Research findings of an relocatable small size pontoon pier interaction with the aquatic medium during its towing
Authors: Чупраков В.О. , Посыпанов С.В. 
Published: January 2021

Использование мобильных малогабаритных причалов дает возможность при снижении затрат организовать погрузку лесоматериалов на суда в пунктах отправления с помощью техники лесозаготовителей. Это создает предпосылки для существенного увеличения объемов перевозки лесоматериалов более дешевым водным транспортом, обеспечивает экономическую доступность древесного сырья, основная часть которого находится в удаленных лесных массивах. Предполагается, что при эксплуатации мобильных причалов они нередко будут перемещаться с одного пункта погрузки на другой в условиях небольших рек с помощью судов малой мощности. Для выполнения расчетов, связанных с указанным перемещением, нужны достаточно точные сведения о сопротивлении воды движению причалов при наличии влияния дна. При теоретическом исследовании установили факторы, влияющие на величину сопротивления воды равномерному перемещению причала. Представили соответствующую зависимость в символьном виде. Преобразовали ее, получив зависимость в безразмерном виде. Обосновали возможность исключения из числа определяющих факторов числа Рейнольдса и целесообразность фиксирования факторов, характеризующих форму подводной части причала. Полученное в результате символьное решение - зависимость коэффициента сопротивления воды от относительной глубины и числа Фруда. Опираясь на нее, провели эксперименты на модели с обеспечением физического подобия. По данным эксперимента получена регрессионная модель, позволяющая вычислять коэффициент сопротивления воды равномерному движению причала, а по величине этого коэффициента определять с использованием формулы Ньютона значение силы сопротивления. Анализируя регрессионную модель, установили, что изменение скорости буксировки относительно воды от 0,5 до 1,5 м/с и соответственно числа Фруда приводит к увеличению коэффициента сопротивления на 20…25%. Изменение относительной глубины от 4,0 до 1,5 вызывает увеличение указанного коэффициента на 110…120%. Столь существенное влияние мелководья в данном случае объяснили наличием постепенно сужающей области между днищем причала и дном водоема, что приводит к более значительному увеличению относительной скорости в задней части причала. Полученная информация дает возможность наилучшим образом спланировать мероприятия, связанные с буксировкой причалов от одного пункта перевалки грузов к другому.

Appliance of the relocatable small-sized pontoon piers allows to use the logging machinery for loading of the round wood at the sites of shipment. It enables to increase volumes of the timber transportation volumes using relatively unexpensive water transport and provides better access to the raw wood resources placed at the remote wood stands. It is suggested that the mobile pontoon piers will be replaced from one loading site at the small-scale shallow river to another, using the small-sized tugboats. In order to make projections of these towing operations, the reliable information regarding water resistance to the pontoons motion is needed, taking into consideration the low depths conditions. The named circumstances justify necessity of the mentioned research. As a part of the theoretical study, the factors affecting the resistance of water to uniform velocity motion of a pontoon were characterized. The corresponding dependence was presented in the symbolicand dimensionless forms. The reasons for exclusion of the Reynolds number and fixing of the of a pontoon underwater body patterns were justified. The resulting symbolic form establishes dependence of water resistance coefficient from relative depth and the Froude number. Based upon the developed equation, the model experiments were proceeded. The regression model for calculation of the resistance coefficient and consequently, using the Newton equation, the force of hydraulic drag - was developed. Variation of the towing speed (related to water) from 0.5 to 1.5 m/sec. and, consequently, increase of the Froude number, lead to 20…25% raise of the coefficient of resistance. The relative depth decrease from 4.0 to 1.5 causes 110…120% increase of the mentioned coefficient. Such a sufficient impact of shallowness is explained by increase of the relative velocity in the afterbody zone of a pontoon. The acquired information allows to improve planning of towing operations during relocation of the pontoon piers from one loading site to another.