Efficiency Estimation of Variable Pitch Propeller on Steering Thruster*

ÂÓñêîðåíèÿ L., äÁÍÅÊÎÒÎÐÛÅÎÑÎÁÅÍÍÎÑÒÈÂÈÁÐÀÖÈÈÒÐÀÍÑÏÎÐÒÍÛÕ ÑÓÄÎÂÀÊÒÈÂÍÎÃÎ ËÅÄÎÂÎÃÎÏËÀÂÀÍÈßÀ.Ï.Ìàòëàõ, ïðîô. ÑÏáÃÌÒÓ,ãåíåðàëüíûé äèðåêòîð ÍÏÎ «Ïîëÿðíàÿ Çâåçäà»ω 1 ïîð ω ëîï 2 ω ëîï 3 ω ëîï 4 ω ëîï2 4 8 16 31.5Ñðåäíåãåîìåòðè÷åñêèå çíà÷åíèÿ ÷àñòîò îêòàâíûõ ïîëîñ, ÃöÐèñ.1. Ñðàâíåíèå óðîâíåé õîäîâîé âèáðàöèè êîðïóñà ëåäîêîëàíà ÷èñòîé âîäå è âî ëüäàõ (ω 1– ÷àñòîòà ïåðâîãî ïîðÿäêà,ω ëîï– ëîïàñòíàÿ ÷àñòîòà)100 Ìîðñêîé âåñòíèê ¹ 3(15), 2005íàñòîÿùåå âðåìÿ â ñâÿçè ñ íåîáõîäèìîñòüþîáåñïå÷åíèÿ êðóãëîãîäè÷íîãîâûâîçà óãëåâîäîðîäíîãî ñûðüÿèç Àðêòè÷åñêîãî áàññåéíà êâîçìîæíûì ïîòðåáèòåëÿì ïåðåä ñóäîñòðîèòåëüíîéîòðàñëüþ ïîñòàâëåíà çàäà÷àñîçäàíèÿ òðàíñïîðòíûõ ñóäîâ àêòèâíîãîëåäîâîãî ïëàâàíèÿ íîâîãîïîêîëåíèÿ, êîòîðûå äîëæíû ðàáîòàòü âàðêòè÷åñêèõ óñëîâèÿõ êàê â ñîïðîâîæäåíèèëåäîêîëà, òàê è áåç íåãî. Îæèäàåòñÿ,÷òî îñâîåíèå óíèêàëüíûõ ìåñòîðîæäåíèéíåôòè è ãàçà íà àðêòè÷åñêîìøåëüôå Ðîññèè, çàïàñû êîòîðûõ ñîñòàâëÿþòîêîëî 100 ìëðä. ò â íåôòÿíîìýêâèâàëåíòå, ïîòðåáóåò ê 2010 ã. ñòðîèòåëüñòâà12 – 13 ìîðñêèõ ïëàòôîðì äëÿäîáû÷è óãëåâîäîðîäíîãî ñûðüÿ, 14 ëåäîêîëîâðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ, 34ãèäðîãðàôè÷åñêèõ, àâàðèéíî-ñïàñàòåëüíûõè ïðèðîäîîõðàííûõ ñóäíà, áîëåå 50 òðàíñïîðòíûõ ñóäîâàêòèâíîãî ëåäîâîãî ïëàâàíèÿ îáùèì äåäâåéòîì îêîëî1 ìëí. 300 òûñ. ò.Ñîçäàíèå òàêèõ òðàíñïîðòíûõ ñóäîâ, îáåñïå÷èâàþùèõêðóãëîãîäè÷íóþ íàâèãàöèþ â óñëîâèÿõ Àðêòèêè, ñâÿçàíî ñðåøåíèåì öåëîãî êîìïëåêñà ñëîæíûõ íàó÷íî-òåõíè÷åñêèõïðîáëåì. Ñðåäè íèõ âàæíîå ìåñòî çàíèìàåò ïðîáëåìà ïîâûøåííîéâèáðàöèè ïðè ïëàâàíèè ñóäíà âî ëüäàõ. 70 – 80-å ã. ÕÕ â. ñïåöèàëèñòàìè ÖÍÈÈ èì.àêàä.À.Í.