Development of a new shape of the bow end of the vessel to improve navigation safety in stormy conditions

Abstract

Анализ аварийной статистики по мировому флоту показывает, что одной из основных причин гибели морских судов являются неблагоприятные погодные условия, связанные с возникновением значительных волновых нагрузок на их корпуса, что сопровождается потерей остойчивости или разрушением корпусных конструкций. Исследование, проведенное с использованием методов вычислительной гидродинамики, показало, что на носовой оконечности традиционной формы при её зарывании в волну развиваются значительные гидродинамические силы и моменты, что способствует гибели судов. Поэтому авторами была предложена новая форма носовой оконечности, позволяющая повысить безопасность судна при наличии зарываемости в волну в условиях шторма. Исследование гидродинамических характеристик новой формы носовой оконечности выполнялось с использованием метода SPH. Проведённый анализ показал, что при зарывании в волну носовой оконечности предлагаемой конструкции практически во всем диапазоне курсовых углов и углов крена на ней генерируется восстанавливающий момент, способствующий предотвращению опрокидывания судна. Отмечено, что при движении судна курсом носом на волну величина боковой силы, стремящейся развернуть судно лагом к волне, в предложенной конструкции в пять раз меньше, чем в традиционной. Исследовано влияние геометрических характеристик бульбовой наделки (длины и диаметра) в предлагаемой конструкции на величину гидродинамических сил и моментов. Использование предложенных технических решений позволит повысить безопасность мореплавания в условиях шторма. Analysis of accident statistics for the world fleet shows that one of the main causes of loss of seagoing vessels is unfavorable weather conditions associated with the occurrence of significant wave loads on their hulls, which is accompanied by loss of stability or destruction of hull structures. A study conducted using computational fluid dynamics methods showed that at the bow end of a traditional shape, when it is buried in a wave, significant hydrodynamic forces and moments develop, which contributes to the loss of ships. Therefore, the authors proposed a new shape of the bow, which makes it possible to increase the safety of the vessel in the presence of burrowing into waves in storm conditions. The study of the hydrodynamic characteristics of the new shape of the bow end was carried out using the SPH method. The analysis showed that when the bow end of the proposed structure is buried in a wave in almost the entire range of heading angles and roll angles, a righting moment is generated on it, which helps prevent the vessel from capsizing. It is noted that when the vessel moves with its bow heading towards the wave, the magnitude of the lateral force tending to turn the vessel with its lag towards the wave is five times less in the proposed design than in the traditional one. The influence of the geometric characteristics of the bulb fitting (length and diameter) in the proposed design on the magnitude of hydrodynamic forces and moments was studied. The use of the proposed technical solutions will improve the safety of navigation in storm conditions.