сотрудник с 01.01.2018 по настоящее время
Россия
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.
лесосплав, лесотранспортные единицы, буксировка, гребной винт, попутный поток, сжатие потока
Введение
Буксировочный 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.
1. 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:https://doi.org/10.31044/1684-2561-2026-0-4-36-39.
2. Васильев В.В., Афоничев Д.Н. Использование плоских сплоточных единиц на первоначальном сплаве лесоматериалов // Известия вузов. Лесной журнал. – 2022. – № 1. – С. 128-142. – DOI:https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-1-128-142.
3. 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:https://doi.org/10.37482/0536-1036-2025-1-164-176.
4. 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:https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-1-161-173.
5. 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:https://doi.org/10.15393/j2.art.2021.5603.
6. 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:https://doi.org/10.3390/jmse13020257.
7. 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:https://doi.org/10.25686/2306-2827.2020.4.41.
8. 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:https://doi.org/10.3390/jmse9040373.
9. 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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/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:https://doi.org/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.
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.
