Содержание
Введение
1. Краткий анализ ледовых условий на основных транспортных путях
1.1 Распределения льда в мировом океане
1.2 Льды северного полушария
1.3 Льды южного полушария
1.4 Мониторинг ледовой обстановки
2. Самостоятельное плавание транспортного судна во льдах
2.1 Плавание в зоне вероятной встречи со льдом
2.2 Вход судна в ледовую зону
2.3 Выбор благоприятного пути во льдах
2.4 Скорость ледового плавания
2.5 Счисление пути судна во льдах
3. Определение сопротивления движению судна во льдах и скорости буксировки
3.1 Общие положения
3.2 Расчет упора винта буксировщика
3.3 Расчет сопротивления судов
3.4 Чистое ледовое сопротивление движению судна в битых льдах
3.4 Определение максимальной скорости буксировки и силы тяги на гаке
4. Разработка буксирного устройства и кранцевой защиты для обеспечения буксировки аварийного судна транспортным судном
4.1 Буксирное устройство на ледоколах
4.2 Необходимые составляющие
4.2.1 Выбор буксирного троса
4.2.2 Элементы кранцевой защиты
4.2.3 Блок конструкции С.В. Николаева
4.3 Сборка кормовой кранцевой защиты
4.4 Выводы по произведённым расчётам
5. Организация и технические мероприятия взятия аварийного судна на буксир и проводка его по ледовому каналу
5.1 Предварительная подготовка
5.2 Взятие на буксир, крепление и отдача буксира
Заключение
Список использованных источников
Приложения
Введение
Надо признать, что для ледового плавания требуется специальная подготовка. С распадом Балтийского морского пароходства численность российских капитанов, совершающих рейсы в водах Балтики, существенно сократилось. Именно они имели опыт ледового плавания. Сегодня первенство носителей знаний ледового плавания принадлежит капитанам ледоколов. Но эти знания имеют скрытый характер. Для перевода их в разряд явных знаний требуется, чтобы они были, как минимум, опубликованы.
Ледовая аварийность во многом зависит от опыта капитанов и старших помощников проводимых судов. Часто в арктическое плавание направляют людей, ранее во льдах не работавших. Такие судоводители стараются вести плавание осторожно и чаще всего действуют неправильно (с точки зрения тактики ледового плавания), подвергая судно повышенному риску.
Недра российского шельфа арктических морей (за исключением Восточно-Сибирского и Чукотского) содержат более 75% от НСР углеводородов, оцененных на шельфе всех морей страны. При существующих в настоящее время способах добычи нефти и газа в прибрежных районах арктических морей, танкерные перевозки можно считать главным, а порой и единственным способом доставки нефти из района промысла на перерабатывающие предприятия и береговые терминалы. О вероятности возникновения аварий танкеров свидетельствуют статистические данные, характеризующие общее состояние аварийности российских судов, плавающих под российским флагом за десятилетний период.
Немаловажно учитывать большое количество промысловых судов, работающих в районах заполярья.
Также при анализе аварийности судов за последние 10 лет отчётливо прослеживается увеличение количества аварийных случаев в осенние и зимние месяцы, обусловленное ухудшением условий плавания (в т. ч. ледовой обстановкой). В 2008 году 75% аварийных случаев, связанных с посадками судов на мель произошли в ледовых условиях.
На основании вышесказанного можно сделать вывод, что аварийность транспортного флота в условиях ледового плавания довольно высока. Очевидно, что проблема буксировки в ледовых условиях актуальна.
Далеко не всегда имеется возможность использовать для буксировки специально оборудованный ледокол, а буксировка посредством транспортного судна влечёт за собой ряд задач, определение и решение которых является целью моей дипломной работы.
Основные задачи дипломной работы:
выбор методики расчёта, позволяющей в судовых условиях принять решение о возможности аварийной буксировки для конкретной ситуации;
техническая реализация комплекса мероприятий, позволяющих произвести буксировку аварийного судна в ледовых условиях транспортным судном.
1. Краткий анализ ледовых условий на основных транспортных путях
1.1 Распределения льда в мировом океане
Границы возможного ледового плавания в Мировом океане определяются пределами распространения льда в океане, его сезонными и многолетними колебаниями. В связи с этим рассмотрим кратко географические закономерности распространения льда отдельно в северном и южном полушариях.
Предварительно заметим, что в настоящее время морские льды занимают в среднем за год 23,74 млн. км2
, или 6,6% всей площади Мирового океана, из них 12,65 млн. км2
(53,2%) приходится на северное полушарие и 11,9 млн. км2
(46,8%) - на южное. Максимальную площадь льды в Мировом океане занимают в октябре (27,74 млн. км2
), минимальную - в марте (18,73 млн. км2
).
Рисунок 1.1 - Сезонные изменения средних площадей льда (S)
В течение года площади льдов в северном и южном полушариях изменяются в противофазе (рис.1), т.е. максимальной площади льда в северном полушарии в марте (16,11 млн. км2
) соответствует их минимальная площадь в южном (2,62 млн. км2
). В сентябре наблюдается обратная картина: при минимальной площади льда в северном полушарии (7,95 млн. км2
) его площадь в южном становится максимальной (18,82 млн. км2
). Из приведенных цифр видно, что в зимний период площадь морских льдов в южном полушарии больше, чем в северном (на 2,71 млн. км2
), а в летний период площадь льдов в южном полушарии меньше, чем в северном (на 5,33 млн. км2
). Амплитуда сезонных колебаний площади морских льдов в северном полушарии составляет 8,16 млн. км2
, что почти в 2 раза меньше, чем в южном (16,20 млн. км2
). Столь большая разница в амплитудах объясняется тем, что в северном полушарии значительная площадь льда располагается вокруг Северного полюса, где существенно снижается приток солнечной радиации.
1.2 Льды северного полушария
Особенности географического распространения морских льдов в северном полушарии в марте и сентябре показаны на рисунке 1.2:
Рисунок 1.2 - Распространение морских льдов в северном полушарии: 1 - в сентябре; 2 - в марте
В летний сезон морские льды в северном полушарии располагаются, главным образом, в Северном Ледовитом океане и лишь узкой полосой - вдоль юго-восточного побережья Гренландии, т.е. уже в водах Северной Атлантики. Как это видно на рис.1.2, даже летом распространение льда в Северном Ледовитом океане весьма неравномерно во времени. В июне северные побережья полностью блокированы льдом. Затем таяние заставляет кромку льдов постепенно отступать на север. В отдельные годы в ряде районов (как правило, в восточных частях морей Карского и Лаптевых) она выходит за пределы 80-й параллели. Бывают годы, когда арктические побережья вовсе не освобождаются ото льда - это время от времени происходит в восточной части Карского моря, в море Лаптевых, Восточно-Сибирском, Чукотском и Бофорта морях, а также в ключевых проливах Северо-Западного прохода. В такие годы возможность мореплавания в этих районах полностью зависит от уровня ледокольного обеспечения.
В конце сентября - начале октября фронт образования молодого льда смещается к югу, начинается увеличение площади морских льдов. Первоначально в октябре - декабре приращение площади морских льдов происходит в основном в Северном Ледовитом океане (рис.1.3).
Рисунок 1.3 - Сезонное приращение площади льда (S)
Когда льды в Арктике достигают берегов, приращение площади льда почти прекращается. В январе - марте увеличение площади морских льдов в северном полушарии происходит уже в тихоокеанских морях - Беринговом, Охотском, Японском, в районах Северной Атлантики, Балтийском, Черном, Азовском и Каспийском морях.
Отличительная особенность распределения льда в северном полушарии в зимний сезон - значительное распространение льда на юг у западных побережий Атлантического и Тихого океанов (см. рис.1.3). Так, в Атлантике морские льды можно встретить до широты 46° (район Ньюфаундленда и залива Св. Лаврентия), а в Тихом океане - вдоль азиатского побережья - до широты 43°, причем здесь отдельные бухты и заливы замерзают до широты 37°. Вместе с тем у восточных побережий океанов граница морских льдов располагается в более высоких широтах. Например, в разгар зимы западнее архипелага Шпицберген можно беспрепятственно достичь широты 80°, в Тихом океане по меридиану 180° - широты 60°.
Столь значительная асимметрия в распределении льдов между западными и восточными частями Атлантического и Тихого океанов обусловливается, главным образом, особенностями атмосферной и океанической циркуляции. Воздействие Исландского и Алеутского минимумов атмосферного давления определяет у западных побережий океанов преобладание ветров с северными составляющими, в результате увеличивается перенос холода из Арктики, стимулирующего ледообразование. Эти же ветровые потоки способствуют дрейфу льда на юг. Эти процессы у западных побережий океанов усиливаются благодаря тепловому и динамическому влиянию холодных морских течений: Восточно-Гренландского и Лабрадорского течений - в Атлантике, течения Оя-Сио - в Тихом океане. У восточных побережий океанов на процессы ледообразования воздействуют порожденные Исландским и Алеутским минимумами атмосферного давления ветровые потоки с южными составляющими, а также теплые течения - Северо-Атлантическое и Куро-Сио.
Масштабы ледового плавания зависят не только от площади распространения морских льдов, но в первую очередь от их толщины. Распространение льдов разной толщины в северном полушарии весьма неравномерно как в пространственном отношении, так и во времени. В центральной части Северного Ледовитого океана примерно в районе полюса относительной недоступности (точка, равноудаленная от всех побережий Арктического бассейна (77° с. ш., 150° з. д) находится центр ядра ледяного покрова - наиболее устойчивые во времени многолетние и двухлетние льды толщиной более 2,5 - 3,5 м; их площадь составляет соответственно 3,6 и 3,2 млн. км2
.
Эти оценки пока предварительны, они учитывают не только льды Арктического бассейна, но и акваторий, прилегающих к восточному побережью Гренландии. Сюда многолетние льды поступают из Арктического бассейна в системе трансарктического течения, распространяющегося от Берингова пролива через Северный полюс к проливу Фрама (между Шпицбергеном и Гренландией). В самом центре антициклонического круговорота (рис.1.4) льды в течение многих лет могут не выноситься из Арктического бассейна. Возраст некоторых из них, согласно расчетам, - около 20 лет. Эти льды, называемые канадским паком, по мощности превосходят многолетние льды на периферии антициклонического круговорота и в системе трансарктического течения.
Рисунок 1.4 - Схема генерального дрейфа льда в Северном Ледовитом океане
При устойчивых неблагоприятных синоптических ситуациях в отдельные годы многолетние льды в виде отрогов смещаются в районы традиционного ледового судоходства: проливы Канадского арктического архипелага, прибрежные трассы моря Бофорта, пролива Лонга, восточной части Восточно-Сибирского моря. Иногда эти льды устремляются на юг вдоль восточного побережья Северной Земли, блокируя восточные подходы пролива Вилькицкого.
С внешней стороны ядра многолетних арктических льдов располагается пояс однолетних льдов, образование которых начинается в осенний период. К концу зимы толщина этих льдов превышает 2м. По направлению к границе чистой воды толщина льдов постепенно уменьшается. По краям ледяной арктической шапки, окаймляя ее по всему периметру в виде узкой ленты, находятся молодые льды. Конечно, схема распределения льда по толщине, изложенная нами, весьма приближенна. На самом деле общая картина каждый год выглядит гораздо сложнее. На нее влияют господствующие ветры и течения, географическое положение побережий и островов, распространение неподвижного льда вдоль берега (припая). И тогда появляются заприпайные полыньи и прогалины - пространства чистой воды или молодых льдов за кромкой припая.
