ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ СТОЛКНОВЕНИЯ СУДОВ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ С ПРЕПЯТСТВИЕМ

1

• Авторы
• Файлы

Ярополов В.А. Ярополов Ю.В. Статья в формате PDF 792 KB

При проектировании судов с подводными крыльями особое внимание уделяется конструктивным мерам обеспечения безопасности СПК в соответствии с Кодексом безопасности судов с динамическими принципами поддержания [1]. Тем не менее, встречаются аварийные ситуации при эксплуатации судов на подводных крыльях, связанные с ударом о мель и плавающие предметы.

Проблему предотвращения столкновения судна с препятствием можно рассматривать в двух аспектах:

- предупреждение посадки на мель и удара о плавающие предметы с использованием специальных средств навигации и локации, а также автоматических систем остановки главных двигателей и перехода судна в водоизмещающий режим;

- принятие мер безопасности в случае возникновения аварийной ситуации.

Первая часть проблемы связана с мониторингом глубины акватории и наличия плавающих предметов. Непрерывный контроль глубины акватории и наличие плавающих предметов возможен путем гидролокации водоема. В случае уменьшения глубины водоема ниже критической, система автоматической остановки главных двигателей позволяет перейти судну в водоизмещающий режим. Такое решение позволяет судну отойти в безопасное место и выполнить маневрирование.

Известна ультразвуковая и звуковая активная и пассивная гидролокация, широко применяемая в морской навигации для обнаружения невидимых глазом подводных препятствий и объектов. Однако применение ультразвуковой и звуковой гидролокации на судах с подводными крыльями может оказаться проблематичным, по причине возникновения помех из-за излучения звуковой вибрации в воду от работающей энергетической установки.

Поиск препятствия зависит от качества отраженного от него сигнала, которое ухудшается с уменьшение глубины, и наличием посторонних шумов от ударов волн о поверхность суши.

Известно, что механизмы взаимодействия, приводящие к рассеянию электромагнитного излучения (световых волн), значительно отличаются от механизмов, приводящих к рассеянию звука. Дело в том, что длина световой волны значительно короче длины волны звуковых волн, что значительно уменьшает влияние посторенних помех на изменение структуры отраженного сигнала. Поэтому гидролидарные лазерные системы смогут значительно расширить возможности дистанционных методов зондирования акватории.

Для оценки дальности действия под водой лазерных локаторов используется формула [2]

где γ - заданное отношение сигнал/шум; - мощности сигнала излучателя и шума приемника; k_λ - коэффициент ослабления излучения.

Исследования в этой области [2] показывают, что наиболее оптимальным для обнаружения подводных предметов являются лазерные лидары, работающие в сине-зеленой области спектра с длиной волны 0,53 мкм, имеющие наименьший коэффициент ослабления излучения k_λ и наибольшую дальность действия под водой.

Принцип действия лидара основан на том, что короткий импульс лазерного излучения входит в воду и по мере распространения освещает дно или иные плавающие предметы, находящиеся в ней (рис. 1). Отраженный от дна и плавающие предметы, оптический сигнал принимается, детектируется и обpaбатывается на борту судна [3].

 

Решение проблемы принятия мер безопасности в случае возникновения аварийной ситуации может идти в направлении:

- поиск способа эффективного торможения судна до полной остановки судна и исключения посадки на мель;

- поиск способа предупреждения удара судна о плавающий предмет.

Известно, что одним из путей упрощения эксплуатации перспективных СПК является оборудование их подъемными крыльями. Существуют различные способы подъема крыльев:

- подтягивание крыльев к корпусу для уменьшения осадки;

- подъем из воды над верхней палубой [1].

Первый способ, в какой-то части решает проблему безопасности эксплуатации судна на мелководье. Подъем из воды крыльев в процессе его движения проблематичен. Все эти способы только упрощают обслуживание и ремонт крыльев в стационарных условия, но никак не решают полностью проблемы принятия мер безопасности в случае возникновения аварийной ситуации.

В момент остановки главных двигателей судно имеет скорость равную скорости хода на подводных крыльях. С момента погружения корпуса судна в воду до полной его остановки будут возрастать силы сопротивления трения. Скорость судна убывает сначала быстро, а затем все медленнее и медленнее. Если принимать во внимание действие сил трения на судно, то путь, пройденный судном за время подхода к препятствию, будет определяться функцией в виде экспоненты. Таким образом, увеличивая сопротивление воды движению судна, сокращается путь подхода судна к препятствию.

Решение второй части проблемы направлено на генерирование искусственной волны в носовой части корпуса судна (рис. 2). Это возможно путем мгновенного выброса воды с большой скоростью гидропушкой в направлении движения судна в момент остановки главных двигателей. Выброс осуществляется в слое воды акватории. В направлении искусственного потока будут действовать силы инерции, силы вязкости и силы давления.

Из-за большой скорости искусственного потока (большие числа Рейнольдса) силы вязкости будут малы около стенок плавающего предмета или у поверхности на мелководье по сравнению силами инерции и давления.

Известно, что зависимость между скоростью потока жидкости и давлением жидкости на данном участке описывается уравнением Бернулли [4]:

Из выражения видно, что если на каком либо участке скорость движения жидкости увеличивается, то для сохранения равенства должно понизиться давление. В результате чего, верхние слои воды под действием сил тяжести будут перемещаться вниз и создавать искусственную волну. Возникшая волна будет препятствовать движению судна, отбрасывая его назад.

В случае неожиданного подхода к мелкому месту носовая часть судна может резко «оттолкнуться» от него из-за внезапно возросшего сопротивления воды, а также потому, что перед носовой частью вода будет вытесняться на мелкое место, сталкивая судно на большую глубину.

В случае неожиданного появления плавающего предмета, он будет вовлечен потоком воды за счет сил инерции и отброшен от судна. Реакция струи воды от взаимодействия с упругой средой (вода акватории) приведет к торможению судна.

Список литературы

1. Колызаев Б.А. Справочник по проектированию судов с динамическими принципами поддержания / Б.А. Колызаев, А.И. Косоруков, В.А. Летвиненко. - Л.: Судостроение, 1980. - 472 с.

2. Борейшо А.С. Лазеры: Устройство и действие: учеб. посо- бие. - СПб: Мех. ин-т ., 1992. - 215 с.

3. Институт оптики атмосферы имени В.Е. Зуева СО РАН [Электронный ресурс] / Бортовой лидар «АТМАРИЛ-3»/ отв. исполнитель проекта В.С. Шаманаев. - Режим доступа: URL: http://www.iao.ru/ru/resources/equip/lidars/atmaril/ (дата обращения: 15.05.11).

4. Справочник по теории корабля. Т. 1. Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движетели / под. ред. Я.И. Войткунского. - Л.: Судостроение, 1989. - 328 с.

---