Forestry Engineering Journal

Лесотехнический журнал

2222-7962

126609

10.34220/issn.2222-7962/2026.2/13

roclcf

Технологии. Машины и оборудование

TECHNOLOGIES. MACHINERY AND EQUIPMENT

Технологии. Машины и оборудование

Evaluation of the hydrodynamic Influence of the Hull of a towing timber transport Module on the operating Conditions of the Propellers

Оценка гидродинамического влияния корпуса буксировочного лесотранспортного модуля на условия работы движителей

Посыпанов

Сергей Валентинович

Posypanov

Sergey Valentinovich

s.posypanov@gmail.com

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

Калитин

Никита С.

Kalitin

Nikita S.

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov

26 06 2026

16 2 204 216 05 02 2026 15 05 2026

http://lestehjournal.ru/sites/default/files/journal_pdf/13._204-216.pdf

Теоретически обоснованно, что эмпирическая формула, обычно применяемая для определения коэффициента, учитывающего гидродинамическое влияние корпуса судна на условия работы движителей, применительно к рассматриваемому модулю, предназначенному для буксировки лесотранспортных единиц по средним и малым рекам, может давать существенные погрешности. Это объясняется нетипичным для обычных судов соотношением водоизмещения и диаметра винтов, наличием сжатого потока между понтонами плавучего основания катамаранного типа и размещением винтов за пределами поперечных габаритов понтонов, что ослабляет влияние попутного потока. В результате численного эксперимента, базирующегося на методе конечных элементов, с использованием программы SOLIDWORKS Flow Simulation подтверждены теоретические положения. При обработке данных по характерным продольным сечениям установлено, что в межпонтонном пространстве скорость потока не уменьшается, а увеличивается и лишь на некотором удалении от кормы начинает уменьшаться, оставаясь на значительном расстоянии меньше относительной скорости модуля. Это объясняется тем, что в межпонтонном пространстве и непосредственно за ним фактор сжатия потока более значим, чем фактор наличия попутного потока. По данным ряда поперечных сечений получены аппроксимирующие зависимости для определения скоростей по координатам в сечении. С помощью этих зависимостей по специально разработанному алгоритму для каждого поперечного сечения вычислены средние скорости в пределах круглых контуров, соответствующих расположению одного винта в диаметральной плоскости и двух винтов симметричных относительно её. По ним установлены значения искомого коэффициента. При размещении движителей в межпонтонном пространстве его следует принимать – 0,08 …- 0,09 при установке одного винта и – 0,09…- 0,11 при установке двух. Для его определения при установке винтов за кормой модуля получены аппроксимирующие зависимости. Диапазон изменения коэффициента за кормой от -0,08 до 0,06 при изменении расстояния от миделя от 3,25 до 4,90 м. Даны рекомендации по определению мест установки движителей, учитывающие наряду со скоростным режимом и другие факторы.

It is theoretically justified that the empirical formula, usually used to determine the coefficient that takes into account the hydrodynamic influence of the vessel's hull on the operating conditions of the propellers, as applied to the module under consideration, designed for towing timber transport units along medium and small rivers, can give significant errors. This is explained by the ratio of displacement to propeller diameter, which is atypical for conventional vessels, the presence of a compressed flow between the pontoons of the catamaran-type floating base, and the placement of the propellers outside the transverse dimensions of the pontoons, which weakens the influence of the following flow. As a result of a numerical experiment based on the finite element method using the SOLIDWORKS Flow Simulation program, the theoretical propositions were confirmed. When processing data on characteristic longitudinal sections, it was found that in the inter-pontoon space the flow velocity does not decrease, but increases, and only at some distance from the stern does it begin to decrease, remaining at a significant distance less than the relative velocity of the module. This is explained by the fact that in the inter-pontoon space and immediately behind it, the flow compression factor is more significant than the factor of the presence of a passing flow. Based on data from a number of cross sections, approximating dependencies were obtained for determining the velocities by coordinates in the section. Using these dependencies, a specially developed algorithm was used to calculate average speeds within circular contours for each cross-section, corresponding to the location of one propeller in the diametrical plane and two propellers symmetrical relative to it. The values of the required coefficient are established based on them. When placing propellers in the inter-pontoon space, it should be taken as - 0.08...- 0.09 when installing one propeller and - 0.09...- 0.11 when installing two. To determine this when installing propellers behind the stern of the module, approximating dependencies were obtained. The range of change of the coefficient behind the stern is from -0.08 to 0.06 when the distance from the midship changes from 3.25 to 4.90 m. Recommendations are given for determining the locations of installation of propellers, taking into account, along with the speed, other factors.