В замерзающих неарктических морях - Балтийском, Черном, Каспийском, Азовском и дальневосточных, Гудзоновом заливе схема распределения льда по толщине также достаточна сложна. В этих морях концентрируются льды не старше одного года. Так как ледообразование в этих морях начинается в первую очередь у побережий, где мелководно и море выхолаживается быстрее, то толщина льдов здесь увеличивается не только с севера на юг, но и от берега в сторону открытого моря. Учитывая сравнительно незначительные пространства замерзающих неарктических морей, а значит, небольшие горизонтальные градиенты температуры воздуха с севера на юг, в большинстве случаев эффект мелководий в формировании распределения льда проявляется сильнее. На льды замерзающих неарктических морей оказывают воздействие господствующие ветры и течения. Поэтому в этих районах также повсеместно встречаются прибрежные и заприпайные полыньи, обширные разводья среди сплошных льдов и т.п. Особенности такого рода всегда можно увидеть на картах распределения льда или при плавании в этих морях в холодный период года.
Представление о распределении льда в морях Северного полушария не будет полным, если не упомянуть об айсбергах, встречающихся на значительных их пространствах и преподносящих пренеприятные сюрпризы мореплавателям. Согласно современным оценкам ученых, ежегодный "выпуск продукции" арктических ледников в виде айсбергов составляет 4,7х1017
г, из них 4,6х1017
г, или 98%, приходится на Гренландию. Остальные 2% айсбергов зарождаются на других арктических островах - главным образом Шпицбергене, Земле Франца-Иосифа и Новой Земле. Наибольшую опасность для мореплавания представляют гренландские айсберги, которые в системе Лабрадорского течения выносятся в Атлантику на трассы интенсивного судоходства.
"Родина" североатлантических айсбергов - преимущественно западное побережье Гренландии, где ежегодно в среднем образуется около 7,5 тыс. крупных айсбергов. Из них около 5,5 тыс. откалывается от ледников залива Мелвилл и бухты Диско, причем только один ледник Якобсхавн "дает жизнь" более чем тысяче айсбергов. Пути движения большей части западногренландских айсбергов весьма необычны. Сначала течением они увлекаются вдоль побережья на север к проливу Смита, здесь их разворачивает на юг и вдоль восточного побережья Баффиновой Земли и пролива Лабрадор они выносятся в район Большой Ньюфаундлендской банки. На этот путь в среднем уходит около 3 лет. Если в начале "своей жизни" высота западногренландских айсбергов достигает примерно 60 м, то к югу от Ньюфаундленда - около 30 м.
В отдельные годы айсберги достигали широты 39°50'. Такая же картина наблюдается и по долготе. Так, если к востоку от острова Ньюфаундленд на долготе 60° среднегодовое число айсбергов принять за 100%, то на долготе 58° оно составит 96%, на 56° - 90%, на 54° - 60%, на 52° - 36%, на 50° - 22%, на 48° - 6% и на 46° - 1%. Число айсбергов в районе Ньюфаундленда (48° с. ш) от года к году существенно меняется (от 10 - в 1924 г. до 1351 - в 1929 г), но в среднем оно составляет 400. Наибольшее их число приходится на май, наименьшее - на ноябрь-декабрь (рис.1.5). Другими словами, около 80% айсбергов пересекает 48-ю параллель в апреле - июле.
Рисунок 1.5 - Сезонные изменения количества айсбергов (N) к югу от о-ва Ньюфаундленд
В водах северного полушария с точки зрения возможностей ледового плавания можно выделить пять принципиально различных зон:
центральную часть Северного Ледовитого океана, где льды сохраняются в течение всего года;
моря Северного Ледовитого океана (кроме южной части Баренцева моря), заливы и проливы Канадского арктического архипелага, воды у юго-восточного побережья Гренландии - эти районы очищаются ото льдов, но не ежегодно или не полностью, льды здесь можно встретить в отдельные годы в летний период;
юго-восточные районы Баренцева моря, Белое море, северные районы Японского, Охотского, Берингова, Каспийского морей, Дейвисов пролив, заливы Гудзонов и Св. Лаврентия - льды здесь образуются каждую зиму, но летом полностью исчезают;
открытые районы Балтийского моря, южную часть Северного моря, отдельные акватории Баренцева моря, северную часть Желтого моря, воды у побережий Среднего и Южного Каспия, Азовское море и северо-западную часть Черного моря - в этих районах лед образуется не ежегодно, порою один раз в 25 - 30 зим;
воды Северной Атлантики к северу от параллели 40° и к западу от меридиана 45°, где можно встретить айсберги.
В первой зоне (лишь в отдельных ее районах) активное плавание осуществляли только ледоколы. Во второй зоне, за исключением юго-западной части Карского моря, ледовое плавание преимущественно под проводкой ледоколов осуществляется в летний период. В третьей зоне ледовое плавание проходит только в зимний период, причем значительную часть времени без ледокольного обеспечения; в четвертой зоне - лишь в отдельные годы и в большинстве случаев без ледокольного обеспечения. В пятой зоне суда плавают всегда самостоятельно, но при этом от судоводителей требуется соблюдение предельной осторожности, ибо встречи с айсбергами могут кончиться тяжелыми катастрофами.
1.3 Льды южного полушария
Принципиально иначе распределены льды в океане южного полушария. Здесь нет характерной для северного полушария асимметрии в распространении льда у восточных и западных побережий океанов. Льды южного полушария, опоясывая Антарктиду на всем ее протяжении, внешней кромкой в любое время года ориентированы в основном в широтном направлении (рис.1.6). Обусловлено это главным образом наличием у берегов Антарктиды прибрежного антарктического течения западного направления, формирующегося под воздействием восточных ветров. В отдельных районах антарктическое течение прерывается рядом циклональных циркуляций, складывающихся вследствие стационирования атмосферных депрессий в прибрежных районах Антарктиды - морях Уэдделла, Лазарева, Рисер-Ларсена, Космонавтов, Содружества, юго-западной части моря Росса, северной части моря Амундсена, северо-восточной части моря Беллинсгаузена районе островов Баллени.
1 - в марте; 2 - в сентябре; 3 - граница антарктической конвергенции
Рисунок 1.6 - Распространение морских льдов в южном полушарии
Наличие циклональных циркуляции оказывает значительное влияние на формирование ледовых условий в Антарктике: способствует выносу льда, образованию полыней в одних районах и формирует ледяные массивы в других (рис.1.7).
В целом для антарктических льдов характерен генеральный выносной дрейф, т.е. дрейф льда от побережья. Дрейфуя в северные, более теплые районы океана льды интенсивно тают. Вот почему в Антарктике встречаются в основном однолетние и молодые льды, лишь редко в отдельных районах, где формируются устойчивые ледяные массивы, можно встретить двухлетние и многолетние льды. Самые крупные массивы расположены в водах Западной Антарктики: Атлантический массив в море Уэдделла и Тихоокеанский массив в морях Беллинсгаузена и Амундсена. В летний сезон в этих районах наблюдается наибольшее количество льда.
Образование молодого льда начинается в Западной Антарктике во второй половине января, в начале марта - в Восточной Антарктике. Нарастание молодого льда происходит весьма интенсивно, и ледообразование быстро распространяется на север.
Наибольшую площадь в Антарктике льды занимают в сентябре, когда максимальная ширина пояса дрейфующих льдов составляет 1200 миль (море Уэдделла), минимальная - 300 миль (пролив Дрейка).
В течение зимы в прибрежной зоне Антарктиды устанавливается припай, преобладающая ширина которого составляет 15 - 25 миль, изменяясь в пределах от 1 до 50 миль. В октябре-ноябре припай достигает максимальной толщины - 120-200 см.
На антарктическом припае образуются трещины, ширина которых колеблется от нескольких сантиметров и до нескольких метров.
1 - сплоченность льда, баллы; 2 - припай; 3 – полыньи
Рисунок 1.7 Характерная ледовая обстановка в антарктических водах в летний период года.
В антарктических водах преобладают льды, горизонтальная протяженность которых не превышает 100 м, что объясняется воздействием на льды ветровых волн и зыби. Обширные поля, тянущиеся до 10 миль, лишь иногда встречаются в Атлантическом и Тихоокеанском массивах, западной части Балленского массива. Процессы торошения льда в Антарктике выражены слабо, так как здесь преобладает выносной дрейф льда. По этой же причине толщина ровного однолетнего льда к концу зимы в среднем составляет около 140 см.
Безопасность плавания судов в водах Антарктики зависит от распределения айсбергов, которые образуются практически на всем протяжении ледового континента в результате откола краевых участков покровных выводных и шельфовых ледников. По оценкам специалистов, ежегодная "продукция" антарктических ледников составляет 17,8 - 1017
г, т.е. примерно в 4 раза больше, чем арктических. Граница максимального распространения айсбергов на север примерно совпадает с фронтом так называемой антарктической конвергенции - полосы схождения и перемешивания антарктических и субтропических водных масс. Граница конвергенции в секторе Индийского океана располагается на широте 48 - 53°, Тихого океана - на широте 53 - 62°, Атлантического - на широте 47 - 58° (см. рис.1.6).
С удалением от антарктического побережья сплоченность айсбергов уменьшается, что обусловлено как их разрушением, так и эффектом их рассеивания по мере продвижения на север. Средняя длина айсбергов к югу от параллели 65° - 1090 м, к северу от нее - 430 м. Лишь длина отдельных айсбергов превышает 3000 м. Высота айсбергов - в среднем около 40 - 50 м. Вероятность встречи с айсбергами высотой 100 - 150 м сравнительно невелика - около 5%.
Судоходство в антарктических льдах развито сравнительно слабо, тем не менее, эти льды преподносили немало неприятнейших сюрпризов навигаторам. Только за послевоенные годы в Антарктике были зажаты во льдах и попали в вынужденный дрейф ряд судов и ледоколов.
Упомянем лишь некоторые из них. В сезон 1958/59 г. в море Беллинсгаузена английское экспедиционное судно "Джон Биско" около 30 суток было затерто во льдах. В сезон 1961/1962 г. в море Уэдделла при попытке пройти к северо-восточным берегам Антарктического полуострова был зажат льдами и 32 суток находился в вынужденном дрейфе ледокол "Генерал Сан-Мартин".
В 1973 г. в Балленском массиве дизель-электроход "Обь" в течение трех месяцев дрейфовал во льдах по воле ветра и течений. Наиболее же продолжительный вынужденный дрейф произошел в 1890 г., когда бельгийское судно "Белжика" находилось в ледовом плену в течение года. Об этих и других случаях полезно помнить каждому судоводителю, направляющему судно в антарктические воды.
1.4 Мониторинг ледовой обстановки
Для слежения за изменением ледовой обстановки в морях составляют ледовые карты. Важные преимущества космической съемки - повторяемость поступления информации и оперативность обработки - дают возможность фиксировать состояние быстро изменяющихся природных явлений на различные моменты времени. Автоматизированные технологии позволяют отличать льды от облаков и разделять лед по сплоченности.
