aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2025-71-1-63-73aari-687Research ArticleЛЕДОТЕХНИКАICE TECHNOLOGYОб определении эффективного давления сжатия льда по данным натурных измерений параметров движения судовDetermining effective pressure in ice compressions based on full-scale measurements of ship motion parametershttps://orcid.org/0000-0003-3364-1309СазоновК. Е.SazonovK. E.

Санкт-Петербург

Kirill E. Sazonov.

St. Petersburg

K_Sazonov@ksrc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6305-5090ДобродеевА. А.DobrodeevA. A.

Санкт-Петербург

Aleksei A. Dobrodeev.

St. Petersburg

Крыловский государственный научный центр; Санкт-Петербургский государственный морской технический университетРоссияKrylov State Research Centre; Saint-Petersburg State Marine Technical UniversityRussian Federation2025300320257116373Copyright © Сазонов К.Е., Добродеев А.А., 20252025Сазонов К.Е., Добродеев А.А.Sazonov K.E., Dobrodeev A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.aaresearch.science/jour/article/view/687

Сжатия льда относятся к опасным ледовым явлениям, препятствующим судоходству во льдах и в некоторых случаях приводящим к гибели судов. В изучении этого природного явления достигнуты значительные результаты, позволяющие осуществлять его прогнозирование и рекомендовать маршруты движения судов во льдах вне опасных зон. Воздействие ледовых сжатий на корпус судна изучено хуже. Основной причиной являются трудности в определении силового воздействия ледовых сжатий различной интенсивности, которая оценивается с помощью специальных шкал визуально, на корпус судна. В работе предлагается ввести понятие эффективного давления ледовых сжатий, которое, являясь маркером происходящих процессов, позволило бы оценивать дополнительное ледовое сопротивление, испытываемое судном. Аналогичный подход успешно применяется при определении глобальной ледовой нагрузки на инженерные сооружения. В работе предложен метод определения эффективного давления сжатия льда, основанный на измерении ходовых характеристик судна (мощности, скорости и частоты вращения движителей), а также на измерении скорости закрытия канала за судном. Такие измерения должны проводиться в близких ледовых условиях при наличии и отсутствии ледовых сжатий. Скорость закрытия канала за судном можно связать с интенсивностью ледовых сжатий. Для расчета дополнительного сопротивления судна используются специальные диаграммы ледовой ходкости, построение которых для конкретного судна осуществляется на основании данных стандартных модельных испытаний в гидродинамическом бассейне. Обсуждается возможность применения описанного метода и возможные ограничения. Данные об эффективном давлении сжатия представляют значительный интерес для прогнозирования работы морских арктических транспортных систем и, возможно, для изучения динамики ледяного покрова.

Ice compressions are among navigation hazards that impede navigation in freezing waters and sometimes result in loss of ships. Recent advances in the investigation of this ice feature enable its prediction and make it possible to recommend safe navigation routes for ships, bypassing hazardous zones. The effect of ice compression on hull structures is less understood. First of all, this is because ice compression actions are difficult to determine accurately and are currently estimated by means of special visual scales (marks) drawn on the hull. This paper proposes using the parameter of effective pressure for ice compressions. Effective pressure is always present in the case of ice compression phenomena, so it could be used as an assessment criterion for the added resistance of the ship. A similar approach has been successfully applied to determine the global ice load on engineering structures. This paper suggests a method for determining the effective pressure of ice compression based on ship propulsion performance data (engine power, movement speed and propeller RPM), as well as on the measured speed of ice channel closing behind the ship. These measurements must be taken in similar ice conditions with and without ice compressions. The speed of ice channel closing behind the ship could be used to quantify ice compression intensity. Added resistance of ships is calculated using the special diagrams of ice propulsion performance made which are made for specific ships based on the results of standard model tests in hydrodynamic tanks. The paper discusses the prospects and possible limitations of this method. Effective ice compression data would be very interesting for the prediction of operational conditions of Arctic transportation systems and, possibly, for the investigation of ice sheet dynamics.

