ГЛАВА IV
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ФОРМА ОБВОДОВ КОРПУСА

§ 13 Главные рамерения и их соотношения

Влияние главных размерений ледокола и их соотношений на ледовые качества изучено сравнительно мало.

В начальной стадии проектирования количественный анализ влияния главных размерений ледокола на его ледовую ходкость может быть сделан с помощью формул (1) и (3), которые связывают параметры судна с сопротивлением льда. При назначении ледопроходимости ледокола ориентируются на движение непрерывным ходом в сплошных льдах. Обычно в техническом задании на проектирование ледопроходимость судна в сплошных льдах задают в виде предельной толщины льда h_np. Приближенно ширина корпуса может быть определена по первым двум членам выражения (1) при значении коэффициента использования (ню)₀ = 1,5. Для мощных ледоколов, основное назначение которых — проводка судов в тяжелых льдах, важным требованием является создание канала, ширина которого была бы достаточной для прохождения по нему транспортных судов. Ширина корпуса мощных ледоколов обычно определяется из условия размещения силовой установки, мощность которой должна обеспечивать заданную ледопроходимость. Практика показывает, что ширина канала, прокладываемого мощным ледоколом, как правило, оказывается достаточной для проводки современных транспортных судов.

Ширина средних ледоколов в большинстве случаев назначается заранее. При этом после удовлетворения условия размещения энергетической установки проводится поверочный расчет ледовой ходкости. При выборе ширины вспомогательных ледоколов, ледопроходимость которых в сплошных льдах в соответствии с их назначением имеет второстепенное значение, следует принимать решения по улучшению маневренных качеств во льдах, уменьшению остойчивости, улучшению удифферентовки и т. д.

Длина корпуса ледокола, как видно из (1), в явном виде не влияет на ледовое сопротивление в сплошных льдах. Косвенное влияние L обнаруживается через коэффициенты μ₀ и η₂, характеризующие форму обводов носовой части ледокола.

Действительно, изменение L при заданной ширине корпуса ледокола приводит к изменению углов наклона КВЛ, а следовательно μ₀ и η₂, которые соответственно равны:

где Σ_III — суммарное продольное горизонтальное усилие; Σ_II — суммарное вертикальное усилие; Σ_I — суммарное поперечное усилие.

Определение этих сумм сводится к вычислению определенных интегралов

по длине носовой части КВЛ от форштевня до миделя, где k — коэффициент пропорциональности.

В этих выражениях cos х', cos z' и cos у' — косинусы углов, которые образует нормаль к поверхности борта с осями координат х, у и z. Для получения зависимости между μ₀ , η₂ и длиной ледокола судовую поверхность в районе ледового пояса можно представить уравнением:

Нетрудно убедиться, что n зависит от полноты носовой ветви КВЛ (α_н) или, что то же самое, от угла входа КВЛ (α'_E). Параметры α_н и α'_Е в данном случае связаны друг с другом через n:

были вычислены значения коэффициентов μ₀ и η₂ для различных значений L/B и α_н, которые практически охватывают все формы ватерлиний, встречающиеся на современных ледоколах.

Поскольку угол наклона борта к вертикали в районе КВЛ нельзя представить простой зависимостью, в расчет введен постоянный угол наклона, равный 26°. Результаты расчета коэффициентов μ₀ и η₂ приведены на рис. 79 и 80 в виде зависимостей μ₀ = f(L/B) и η₂ = f(L/B). При анализе этих зависимостей учитывалось, что способность судна разрушить лед тем выше, чем меньше значение μ₀ , а ледораздвигающая способность, которая характеризуется величиной η₂, — наоборот, тем выше,чем больше η₂.

