Теоретические методы в морской ледотехнике

В морской ледотехнике теоритические методы применяются:
для изучения ледовых качеств судов
Ледового сопротивления
Ледовой прочности
Ледовой управляемости
для расчета глобальной и локальной ледовой нагрузки на морские инженерные сооружения
для расчетов параметров функционирования морских транспортных систем, эксплуатируемых в ледовых условиях
для описания характеристик ледяного покрова
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Для определения показателей ледовой ходкости судов необходимо знать величину сопротивления льда движению судна.
Невозможно определить ледовое сопротивление судна для всего многообразия ледовых условий, поэтому эту характеристику определяют для эталонных ледовых условий, под которыми обычно понимают:
- сплошной ровный лед;
- мелкобитый лед, включая лед в канале за ледоколом;
- крупнобитый лед и обломки ледяных полей;
- канал, набитый тертым льдом;
- торосистые образования
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Теоретические методы расчета ледового сопротивления условно можно разделить на три группы:
- эмпирические;
- полуэмпирические;
- аналитические
Эмпирические методы
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ
Формула Л.Г.Цоя

Полуэмпирические методы
Формула Шиманского - Каштеляна
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ

Полуэмпирические методы
Формула Б.П.Ионова
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ

Аналитические методы
Первая аналитическая формула была получена Р.И.Рунебергом
Аналитические методы отличаются от полуэмпирических тем, что эмпирическая информация используется в них при разработке моделей физических явления, сопровождающих движение судна во льдах, а не для подгонки конечного результата
Аналитические методы делятся на интегральные и дифференциальные
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ

Картина разрушения льда
Зависимость размера
сектора от скорости
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. МЕТОД КГНЦ

Картина разрушения льда
При построении картины разрушения льда ширина сектора определяется с учетом влияния на нее скорости движения ледокола, угла наклона батокса в точке контакта корпуса со льдом, физико-механических свойств льда и его толщины.
При определении остальных размеров секторов приняты следующие допущения:
- концентрическая трещина, по которой образуется сектор, является дугой некоторой окружности, центр которой не обязательно лежит в диаметральной плоскости ледокола;
- длина сектора параллельна, а ширина сектора перпендикулярна поверхности корпуса ледокола в районе точки контакта со льдом, которая предполагается плоской
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. МЕТОД КГНЦ

Картина разрушения льда
геометрические характеристики сектора льда
А- точка, в которой приложена нагрузка к ледяному выступу; ВСD – трещина, по которой выламывается сектор
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. МЕТОД КГНЦ

Алгоритм построения картины разрушения льда
уравнение действующей ватерлинии
координата первой точки контакта
координата следующей точки контакта
Расчет заканчивается при выполнении условия
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. МЕТОД КГНЦ

Общий вид картины разрушения льда
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. МЕТОД КГНЦ

RITOT = RI + Rw =RIB + RIS + RIF + RIV + RW
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. МЕТОД КГНЦ

ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЛОМКИ ЛЬДА

ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЛОМКИ ЛЬДА

Зависимость величины работы от времени, затраченной на поворот одного сектора
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОВОРОТА ЛЬДА

Границы распространения «ледовой рубашки» по подводной части корпуса
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЛЕДОВОЙ РУБАШКИ

ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ВСТАВКИ

днище
борт
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ВСТАВКИ

Подводное нагромождение льда, формирующееся у вертикальных
бортов цилиндрической вставки
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ВСТАВКИ

ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. УПРОЩЕННАЯ МЕТОДИКА

.
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. АСИНХРОННОСТЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Суммарное ледовое сопротивление R ледокола с учетом сдвига фаз
Временная функция вертикальной силы, самостоятельное плавание
Временные функции ускорений корпуса
при самостоятельном плавании

.
Формула А.Я.Рывлина
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. МЕЛКОБИТЫЙ ЛЕД

.
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. КРУПНОБИТЫЙ ЛЕД

.
ЛЕДОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. НАБИТЫЕ КАНАЛЫ

.
ЛЕДОВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ. ОСНОВНЫЕ МАНЕВРЫ

.
ЛЕДОВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ. ДВИЖЕНИЕ С УГЛОМ ДРЕЙФА

.
ЛЕДОВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ. ДВИЖЕНИЕ С УГЛОМ ДРЕЙФА

.
ЛЕДОВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ. МЕТОД РАСЧЕТА

.
ЛЕДОВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ

.
руль
ВРК
ЛЕДОВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ. ДВИЖЕНИЕ НА ЦИРКУЛЯЦИИ

.
N max
0,66 N max
ЛЕДОВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ. ДВИЖЕНИЕ НА ЦИРКУЛЯЦИИ

.
ЛЕДОВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ. РАЗВОРОТ ЗВЕЗДОЧКОЙ

.
Характерный размер акватории, необходимой для разворота судна способом «елочка»
ЛЕДОВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ. РАЗВОРОТ ЗВЕЗДОЧКОЙ

.
Влияние толщины льда
ЛЕДОВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА УПРАВЛЯЕМОСТЬ

.
Влияние прочности льда на изгиб
ЛЕДОВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА УПРАВЛЯЕМОСТЬ

.
Влияние прочности льда на изгиб
Скорость течения воды подо
льдом 4 узла
Скорость течения воды подо
льдом 5 узлов
ЛЕДОВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА УПРАВЛЯЕМОСТЬ

Метод Ралстона
.
ГЛОБАЛЬНАЯ ЛЕДОВАЯ НАГРУЗКА НА ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

.
ГЛОБАЛЬНАЯ ЛЕДОВАЯ НАГРУЗКА НА ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Метод Ралстона

Метод Кросдайла
.
ГЛОБАЛЬНАЯ ЛЕДОВАЯ НАГРУЗКА НА ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

.
сила, необходимая для ломки ледяного поля изгибом
сила, необходимая для проталкивания ледяного поля под нагромождением
Метод Кросдайла
ГЛОБАЛЬНАЯ ЛЕДОВАЯ НАГРУЗКА НА ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

.
сила, необходимая для проталкивания обломков льда по наклонной поверхности под нагромождением
Метод Кросдайла
ГЛОБАЛЬНАЯ ЛЕДОВАЯ НАГРУЗКА НА ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

.
сила, необходимая для поддержания нагромождения обломков льда перед сооружением до разрушения ледяного поля
Метод Кросдайла
ГЛОБАЛЬНАЯ ЛЕДОВАЯ НАГРУЗКА НА ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

.
сила, необходимая для разворота блоков льда при переходе наклонной поверхности сооружения в вертикальную
Метод Кросдайла
ГЛОБАЛЬНАЯ ЛЕДОВАЯ НАГРУЗКА НА ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

.
Гистограмма нагрузок от ровного льда на наклонное сооружение
Сравнение
ГЛОБАЛЬНАЯ ЛЕДОВАЯ НАГРУЗКА НА ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