В результате по спутниковым данным создаются динамические карты ледовой обстановки в период навигации, а также в осенне-зимний и весенний периоды (наступление ледостава, очищение ото льда).
Среди ледовых карт, получаемых по космическим снимкам, выделяют:
крупномасштабные карты и планы состояния ледового покрова масштаба 1: 100 000и крупнее на ограниченных территориях (в заливах, проливах, портах); оперативные ледовые карты масштаба 1: 200 000-1: 300 000; обзорные ледовые карты (среднемесячные, среднедекадные). Такие карты отображают состояние ледяного покрова на пространстве нескольких морей (соответствуют масштабу 1: 7 500 000 и мельче). Они предназначаются для научного исследования, при разработке ледовых прогнозов; специальные карты, характеризующие режим льдов. К ним относятся карты вероятности преобладания льда того или иного возраста, карты среднего и экстремального положения кромок и границ льда, карты средней торосистости, карты разрушенности и т.д. На этих картах в обобщенном виде представляются результаты обработки первичных обзорных и оперативных ледовых карт.
2. Самостоятельное плавание транспортного судна во льдах
2.1 Плавание в зоне вероятной встречи со льдом
При подходе судна к зоне вероятной встречи со льдом основная задача судоводителей - обнаружение кромки льда, с тем чтоб своевременно изменить скорость и направление движения судна. При хорошей видимости лед обнаруживается на достаточно большом расстоянии, тщательные наблюдения за окружающей обстановкой и знание характерных признаков близости кромки льда позволяют заблаговременно предвидеть его появление.
Таким признаком прежде всего является так называемое ледяное небо - эффект, создаваемый белесоватым отсвечиванием или более ярким отблеском льда на низких облаках в той части горизонта, где находится лед. Ледяное небо может появиться на различных расстояниях от судна, но вероятность его обнаружения с больших расстояний увеличивается в пасмурную погоду при низких темных облаках и при значительной площади сплоченного льда. Сначала ледяное небо появляется на горизонте в виде слабого отблеска в форме пятна или узкой полосы, по мере приближения судна к кромке льда отблеск становится выраженным, распространяется по высоте и ширине вдоль линии горизонта. Ледяное небо иногда прерывается участками темного водяного неба - отражения на облаках больших пространств чистой воды среди льда.
При отсутствии облачности над горизонтом обычная сине-голубая окраска чистого неба надо льдом приобретает своеобразный белесоватый оттенок. Обусловлено это большой относительной влажностью воздуха надо льдом и снижением вследствие этого прозрачности. Эффект белесоватости особенно отчетливо проявляется при ветре со стороны льда, когда небо над ним порою даже серебрится. В ясные безоблачные дни (особенно при ветре со стороны льда) в высоких широтах заблаговременному обнаружению кромки льда способствует рефракция, которая значительно приподнимает изображение льда над горизонтом и в два-три раза увеличивает дальность видимости.
Полезно сказать и о других признаках кромки льда. Холодный ветер при ясном небе - признак больших масс льда в той части горизонта, откуда дует ветер. Туман на горизонте в подветренном направлении при ясной погоде и теплом ветре с моря - признак больших масс льда впереди по курсу судна. Надежным предупреждением о близости больших скоплений льда служит появление в значительном количестве морского зверя (моржей, тюленей, нерп) и некоторых видов птиц (кайр, чистиков, морских уток). Это весьма характерно для кромки тающих льдов, где всегда в изобилии планктон, служащий кормом для зверя и птицы.
Для обнаружения льда, особенно в условиях плохой видимости, эффективно использование судового радиолокатора. При плохой видимости судну, находящемуся в районе возможной встречи со льдами, следует уменьшить скорость судна с учетом дальности видимости и величины инерции данного судна. Особая осторожность нужна при подходе к наветренной кромке льда, имеющей резко выраженную границу с чистой водой. В этом случае встреча с тяжелым льдом может произойти совершенно неожиданно. В отличие от наветренной подветренная кромка льда носит более расплывчатый характер и может растягиваться по ветру на значительное расстояние (рис.2.1).
Рисунок 2.1 - Схематическое изображение подветренной (а) и наветренной (б) кромок льда
При использовании радиолокатора надо помнить о том, что ясность изображения льда на экране зависит от его сплоченности, торосистости, разрушенности, форм. Интенсивность эхо-сигналов прямо пропорциональна размерам ледяных образований и степени неровности их поверхности. Как показывает опыт, штурману для обнаружения льда нельзя полностью полагаться на радиолокатор. Бывали случаи, когда на экране радиолокатора не просматривались даже небольшие айсберги, обнаруженные визуально. Поэтому при плохой видимости бдительность в наблюдении за морем должна быть повышена. На бак необходимо выставить впередсмотрящего, у которого больше шансов увидеть светлый отблеск льда впереди судна. В этой ситуации следует убрать лаг и уменьшить ход судна настолько, чтобы при внезапном ударе о льдину судно не получило повреждения.
2.2 Вход судна в ледовую зону
При подходе к кромке льда капитан судна обязан ознакомиться с состоянием льда в пределах видимости, обратив особое внимание на наветренную кромку льда. Для этого лучше всего подойти как можно ближе к кромке: в отдалении даже мелкобитый лед сплоченностью 6-7 баллов может быть оценен как непроходимый. Иногда судно можно направить на разведку вдоль кромки с целью выбора наиболее проходимых участков: разводьев и разрежений (рис.2.2). При волне или зыби с моря желательно найти в наветренной глубокую излучину или выступающий угол кромки, под защитой которых накат слабее и где льдины, как правило, меньших размеров.
Важно, чтобы судно в лёд по возможности под прямым углом к направлению наветренной кромки, особенно при зыби со стороны чистой воды. Вхождение в лёд под острым углом грозит возможным навалом кормы судна на тяжёлый лёд и повреждением винта и руля. Проходить уплотненный лёд наветренной кромки надо на самом малом ходу, предварительно погасив инерцию движения судна. Но входить в сплоченный лед с застопоренной машиной нецелесообразно, так как при этом ухудшается управляемость судна и возрастает риск поломки лопастей винта (вероятность повреждения у неподвижных лопастей больше, чем у медленно вращающихся). Судам в балласте или с неполной осадкой лучше входить в лед при прямом положении руля: это предотвратит его повреждение при резком забрасывании кормы на лед.
Рисунок 2.2 - Схематическое изображение участка наветренной кромки льда, проходимой при самостоятельном плавании судна
Вхождение судна в лед подветренной кромки существенно легче, так как она растянута по ветру отдельными языками мелкобитого льда. В редком или разреженном льду нельзя допускать удара о судно даже небольших льдин. Каждый судоводитель должен знать, что льдина диаметром несколько метров может иметь массу несколько десятков тонн и, как показывает практика ледового плавания, встреча с ней порою может привести к вмятине борта, поломке шпангоутов и даже пробоине. При движении в сторону подветренной кромки сплоченность льда возрастает и в определенных ситуациях он может оказаться труднопроходимым. В таких случаях, не имея надежных данных ледовой авиаразведки, целесообразно воздержаться от дальнейшего движения до уточнения ледовой обстановки и получения рекомендаций.
Как показывает практика ледового плавания, необходимо внимательно проанализировать целесообразность захода судна в лед (особенно, если оно слабо приспособлено для плавания во льдах) при следующих обстоятельствах:
заметном движении льда в районе кромки, особенно при торошении льда; преобладающем значительном дрейфе льда в сторону берега или отмелей и опасности блокирования трассы сплоченным льдом;
условиях ограниченной видимости - в темное время суток, тумане, во время снегопада, пурги;
неблагоприятном прогнозе погоды на ближайшее время, ориентирующем на нажимные ветровые потоки;
периоде интенсивного ледообразования, когда может произойти формирование обширных сморозей молодого и остаточного льда, весьма труднопроходимых для транспортных судов.
2.3 Выбор благоприятного пути во льдах
При отсутствии льда вопрос о выборе благоприятного пути решается традиционно просто: судоводитель самостоятельно и заранее с учетом гидрографических и метеорологических условий определяет, как будут располагаться курсы судна. В ледовом плавании судоводителю, с одной стороны, необходимо выбрать наиболее благоприятный путь во льдах, а с другой - не отклоняться значительно от заранее проложенного курса, чтобы по возможности сохранить нужное общее направление движения. Вместе с тем грамотный судоводитель при выборе благоприятного пути придерживается золотого правила, выработанного практикой ледового плавания: во льдах самый короткий путь по расстоянию - не самый короткий по времени. Следование этому правилу, знание ледовой обстановки и умение маневрировать судном во льдах - основные условия, определяющие успех самостоятельного плавания судна во льдах.
Плавание в редких льдах. Самостоятельное плавание транспортного судна осуществляется в зависимости от характера льда при его сплоченности от 1 до 8 баллов. Движение во льдах сплоченностью 1-3 балла не представляет особых затруднений даже при отсутствии хорошей видимости. Главное в такой ситуации - выбор безопасной скорости движения, которая должна быть тем меньше, чем больше в районе плавания крупных форм льда: полей и их обломков. Особенно опасны столкновения с крупными обломками многолетнего или однолетнего сильно торошенного льда.
Следует помнить, что оценка проходимости льда по его внешнему виду может быть ошибочной. Плотный, мало ослабленный таянием, прочный лед сидит в воде глубоко, его небольшая высота над водой может ввести в заблуждение относительно общей толщины льда. У значительно стаявших сверху или сильно всторошенных льдин нередко наблюдаются подводные выступы - "тараны" или подсовы, могущие при ударе повредить борт судна. Все это означает, что подходить к любой льдине впереди по курсу нужно с большой осторожностью, не допуская ударов корпуса судна о лед при большой скорости движения.
1 - поверхность воды; 2 - верхняя поверхность льда; 3 - подводная поверхность льда
Рисунок 2.3 - Схема удара судна в подводный таран
Общие правила при плавании в редких льдах можно сформулировать следующим образом:
во избежание ударов корпуса судна в подводные выступы льдин (тараны) не следует проходить близко к льдинам, особенно на большой скорости;
необходимо внимательно следить за дрейфом льдин впереди по курсу судна, помня о том, что некоторые из них могут соединяться под водой;
узкие проходы между льдинами надо проходить прямым курсом и поворот делать лишь после того, как корма судна минует узкое место;
при крутом повороте во льдах нужно заблаговременно значительно уменьшить ход;
чтобы избежать ударов руля и винта о лед, целесообразно создать дифферент на корму;
при плавании у отмелых берегов нельзя проходить впритирку к стамухам, так как их подводная часть образуется из льдин-подсовов.
Плавание в разреженных льдах. Значительно меняются правила выбора благоприятного пути при самостоятельном плавании судна во льдах сплоченностью 4 - 6 баллов. В этом случае плавание осуществляется только по разводьям, выбор которых целесообразно определять с мачты с тем, чтобы:
общее направление цепи разводий было по возможности ближе к генеральному курсу судна;
разводья сообщались между собой или разделялись незначительными перемычками сплоченного, но проходимого льда.
