Фото: пресс-служба Росморпорта

В статье «Зачем арктическому ледоколу винто-рулевые колонки?» мною было высказано мнение о неприемлемости для мощных трехвинтовых ледоколов применения вместо традиционных бортовых винтов винто-рулевых колонок (ВРК) Азиподов, как это сделано на ледоколе «Виктор Черномырдин» [1].

В настоящее время обсуждается вопрос о строительстве мощного дизель-электрического ледокола для проводок транспортных судов по Енисею в порт Дудинка. Предусматривается ледокол в размерениях мелкосидящего атомного ледокола типа «Таймыр» с ограниченной осадкой 8-9 м.

Л.Г. Цой, инженер-кораблестроитель, д.т.н., профессор

Невозможно признать удачным

В последние годы стало модным применение на судах с электродвижением винто-рулевых колонок Азипод. Однако, как показал уже имеющийся опыт, использование Азиподов на судах ледового плавания в вариантах с двумя Азиподами в комбинации с традиционным средним винтом невозможно признать удачным по изложенным ниже причинам.

Согласно требованиям Правил Регистра судоходства, ледовая ватерлиния ледокольного судна в корме должна иметь конфигурацию, по возможности защищающую движительно-рулевую колонку (Азипод) от воздействия ломаемого льда при движении в нем задним ходом [2]. Рекомендуемая Регистром форма ватерлинии при наличии двух Азиподов представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Требуемое Регистром очертание кормовой оконечности ватерлинии ледокольного судна с двумя Азиподами

Мало того, что такая «рогатая» ватерлиния будет способствовать увеличению ледового сопротивления на заднем ходу, она также обеспечит попадание большого количества битого льда под корпус судна между колонками. Это демонстрируется приводимыми на рисунках 2-4 фотографиями формы корпуса танкера для Обской губы серии «Штурман Альбанов» с ограниченной осадкой 9 м и результатами его модельных испытаний в опытовом ледовом бассейне финского исследовательского центра AkerArctic [3].

Проектирование и строительство танкера выполнила корейская фирма SamsungHeavyIndustries (SHI).

Учитывая необходимость работы танкера в условиях мелководья, в бассейне AkerArctic были выполнены испытания ледовой ходкости и маневренности танкера на малой глубине, соответствующей 11 м для натуры.

Помимо ожидаемого снижения ледопроходимости танкера на мелководье испытания также выявили неудачно выбранную проектантом форму обводов кормовой оконечности танкера, характеризующуюся туннельным вырезом в диаметральной плоскости между ВРК и двумя скегами, установленными на наклонной части днища судна перед каждой ВРК (см. рис. 2). «Рогатая» благодаря туннельному вырезу ватерлиния в корме, как показали испытания, ухудшает ледопроходимость и поворотливость судна на заднем ходу.

Рис. 2. Модель танкера по проекту SHI

При движении задним ходом винты через туннель затягивают большое количество крупных обломков льда под днище корпуса судна, что приводит к расклиниванию льда между днищем и дном водоема, способствующему увеличению сопротивления движению, и может явиться причиной повреждений днищевого перекрытия. Действительно, в эксплуатации танкеры серии «Штурман Альбанов» испытывают значительные нагрузки на днище корпуса при прохождении мелководных участков. Требуется снижение скорости и уменьшение загрузки танкеров в зимнее время. Сказанное иллюстрируется фотографиями на рисунках 3 и 4 (вид снизу).

Рис. 3. Движение модели задним ходом на мелководье в сплошном льду толщиной 140 см

Рис. 4. Движение модели задним ходом в мелкобитом льду, который не разводится в стороны, а, скапливаясь между скегами, устремляется под днище

Таким образом, как можно видеть из приведенных иллюстраций, туннельная форма кормовых обводов способствует попаданию большого количества льда под корпус судна, что отрицательно отразится на его эффективности и безопасности движения задним ходом, дискредитируя идею «двойного действия».

Уже полученный опыт постройки танкеров для Обской губы свидетельствует о неудачном (точнее, вредном) оформлении кормовой оконечности ледокольного судна с двумя ВРК, преследующем их защиту с помощью ледоотводящих скегов.

Еще более неприемлемым является размещение между Азиподами среднего винта в диаметральной плоскости, как это реализовано на ледоколе «Виктор Черномырдин». Вместе с тем, насколько известно, именно такой вариант пропульсивного комплекса предусмотрен для мощного мелкосидящего дизель-электрического ледокола для Енисея.

На рисунке 5 представлены эскизы ожидаемых обводов кормы и трехвинтового пропульсивного комплекса планируемого ледокола.

Рис. 5. Кормовая оконечность: а) вид сзади, б) вид снизу

Нетрудно видеть, что средний винт оказался в туннеле, образованным Азиподами со стойками и защитными скегами колонок с кормы на уровне действующих ватерлиний. Мало того, кормовая оконечность ватерлиний, согласно требованию Регистра, выполнена «рогатой», т.е. с вырезом между скегами, что будет способствовать втягиванию в туннель обламываемых на заднем ходу ледовых клавиш и их перемалыванию средним винтом, подвергаемым в итоге опасным ледовым нагрузкам, вплоть до заклинивания винта. Вероятность поломки лопастей значительно увеличивается. Также гребной электродвигатель будет подвержен перегрузкам по моменту с возможными аварийными последствиями.

