Судно ледового плавания и коллектор для него

 

Использование: касается водного транспорта, в частности судов ледового плавания. Сущность: судно ледового плавания содержит корпус и коллекторы, связанные с источником подачи воздуха и расположенные по бортам снаружи корпуса судна. Внутри носовой оконечности корпуса судна выполнен канал, один конец которого соединен с отверстием в днище судна, а другой - с отверстием в носовой части корпуса над ватерлинией, причем по периметру канала над отверстием в днище судна расположен дополнительный коллектор, связанный с источником подачи воздуха. Коллектор для судна ледового плавания выполнен в виде закрепленной на корпусе судна коробчатой наделки треугольного поперечного сечения с отверстиями в нижней стенке, при этом последняя расположена горизонтально, а расстояние от края отверстия до внешнего края стенки не меньше диаметра отверстия. Кроме того, тангенс угла наклона боковой стенки коробчатой наделки к корпусу судна не больше коэффициента трения стали и льда. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к водному транспорту, в частности касается судов ледового плавания.

Известно судно ледового плавания, содержащее корпус и коллекторы, связанные с источником подачи воздуха и расположенные по бортам снаружи корпуса судна [1] Сжатый воздух выдувается через коллекторы за борт. Вода, насыщенная пузырьками воздуха, поднимается вверх и, смачивая корпус, уменьшает трение льда по корпусу судна, при этом соответственно увеличивается скорость движения. Однако при движении обмыв носовой оконечности судна путем подъема воды с глубины практически невозможен, а в реальных условиях отверстия вдоль форштевня забиваются льдом и омывание носовой части прекращается, что приводит к снижению ледопроходимости.

Известен коллектор судна ледового плавания [1] содержащий закрепленную на корпусе коробчатую наделку треугольной в поперечном сечении формы с отверстиями в нижней стенке.

В этом коллекторе всплывающий пузырь воздуха отделен от обшивки корпуса на расстояние, равное поперечному размеру коллектора.

Большой пузырь воздуха из коллектора медленно всплывает к поверхности. Более быстрое движение потока воды происходит при насыщении воды мелкими пузырьками воздуха.

Дробление первоначального пузыря определяется турбулентностью потока, а в начальный момент скорость потока и турбулентность малы. Поэтому при всплытии дробление пузыря воздуха и насыщение воды мелкими пузырьками занимает часть расстояния всплытия струи воды, что не позволяет повысить объем и скорость всплывающей воды, а следовательно, эффективность пневмообмыва.

Цель изобретения увеличение ледопроходимости судна за счет повышения эффективности пневмообмыва корпуса судна.

Поставленная задача достигается тем, что в судне ледового плавания, содержащем корпус и коллекторы, связанные с источником подачи воздуха и расположенные по бортам снаружи корпуса судна, внутри носовой оконечности выполнен канал, один конец которого сообщен с отверстием, выполненным в днище судна, а другой с отверстием, выполненным в носовой части корпуса над ватерлинией, причем по периметру канала над отверстием в днище корпуса судна расположен дополнительный коллектор, связанный с источником подачи воздуха.

Кроме того, в коллекторе для судна ледового плавания, включающем в себя закрепленную на корпусе коробчатую наделку треугольной в поперечном сечении формы с отверстиями в нижней стенке, последняя расположена горизонтально, а расстояние от края отверстий до внешнего края стенки не менее диаметра отверстий.

Кроме того, тангенс угла наклона боковой стенки коробчатой наделки к корпусу судна не больше коэффициента трения стали и льда.

На фиг.1 показано судно, вид сбоку; на фиг.2 выполнение носовой оконечности судна; на фиг.3 выполнение коллектора.

