Плавание судна в ледовых условиях

Методические указания охватывают особенности работы судов в самостоятельном плавании, под проводкой ледокола, а также производство грузовых работ судовыми средствами с привлечением транспортных единиц различной конструкции, способных передвигаться по льду.

При составлении методических указаний помимо официальной литературы использован личный опыт составителя, работавшего в замерзающих морях Дальнего востока.

1. Общие положения

Работа в Арктике, Антарктике и замерзающих морях, прилегающих к территории России – один из сложнейших, необходимых и важных видов деятельности транспортного, рыболовного и зверобойного флота. Отсутствие других видов транспортных средств по трассе Северного морского пути, в Охотском море и на Дальнем востоке делает морской флот до сих пор незаменимым видом транспорта. Наличие научных станций в Антарктике также требует их снабжение судами морского флота. Моряками накоплен весьма большой опыт работы в ледовых условиях.

Виды льдов

Начальные формы:Ледяные иглы – кристаллы льда в виде игл.

Ледяное сало – скопление смерзающихся ледяных игл.

Снежура – кашеобразная масса как результат обильного выпадения снега на охлажденную воду.

Шуга – рыхлые комки льда, образовавшиеся из снежуры или сала.

Молодые льды:Блинчатый лед – образования круглой формы диаметром 30-50 см, толщиной до 10 см, серого цвета, по краям окаймленные валиком.

Склянка (резун) – тонкий прозрачный лед толщиной до 5см, способен прорезать корпуса деревянных судов и шлюпок.

Нилас – тонкий эластичный лед, легко изгибающийся на зыби, из них: темный нилас – лед толщиной до 5 см;

светлый нилас – лед толщиной до 10 см.

Серые /однолетние льды/:Серый молодик – толщиной 10-15 см,

Серобелый молодик – толщиной до 30 см,

Белый лед – образуется в результате нарастания серых льдов до 30 - 70 см.

Двухлетний лед:достигает толщины 1,5-2 м.

Многолетний /паковый лед/:достигает толщины 2,5-3 м. (сильно опреснен)

Припай:неподвижный лед, связанный с берегом.

Заберег:начальная форма припая.

Стамуха:сидящее на грунте ледовое образование.

Дрейфующие льды:не связаны с берегом и перемещаются под воздействием ветра, приливо-отливных, постоянных и ветровых течений – наиболее распространенные формы льдов арктического бассейна. Он делится на обширные ледяные поля – образования более 10 км в продольном и поперечном размерах; большие ледяные поля 2-10 км; малые ледяные поля 0,5-2 км. Крупно битый лед – льдины в поперечнике 20-200 м. Мелко битый лед – от 2 до 20 м. в поперечнике. Ледяная каша – истертый лед. По своему строению льды бывают: ровный лед; наслоенный лед – образуется в результате надвигания одних льдин на другие во время сжатия; торосистый лед – нагромождение обломков на сравнительно ровной поверхности; ропаки – отдельные вертикально стоящие льдины.

Направление и скорость дрейфа льда под действием ветра в Арктике выражены следующими значениями: направление дрейфа – приблизительно на 30° вправо в северном полушарии по отношению к направлению ветра; скорость дрейфа – 0,02 от скорости ветра.

Наветренная кромка, как правило, сильно уплотнена и труднопроходима. Подветренная кромка имеет весьма нечеткие границы из-за большого скопления битого льда различной плотности. Сплоченность льда определяется по десятибалльной шкале, в которой число указывает количество льда в десятых долях от общей поверхности наблюдаемого района.

Классификация судов ледового плавания

ЛЛ1 – знак категории ледокола (выполнение всех видов ледокольных работ в арктических морях по прибрежным и высокоширотным заприпайным трассам в течении всего года. Может продвигаться в сплошном ледяном поле толщиной более 2 м. Суммарная мощность на гребных валах 47807 кВт и более).

ЛЛ2 - знак категории ледокола (выполнение всех видов ледокольных работ в арктических морях в летний период, а в зимний период по прибрежным трасам. Может продвигаться в сплошном ледяном поле толщиной менее 2 м. Суммарная мощность на гребных валах от 22065 до 47807 кВт).

ЛЛ3 - знак категории ледокола (выполнение всех видов ледокольных работ в неарктических замерзающих морях, в мелководных и устьевых участках рек, впадающих в арктические моря, в зимний период самостоятельно, а также в арктических морях по прибрежным трассам в течении всего года совместно с ледоколами высших категорий. Может продвигаться в сплошном ледяном поле толщиной до 1,5 м. Суммарная мощность на гребных валах от 11032 до 22065 кВт).

