K. Riska, M. Wilhelmson, K. Englund, T. Leiviska // Research report no 52. Helsinki university of technology, ship laboratory, Winter Navigation Research Board. — Espoo, 1997.

7. Keinonen A.J. Icebreaker characteristics synthesis / A.J. Keinonen, R. Browne, C. Revill, A. Reynolds / The Transportation Development Centre. Report TP 12812E. Transport Canada. — Ontario, 1996.

8. Каштелян В.И. Сопротивление льда движению судна / В.И. Каштелян, И.И. Позняк, А.Я. Рывлин. — Л.: Судостроение, 1968.

9. Максутов Д.Д. Сопротивление движению транспортных судов в сплошных льдах / Д.Д. Максутов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1973.

10. Cho Seong-Rak. Development of a prediction formula for ship resistance in level ice / Seong-Rak Cho, Seong-Yeop Jeong, Sungsu Lee, Kook-Jin Kang // Proceedings of the 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, June 8–13, 2014, San Francisco, California, USA. (ASME 2014. Vol. 10: Polar and Arctic Science and Technology.)

11. Dobrodeev A.A. Concept development and experimental investigation of an Arctic trimaran / A.A. Dobrodeev, N.Yu. Rodionov // Proceedings of the 26th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, 2021.

12. Добродеев А.А. Разработка метода расчета ледового сопротивления судна при движении в крупнобитых льдах и обломках ледяных полей и его применение для оценки различных способов проводки крупнотоннажных судов: дис. … канд. техн. наук / А.А. Добродеев; КГНЦ. — СПб., 2016.

13. Андрюшин А.В. Разработка проекта требований к величине глобальной ледовой нагрузки на корпус движительно-рулевой колонки для арктических судов ледовых классов Arc4 — Arc9 / А.В. Андрюшин, С.С. Федосеев, М.А. Кутейников // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2021. — № 64/65. — С. 37 — 57. — EDN FKMSMT.

14. Сазонов К.Е. Теоретические основы плавания судов во льдах / К.Е. Сазонов. — СПб.: КГНЦ, 2010.

15. Таровик О.В. Безопасная дистанция ледокольной проводки судов с винторулевыми колонками / О.В. Таровик // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2022. — № 66/67. — С. 4 — 18. — EDN RFIUFE.

16. Цой Л.Г. Изучение ледовых качеств и обоснование рациональных параметров судов ледового плавания / Л.Г. Цой. — СПб.: НесторИстория, 2017.

17. Dobrodeev A.A. Challenges of speedy icebreaker-assisted operation of heavy-tonnage vessels in ice / A.A. Dobrodeev, K.E Sazonov // Proceedings of the 37th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, OMAE Madrid, 2018.

18. Hu Jian. Further study on level ice resistance and channel resistance for an icebreaking vessel / Jian Hu, Li Zhou // International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 2016.

19. Mard А. Еxperimental study of the icebreaking process of an icebreaking trimaran/ А. Mard // Proceedings of the 23rd International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, POAC 2015.

20. Каштелян В.И. Выбор основных параметров транспортных судов ледового плавания / В.И. Каштелян, О.В. Фадеев, Л.Г. Пол. — Л.: Судостроение, 1968.

21. Шиманский Ю.А. Условные измерители ледовых качеств судов / Ю.А. Шиманский. — Л.: Изд-во Главсевморпути, 1938. (Труды АНИИ. Т. 130.)

22. Hu Jian. Experimental and numerical study on ice resistance for icebreaking vessels / Jian Hu, Li Zhou // International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering. — 2015. — Vol. 7, Issue 3. — P. 626 — 639.