Êðûëîâà [1, 2], ÖÍÈÈ ÌÔ [3, 4, 5, 16], Àðêòè÷åñêîãî èàíòàðêòè÷åñêîãî íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêîãî èíñòèòóòà [6, 7,8] âåëèñü àêòèâíûå ðàáîòû ïî íàòóðíûì èññëåäîâàíèÿì õîäîâîéâèáðàöèè ïðè äâèæåíèè ñóäíà âî ëüäàõ. Áëàãîäàðÿèõ óñèëèÿì áûë ñîçäàí áàíê ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ,êîòîðûé õîòÿ è íå ìîæåò ñ÷èòàòüñÿ äîñòàòî÷íûì, íî ïîçâîëÿåòñäåëàòü ðÿä ïðèíöèïèàëüíûõ âûâîäîâ î äèíàìè÷åñêîìïîâåäåíèè ñóäîâ â ëåäîâûõ óñëîâèÿõ.Âèáðàöèîííûå ïðîöåññû, èìåþùèå ìåñòî ïðè äâèæåíèèñóäíà âî ëüäàõ, ñòðîãî ãîâîðÿ, íåñòàöèîíàðíû. Îäíàêî,ñîãëàñíî ïðîâåäåííûì íàáëþäåíèÿì, â ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèèåñòü äîâîëüíî ïðîäîëæèòåëüíûå ïåðèîäû, â òå÷åíèåêîòîðûõ ëåäîâûå óñëîâèÿ, ñ òî÷êè çðåíèÿ ãèäðîëîãè÷åñêîéêëàññèôèêàöèè, îñòàþòñÿ ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííûìè èëè ìåäëåííîìåíÿþùèìèñÿ, è òîãäà âçàèìîäåéñòâèå êîðïóñà ñîëüäîì ìîæíî ñ÷èòàòü ñòàöèîíàðíûì ñëó÷àéíûì ïðîöåññîì.Óñèëåíèå âèáðàöèè âî ëüäàõ â çàâèñèìîñòè îò ïàðàìåòðîâëüäà (òîëùèíà, ñïëî÷åííîñòü, òîðîñèñòîñòü, íàëè÷èåñíåæíîãî ïîêðîâà è ò.ï.), ñêîðîñòè õîäà ñóäíà è îò îêòàâûíîðìèðóåìîãî äèàïàçîíà ìîæåò äîñòèãàòü 20–22 äÁ, ò.å. â20 ðàç è áîëåå ïî ñðàâíåíèþ ñ óðîâíÿìè âèáðàöèè ïðèäâèæåíèè ñóäíà ïî ÷èñòîé âîäå.Íàðÿäó ñ ðîñòîì èíòåíñèâíîñòè âèáðàöèè êîðïóñà ñóäíàâî ëüäàõ ñèëüíî ìåíÿåòñÿ è ñïåêòðàëüíûé ñîñòàâ ïðîèñõîäÿùèõâèáðàöèîííûõ ïðîöåññîâ. Åñëè ïðè äâèæåíèè ñóäíàïî ÷èñòîé âîäå âèáðàöèÿ êîðïóñà äîñòàòî÷íî ïîëíî õàðàêòåðèçóåòñÿêîëåáàíèÿìè ñ ÷àñòîòàìè ëîïàñòíîãî è äâîéíîãîëîïàñòíîãî ïîðÿäêîâ, èíäóöèðóåìûìè ãðåáíûìèâèíòàìè, à òàêæå ñ ÷àñòîòàìè 5 – 9-ãî ïîðÿäêîâ, èíäóöèðóåìûìèíèçêîîáîðîòíûì äèçåëåì, òî âî ëüäàõ çàìåòíûìèñòàíîâÿòñÿ ñîñòàâëÿþùèå ñ ÷àñòîòàìè âûñøèõ ëîïàñòíûõïîðÿäêîâ (ðèñ.1).Êðîìå òîãî, ïðè äâèæåíèè ñóäíà âî ëüäàõ ïðîÿâëÿåòñÿòàê íàçûâàåìàÿ ëåäîâàÿ âèáðàöèÿ, ÿâëÿþùàÿñÿ ñëåäñòâèåìèìïóëüñíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ êîðïóñà ñóäíà ñî ëüäîì èïðîÿâëÿþùàÿñÿ, ãëàâíûì îáðàçîì, ñ îñíîâíûìè ñîáñòâåííûìè÷àñòîòàìè êîðïóñà ñóäíà.