Вопросы повышения энергоэффективности пропульсивного комплекса ледоколов (ПКЛ) и судов ледового класса широко обсуждаются в технической литературе в связи с возрождением судостроения применительно к освоению Севморпути. Вопросы ледопроходимости судов недостаточно освещены в литературе. Новые подходы к судовым движителям, в т. ч. с использованием винторулевых колонок (ВРК), насадок, водометов и др. средств для активного управления судном в ледовой обстановке, требуют поиска новых решений.
Целью статьи является анализ взаимодействия элементов ПКЛ, которые включают гребной винт (ГВ), главный двигатель (ГД) и корпус судна, корректировку ГВ и ГД при поломке ГВ или модернизации ПЛК, а также вопросы повышения энергоэффективности ПЛК. Литература [1–3] оценивает тяговые характеристики судовых электроприводов и ВРК, работы [4–8] посвящены распределенному электродвижению, библиография [9–14] анализирует средства и способы активного управления судном. Литература [15–20] посвящена работе элементов ПКЛ во льдах.
Пропульсивный комплекс ледокола (ПКЛ) включает главный двигатель (ГД), гребной винт (ГВ) и корпус судна (ледокола). Для движения судна с заданной скоростью к его корпусу прикладывают движущую силу, называемую упор, который создается ГВ. Движитель в виде ГВ либо винторулевой колонки (ВРК) создает упор и получает энергию от ГД. Упор, в свою очередь, зависит от сопротивления среды движению судна, а также от размера судна, формы и скорости судна [1].
Совершенство каждого из элементов ПКЛ определяет важное мореходное качество, определяющее его ходкость. Ходкость тем лучше, чем выше скорость судна при заданной мощности ГД.
При преобразовании энергии от ГД и передаче ее к ГВ в виде движущей силы часть энергии теряется в движителе (ГВ). В результате к ГВ следует приложить мощность, превышающую буксировочную (эффективную) мощность Pe, которая равна:
где V – скорость буксировки в свободной воде, Te = R, т. е. тяга ГВ должна уравновешивать сопротивление среды R.