ЛЛ4 - знак категории ледокола (выполнение всех видов ледокольных работ в портовых и припортовых водах в течении всего года самостоятельно, а также в неарктических замерзающих морях в зимний период совместно с ледоколами высших категорий. Может продвигаться в сплошном ледяном поле толщиной до 1 м. Суммарная мощность на гребных валах менее 11032 кВт).

УЛА – знак категории ледокола (плавание в летне-осенний период во всех районах Мирового океана. Определение возможных сроков и районов плавания, а также режимов плавания под проводкой ледоколов является компетенцией судовладельца).

УЛ – знак категории ледокола (плавание в летне-осенний период навигации в Арктике в легких ледовых условиях и круглогодично в замерзающих неарктических морях).

Л1 - знак категории ледокола (самостоятельное плавание Арктике в разреженных битых льдах в летний период и круглогодично в замерзающих неарктических морях в легких ледовых условиях).

Л2 - знак категории ледокола (самостоятельное плавание в мелкобитом разреженном льду неарктических морей).

Л3 - то же.

ЛЛ6 - знак категории ледокола (выполнение ледокольных операций в портовых и припортовых акваториях, а также в замерзающих неарктических морях при толщине льда до 1,5 м. Способен продвигаться непрерывным ходом в сплошном ледовом поле толщиной до 1,0 м)

ЛЛ7 - Знак категории ледокола (выполнение ледокольных операций: на прибрежных трассах арктических морей в зимне-весеннюю навигацию при толщине льда до 2,0 м и в летне-осеннюю навигацию при толщине льда до 2,5 м; в неарктических замерзающих морях и в устьевых участках рек, впадающих в арктические моря, - при толщине льда до 2,0 м. Способен продвигаться непрерывным ходом в сплошном ледовом поле толщиной до 1,5 м. Суммарная мощность на гребных валах не менее 11 МВт)

ЛЛ8 - Знак категории ледокола (выполнение ледокольных операций: на прибрежных трассах арктических морей в зимне-весеннюю навигацию при толщине льда до 3,0 м и в летне-осеннюю навигацию - без ограничений. Способен продвигаться непрерывным ходом в сплошном ледовом юле толщиной до 2,0 м. Суммарная мощность на гребных валах не менее 22 МВт)

ЛЛ9 - Знак категории ледокола (выполнение ледокольных операций: в арктических морях в зимне-весеннюю навигацию при толщине льда до 4,0 м и в летне-осеннюю навигацию - без ограничений. Способен продвигаться непрерывным ходом в сплошном ледовом поле толщиной до 2.5 м. Суммарная мощность на гребных валах не менее 48 МВт)

ЛУ1 - Знак категории ледовых усилений судна (самостоятельное эпизодическое плавание в мелкобитом разреженном льду неарктических морей и в сплошном льду в канале за ледоколом при толщине льда до 0,4 м)

ЛУ2 - Знак категории ледовых усилений судна (самостоятельное плавание в мепкобитом разреженном льду неарктических морей и в Сплошном льду в канале за ледоколом при толщине льда до 0.55 м)

ЛУ3 - Знак категории ледовых усилений судна (самостоятельное плавание в мелкобитом разреженном льду неарктических морей и в сплошном льду в канале за ледоколом при толщине льда до 0,7 м)

ЛУ4 - Знак категории ледовых усилений судна (самостоятельное плавание в разреженных однолетних арктических льдах толщиной до 0,6 м в зимне-весеннюю навигацию и до 0,8 м в летне-осеннюю навигацию. Плавание в канале за ледоколом в однолетних арктических льдах толщиной до 0,7 м в зимне-весеннюю навигацию и до 1,0 м в летне-осеннюю навигацию)

ЛУ5 - Знак категории ледовых усилений судна (самостоятельное плавание в разреженных однолетних арктических льдах толщиной до 0,8 м в зимне-весеннюю навигацию и до 1,0 м в летне-осеннюю навигацию. Плавание в канале за ледоколом в однолетних арктических льдах толщиной до 0,9 м в зимне-весеннюю навигацию и до 1,2 м в летне-осеннюю навигацию)

ЛУ6 - Знак категории ледовых усилений судна (самостоятельное плавание в разреженных однолетних арктических льдах толщиной до 1,1 м в зимне-весеннюю навигацию и до 1,3 м в летне-осеннюю навигацию. Плавание в канапе за ледоколом в однолетних арктических льдах толщиной до 1,2 м в зимне-весеннюю навигацию и до 1,7 м в летне-осеннюю навигацию)