лесосплав лесотранспортные единицы буксировка гребной винт попутный поток сжатие потока

timber rafting timber transport units towing propeller consequential flow flow compression

ВведениеБуксировочный модуль [1], разрабатываемый для транспортировки лесоматериалов по средним и малым рекам, представляет собой плавучее основание катамаранного типа, на котором установлены двигатель, движители и соединяющая их трансмиссия. Он отличается простотой конструкции, относительно невысокой стоимостью и возможностью дистанционного управления с сопровождающего судна. Модули могут соединяться между собой для транспортировки укрупнённых лесотранспортных единиц, а их малые масса и габариты позволяют осуществлять погрузку-выгрузку и перевозку с помощью сортиментовоза, оснащённого манипулятором. Это обеспечивает их быстрый возврат к месту отправления леса без холостого хода против течения, что особенно важно в условиях короткой навигации. Таким образом, появляется возможность более активно использовать самый дешёвый водный транспорт лесоматериалов, обеспечивая экономическую доступность древесного сырья из удалённых лесных массивов [2, 3, 4]. Предпосылкой этому является также наличие лесотранспортных единиц и соответствующих технологий, предназначенных для экологически щадящей доставки древесного сырья по средним и малым рекам [2, 4, 5]. Так как модули предназначены только для буксировки лесотранспортных единиц, обладающих большим гидродинамическим сопротивлением, их движители логично проектировать, ориентируясь лишь на этот рабочий режим с целью получения максимально возможной тяги при данной мощности силовой установки. Скорость буксировки лесотранспортных единиц обычно невелика и составляет 4–5 км/ч (классические работы по лесосплаву: Минаев и др., 1991[1]; Патякин и др., 1985[2]), что необходимо для обеспечения достаточной управляемости. При таких малых скоростях целесообразно использовать винты с особо малым шаговым отношением и с наибольшим возможным диаметром. Конструкция модуля в виде катамарана также нетипична для буксировщика и продиктована стремлением к снижению стоимости и обеспечению остойчивости (Войткунский и др, 1982; Войткунский, 1988). От обычных судов модуль существенно отличается соотношением малого водоизмещения и диаметра винтов, а также наличием сжатого потока между понтонами. Очень важно должным образом спроектировать движители буксировочного модуля. Общий алгоритм проектирования движителей судов для внутреннего плавания регламентирован классическим руководством (Басин и Степанюк, 1977. Однако буксировочный модуль имеет существенные особенности, которые могут влиять на один из важнейших факторов – гидродинамическое влияние корпуса на условия работы движителей (попутный поток). Цель исследования - обеспечение достоверности результатов при проектировании движителей буксировочного лесотранспортного модуля посредством более точной оценки гидродинамического влияния плавучего основания устройства на условия работы гребных винтов. Объект исследования - система «плавучее основание – движители» буксировочного лесотранспортного модуля. Предмет исследования - гидродинамическое влияние корпуса буксировочного модуля на условия работы движителей.

Посыпанов С.В., Калитин Н.С. Экспериментальное исследование эффективности вариантов герметизации FDM-моделей буксировочных устройств для транспортировки малогабаритных лесотранспортных единиц // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2026. - № 4. - С. 36-39. - DOI: 10.31044/1684-2561-2026-0-4-36-39.

Posypanov S.V., Kalitin N.S. Eksperimental'noe issledovanie effektivnosti variantov germetizacii FDM-modelej buksirovochnyh ustrojstv dlya transportirovki malogabaritnyh lesotransportnyh edinic. [Experimental study of the effectiveness of sealing options of FDM models of towing devices for transporting small-sized timbertransport units]. Remont. Vosstanovlenie. Modernizatsiya = Repair. Restoration. Modernization. 2026;4:36-39. (In Russ.). DOI: 10.31044/1684-2561-2026-0-4-36-39.

Васильев В.В., Афоничев Д.Н. Использование плоских сплоточных единиц на первоначальном сплаве лесоматериалов // Известия вузов. Лесной журнал. – 2022. – № 1. – С. 128-142. – DOI: 10.37482/0536-1036-2022-1-128-142.