При выборе цепи разводий следует руководствоваться приемом, основанным на сравнении кажущейся сплоченности льда впереди судна с кажущейся сплоченностью льда, находящегося на том же расстоянии, но позади судна, где оно только что проходило и была оценена фактическая сплоченность льда. Сопоставляя кажущуюся и фактическую сплоченность позади судна и зная кажущуюся сплоченность впереди, нетрудно оценить фактическую сплоченность льда по курсу судна. Главное требование при этом - не ограничиваться обзором только ближайшей части своего пути. Необходимо иметь уверенность, что выбранные для движения разводья не разделены сплоченным льдом, непроходимым для судна данной ледовой категории.
При плавании по цепи разводий судно в определенных условиях может попасть в "мешок" - разводье, из которого нет выхода (рис.2.4). Избежать этого можно только с помощью систематического и тщательного наблюдения за льдом как визуально, так и с помощью радиолокатора. При этом надо по возможности учитывать косвенные признаки чистой воды и льда за пределами видимости - водяное и ледяное небо. Следует помнить, что попадание судна в "мешок" чревато не только потерей времени, но и общим усложнением ситуации - если произойдет перегруппировка льда под воздействием ветра и течений, судно окажется блокированным со всех сторон сплоченным льдом.
Рисунок 2.4 - Схематическая иллюстрация возможности попадания судна в ледовый "мешок" при выборе пути по цепочке разводий
При переходе судна из одного разводья в другое и наличии сплоченной перемычки льда необходимо изучить ее и найти наиболее слабое место для прохода. Если в пределах видимости путей для обхода сплоченной перемычки не обнаружено, капитан, прикинув прочность корпуса и мощность энергетической установки, может форсировать перемычку.
Он должен при этом руководствоваться следующими правилами:
не пересекать перемычки там, где наблюдается торошение льда;
нужно попытаться найти другой, пусть даже существенно более длинный путь;
не форсировать перемычку на стыках ледяных полей, так как, нарушив установившееся равновесие сил ветра и течений, действующих на ледяные поля, судоводитель рискует подвергнуть судно сжатию;
форсировать перемычку следует по возможности против направления ветра - это облегчит маневрирование судна и позволит избежать его попадания в сжатие;
при встрече с тяжелой для данного судна перемычкой ее форсирование оправдано лишь при уверенности, что подобной перемычки на дальнейшем пути следования не будет; в противном случае лучше выждать улучшения ледовой обстановки или запросить помощь ледокола.
Решение о вызове ледокола принимается с учетом прогноза направления и скорости ветра. При плавании у берега, если ожидаются свежие нажимные ветровые потоки, надо поспешить с просьбой о ледокольной помощи.
В районах с заметными приливо-отливными колебаниями уровня моря следует постараться использовать возможные разрежения льдов под влиянием приливной волны. Четких и однозначных правил о динамике льда в зависимости от фазы прилива не существует, так как на нее в определенной мере влияет направление береговой черты относительно перемещения фронта приливной волны. Однако в принципе можно считать, что в прибрежных районах во время прилива наблюдается сжатие льдов, во время отлива - их разрежение. В районах же, удаленных от берегов, сжатие наблюдается в момент смены отливного течения приливным, а разрежение - при смене приливного течения отливным. Разумеется, указанные правила в наибольшей мере справедливы для сплоченных льдов.
При плавании в разреженных и даже редких льдах нередки отдельные скопления сплоченного льда (пятна). Встреча с ними обязывает судоводителя к следующим действиям:
обход скоплений льда необходимо совершать там, где благоприятнее условия плавания, но при свежем ветре - обязательно с наветренной стороны;
если судно попало в зону скопления льда, границы которого в направлении общего движения не видны, то отклонения от генерального курса целесообразно делать против ветра, так как вероятность встречи с разрежениями больше с наветренной стороны;
во избежание повреждения корпуса судна не рекомендуется направлять его в зону соприкосновения двух ледяных полей (ледяные поля наряду с поступательным имеют и вращательное движение, поэтому в точках соприкосновения двух полей силы взаимодействуя между ними возрастают).
Плавание в сплоченных льдах. В определенных условиях самостоятельное движение транспортного судка в зависимости от его ледовой категории допустимо в сплоченных льдах. Это могут быть и льды сплоченностью 9 - 10 баллов при наличии цепи явно выраженных разводий, ориентированных по генеральному курсу. Самостоятельное движение в таком льду под силу транспортному судну, особенно тогда, когда преобладают мелкобитые и крупнобитые формы разрушенного таянием льда. В любом случае решение о движении через такой лед следует принимать только при благоприятном прогнозе погоды, лучше же всего такое решение согласовать с береговым командным пунктом.
Основная задача судоводителя при плавании в сплоченных льдах - грамотно оценить ледовую обстановку; с тем чтоб выявить так называемые слабины: полосы сравнительно разреженного льда (т.е. небольшие "пятна" чистой воды среди сплоченного льда), полосы более слабого льда (т.е. разрушенного и менее торосистого). Очень важно установить какую-то закономерность в распределении слабин, позволяющую избежать существенных отклонений судна от генерального курса.
Наметив в сплоченном льду слабину, судоводитель при почти погашенной инерции судна упирается форштевнем в лед, затем постепенно увеличивает ход при необходимости до полного. Раздвигая корпусом лед, судно направляется по линии наименьшего сопротивления таким образом, чтобы обезопасить его от ударов корпуса о лед. Чтобы не сбавлять ход, не следует часто перекладывать руль, если это не вызвано необходимостью возвращения судна на генеральный курс (целесообразно это делать в разреженном льду или полынье). Прорвавшись из сплоченного льда в небольшое разводье, из которого предстоит вновь идти в сплоченный лед, судоводитель должен уменьшить ход судна до минимума и заново повторить описанную выше операцию форсирования.
При плавании в сплоченных льдах на пути судна может встретиться сплоченная перемычка из ледяных полей. Если ее нельзя обойти, следует попробовать отыскать слабое и узкое поле. При этом надо избегать стыков ледяных полей и узкостей между ними, проход через которые грозит серьезными повреждениями скуловых частей корпуса судна.
Форсирование сплоченных перемычек льда транспортное судно может осуществить с небольшого разбега, но не больше длины корпуса. При выборе длины разбега нужно прикинуть силу удара и способность судна преодолевать лед. Главнее условие форсирования с удара - форштевень должен быть направленным к кромке льда под углом 80-90°. В противном случае увеличивается риск получения повреждения, так как форштевень может соскользнуть по кромке, а судно, развернувшись от удара, навалиться бортом на льдину. Кроме того, не исключено повреждение, поскольку сила удара будет частично воспринята обшивкой корпуса и набором, прилегающим к форштевню.
При форсировании сплоченной перемычки с удара необходимо соблюдать следующие правила:
тщательно вести наблюдение за состоянием корпуса судна, особенно после сильных ударов;
после сильного удара произвести внеочередной замер в льялах в районе удара;
отводить судно назад для разбега на полной мощности, постепенно уменьшая частоту вращения;
во избежание поломки винта нельзя стопорить машину, если судно сохраняет движение назад (решительно реверсировать двигатель можно только в экстренных случаях);
при отходе судна назад руль надо ставить прямо, на корме должен находиться вахтенный помощник;
при перемене заднего хода на передний руль из положения "прямо" выводить можно только после того, когда судно приобретает движение вперед;
передний ход следует давать с самого малого, чтобы разредить лед около кормы.
При прохождении льда с разбега транспортное судно может заклиниться и, даже дав полный задний ход, не сумеет отойти назад. В этом случае рекомендуется применить приемы, выработанные практикой ледового плавания:
положив руль на борт, дать полный ход вперед, что заставит корму покатиться несколько в сторону; после этого на заднем ходу судно может освободиться (на двухвинтовых судах вместо указанного приема применяют работу машин "враздрай");
попытаться "расшевелить" судно, попеременно резко меняя ход с полного переднего на полный задний;
перекачивая воду в балластных цистернах, пробовать освободить судно при помощи кренования;
заполнив водой форпик, перекачать ее в ахтерпик (переменная перекачка воды может освободить судно);
если перечисленные приемы не принесут эффекта, разрушить лед с помощью взрыва, в момент которого машина должна работать полным задним ходом.
В летний период, когда температура воздуха бывает положительной, при заклинивании судна во льдах целесообразно выждать некоторое время. Вследствие механического и температурного воздействия лед, соприкасающийся с корпусом судна, подтаивает, и талая вода образует в местах соприкосновения как бы смазку. В зависимости от температуры воздуха время ожидания благоприятного момента может длиться от одного до нескольких часов. Зато потом судно можно легко освободить, дав задний ход.
И все же лучше всего избегать заклинивания судна во льдах. Для этого иногда достаточно придерживаться двух правил: если в момент разбега судоводитель замечает, что препятствие не преодолеть и судно неминуемо остановится, следует включить креновую систему и положить руль направо или налево (это позволит судну быстрее сойти со льда при заднем ходе); при нанесении последовательных ударов с разбега нужно стремиться расширить канал до таких размеров, чтобы, двигаясь по нему, не потерять инерцию судна.
Особая осторожность при плавании в сплоченных льдах нужна, когда начинаются процессы торошения льда. Если на пути судна наблюдается торосообразование, необходимо постараться вывести судно из сплачивающегося льда в наветренном направлении. Если же при сжатии льда в подветренном направлении находится побережье, необходимо по возможности вывести судно в сторону открытого моря. Если движение судна невозможно, рекомендуется выбрать безопасное место для его стоянки - лучше среди мелкобитого льда. При отсутствии такого льда, выбрав место стоянки, судоводитель должен внимательно осмотреть лед у борта. Все углы льдин, упирающиеся в борт, должны быть раскрошены, так как во время сжатия льда именно такие выступы повреждают обшивку корпуса.
В период стоянки судна в сплоченных льдах необходимо время от времени двигаться передним и задним ходом, тщательно при этом наблюдая за льдом. Лед при отрицательных температурах воздуха может настолько смерзнуться, что зажмет судно, продолжительное время пребывающее неподвижным, и, оказавшись в сморози, судно даже после исчезновения эффекта сжатия не сумеет выбраться в разреженный лед.
2.4 Скорость ледового плавания
В качестве показателя, с одной стороны, учитывающего все многообразие сочетаний характеристик ледяного покрова, а с другой - дающего представление о возможностях судна преодолевать сопротивление льда на участках различной протяженности без ущерба для корпуса, используется скорость ледового плавания, или, как ее называют, "ледовая скорость".
В процессе изучения ледовых условий плавания и их влияния на судоходство разработана классификация видов скоростей движения во льдах, которые применяются в исследовательских целях, и для решения практических задач: ледовая паспортная, или "мгновенная", скорость Vл. п.; ледовая техническая скорость Vл. т; ледовая эксплуатационная чистая скорость Vл. э. ч.
Ледовая паспортная скорость Vл. п. - скорость, которую новое судно способно развивать на разных режимах энергетической установки в типовых ледовых условиях: сплошных бесснежных ровных льдах (большие поля, припай); мелкобитых льдах в канале, проложенном ледоколом в припайных и дрейфующих льдах.