Кроме того, винто-рулевые колонки для возможности их полноповоротного вращения существенно раздвинуты в стороны от диаметральной плоскости корпуса ледокола (длина гондолы Азипода более 10 м), что соответственно уменьшило прикрытие винтов Азиподов корпусом и действующей ватерлинией. Следовательно, значительно повышается вероятность повреждений этих широко расставленных винтов. Для наглядного сравнения на рисунке 6 представлена проекция «корпус» теоретического чертежа трехвального мелкосидящего атомного ледокола «Таймыр», аналогичного по назначению обсуждаемому перспективному дизель-электрическому ледоколу с той же шириной 28 м и рабочими осадками 8-9 м.

Рис. 6. Проекция «корпус» теоретического чертежа а/л «Таймыр»

Как можно видеть из сравнения представленных вариантов, в то время, как расстояние кромки диска винта от борта ледокола «Таймыр» равно 4,4 м, у проектируемого ледокола оно равно всего лишь 2,1 м. Очевидно, традиционные бортовые гребные винты в выкружках значительно более защищены от взаимодействия с битым льдом как при движении ледокола передним, так и задним ходом. Мало того, широко расставленные винты Азиподов на переднем ходу ледокола оттягивают создаваемым ими потоком ломаемый лед, который в итоге всплывает не под кромку канала, а за кормой ледокола, заполняя канал и тем самым затрудняя движение проводимых судов.

Таким образом, выполненный анализ убедительно свидетельствует о нецелесообразности применения винто-рулевых колонок на перспективном мелкосидящем дизель-электрическом ледоколе для Енисея. Правильнее кормовую оконечность этого ледокола выполнить в традиционном трехвальном варианте.

Достижимая проходимость льда

Учитывая, что «Таймыр» имеет ледопроходимость 2,0 м, что признано для нового ледокола недостаточным, потребуется увеличение его мощности и диаметра гребных винтов для ее эффективной переработки (без аэрации и кавитации). Также полученный к настоящему времени опыт проектирования и эксплуатации арктических ледоколов свидетельствует о возможности дальнейшего совершенствования формы обводов носовой оконечности ледоколов, позволяющего повысить ледопроходимость только за счет геометрии [4]. Усовершенствованная форма обводов носовой оконечности представлена на рисунке 7. Обводы характеризуются следующими основными параметрами:

- угол наклона форштевня к КВЛ φ = 20°;

- угол заострения КВЛ α₀ = 45°;

- угол развала шпангоута на нулевом теоретическом шпангоуте β₀ = 65°;

- угол развала шпангоута на втором теоретическом шпангоуте β₂ = 50°;

- угол развала шпангоута на мидель-шпангоуте β₁₀ = 10°.

Рис. 7. Предлагаемые обводы корпуса перспективного ледокола

Согласно предварительным расчетным оценкам, эффективно перерабатываемая мощность в трехвинтовом варианте ледокола при максимально возможном диаметре винта 5,6 м составляет около 40 МВт [4]. При предлагаемых усовершенствованных обводах носовой оконечности ледокола его ожидаемая ледопроходимость при мощности на валах 40 МВт составит 2,4 м.

Ледовые условия и ожидаемые скорости проводок судов

Поскольку основным назначением перспективного ледокола являются проводки судов по Енисею в порт Дудинка, он должен быть способен непрерывным ходом прокладывать каналы во льду максимальной толщины, нарастающей на трассе в суровые зимы. На рисунке 8 приведены статистические зависимости помесячного распределения толщин льда в Енисейском заливе в районе мыса Сопочная Карга, характеризующимся нарастанием наиболее толстого льда, согласно многолетним наблюдениям в XX веке. Как можно видеть, максимальная толщина льда, согласно приведенной статистике, может нарастать до 2,4 м.

Рис. 8. Распределение по месяцам толщин льда в Енисейском заливе в районе мыса Сопочная Карга

Вместе с тем, в XXI веке наблюдается потепление в Арктике. Так, по данным ФГБУ «Северное УГМС», максимальная толщина льда на Енисее в районе мыса Сопочная Карга в период первой четверти XXI века достигала 162 см, а у острова Диксон – 177 см. Средняя высота снежного покрова на Енисее составляет около 33 см. Соответственно, эквивалентная толщина льда с учетом снега, которая должна учитываться при определении потребной ледопроходимости ледокола, составляет 180 см в районе м. Сопочная Карга и 195 см в районе о-ва Диксон.

Следовательно, при расчетной ледопроходимости проектируемого ледокола, равной 2,4 м, он сможет при более легких современных ледовых условиях на Дудинской линии осуществлять прокладку канала со скоростями от примерно 6 узлов и выше. Эти значения скоростей соответствуют скоростям проводки транспортных судов с шириной менее ширины ледокола, равной 28 м. На рисунке 9 представлена линеаризованная кривая ледовой ходкости, демонстрирующая ожидаемые скорости прокладки канала обсуждаемым ледоколом в зависимости от толщины льда.

Рис. 9. Зависимость скорости прокладки канала ледоколом от толщины сплошного льда

Список литературы

1. Цой Л.Г.«Зачем арктическому ледоколу винто-рулевые колонки?» Журнал «Атомная стратегия ХХI», № 224, июль 2025.

2. Российский морской регистр судоходства. Правила классификации и постройки морских судов, часть XVII. п.19 «Требования к конструкции ледовых усилений корпусов судов, предназначенных для эксплуатации кормой вперед». СПб, 2019.

3. Цой Л.Г., Штрек А.А.Суда двойного действия: к вопросу о применении в Арктике. Журнал российского судоходства «Морской флот», №3, 2015.

4. Цой Л.Г. К выбору рациональных обводов носовой оконечности арктических ледоколов. Сб. трудов. Обоснование рациональных параметров судов ледового плавания. Изд. «Нестор-История». СПб, 2025.