ЛУ7 - Знак категории ледовых усилений судна (самостоятельное плавание в сплоченных однолетних арктических льдах толщиной до 1,4 м в зимне-весеннюю навигацию и до 1,7 м в летне-осеннюю навигацию при эпизодическом преодолении ледовых перемычек с помощью работы набегами. Плавание в канале за ледоколом в однолетних арктических льдах толщиной до 2,0 м в зимне-весеннюю навигацию и в двухлетних арктических льдах толщиной до 3,2 м в летне-осеннюю навигацию)

ЛУ8 - Знак категории ледовых усилений судна (самостоятельное плавание в сплоченных однолетних и двухлетних арктических льдах толщиной до 2,1 м в зимне-весеннюю навигацию и до 3,1 м в летне-осеннюю навигацию. Преодоление ледовых перемычек с помощью работы набегами. Плавание в канале за ледоколом в двухлетних арктических льдах толщиной до 3,4 м в зимне-весеннюю навигацию и в многолетних льдах в летне-осеннюю навигацию без ограничений)

ЛУ9 - Знак категории ледовых усилений судна (самостоятельное плавание в сплоченных многолетних арктических льдах толщиной до 3,5 м в зимне-весеннюю навигацию и до 4,0 м в летне-осеннюю навигацию. Преодоление ледовых перемычек с помощью работы набегами. Эпизодическое преодоление участков однолетних и двухлетних сплошных льдов с помощью работы набегами).

Самостоятельное плавание во льдах

Для определения самостоятельно выбираемой скорости плавания морских судов их можно разбить на две группы. Первая группа - суда со слабыми корпусами 7000 т. грузоподъемности и более. Вторая группа - суда меньшего тоннажа ледового класса. Допустимые скорости морских судов в разреженных льдах приведены в таблице.

Сплоченность льда,	Скорость движения, узлы
баллы	Первая группа	Вторая группа	Примечания
До 3	7 - 8	10 - 12	Во льду до 2 баллов можно идти полным ходом
4	4 - 5	6 - 7
5	3 - 4	5 - 6
6		5	только в мелкобитом льду
7	-	3

Суда арктического класса в редких льдах могут следовать со скоростью до 12 узлов.

Лед сплоченностью до 10 баллов, имеющий незначительную толщину /до 10 см./ практически проходим для судов ледового класса Л2 и Л3 самостоятельно без каких либо ограничений.

Вход в лед необходимо производить по инерции при работе машины на самых малых оборотах. При работе движителей задним ходом во всех случаях необходимо держать руль прямо во избежание скручивания баллера руля или повреждения пера.

Работа ледоколов

Ледоколы по назначению делятся на линейные, которые должны обеспечить проводку судов по трассе и вспомогательные, выполняющие работу в заливах, портах, устьях рек в период ледостава, а также выполняющие вспомогательные работы при проводке караванов судов (околка судов, расширение канала, вывод застрявших судов на чистую воду и пр.)

Линейные ледоколы, как правило, заняты прокладкой канала для прохода судов. В зависимости от тяжести ледовой обстановки эту работу могут выполнять вспомогательные ледоколы, а также суда арктического, усиленного ледового, а при небольшой толщине льда - суда ледового класса.

В ледовых полях средней тяжести при отсутствии сжатия прокладывается одиночный канал. В этом случае караван обычно формируется следующим образом: за линейным ледоколом следует самое слабое судно, затем ставятся более прочные суда ледового класса, замыкает караван обычно наиболее прочное судно с сильной силовой установкой, способное двигаться в сжатом канале.

В труднопроходимых сплошных полях ледокол может работать, прокладывая двойной или тройной канал. В этом случае скорость каравана заметно снижается, и суда следуют на некотором безопасном расстоянии от кормы ледокола, давая ему возможность двигаться как вперед, так и назад для своего освобождения и нанесения очередного удара.

При сжатии льдов канал затягивается очень быстро и обычная расстановка судов становится не применимой. В этом случае за ледоколом ставится наиболее слабое судно, затем за вторым судном в караван включается вспомогательный ледокол, за которым следует вновь слабое судно, караван замыкает самое прочное судно с сильной силовой установкой. Вспомогательный ледокол расширяет канал для прохода остальных судов. При отсутствии вспомогательного ледокола его обязанности поручаются судну арктического или усиленного ледового класса. Кроме того, вспомогательный ледокол или заменяющее его судно выполняет околку застрявших судов. Околка производится задним ходом с подветренной стороны застрявшего судна (если застряло позади идущее судно) или вперед для освобождения впереди идущего судна. Судно, как правило, отжимает отколовшуюся часть льда во вновь проложенный канал и получает способность двигаться.