Vasiliev V.V., Afonichev D.N. Ispolzovanie ploskikh splotochnykh edinits na pervonachalnom splave lesomaterialov. [The use of flat rafting units for the primary timber rafting]. Izvestiya vuzov. Lesnoy zhurnal = Russian Forestry Journal. 2022;1:128-142. (In Russ.). DOI: 10.37482/0536-1036-2022-1-128-142.

Посыпанов С.В., Карпачев С.П., Клевеко В.И. Расчетные усилия при торцевании лесосплавных пучков в условиях береговых складов // Известия вузов. Лесной журнал. – 2025. – № 1. – С. 164-176. – DOI: 10.37482/0536-1036-2025-1-164-176.

Posypanov S.V., Karpachev S.P., Kleveko V.I. Raschetnye usiliya pri tortsevanii lesosplavnykh puchkov v usloviyakh beregovykh skladov. [Calculation of forces during trimming of timber rafts at coastal warehouses]. Izvestiya vuzov. Lesnoy zhurnal = Russian Forestry Journal. 2025;1:164-176. (In Russ.). DOI: 10.37482/0536-1036-2025-1-164-176.

Посыпанов С.В., Карпачёв С.П. Силовое выравнивание торцов двухъярусных пакетных сплоточных единиц при формировании в воде // Известия вузов. Лесной журнал. – 2026. – № 1. – С. 161-173. – DOI: 10.37482/0536-1036-2026-1-161-173.

Posypanov S.V., Karpachyov S.P. Silovoe vyravnivanie tortsov dvukhyarusnykh paketnykh splotochnykh edinits pri formirovanii v vode. [Strength alignment of the ends of two-tier packaged raft units when forming in water]. Izvestiya vuzov. Lesnoy zhurnal = Russian Forestry Journal. 2026;1:161-173. (In Russ.). DOI: 10.37482/0536-1036-2026-1-161-173.

Vasiliev V.V., Afonichev D.N. Обоснование параметров транспортно-технологической схемы поставки древесины в плоских сплоточных единицах по принципу плот (линейка) – плот. Resources and Technology. 2021; 18 (2): 48-78. – DOI: 10.15393/j2.art.2021.5603.

Vasiliev V.V., Afonichev D.N. Obosnovanie parametrov transportno-tekhnologicheskoy skhemy postavki drevesiny v ploskikh splotochnykh edinitsakh po printsipu plot (lineyka) – plot. [Justification of the parameters of the transport and technological scheme of wood supply in flat raft units according to the raft (section lines) – raft principle]. Resources and Technology. 2021;18(2):48-78. DOI: 10.15393/j2.art.2021.5603.

Qi K., Zhang J., Zhang L., Zhang J., Gan R. A Review of Research Progress on Cables and Towed Objects of the Ocean Engineering Towing System. Journal of Marine Science and Engineering. 2025; 13 (2): 257. – DOI: 10.3390/jmse13020257.

Песков И.А., Посыпанов С.В. Исследование равномерного движения в воде устройства для формирования двухъярусных пакетных сплоточных единиц // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. – 2020. – № 4 (48). – С. 41-49. – DOI: 10.25686/2306-2827.2020.4.41.

Peskov I.A., Posypanov S.V. Issledovanie ravnomernogo dvizheniya v vode ustroystva dlya formirovaniya dvukhyarusnykh paketnykh splotochnykh edinits. [The study of even movement in water of the device to make the packaged bilevel rafting units]. Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta. Ser.: Les. Ekologiya. Prirodopolzovanie = Vestnik of Volga State University of Technology. Ser.: Forest. Ecology. Nature Management. 2020;4(48):41-49. (In Russ.). DOI: 10.25686/2306-2827.2020.4.41.

Deng R., Wang S., Hu Y., Wang Y., Wu T. The Effect of Hull Form Parameters on the Hydrodynamic Performance of a Bulk Carrier. Journal of Marine Science and Engineering. 2021; 9 (4): 373. – DOI: 10.3390/jmse9040373.

Zaghi S., Broglia R., Di Mascio A. Analysis of the wake field in the propeller plane of a twin-hull vessel using CFD. Applied Ocean Research. 2025; 145: 103920. – DOI: 10.1016/j.apor.2025.103920.

Zaghi S., Broglia R., Di Mascio A. Analysis of the wake field in the propeller plane of a twin-hull vessel using CFD. Applied Ocean Research. 2025;145:103920. DOI: 10.1016/j.apor.2025.103920.

10.

Aydın Ç., Ünal U., Karabulut U., Sarıöz K. Practical computational procedures for predicting steering and braking forces of escort tugs. Ocean Engineering. 2018; 166: 159-171. – DOI: 10.1016/j.oceaneng.2018.07.058.