Исчисление Vл. п производится на полигонах, где судно совершает пробеги на определенных режимах работы энергетической установки по участкам протяженностью от 1 - 2 длин корпуса до 1,0 - 1,5 мили. Максимальные значения паспортных ледовых скоростей определяются либо мощностью энергетической установки (для ледоколов и транспортных судов с прочными корпусами), т.е. достижимыми скоростями, либо прочностью корпуса (для судов со слабыми корпусами), т.е. допустимыми скоростями. Во всех случаях достижимая и допустимая скорости являются безопасными и указываются в ледовых паспортах судов в виде соответствующих диаграмм ледопроходимости.
Реальная ледовая обстановка отличается большой неравномерностью распределения характеристик льда по площади, и для установления технических возможностей судов (ледоколов) в эксплуатационных условиях применяется ледовая техническая скорость Vл. т - максимальная рабочая скорость, с которой судно способно преодолевать однородные льды на участках значительной протяженности в автономном плавании при мощности энергетической установки около 90% (для ледоколов и судов категории УЛА) или при соответствующей допустимой скорости по прочности корпуса (для судов других ледовых категорий). При установлении ледовой технической скорости исключаются все задержки судна, не связанные с преодолением льдов (поломки, простои по организационным причинам и т.д.), поэтому Vл. т является объективным показателем ледопроходимости того или иного судна в эксплуатации. До настоящего времени Vл. т. определялись главным образом для ледоколов и судов категории УЛА, у которых допустимая скорость заведомо выше достижимой.
Как показывает опыт, судоводители в большинстве случаев проводят суда не на предельных по техническим возможностям скоростях, что обусловлено опасением получить повреждение, экономией топлива и ресурса энергетической установки и т.д. В связи с э
Рисунок 2.5 - Характер зависимости ледовой технической и эксплуатационной скорости ледокола от сплоченности (С) и толщины льда (H) при автономном плавании
Скорость судна более всего зависит от сплоченности и толщины льда. Чем меньше сплоченность льда, тем большую часть пути судно проходит по чистой воде; чем больше толщина льда, тем сложнее преодолевать тот или иной участок пути. На рис.2.5 наглядно показано, как с увеличением сплоченности и толщины льда скорость движения ледокола быстро падает. В условиях эксплуатации влияние других характеристик льда (разрушенности, торосистости, сжатия) на скорость судна учитывается с помощью соответствующих поправок.
В основу разделения ледяного покрова как среды плавания на два типа положены преобладающие горизонтальные размеры льдин: льды с большой протяженностью (припай, обширные и большие поля дрейфующего льда), часто именуются сплошным льдом; льды малых протяженных размеров (мелкобитый и тертый лед).
Во льдах первого типа судно продвигается, взламывая их носовой частью; больше всего сказывается на скорости движения толщина и прочностные свойства ледяного покрова.
Рисунок 2.6 - Характер изменения сопротивления льда движению судна Rл
в зависимости от средних размеров льдин r (AB, DC- соответственно мелкобитого и сплошного льда)
Движение во льдах второго типа происходит в основном посредством раздвигания льдин, и основная часть сопротивления льда определяется потерями кинетической энергии при ударах о льдины, а также работой, затрачиваемой на раздвигание и притапливание льдин. Как правило, в реальных условиях преобладают льды средних горизонтальных размеров. На рис.2.6 отчетливо видно, что сопротивление льда движению судна резко возрастает с увеличением горизонтальных размеров льдин, при этом характер зависимости определяется скоростью судна.
С какой же скоростью транспортному судну следовать во льдах? Ответ один - с безопасной, т.е. возможно большей скоростью, при которой судно, случайно ударившись о лед или намеренно нанеся удар в лед, не получит серьезных повреждений корпуса. Но дать общую рекомендацию для всех типов транспортных судов невозможно. Во-первых, почти всегда трудно четко оговорить, о каких условиях ледового плавания идет речь. Например, нельзя сказать, что при сплоченности льда 4 балла скорость судов класса УЛ должна быть непременно около 7 уз. Если судно идет в мелкобитых льдах, такая скорость, безусловно, будет безопасной; если же на пути то и дело встречаются поля или обломки тяжелого многолетнего льда, судно рискует получить повреждение. Данная ситуация во многом зависит еще от условий видимости на пути судна. При плавании в более сплоченных льдах количество факторов, от которых зависит безопасная скорость, возрастает и ответить на вопрос, с какой скоростью следовать судну, еще более затруднительно.
Для иллюстрации изложенного выше отметим, что, по оценкам специалистов, удар о льдину толщиной 100 см и весом 50 т, например, для судов типа "Волголес" (категория Л1) может привести к повреждению корпуса при скорости свыше 14,8 уз. Если же льдина весит 3000 т и имеет толщину 200 см, предел скорости снижается до 1,9 уз. Ясно одно - при плавании во льдах не может быть понятия опасной или безопасной скорости без учета конкретной обстановки.
Кроме того, следует помнить, что предел безопасной скорости транспортного судна зависит от величин инерции поступательного движения судна: чем больше инерция, тем меньше предел безопасной скорости. В свою очередь инерция судна тем больше, чем больше его водоизмещение. Предел безопасной скорости, с одной стороны, зависит от конструкции, прочности и водоизмещения судна, а с другой - от характера преодолеваемого льда и условий видимости. Таким образом, вопрос о пределе безопасной ледовой скорости каждого судна в конкретных природных условиях должен решаться самими судоводителями на основе опыта плавания во льдах.
Некоторые общие правила для выбора скорости движения транспортного судна в условиях хорошей видимости:
для оценки льда следует руководствоваться приемами, изложенными в гл.1;
надо учитывать, что при уменьшении скорости судна ухудшается его маневренность, а значит, и вероятность столкновения со льдом;
при плавании в редких льдах, примерно равномерно распределенных по поверхности моря, судно может следовать почти без снижения скорости, если оно имеет нормальную поворотливость и управляется опытными рулевыми;
при плавании в разреженных льдах в связи с повышением сплоченности судну приходится больше лавировать между отдельными льдинами или пятнами льда; в этом случае целесообразно применять способ движения, называемый "со стопом" - судно, двигаясь при гаснущей инерции, для сохранения поступательного движения и управляемости дает время от времени на непродолжительное время малый ход вперед;
при плавании в сплоченных, но доступных для прохода судна льдах (мелкобитых) ход машины можно довести до полного; необходимо обходить тяжелые льдины.
При выборе скорости движения и выполнении маневра во льдах большая роль принадлежит рулевому. Поэтому при маневрировании во льдах рулевому следует давать лишь общее направление движения, указывая на характерные ориентиры.
При маневрировании судна во льдах рулевой должен соблюдать следующие правила:
когда дается задний ход, не ожидая команды, ставить руль прямо;
не перекладывать руль после заднего хода до тех пор, пока судно не получит движения вперед;
при столкновении со льдом брать льдину только на форштевень;
не прижиматься вплотную к тяжелым льдинам во избежание ударов судна об их острые углы;
избегать крутых поворотов в тяжелых льдах;
при форсировании перемычки для удержания судна на курсе заранее переложить руль в сторону тяжелого льда, в противном случае нос судна уклонится в сторону слабого льда;
при движении в сплоченных льдах избегать лишних перекладок руля, стремясь направить судно по линии наименьшего сопротивления.
Соблюдение перечисленных правил позволит судоводителю держать скорость судна во льдах до максимально допустимой. Последнее исключительно важно как для безопасности прохождения, так и ускорения оборачиваемости транспортных судов и повышения эффективности их использования.
2.5 Счисление пути судна во льдах
За последние одно-два десятилетия в районах традиционного ледового плавания существенным образом улучшилось навигационное оборудование. Развитие получили радиотехнические и космические навигационные средства, использование которых позволяет с большой уверенностью располагать курсы судов во льдах вне видимости берегов. Это, конечно, снизило значение традиционных методов счисления пути судна во льдах, но еще полностью не освободило судоводителя от их применения. До сих пор в ряде ледовитых акваторий радиотехнические и космические средства пока отсутствуют и здесь по-прежнему велико значение традиционных методов.
До настоящего времени существовал единственный способ счисления при плавании во льдах, предложенный еще в начале века адмиралом С.О. Макаровым, - так называемое пятиминутное счисление. Можно сказать, что пятиминутное счисление явилось порождением того времени, когда средства навигационного оборудования ледовитых акваторий имели слабое развитие. Тем не менее и в последние годы этот способ успешно применялся судоводителями, если не было возможности получить обсервованное место судна.
Сущность пятиминутного счисления весьма проста: при следовании судна во льдах вахтенный штурман по истечении каждой пятой минуты фиксирует курс и скорость судна, на основании которых вычисляется генеральный курс и путь судна за час или 30 мин. В результате получают счислимое место судна на конкретный момент времени.
Целесообразно соблюдать следующие положения:
курс судна регистрируется с точностью до 1°, при этом учитывается преобладающее движение в течение 5 мин;
скорость судна определяется на глаз и лишь время от времени, особенно по мере существенного изменения ледовых условий, корректируется с помощью точных способов (о них будет сказано дальше);
фиксируется общая характеристика состояния льда, что позволяет при необходимости контролировать записи о скорости судна.
Далее производится обработка записей элементов счисления за час или за 30 мин: с точностью до 1 кб рассчитываются расстояния, пройденные за каждые 5 мин плавания; курсы, определенные по гирокомпасу, прокладываются на миллиметровке и сводятся в генеральный курс (тем самым устанавливается пройденное по нему расстояние); вводится поправка на величину дрейфа судна за рассматриваемый период времени; генеральный курс и путь переносятся на путевую карту, определяются координаты судна.
Главный недостаток способа пятиминутного счисления - он отнимает у вахтенного штурмана много времени и отвлекает его от непосредственного управления судном. В связи с этим были предложены различные способы упрощения вычисления генерального курса и пути судна, в частности, использование планшетов типа круга Севастопольской морской обсерватории (СМО) в такой последовательности:
против индекса устанавливается соответствующее "первому" курсу деление шкалы подвижного прозрачного диска и от центра в направлении индекса откладывается соответствующий этому курсу путь;
против индекса устанавливается "отсчет", соответствующий "второму" курсу, и от конца первого вектора откладывается соответствующий "второму" курсу путь параллельно линии "центр круга - индекс";
аналогичным образом откладываются все последующие курсы;
конец последнего вектора устанавливается на линии "центр круга - индекс" и по отсчету против индекса определяется генеральный курс. Расстояние от центра круга до конца вектора в масштабе построений будет отражать путь судна. Масштаб построений определяется в зависимости от скорости движения: при малой скорости целесообразно использовать более крупный масштаб (5 мм - 1 кб), при большой скорости - более мелкий масштаб (10 мм - 1 миля). Применение планшета типа круга СМО существенно облегчает работу штурмана. При отсутствии планшета его можно изготовить на любом судне.