ледовые сжатияэффективное давлениетяга движительного комплекса суднакоэффициент трения льда об обшивку корпусаice compressioneffective pressurethrust of ship propulsion systemice/hull friction coefficientИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-19-00039, «Теоретические основы и прикладные инструменты для создания системы интеллектуального планирования работы флота и поддержки принятия решений в арктическом судоходстве», https://rscf.ru/project/23-19-00039/.The study was carried out with the support of the Russian Science Foundation grant No. 23-19-00039, “Theoretical foundations and applied tools for creating a system of intelligent fleet planning and decision support in Arctic shipping”, https://rscf.ru/project/23-19-00039/.ReferencesОпасные ледовые явления для судоходства в Арктике. Миронов Е.У. (ред.). СПб.: ГНЦ РФ ААНИИ; 2010. 320 с.Опасные ледовые явления для судоходства в Арктике. Миронов Е.У. (ред.). СПб.: ГНЦ РФ ААНИИ; 2010. 320 с.Li F., Kujala P., Montewka J. A ship in compressive ice: an overview and preliminary analysis. In: Proceedings of the 25th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic conditions. POAC, 2019. June 9–13, 2019, Delft, The Netherlands. URL: https://www.poac.com/Papers/2019/pdf/POAC19-068.pdf (accessed: 25.12.2024).Li F., Kujala P., Montewka J. A ship in compressive ice: an overview and preliminary analysis. In: Proceedings of the 25th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic conditions. POAC, 2019. June 9–13, 2019, Delft, The Netherlands. URL: https://www.poac.com/Papers/2019/pdf/POAC19-068.pdf (accessed: 25.12.2024).Таровик О.В. Модели для прогнозирования параметров рейсов судов в Арктике: существующие подходы и возможные пути развития. Арктика: экология и экономика. 2021;11(3):422–435. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2021-3-422-435Tarovik O.V. Models for forecasting parameters of ship voyages in the Arctic: existing approaches and possible development paths. Arktika: Ekologia i Ekonomika = Arctic: ecology and economics. 2021;11(3):422–435. (In Russ.). https://doi.org/10.25283/2223-4594-2021-3-422-435Li F., Goerlandt F., Kujala P., Lehtiranta J., Lensu M. Evaluation of selected state-of-the-art methods for ship transit simulation in various ice conditions based on full-scale measurement. Cold Regions Science and Technology. 2018;151:94–108. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2018.03.008Li F., Goerlandt F., Kujala P., Lehtiranta J., Lensu M. Evaluation of selected state-of-the-art methods for ship transit simulation in various ice conditions based on full-scale measurement. Cold Regions Science and Technology. 2018;151:94–108. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2018.03.008Lu L., Kujala P., Toivola J., Helena J., Kuikka S. New approach to determine equivalent ice thickness for ships in dynamic compressive ice. In: Proceedings of the 27th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. 12–16 June 2023, Glasgow, United Kingdom. URL: https://www.poac.com/Papers/2023/pdf/Paper83_Lu.pdf (accessed: 25.12.2024).Lu L., Kujala P., Toivola J., Helena J., Kuikka S. New approach to determine equivalent ice thickness for ships in dynamic compressive ice. In: Proceedings of the 27th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. 12–16 June 2023, Glasgow, United Kingdom. URL: https://www.poac.com/Papers/2023/pdf/Paper83_Lu.pdf (accessed: 25.12.2024).Бузин И.В., Клячкин С.В., Фролов С.В., Смирнов К.Г., Михальцева С.В., Соколова Ю.В., Гудошников Ю.П., Войнов Г.Н., Григорьев М.Н. Некоторые оценки тяжелых ледовых условий в Печорском море по данным наблюдений и моделирования (природное явление и его влияние на морские операции). Арктика: экология и экономика. 2022;12(4):500–512. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2022-4-500-512Buzin I.V., Klyachkin S.V., Frolov S.V., Smirnov K.G., Mikhaltceva S.V., Sokolova Yu.V., Gudoshnikov Yu.P., Voinov G.N., Grigoryev M.N. Some assessments of severe ice conditions in the Pechora Sea based on observations and modeling (natural phenomenon and its impact on marine operations). Arktika: Ekologia i Ekonomika = Arctic: ecology and economics. 2022;12(4):500–512. (In Russ.). https://doi.org/10.25283/2223-4594-2022-4-500-512Казаков А.Т. Безопасная дистанция и выбор оптимальной скорости при ледокольной проводке. Автореф. дис. … канд. техн. наук. Л., 1986. 24 с.Казаков А.Т. Безопасная дистанция и выбор оптимальной скорости при ледокольной проводке. Автореф. дис. … канд. техн. наук. Л., 1986. 24 с.Сазонов К.Е. Модельный и натурный эксперимент в морской ледотехнике. СПб.: ФГУП «Крыловский государственный научный центр»; 2021. 306 с.Сазонов К.Е. Модельный и натурный эксперимент в морской ледотехнике. СПб.: ФГУП «Крыловский государственный научный центр»; 2021. 306 с.Третьяков В.Ю., Фролов С.В., Клейн А.Э. Методика расчета скорости сложения канала в ледяном покрове по данным телевизионных снимков. Метеорологический вестник. 2010;3(2):12–29.Tretyakov V.Yu., Frolov S.V., Klein A.E. Methodology for calculating the rate of channel formation in ice cover based on television images. Meteorologicheskij vestnik = Meteorological Bulletin. 