При сильно сжимающемся канале и наличии в караване нескольких ледоколов применяется работа “на откол” (рис. 1)

Рис. 1. Работа ледоколов «на откол»

Скорость продвижения каравана и расстояние между судами

В первом приближении сужение канала пропорционально времени, прошедшему между моментом t₀прохождения кормы ледокола приметного объекта и прохождением этого же объекта кормой идущего за ним судна t₁Чем меньше этот период, тем лучше условия движения судна. При проводке нескольких судов в худшем положении окажется последнее судно, при одинаковой ширине судов.

За критерий безопасности принимается условие равенства длины тормозного пути судна расстоянию между судами для избежания столкновения в случае внезапной остановки впереди идущего судна или ледокола. Пример движения за ледоколом двух судов (Рис. 2).

Рис. 2

Напишем выражение для времени прохождения кормы судном “2” условного траверза кормы ледокола; соответствующему условному моменту времени t= 0

(1)

Где: D1, D2- расстояние между судами;

L1, L2- длина судов;

V - скорость движения каравана.

Для обеспечения безопасности при внезапной остановке ледокола или впереди идущего судна должны быть выполнены условия:

D1= ST1D2= ST2

Где: ST1- тормозной путь судна 1 при скорости движения каравана V;

ST2- тормозной путь судна 2 при скорости движения каравана V:

В первом приближении примем, что тормозной путь судов пропорционален второй степени скорости,

,

где: а - коэффициент пропорциональности, постоянный для данного судна.

Тогда вместо равенства (1) можно получить

(2)

Для выполнения условия t = min образуем производную и приравниваем ее к нулю:

откуда легко находится оптимальная скорость движения каравана

(3)

и дистанция между судами (4)

На практике значения коэффициента “а” могут быть определены через скорость полного хода судна и тормозной путь при реверсе полный назад при этой скорости:

(5)

П р и м е р:в канале за ледоколом идут два судна:

= 210 м. Vп1= 15,5 уз. Sтп1=1900м.

= 200 м. Vп2= 15 уз. Sтп2=1600м.

Требуется найти оптимальную скорость хода каравана, дистанцию между судами при движении с этой скоростью и построить для сравнения график t (V) зависимости времени пересечения траверза при скорости движения каравана от 3 уз. до 10 уз. через один узел.

Решение:

по формуле (3) находим

уз.

по формулам (4) находим дистанции между судами.

м. м.

Для построения графика t=f(V) определяем сначала длину тормозного пути судов при различных скоростях хода от 3 до 10 уз. по формулам:,

затем по формуле (1) находим значение t (время).

Результаты расчетов заносим в таблицу (1), после чего строим график t=f(V); (Рис 3)

Решение(для первой колонки таблицы 1, приV_i=3 уз.):

=7,9∙(3)²=71

=7,1∙(3)²=64

Таблица 1

V, уз.	3	4	5	6	7	8	9	10
Sт1 i	71	128	198	285	388	506	641	791
Sт2 i	64	114	178	256	348	455	576	711
t i , c.	353	316	305,4	308	318	333	351	372

Рис 3. График (1)

Как видно из графика, время прохождения последнего судна через условный траверз ледокола обращается в минимум при скорости: V = 5.2 уз. и составляет 305 с.

Задача:Найти оптимальную скорость движения каравана, дистанцию между судами при этой скорости и построить график t (V), времени прохождения вторым судном траверза кормы ледокола.

Судно 1				Судно 2
Номер задачи	Длина судна, м.	Скорость полного хода, уз.	Длина тормоз. пути, м.	Длина судна, м.	скорость полного Хода, уз.	Длина тормоз. пути, м.
1	160	16	1100	120	12	1000
2	160	16	1100	150	18	900
3	200	15	1600	160	16	1100
4	200	15	1600	150	18	900
5	140	14	1000	120	13	900
6	140	14	1000	100	14	700
7	220	15	1800	150	18	900
8	220	15	1800	160	16	1100
9	100	14	700	160	16	1100
10	100	14	700	150	18	900
11	130	13	850	120	14	900
12	150	14	900	140	15	1000
13	170	12	1350	160	16	1100
14	190	16	2000	100	12	700
15	210	15,5	1900	200	15	1600