При плавании транспортного судна во льдах сплоченностью 6-9 баллов при скорости до 6 уз можно успешно использовать планшет, сочетающий в себе параллельную линейку, транспортир, циркуль и таблицы для расчета пройденного расстояния (рис.2.6). Планшет представляет собой круг диаметром 200 мм. По его окружности нанесена градусная шкала. По радиусу круга от его центра в направлении 360° сделана прорезь шириной 2 мм. В секторе круга нанесена номограмма пройденного расстояния в зависимости от времени (до 10 мин) и скорости (до 6 уз). Вдоль прорези нанесена шкала "кабельтовы". Для учета циркуляции на круге имеются отверстия, соответствующие радиусам циркуляции 0,5, 1,0, 1,5, 2,0 и 2,5 кб. Прокладка пути судна во льдах с помощью данного планшета производится в такой последовательности: планшет накладывается на миллиметровую бумагу с фиксацией центра круга в произвольно выбранной точке; отсчет курса судна по градусной шкале совмещается с вертикальной линией, проходящей через выбранную точку, прорезь на круге покажет направление курса; на номограмме от шкалы времени по минутам, пройденным данным курсом, следует идти параллельно прорези до пересечения с линией скорости, с которой судно шло на данном курсе; из точки пересечения линии времени и линии скорости по линии, параллельной шкале времени, нужно идти в сторону выреза - на шкалу "кабельтовы"; по расстоянию от центра круга до найденной точки определяется путь, пройденный судном на данном курсе; подобная операция повторяется для следующего курса, причем конец предыдущего отрезка пути явится началом последующего; через час или 30 мин крайние точки на миллиметровой бумаге соединяются. Это и будет генеральный курс и пройденный по нему путь.
Рисунок 2.6 - Планшет для ведения прокладки пути судна при плавании во льдах
Как показал опыт, использование данного планшета значительно облегчает работу штурмана, сокращая время расчетов генерального курса и пути в 2-3 раза. Планшет можно изготовить самостоятельно по образцу в масштабе радиуса 1 кб в 1 см.
Необходимым условием безаварийного судовождения во льдах является знание скорости судна в любой момент времени. При ледовом плавании вдоль побережья в условиях постоянного радиолокационного и визуального контакта с берегом имеется возможность определить место судна с круговой ошибкой 1-4 кб. При отсутствии такого контакта, а также ненадежности радиотехнических средств возникает проблема измерения скорости судна во льдах. Знание скорости важно и при пятиминутном счислении пути судна во льдах, когда требуется корректировка глазомерных определений скорости уточненными данными.
В ходе практики ледового плавания выработан ряд способов определения скорости судна во льдах. Одним из основных принципов является измерение промежутка времени, за которое судно проходит определенное расстояние (базу). В качестве базы используется вся длина судна.
Определение скорости судна этим способом происходит таким образом: впереди по курсу выбирается какая-либо приметная льдина; когда эта льдина поравняется с форштевнем, включается секундомер; когда льдина поравняется со срезом ахтерштевня, секундомер останавливается; по пройденному расстоянию L (длине судна) и времени его прохождения t определяется скорость судна.
Для упрощения этих расчетов можно составить таблицу, на основании которой по времени прохождения длины данного конкретного судна получают скорость движения. Иногда для определения скорости движения судна в узлах используют соотношение 2L/t, точность которого вполне удовлетворительная - 0,1 уз.
Рисунок 2.7 - Общий вид визиров на борту судна для определения скорости хода во льдах
Чтобы избежать ошибок в определении начала или конца измерения скорости, на судах ледового плавания снаружи крыльев мостика по каждому борту устанавливаются визиры (рис.2.7). Порядок определения скорости судна по визирам аналогичен изложенному выше с той лишь разницей, что вместо длины судна определяется расстояние между визирными линиями, отсекающими отрезок пути на льду на уровне действующей ватерлинии. Следует только учитывать, что мерное расстояние зависит от осадки судна, поэтому целесообразно иметь таблицу мерных расстояний между визирными линиями с учетом загруженности судна.
В практике ледового плавания для определения скорости судна используются радиолокационные станции. Однако для получения достаточной точности измерений при использовании РЛС необходимо удержание судна на курсе, что при плавании во льдах не всегда возможно. Кроме того, на экране РЛС трудно идентифицировать выбранную отметку вследствие однообразия изображения льда. При использовании РЛС для определения скорости судна наиболее удобен и точен способ, когда отметка на экране выбирается на курсовых углах 0 или 180°. На пятимильной шкале этот способ дает удовлетворительные результаты.
Для измерения скорости судна во льдах могут использоваться индукционные лаги, отличительной особенностью конструкции которых является приемное устройство, не выступающее за корпус судна. Последнее обстоятельство имеет большое значение в условиях ледового плавания. Следует только помнить, что индукционные лаги проектировались как измерители относительной скорости для плавания по чистой воде, поэтому в условиях ледового плавания при определении скорости судна возможны погрешности, вызванные изменением поля скоростей обтекания приемного устройства, намагниченности корпуса судна (влияние ударов о лед), магнитной проницаемости среды и другие. Эти явления недостаточно пока изучены, и опыт использования индукционных лагов при плавании во льдах еще невелик.
Рисунок 2.8 - Движение отметки на экране РЛС вблизи траверзных курсовых углов при постоянном курсе судна
Для измерения скорости судна во льдах перспективными можно считать лаги, работа которых основана на эффекте Допплера. Как известно, допплеровские лаги в зависимости от диапазона используемых частот и среды, в которой распространяются излученные и отраженные колебания, делятся на гидроакустические и радиолаги.
Работа первых из них основывается на измерении скорости сигнала, отраженного от морского дна, вторых - сигнала, отраженного от поверхности воды или льда. Эти особенности и определяют возможности их применения при плавании во льдах. Чтобы защитить антенны гидроакустических лагов от ударов о лед, антенны размещают внутри корпуса без выреза обшивки. На ледоколах типа "Капитан Сорокин" гидроакустические антенны, не выступающие за обшивку корпуса, защищены перфорированными пластинами. Следует помнить также, что попадание льда под корпус судна может вызвать рассеивание мощности сигнала гидроакустического лага (а значит, ошибку в определении скорости судна, а при использовании допплеровского радиолага во льдах при смене подстилающей поверхности (лед - вода) из-за смещения спектра частот отраженных колебаний возникает дополнительная ошибка (около 7%).
3. Определение сопротивления движению судна во льдах и скорости буксировки
3.1 Общие положения
Морская буксировка может быть запланированной и вынужденной. Все расчеты, связанные с плановой буксировкой, выполняются заблаговременно в КБ с учетом особенностей предстоящей операции: числа и типа буксирных судов и буксируемых объектов, вида буксирной линии (однородная, неоднородная, несимметричная и пр.), предполагаемых погодных условий, районов плавания (узкости, мелководье). Эти расчеты выполняются по существующим методикам, одобрены регистром России, и выдаются в виде чертежей и рекомендаций для выполнения буксировочной операции.
При вынужденной буксировке капитан буксировщика обязан выполнить расчеты скорости буксировки, а также элементов буксировочной линии (длины, толщины троса и его провиса). Задача может свестись к выбору безопасной скорости буксировки, при которой прочность имеющегося буксирного троса оказалась бы достаточной. Поскольку при вынужденной буксировке капитан не всегда может располагать точными сведениями о буксируемом объекте, расчеты приходится вести с использованием простейших эмпирических формул.
В этой части диплома приведен способ расчета сопротивления движению судна во льдах и скорости буксировки, пригодный для выполнения расчетов в судовых условиях.
Максимальной скоростью при буксировке будет та, при которой сопротивление буксирующего и буксируемого судов в сумме составят силу, равную упору винта:
, (3.1)
где Pm
-максимальный упор винта буксировщика, кН;
R0
-суммарное сопротивление, кН;
R1
-сопротивление буксирующего судна, кН;
R2
-сопротивление буксируемого судна, кН.
Расчет буксировки производится в следующем порядке:
Определяется максимальный упор винта буксировщика или сопротивление движению судна при максимальной скорости, которое равно упору винта при швартовом режиме.
Определяется сопротивление буксирующего и буксируемого судов на различных скоростях буксировки.
Составляется таблица и чертятся графики R1
, R2
, R0
зависимости сопротивлений от скорости буксировки, по которым определяются максимальная скорость буксировки и тяга на гаке.
3.2 Расчет упора винта буксировщика
Для приближенной оценки упора винта буксировщика может быть использована формула Регистра России расчета упора винта на швартовах:
кН, (3.2)
где Рm -
упор винта, кН;
Ni
-
мощность главной силовой установки, кВт,
3.3 Расчет сопротивления судов
Сопротивление буксирующего судна равно сумме сопротивлений:
, (3.3)
где RСТ -
сопротивление трения, кН;
RС -
остаточное сопротивление, кН;
Rвозд -
сопротивление воздуха, кН;
RВ
-сопротивление от волнения, кН,
Rл
- ледовое сопротивление, кН (рассчитываем для битого льда, сплоченностью 6 баллов)
Сопротивление буксируемого судна отличается от сопротивления буксирующего судна дополнительным сопротивлением застопоренного винта RЗ. В
и буксирного троса RТР
, кН:
. (3.4)
Сопротивления можно рассчитать по эмпирическим формулам:
Сопротивление трения (в кН):
, (3.5)
где υ - плотность воды, кг/м3
(плотность соленой воды - 1025 кг/м3
);
S - площадь смоченной поверхности судна, м2
;
Кф -
коэффициент трения.
Для транспортных судов и плавбаз:
где Lв -
длина действующей ватерлинии при средней осадке, м; В - ширина, м; Тср -
средняя осадка, м (используем по Тср
в грузу). Для буксирующего судна:
2568,1 м2
Для буксируемого судна:
1383,4 м2
Сопротивление остаточное (в кН):
, (3.6)
где Vб -
скорость судна при буксировке, м/с;
δ - коэффициент полноты водоизмещения;
Dв -
водоизмещение судна, т;
L - длина судна, м.
Воздушное сопротивление (в кН):
, (3.7)
где Ко
-коэффициент обтекания, при ветре, параллельном ДП, равен 0,8);
υ=1,25-плотность воздуха, кг/м3
;
AН
-проекция надводной части поверхности судна на плоскости
мидельшпаунгоута, м;
vB
-скорость встречного ветра, м/с;
vб
-скорость буксировки, м/с.
Сопротивление застопоренного винта (в кН):
, (3.8)
где dВ
-диаметр винта, м.
3.4 Чистое ледовое сопротивление движению судна в битых льдах
Процесс движения судна в битых льдах очень сложен, составить его аналитическое описание не представляется возможным. Поэтому расчетные 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:
(3.9)
Где r - протяженность битого льда, м;
h - толщина битого льда, м;
r - плотность льда, т/м3
;
fт
- коэффициент трения борта о лед (fт
= 0,08÷0,15);
a - коэффициент полноты действующей ватерлинии;
aн
- коэффициент полноты носовой части действующей ватерлинии;
a0
- угол входа носовой ветви действующей ватерлинии, град;
- безразмерные коэффициенты (табл.3.1);
Sсж
- сила сжатия, баллы;
g - ускорение свободного падения, м/с2
.