Как видно из рис. 79 и 80, кривые μ₀ = f(L/B) и η₂ = f(L/B) в области применяемых на практике значений α_н не имеют экстремума. Изменение L/B сравнительно мало сказывается на прямом сопротивлении и более интенсивно — на скоростном сопротивлении. Так, при увеличении LIB с 3,5 до 5 прямое сопротивление уменьшается примерно на 15%, а скоростное — примерно на 60%. Однако, учитывая, что скоростная составляющая ледового сопротивления при движении ледоколов во льдах предельной толщины занимает сравнительно малую долю в общем ледовом сопротивлении, можно сделать вывод, что влияние

L/B на ледовую ходкость в таких льдах несущественно. Из рис. 80 и 79 видно, что даже значительное изменение L (при В = const) практически мало сказывается на проходимости ледоколов в сплошных льдах. Например, при увеличении L на 25% (L/B изменяется с 4 до 5) μ₀ уменьшается на 10%.

При проектировании ледокола следует иметь в виду, что увеличение длины его корпуса за счет цилиндрической вставки нежелательно по условиям работы набегами в тяжелых льдах, так как при этом возрастает протяженность зон заклинивания и ухудшаются условия освобождения от заклинивания. Увеличение длины цилиндрической вставки при определенных условиях может вызвать увеличение ледовых нагрузок в районе 1-го и 2-го теоретических шпангоутов [20].

Длина корпуса ледокола влияет также на его маневренные качества. Для удовлетворения требований, связанных с маневренностью во льдах, следует исходить из класса проектируемого ледокола (см. § 8). Мощному ледоколу при выполнении операций, связанных с проводкой судов во льдах, необходима хорошая устойчивость на курсе. 

Она обеспечивается увеличением длины корпуса, что приводит к возрастанию момента инерции массы относительно вертикальной оси, а следовательно, к уменьшению рыскания ледокола при прокладке канала. Хорошая поворотливость — наиболее важное маневренное качество вспомогательного, а отчасти и среднего ледокола — достигается уменьшением длины корпуса.

При выборе L необходимо также руководствоваться значениями L/B, которые сложились в практике проектирования ледоколов (табл. 12). В настоящее время нет достаточных оснований для увеличения L/B мощных ледоколов свыше 5, хотя в работах И. В. Виноградова [5], С. Ланка и Л. Ферриса такие рекомендации приводятся. Для средних ледоколов L/B должно находиться в пределах от 4,0 до 4,5, а для вспомогательных — от 3,5 до 4,0.

Осадка ледокола в меньшей степени, чем другие главные размерения, оказывает влияние на его основные ледовые качества. Практика показывает, что даже при сравнительно малых значениях Т, которые встречаются у речных ледоколов, представляется возможным удовлетворить все необходимые требования, предъявляемые к форме обводов корпуса для получения необходимых ледовой ходкости, ледовой прочности и маневренных качеств судна.

При выборе осадки ледокола, если не задано ограничение по условиям плавания на мелководье, в первую очередь необхо

димо считаться с тем, что с уменьшением диаметра гребных винтов уменьшается их упор — один из основных параметров, определяющих проходимость ледоколов при непрерывном движении в сплошных и битых льдах. На ледоколах в зоне переменной ватерлинии желательно сохранять постоянным угол наклона борта.

При заданной ширине корпуса ледокола чем меньше осадка, тем большее количество битого льда, притопленного носовой частью корпуса, может проходить под днищем и подходить к винтам. Увеличение осадки ледокола позволяет заглубить винты, что имеет первостепенное значение для защиты их от ледовых повреждений.

В практике ледоколостроения, как видно из табл. 12, B/T изменяется в довольно узких пределах (2,4 - 3,2), поэтому при выборе осадки удобно пользоваться этим отношением.

Высота борта непосредственно не влияет на основные ледовые качества проектируемого судна; однако правильный выбор этого элемента имеет важное значение при эксплуатации ледоколов как на чистой воде, так и во льдах. Основные факторы, которые определяют выбор высоты борта ледокола,— непотопляемость и возможность размещения силовой установки и вспомогательного оборудования. Надводный борт не должен допускать погружения палубы в воду во время работы ледокола набегами при углах дифферента, доходящих до 3°. Кроме того, при переходах по чистой воде на взволнованном море палуба не должна входить в воду при углах крена 20—25° [39], [40]. Увеличенный надводный борт желательно иметь во время ледовых сжатий, чтобы предотвратить налезание льда на палубу. В табл. 12 приведены отношения Н/Т для современных ледоколов.