Ëåäîâàÿ è èìïóëüñíàÿ íàãðóçêè âîçáóæäàþò îáùóþ âèáðàöèþêîðïóñà ñóäíà â âåðòèêàëüíîé, ãîðèçîíòàëüíî-ïðîäîëüíîéè ãîðèçîíòàëüíî-ïîïåðå÷íîé ïëîñêîñòÿõ.  âèäó áîëüøèõóãëîâ íàêëîíà øïàíãîóòîâ â íîñîâîé îêîíå÷íîñòè ñóäîâàêòèâíîãî ëåäîâîãî ïëàâàíèÿ íàèáîëüøàÿ âåëè÷èíà èìïóëüñàïðèëîæåíà â âåðòèêàëüíîé ïëîñêîñòè è, êàê ñëåäñòâèå ýòîãî,ïðåîáëàäàåò âåðòèêàëüíàÿ êîìïîíåíòà âèáðàöèè.Âûñîòû èìïóëüñîâ, èõ ðàñïðåäåëåíèå âî âðåìåíè è ïîäëèíå íîñîâîé îêîíå÷íîñòè çàâèñÿò îò ñëó÷àéíûõ âíåøíèõôàêòîðîâ, îáóñëîâëåííûõ ñêîðîñòüþ ñóäíà v, òîëùèíîé h ëè ñïëî÷åííîñòüþ s ëüäà, âûñîòîé ñíåæíîãî ïîêðîâà h ñí. Êîëè÷åñòâîèìïóëüñîâ çà åäèíèöó âðåìåíè (ïëîòíîñòü èìïóëüñàλ òàêæå îïðåäåëÿåòñÿ ñïëî÷åííîñòüþ ëüäà è ñêîðîñòüþäâèæåíèÿ ñóäíà (ðèñ. 2). ×àñòîòà ñëåäîâàíèÿèìïóëüñîâ çàâèñèò îò ñêîðîñòè ñóäíà. Ïðè ïðèáëèæåíèè÷àñòîòû ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ ê ñîáñòâåííûì ÷àñòîòàì êîëåáàíèéêîðïóñà îòìå÷àåòñÿ ñóùåñòâåííîå âîçðàñòàíèå àìïëèòóäêîëåáàíèé, íàïîìèíàþùèõ ïî õàðàêòåðó ïèêè ðåçîíàíñíîéêðèâîé.Òàêèì îáðàçîì, àïïðîêñèìèðóÿ èìåþùèåñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûåäàííûå ïî âèáðàöèè ñóäîâ ðàçëè÷íûõòèïîâ, íà òðàíñïîðòíûõ ñóäàõ àêòèâíîãîëåäîâîãî ïëàâàíèÿ ìîæíî îæèäàòü:– â ÷àñòîòíûõ îêòàâàõ ñî ñðåäíåãåîìåòðè÷åñêèìèçíà÷åíèÿìè ÷àñòîò 2 è 4 Ãö, â êîòîðûõóðîâíè âèáðàöèè îïðåäåëÿþòñÿ äèñêðåòàìèñ ÷àñòîòàìè íèçøèõ ñîáñòâåííûõ òîíîâêîðïóñà è ïåðâîãî ïîðÿäêà îò ðàáîòû ãðåáíûõâèíòîâ, âîçðàñòàíèå óðîâíåé âèáðàöèè âîëüäàõ ìîæåò ñîñòàâèòü 10 – 15 äÁ ïî ñðàâíåíèþñ ÷èñòîé âîäîé. Ïðè÷èíîé òàêîãî óñèëåíèÿâèáðàöèè ÿâëÿåòñÿ âîçäåéñòâèå íà íîñîâóþ÷àñòü êîðïóñà àïåðèîäè÷åñêèõ èìïóëüñîâ,îáóñëîâëåííûõ óäàðíûì âçàèìîäåéñòâèåìêîðïóñà ñî ëüäîì;– â îêòàâå 8 Ãö, â êîòîðîé âèáðàöèÿ îïðåäåëÿåòñÿëîïàñòíîé ãàðìîíèêîé, óðîâíè âèá-