Судно содержит корпус 1 и коллекторы 2, связанные с источником подачи воздуха (не показан) и расположенные по бортам снаружи корпуса судна: 3 лед, 4 ватерлиния. Носовая оконечность содержит канал 5, соединяющий отверстие 6 в днище корпуса 1 судна с отверстием 7 в носовой части корпуса судна над ватерлинией 4. По периметру канала 5 над отверстием 6 в днище корпуса судна расположен дополнительный коллектор 8, связанный через канал 9 с источником воздуха (не показан), причем размер D отверстия 6 в днище должен быть меньше или равен размеру, ограниченному краем дополнительного (внутреннего) коллектора 8, D=(1-0,9)D₁. Отверстий в днище, а также в носовой части (по бортам носовой части корпуса судна) может быть несколько.

В качестве коллекторов 2 и 8 в судне ледового плавания следует использовать коллектор, который (фиг.3) имеет треугольное поперечное сечение, отверстие 10 выполнено в нижней стенке 11, которая расположена горизонтально. Отверстия 10 расположены в непосредственной близости к обшивке корпуса 1 судна так, чтобы расстояние h от края отверстия до внешнего края горизонтальной стенки было не меньше диаметра d отверстия (h ≥d).

Наклонная боковая стенка 12 расположена под углом α к корпусу судна так, чтобы выполнялось условие tg α≅β, где β коэффициент трения льда и марки стали, из которой выполнена наделка.

Устройство работает следующим образом.

Сжатый воздух подается в коллекторы 2, расположенные по бортам судна ниже ватерлинии, и в коллекторы 8, расположенные во внутреннем канале 5 около отверстия 6 в днище корпуса судна. Воздух из коллектора 2 насыщает воду около коллектора, создает некоторый объем воды с меньшим удельным весом, который всплывает потоком, омывая борта судна и смачивая их, а также проходит через трещины во льдах 3, разрушая ледяной покров и препятствуя повторному смерзанию льда. Воздух из коллектора 8 насыщает воду в канале 5, она также поднимается потоком вверх и направляется к отверстию 7 в носовой оконечности, из которого выливается на поверхность льда 3, смачивает лед и обшивку носовой части, уменьшает трение и энергозатраты на движение судна. Отверстие 6 в днище выполнено с меньшим диаметром D, чем внутреннее отверстие, образованное краями коллектора 8 D₁, чтобы ограничить размер льдин, попадающих в канал 5, и тем самым предотвратить его забивание.

Коллектор работает следующим образом.

Сжатый воздух через отверстие поступает в воду в виде пузыря. Поскольку отверстие расположено вблизи обшивки корпуса и от края отверстия до края коллектора имеется расстояние, пузырь растекается под горизонтальной стенкой коллектора в тонкую пелену, которая, огибая край коллектора, разбивается на мелкие пузырьки. Величина пузырьков в таком случае зависит от толщины пелены воздуха под горизонтальной стенкой коллектора, но не от расстояния всплытия пузыря воздуха и не от скорости, которую приобретает вода.

Таким образом, мелкими пузырьками насыщается некоторый объем воды, который, имея меньший удельный вес, всплывает.

Предварительное принудительное дробление воздуха позволяет увеличить скорость всплытия (скорость потока воды), соответственно увеличить эффективность пневмообмыва.

Формула изобретения

1. Судно ледового плавания, содержащее корпус и коллекторы, связанные с источником подачи воздуха и расположенные по бортам снаружи корпуса судна, отличающееся тем, что в носовой оконечности корпуса судна выполнен канал, один конец которого сообщен с отверстием, выполненным в днище судна, а другой с отверстием, выполненным в носовой части корпуса над ватерлинией, причем по периметру канала над отверстием в днище корпуса судна расположен дополнительный коллектор, связанный с источником подачи воздуха.

2. Коллектор для судна ледового плавания, включающий в себя закрепленную на корпусе коробчатую наделку треугольной в поперечном сечении формы с отверстиями в нижней стенке, отличающийся тем, что нижняя стенка коробчатой наделки расположена горизонтально, а расстояние от края отверстий до внешнего края стенки не менее диаметра отверстий.

3. Коллектор по п.2, отличающийся тем, что тангенс угла наклона боковой стенки коробчатой наделки к корпусу судна не больше коэффициента трения стали и льда.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3