Таблица 3.1 - Значения коэффициентов
| Коэффициенты
|
Сплоченность льда, баллы | |||
| 4 | 6 | 8 | 10 | |
| 0 | 0 | 7 × 10-2
|
7,4 × 10-2
|
|
| 0,93 | 2,54 | 5,70 | 8,2 | |
| 4,3 | 4,3 | 4,3 | 4,3 | |
| - | - | - | 30 × 10-2
|
|
Транспортное судно будет испытывать большее сопротивление, чем ледокол из-за наличия цилиндрической вставки. Поэтому ледовое сопротивление судна можно выразить:
, (3.10)
гдеRлч -
ледовое сопротивление, рассчитанное без учета влияния цилиндрической вставки (в кН);
lцв
- длина цилиндрической вставки, м;
Kцв
- коэффициент, равный 0,4.
Расчеты сопротивлений судов сводим в таблицу 3.2
3.4 Определение максимальной скорости буксировки и силы тяги на гаке
По данным таблицы 3.2 строим графики сопротивлений R0
и R2
в прямоугольной системе координат, затем используют их для определения максимальной скорости буксировки и силы тяги на гаке (Рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 - Определение тяги на гаке и скорости буксировщика
Максимальный упор гребного винта буксировщика равен 829,6 кН. Требуется определитьVб
max
и силу тяги на гаке Тг
.
По оси ординат откладываем отрезок "0a", равный 829,6 кН. Через точку "a" проводим линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой суммарного сопротивления в точке "b". Из точки "b" опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и получаем при их пересечении точку "c". Отрезок "0c" представляет собой максимальную скорость буксировки Vб
max,
которая равна 11,3 уз.
Для определения тяги на гаке отыскиваем точку пересечения перпендикуляра "bc" с кривой сопротивления буксируемого судна. Обозначив эту точку буквой "d", проведем через нее линию, параллельную оси абсцисс, до-пересечения ее с осью ординат в точке "e". Отрезок "0e" определяет тягу на гаке Тг
, которая равна 380 кН. Это и есть усилие, на которое следует подбирать буксирный трос.
4. Разработка буксирного устройства и кранцевой защиты для обеспечения буксировки аварийного судна транспортным судном
4.1 Буксирное устройство на ледоколах
При проектировании буксирного устройства и кранцевой защиты для транспортного судна я основывался на принципиальной схеме буксирного устройства судов ледокольного типа (рис.4.1 и рис.4.2).
Основные составляющие:
буксирная лебедка с емкостью барабана около 500-700 м буксирного троса с канатоукладчиком и автоматикой для удержания заданной длины и тягового усилия в канате;
амортизатор (демпфер) гидродинамического или иного типа;
две буксирные серьги - одна у самого кормового выреза, другая на палубе по линии буксирного троса между лебедкой и кормовой серьгой;
кормовой вырез достаточной глубины для предотвращения выхода из него форштевня буксируемого судна на поворотах, оборудованный надежными мягкими кранцами.
На мощных ледоколах кранцы, как правило, устанавливаются в два яруса, причем кормовые кранцы для большей износоустойчивости покрываются металлической кольчужной сеткой.
4.2 Необходимые составляющие
Зачастую, в случаях аварийной буксировки на транспортном судне выбор снабжения ограничен. Исходя из этого, при проектировке буксирного устройства я использовал элементы, имеющие достаточно широкое применение на судах транспортного флота.
1 - лебедка; 2 - стопор Булливана; 3 - буксирная серьга;
4 - блок Николаева; 5 - бензель
Рисунок 4.1 - Буксирное устройство на ледоколах типа "Капитан Белоусов"
1 - лебедка; 2 - демпфер; 3 - оттяжка;
4 - блок Николаева; 5 - буксирная серьга; 6 - бензель
Рисунок 4.2 - Буксирное устройство на ледоколах типа "Арктика"
4.2.1 Выбор буксирного троса
Запас прочности буксирной линии должен быть равен 5Тг,
если Тг
не превышает 100 кН, или 3Тг
, если тяга на гаке более 100 кН.
Из построенного графика (рисунок 3.1) определим тягу на гаке Тг
= 380 кН - это усилие, по которому будет подбираться буксирный трос. Запас прочности равен 3 х 125 кН = 1480 кН, т.к тяга на гаке более 100 кН.
При вынужденной буксировке диаметр буксирного троса, линейную плотность можно определить, пользуясь сертификатом имеющегося на судне троса или таблицами ГОСТа. Исходя из условий нашей задачи, я выбрал "Канат стальной двойной свивки типа ЛК-О ГОСТ 3069-80":
Разрывная прочность троса Рр
= до 1624 кН;
Диаметр стального троса θ = 60,5 мм;
Линейная плотность троса q = 14, 25 кг/м.
4.2.2 Элементы кранцевой защиты
В последнее время на судах наибольшее распространение получили пневматические кранцы (рисунок 4.3), которые обладают большой энергоемкостью и обеспечивают малые контактные давления на корпус судна. Бескамерные кранцы имеют резиновую оболочку, укрепленную для восприятия больших нагрузок синтетическим или металлическим кордом. Толщина оболочки в зависимости от размеров кранцев составляет 9-30 мм.
Одной из самых распространённых моделей кранцев является модель НКВ-3:
Габариты 2200х3800 мм
Внутренне рабочее давление 0,8 - 1,0 Мпа
Энергия поглощаемая кранцем 320 кДж
Нагрузка, воспринимающая при 50% сжатии 1100 кН
Исполнение пневматические, бескамерные
Средний срок службы 7 лет
1, 3 - клапаны; 2 - оболочка; 4, 5 - скобы; 6 - огон; 7, 8, 9 - меридианальные и окружные канаты; 10, 11 - резиновые трубки; 12 - строп; 13 - скоба; 14 - шины; 15 - фланец; 16 - подкрепляющее кольцо; 17 - корд; 18 - резина; 19 - шпилька; 20 - съемный стакан; 21 - внутренний обух; 22 - цепь; 23 - наружный рым.
Рисунок 4.3 - Пневматический бескамерный кранец
4.2.3 Блок конструкции С.В. Николаева
Немаловажной составляющей буксирного устройства является блок конструкции Н.М. Николаева или их набор для буксировки различных судов.
Он состоит из шкива 1, щек 2 и болта 3. Брага заводится на шкив, а буксирный трос 4 крепится за болт 3; таким образом, блок и строп-брага 5 постоянно пристопорены к буксирному канату. Принцип работы блока заключается в следующем: при рысканьи буксируемого судна блок катается по браге, поэтому обе ветви стропа-браги все время натянуты, вследствие чего усилие в каждой ветви значительно меньше усилия в буксирном тросе.
Рисунок 4.4 - Устройство блока Николаева
Рис.4.5 показывает работу блока Николаева. Этот блок применялся широко при буксировках ледоколами, но он не пригоден для длительных морских буксировок, так как, катаясь по браге, быстро ее перетирает.
В случае отсутствия на судне блока Николаева, вместо него может быть использована якорная скоба.
Рисунок 4.5 - Работа блока Николаева.
4.3 Сборка кормовой кранцевой защиты
Перед началом сборки буксировщик подходит кормой к носу буксируемого судна (рис.4.7). Для переноса кранцев на корму буксировщика и последующей заводки используются грузовые стрелы обоих судов. В дополнение к ним, я предлагаю использовать оттяжки из тросов, пропущенные через клюзы буксируемого судна и заведённые на якорную лебёдку.
Если подойти таким образом невозможно, то возможен и другой вариант заводки (см. рисунок 4.6):
Рисунок 4.6 - Альтернативный метод сборки кранцевой защиты
Рассмотрим конструкцию кранцевой защиты (рис.4.8). Для её крепления на фальшборт буксировщика привариваются скобы, за которые и будут подвешиваться кранцы с помощью такелажных цепей.
Порядок сборки следующий:
За корму буксировщика заводится и вывешивается горизонтальный кранец.
Вывешивается пара вертикальных кранцев. Здесь я хочу обратить внимание на то, что перед заводкой в них немного спускается воздух. Это делается для того, чтобы после соединения кранцев цепями восстановить в них первоначальное давление, тем самым добиться более плотного контакта кранцев друг с другом. Исходя из этого, для более удобной их последующей подкачки, клапаны должны находиться вверху.
При помощи прочных такелажных цепей, соединённых с рымами кранцев, и талрепов сверху и снизу стягиваются вертикальные кранцы.
Таким же образом снизу соединяются вертикальные кранцы с горизонтальным.
Для большей фиксации конструкции за нижние рымы кранцы крепятся к скобам у основания фальшборта.
Восстанавливается первоначальное давление в кранцах.
1 - скоба; 2 - фальшборт; 3 - такелажная цепь; 4 - кормовой клюз; 5 - талреп
Рисунок 4.8 - Кранцевое защитное устройство кормы
Для уменьшения износа кранцев можно воспользоваться металлической кольчужной сеткой, защитив ею рабочую поверхность кранцев от непосредственного соприкосновения с носом буксируемого судна.
После сборки кранцевой защиты через кормовой клюз на буксируемое судно заводится буксировочный трос и буксируемое судно втягивается носовой оконечностью между вертикальных кранцев.
1 - кранцевая защита; 2 - киповая планка; 3 - швартовный кнехт; 4 - фиксирующие тросы
Рисунок 4.9 - Схема фиксации носовой оконечности в корме буксировщика
Для снижения вероятности выхода носовой части судна из диаметральной плоскости буксировщика, перед буксировкой необходимо провести дополнительную фиксацию. Для этого через клюза буксировщика подаются дополнительные тросы, которые заводятся по схеме, приведённой на рисунке 4.9
4.4 Выводы по произведённым расчётам
Результатом произведенных в третьем и четвёртом разделе дипломной работы расчетов является вывод о возможности проведения буксировочной операции для заданных судов с рассчитанными параметрами буксирного троса и скоростью буксировки, которые сводятся в итоговую таблицу 4.1, а также о необходимой подготовке обоих судов к буксировке, исходя из полученных результатов.
Таблица 4.1 - Параметры буксирной линии и скорость буксировки
| Параметр | Числовое значение | Параметр | Числовое значение |
| R0, кН | 813 | Рр, кН | 1624 |
| Vбmax, уз | 11,3 | ϴ, мм | 60,5 |
| Tг, кН | 380 | q, кг. м | 14, 25 |
5. Организация и технические мероприятия взятия аварийного судна на буксир и проводка его по ледовому каналу
5.1 Предварительная подготовка
Перед предстоящей буксировкой на обоих судах необходима соответствующая предварительная подготовка. Подготовка на буксирующем судне рассмотрена в четвёртом разделе дипломной работы. Проводимое судно также должно заблаговременно подготовиться к буксировке. Подготовка к ней заключается в следующем:
Якоря убирают на палубу, что необходимо для продевания буксирного стропа буксировщика через якорные клюзы, а также во избежание поломки якорей и повреждения борта буксировщика при соприкосновении с судном. На судах, у которых клюзы выходят близко к ватерлинии, вообще рекомендуется перед входом в лед убирать якоря на палубу, так как они могут быть повреждены торосами и отдельными льдинами, становящимися на ребро у форштевня. Суда при плавании в ледовых условиях должны быть всегда готовыми к поднятию якорей на палубу.
На баке судна готовят в достаточном количестве бросательные концы и тросы-проводники со скобами для приемки буксира с буксировщика. Буксир подается обычно с "усами" - стропом, который продевается через клюзы буксируемого судна (рисунок 5.1).