2010;3(2):12–29. (In Russ.)Миронов Е.У., Клячкин С.В., Смоляницкий В.М., Юлин А.В., Фролов С.В. Современное состояние и перспективы исследований ледяного покрова морей российской Арктики. Российская Арктика. 2020;10:13–29. https://doi.org/10.24411/2658-4255-2020-12102Mironov E.U., Klyachkin S.V., Smolyanitsky V.M., Yulin A.V., Frolov S.V. Current state and prospects for research of the ice cover of the seas of the Russian Arctic. Rossijskaya Arktika = Russian Arctic. 2020;10:13–29. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/2658-4255-2020-12102Assur A. Problems in ice engineering. In: Frankenstein G.E. (ed.) Proceedings of the 3rd IAHR International Symposium on ice problems, 18–21 August, 1975, Hanover, New Hempshire. Hanover, New Hampshire, USA: International Association of hydraulic Research, Committee on Ice Problems; 1975. Р. 361–372. URL: https://www.iahr.org/library/technical?pid=520 (accessed: 25.12.2024).Assur A. Problems in ice engineering. In: Frankenstein G.E. (ed.) Proceedings of the 3rd IAHR International Symposium on ice problems, 18–21 August, 1975, Hanover, New Hempshire. Hanover, New Hampshire, USA: International Association of hydraulic Research, Committee on Ice Problems; 1975. Р. 361–372. URL: https://www.iahr.org/library/technical?pid=520 (accessed: 25.12.2024).Тимохов Л.А., Хейсин Д.Е. Динамика морских льдов. Математические модели. Л.: Гидрометеоиздат; 1987. 272 с.Тимохов Л.А., Хейсин Д.Е. Динамика морских льдов. Математические модели. Л.: Гидрометеоиздат; 1987. 272 с.Suominen M., Kujala P. Ice model tests in compressive ice. In: Li and Lu (ed.). Proceedings of the 21st IAHR International Symposium on Ice, Ice Research for Sustainable Environment, Dalian, China, June 11–15, 2012. Dalian: Dailan University of Technology Press; 2012. P. 1046–1057. URL: https://www.iahr.org/library/infor?pid=27016 (accessed:25.12.2024).Suominen M., Kujala P. Ice model tests in compressive ice. In: Li and Lu (ed.). Proceedings of the 21st IAHR International Symposium on Ice, Ice Research for Sustainable Environment, Dalian, China, June 11–15, 2012. Dalian: Dailan University of Technology Press; 2012. P. 1046–1057. URL: https://www.iahr.org/library/infor?pid=27016 (accessed:25.12.2024).Külaots R., Kujala P., von Bock und Polach R., Montewka J. Modelling of ship resistance in compressive ice channels. In: Proceedings of the 22nd International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, June 9–13, 2013, Espoo, Finland. URL: https://www.poac.com/Papers/2013/pdf/POAC13_180.pdf (accessed: 25.12.2024).Külaots R., Kujala P., von Bock und Polach R., Montewka J. Modelling of ship resistance in compressive ice channels. In: Proceedings of the 22nd International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, June 9–13, 2013, Espoo, Finland. URL: https://www.poac.com/Papers/2013/pdf/POAC13_180.pdf (accessed: 25.12.2024).La Prairie D., Wilhelmson V., Riska K. A transit simulation model for ships in Baltic ice conditions, documentation of the calculation routing. Otaniemi: Helsinki University of Technology; 1995. 38 p.La Prairie D., Wilhelmson V., Riska K. A transit simulation model for ships in Baltic ice conditions, documentation of the calculation routing. Otaniemi: Helsinki University of Technology; 1995. 38 p.Каневский Г.И., Клубничкин А.М., Сазонов К.Е. Прогнозирование характеристик ходкости многовальных судов. СПб.: ФГУП «Крыловский государственный научный центр»; 2019. 160 с.Каневский Г.И., Клубничкин А.М., Сазонов К.Е. Прогнозирование характеристик ходкости многовальных судов. СПб.: ФГУП «Крыловский государственный научный центр»; 2019. 160 с.Каневский Г.И., Клубничкин А.М., Сазонов К.Е. Диаграммы ледовой ходкости судна. Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2022;14(6):805–814. https://doi.org/10.21821/2309-5180-2022-14-6-805-814Kanevsky G.I., Klubnichkin A.M., Sazonov K.E. Ice performance diagrams of a vessel. Bulletin of the Admiral S.O. Vestnik gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota im. admirala S.O. Makarova = Makarov State University of Maritime and Inland Shipping. 2022;14(6):805–814. (In Russ.). https://doi.org/10.21821/2309-5180-2022-14-6-805-814Добродеев А.А., Сазонов К.Е. Применение диаграмм ледовой ходкости судов для анализа натурных испытаний. Труды Крыловского государственного научного центра. 2023;3(405):81–88. https://doi.org/10.24937/2542-2324-2023-3-405-81-88Dobrodeev A.A., Sazonov K.E. Application of ice performance diagrams of ships for analysis of full-scale tests. Trudy Krylovskogo gosudarstvennogo nauchnogo centra = Proceedings of the Krylov State Research Center. 2023;3(405):81–88. (In Russ.). https://foi.org/10.24937/2542-2324-2023-3-405-81-88Лосет С., Шхинек К.Н., Гудместад О., Хойланд К. Воздействие льда на морские и береговые сооружения. СПб.: Лань; 2010. 272 с.Лосет С., Шхинек К.Н., Гудместад О., Хойланд К. Воздействие льда на морские и береговые сооружения. СПб.: Лань; 2010. 272 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.