11.

Piaggio B., Villa D., Viviani M. Numerical analysis of escort tug manoeuvrability characteristics. Applied Ocean Research. 2020; 97: 102075. – DOI: 10.1016/j.apor.2020.102075.

Piaggio B., Villa D., Viviani M. Numerical analysis of escort tug manoeuvrability characteristics. Applied Ocean Research. 2020;97:102075. DOI: 10.1016/j.apor.2020.102075.

12.

Piaggio B., Villa D., Viviani M., Figari M. Numerical analysis of escort tug manoeuvrability characteristics – Part II: The skeg effect. Applied Ocean Research. 2020; 100: 102199. – DOI: 10.1016/j.apor.2020.102199.

13.

Mauro F. A flexible method for the initial prediction of tugs escort capability. Ocean Engineering. 2022; 246: 110585. – DOI: 10.1016/j.oceaneng.2022.110585.

Mauro F. A flexible method for the initial prediction of tugs escort capability. Ocean Engineering. 2022;246:110585. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2022.110585.

14.

Chen M., Chen Y., Li T., Tang Y., Ye J., Zhou H., Ouyang M., Zhang X., Shi W., Sun X. Analysis of the wet-towing operation of a semi-submersible floating wind turbine using a single tugboat. Ocean Engineering. 2024; 299: 117354. – DOI: 10.1016/j.oceaneng.2024.117354.

15.

Huang Y., He Y., Liu Y., Qiu M. Study of the wet-towing transportation of an FPSO with elastomeric-supporting topside modules. Ocean Engineering. 2024; 293: 116602. – DOI: 10.1016/j.oceaneng.2023.116602.

Huang Y., He Y., Liu Y., Qiu M. Study of the wet-towing transportation of an FPSO with elastomeric-supporting topside modules. Ocean Engineering. 2024;293:116602. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2023.116602.

16.

Fitriadhy A., Yasukawa H. Course stability of a ship towing system in wind. Ocean Engineering. 2013; 64: 135-145. – DOI: 10.1016/j.oceaneng.2013.02.004.

Fitriadhy A., Yasukawa H. Course stability of a ship towing system in wind. Ocean Engineering. 2013;64:135-145. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2013.02.004.

17.

Zhu H., Hu C. A unified seakeeping and maneuvering analysis of multiple linked towing system with triangular bodies. Ocean Engineering. 2021; 222: 108577. – DOI: 10.1016/j.oceaneng.2021.108577.

Zhu H., Hu C. A unified seakeeping and maneuvering analysis of multiple linked towing system with triangular bodies. Ocean Engineering. 2021;222:108577. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2021.108577.

18.

Han Y., Zhu X., Zhou L. Numerical simulation of multi-tug towing of a gravity-based structure in broken sea ice. Ocean Engineering. 2022; 261: 112070. – DOI: 10.1016/j.oceaneng.2022.112070.

Han Y., Zhu X., Zhou L. Numerical simulation of multi-tug towing of a gravity-based structure in broken sea ice. Ocean Engineering. 2022;261:112070. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2022.112070.

19.

Park S.H., Lee S.J., Lee S. Experimental investigation of towing- and course-stability of a FPSO towed by a tug-boat with lateral motion. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering. 2021; 13: 12-23. – DOI: 10.1016/j.ijnaoe.2020.12.003.

20.

Nam T.K., Jung C.H., Kim J.M., Choi H. A Study on the Calculation of Towing Force for the Disabled Ship and Its Experiments. Journal of Navigation and Port Research. 2014; 38 (5): 463-470. – DOI: 10.5394/KINPR.2014.38.5.463.

21.

Carlton J.S. Marine Propellers and Propulsion. 4th ed. // Butterworth-Heinemann. – 2019. – 586 p. – ISBN: 978-0-08-100366-4.

Carlton J.S. Marine Propellers and Propulsion. 4th ed. Butterworth-Heinemann. 2019. 586 p. ISBN: 978-0-08-100366-4.

22.

Molland A.F., Turnock S.R., Hudson D.A. Ship Resistance and Propulsion. 2nd ed. // Cambridge University Press. – 2017. – 632 p. – ISBN: 978-1-107-14129-8.

Molland A.F., Turnock S.R., Hudson D.A. Ship Resistance and Propulsion. 2nd ed. Cambridge University Press. 2017. 632 p. ISBN: 978-1-107-14129-8.