Заранее готовят все необходимое для принятия и крепления "усов" на палубе судна, для чего через клюзы заводят стальные тросы-проводники со скобами, предназначенные для присоединения их к концам "усов", которые будут протаскиваться через клюзы на палубу.
Необходимо предусмотреть быструю отдачу буксирного стропа, поданного с ледокола. Один из способов крепления стропа заключается в том, что выходящие через якорные клюзы на палубу огоны "усов" связывают манильским или пеньковым тросом. Для отдачи буксира этот найтов рубят. Чтобы это можно было сделать без малейшей задержки, под найтов плотно подкладывают деревянный брус. При буксировке нужно вблизи найтова выставить вахтенного матроса, снабженного топором.
а) два стропа пропущены через клюзы и соединены при помощи бревна; б) огоны стропа соединены бензелем; в) строп пропущен через блок Николаева; г) блок Николаева: 1 - якорная скоба; 2 - бревно; 3 - ветви стропа; 4 - буксирный трос; 5 - бензель
Рисунок.5.1 - Крепление буксирного троса на буксируемом судне
Можно также закрепить буксир, продев через огоны "усов" бревно. Но такой способ не рекомендуется для больших судов, так как быстрая отдача буксира затруднена и работа с бревном опасна.
Если буксирный трос буксировщика не снабжен стропом для продевания через якорные клюзы буксируемого судна, надо приготовить строп, выходящий за борт судна через клюзы, или изготовить брагу, обнесенную вокруг палубных надстроек, надежно соединенных с корпусом судна. Строп или брагу удобнее изготовить так, чтобы их забортную часть можно было взять на палубу, что позволит легко соединить принятый с ледокола буксир с буксирным устройст-вом судна. Выпуская присоединенный буксирный трос за борт, в месте крепления надо подсоединить надежную оттяжку (свистов), чтобы за нее вы-бирать трос на палубу, когда потребуется его отдать.
5.2 Взятие на буксир, крепление и отдача буксира
При подходе кормы буксировщика к носу судна, примерно с расстояния 10-15 м, подают швартов с буксировщика через центральные клюзы, крепят его на судне, затем с помощью шпиля втягивают форштевень судна в кранцевую конструкцию на минимальном переднем ходу буксировщика или без хода. После того как форштевень судна подведен в кормовой вырез буксировщика, дают минимальный задний ход с целью фиксации упора друг в друга. При этом диаметральные плоскости должны составлять одну прямую линию.
При отлаженных, согласованных действиях экипажей буксировщика и буксируемого судна весь процесс заводки буксира занимает 25-30 мин.
Безопасность судов при возможном навале из-за обесточивания буксировщика обосновывается тем, что буксировщик практически не останавливается сразу, поэтому разность скоростей контакта незначительна. Возможный удар буксируемого судна в кранец ледокола даже скулой судна будет в пределах упругой деформации скуловых шпангоутов судов этого типа.
При буксировке в тяжелых льдах нельзя крепить буксирные тросы за швартовные кнехты, которые не рассчитаны на большие нагрузки и при приложении такой нагрузки будут срезаны или выворочены. Недопустима буксировка за брашпиль, так как при рывках он будет поврежден или же сорван с фундамента.
Буксируемое судно должно идти строго в диаметральной плоскости буксировщика и по указанию с него держать руль так, чтобы улучшалась управляемость буксировщика.
На резких поворотах во льду буксировщик должен сбавлять скорость, чтобы избежать обрыва буксирного стропа. При буксировке судов большого водоизмещения или большой длины буксировщик управляется плохо. В этих случаях при поворотах на буксируемом судне необходимо класть руль в противоположную сторону и переходить к нормальному управлению, как только буксировщик начнет выправляться на канале или на курсе.
Обеспечение безопасности плавания при буксировке судов
Рекомендовано несколько основных мер предосторожности при буксировке вплотную
:
перед входом в перемычку тяжелого льда или крупного тороса заранее уменьшить скорость тандема и привести буксируемое судно в линию с диаметральной плоскостью ледокола
;
снизить скорость при движении среди крупных обломков льда, от которых буксировщик отбрасывает в сторону
;
в случае потери управляемости тандема дать задний ход на буксируемом судне; снизить скорость при проходе крутых поворотов в плотно забитом канале
;
учитывать, что любой отброс буксировщика в сторону всегда ведет к вероятности обрыва буксира и возможности навала
;
судоводителям буксировщика при выборе пути движения следует тщательно анализировать ледовые условия с расчетом заблаговременного осуществления маневра для избегания опасной ситуации. Это особенно важно на тех участках, где заранее можно предположить вероятность отброса буксировщика
.
Заключение
В ходе дипломной работы мною был проведён анализ ледовых условий на основных транспортных путях. Изучены рекомендации и наставления по самостоятельному плаванию судов в зоне ледовой обстановки, исследован опыт буксировки в сложных условиях.
Результаты, полученные при выполнении дипломной работы:
Оценка ледовых условий на основных транспортных путях;
Расчёт полного ледового сопротивления при буксировке для двух конкретных судов;
Расчёт параметров, необходимых для проведения буксировочной операции;
Модель кранцевой защиты кормы буксировщика и методика её сборки в судовых условиях;
Комплекс организационных и технических мероприятий для взятия аварийного судна на буксир и проводки его по ледовому каналу.
На основании результатов вычислений сделан вывод о возможности буксировки аварийного транспортного судна в ледовых условиях судном, не предназначенным для буксировки в подобных условиях.
Особенно хочу отметить, что подбор всех элементов был произведён на основании стандартного снабжения транспортных судов, что позволяет подготовиться и начать аварийную буксировку в кратчайшие сроки.
Список использованных источников
1. Арикайнен А.И., Чубаков К.Н. Азбука ледового плавания. - М.: Транспорт, 1987. - 224 с.
2. Смирнов А.П. Безопасность плавания во льдах. - М.: Транспорт, 1993. - 335с.
3. Снопков В.И. Управление судном. - М.: Транспорт, 1991. - 359с.
4. Ионов Б.П., Грамузов Е.М. Ледовая ходкость судов. - Спб.: Судостроение 2001. - 512 с.
5. Международная символика для морских ледовых карт и номенклатура морских льдов - Л.: Гидрометеоиздат, 1984г.
6. Методические указания по подготовке к буксировкам судов ФПР западного бассейна. - Клайпеда: Гипрорыбфлот, 1982.
7. Войтунский Я.И. Сопротивление воды движению судов. - Л.: Судостроение, 1964-412 с.
8. Щетинина А.К. Управление судном и его техническая эксплуатация. - М.: Транспорт, 1983.
9. Российский Морской Регистр Судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. - СПб.: РМРС, 1999.
10. Алексеев Г.М. Особые случаи морской практики. - М.: Морской транспорт, 1959.
11. Александров М.Н. Судовые устройства. Справочник. - М.: Судостроение, 1987.
12. Рекомендации по обеспечению безопасности судоходства в ледовых условиях. - М.: Транспорт, 1980.
Приложения
Приложение А
Исходные данные для расчётов элементов сопротивлении
| Судно | Буксирующее | Буксируемое |
| Название | Тр "Тарханск" | БМРТ "Пионер Латвии" |
| L, м | 124 | 83,3 |
| B, м | 17 | 14 |
| Tср в гр., м | 7,32 | 5,48 |
| Dв гр., т | 10010 | 3676 |
| lцв, м | 49,6 | 33,3 |
| Lв, м | 115 | 79 |
| Ni, кВт | 6100 | 1472 |
| Aн, м | 115 | 80 |
| dв, м | 3,12 | 2,7 |
| Vв, м/с | 12 | 12 |
| g, м/с2
|
9,8 | 9,8 |
| α | 0,79 | 0,83 |
| αн
|
0,4 | 0, 41 |
| α0
, град |
52 | 45 |
| Вид движ. | ВРШ | ВРШ |
| δ | 0,65 | 0,61 |
| r, м | 2,5 | 2,5 |
| h, м | 1 | 1 |
| ρ, т/м3 | 0,9 | 0,9 |
| fт | 0,1 | 0,1 |
| Кф | 0,143 | 0,143 |
Таблица 3.2 - Расчеты сопротивлений
| Сопротивление | Формула для расчета | Скорость буксировки, Vб | |||||||||||
| 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | уз | |||
| 1,54 | 2,05 | 2,57 | 3,08 | 3,59 | 4,11 | 4,62 | 5,14 | 5,65 | 6,16 | м/с | |||
| Буксиру-ющее судно | Rст,kH | 3.5 | 8,6 | 14,6 | 22,2 | 31,1 | 41,2 | 53,0 | 65,7 | 80,1 | 95,4 | 111,9 | |
| Ro,kH | 3.6 | 0,2 | 0,7 | 1,7 | 3,4 | 6,3 | 10,9 | 17,4 | 26,6 | 38,8 | 54,8 | ||
| Rвозд,kH | 3.7 | 10,5 | 11,4 | 12,2 | 13,1 | 14,0 | 14,9 | 15,9 | 16,9 | 17,9 | 19,0 | ||
| Rлч
,kH |
3.9 | 112,6 | 115,2 | 117,8 | 120,4 | 123,0 | 125,6 | 128,2 | 130,9 | 133,4 | 136,0 | ||
| Rл
,kH |
3.10 | 141,9 | 145,1 | 148,4 | 151,7 | 155,0 | 158,3 | 161,5 | 164,9 | 168,1 | 171,4 | ||
| R1,kH | 3.3 | 273,8 | 286,9 | 302,3 | 319,7 | 339,5 | 362,7 | 388,7 | 419,3 | 453,7 | 493,2 | ||
| Буксиру-емое судно | R'ст,kH | 3.5 | 4,5 | 7,7 | 11,6 | 16,2 | 21,6 | 27,7 | 34,4 | 41,9 | 49,9 | 58,6 | |
| R'o,kH | 3.6 | 0,2 | 0,5 | 1,3 | 2,6 | 4,8 | 8,3 | 13,3 | 20,3 | 29,6 | 41,9 | ||
| R'возд,kH | 3.7 | 7,3 | 7,9 | 8,5 | 9,1 | 9,7 | 10,4 | 11,0 | 11,8 | 12,5 | 13,2 | ||
| R'зв,kH | 3.8 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | ||
| R`лч
,kH |
3.9 | 108,1 | 109,4 | 110,6 | 111,9 | 113,1 | 114,4 | 115,7 | 117,0 | 118,2 | 119,5 | ||
| R`л
,kH |
3.10 | 136,2 | 137,8 | 139,4 | 141,0 | 142,6 | 144,2 | 145,8 | 147,4 | 149,0 | 150,6 | ||
| R2,kH | 3.4 | 256,3 | 263,2 | 271,4 | 280,9 | 291,9 | 305,0 | 320,2 | 338,4 | 359,3 | 383,8 | ||
| Rо,kH | R1+R2 | 530,1 | 550,2 | 573,8 | 600,5 | 631,4 | 667,7 | 709,0 | 757,7 | 813,0 | 876,9 | ||
1, 4 - грузовые стрелы; 2 - якорная лебёдка; 3 - рубка; 5 - якорный клюз
Рисунок 4.7 - Сборка кранцевой защиты