Судно ледового плавания и.н.кочергина

 

Использование: в судостроении, при конструировании ледокольных судов. Сущность: судно ледового плавания содержит корпус с килем и продольным набором, носовую оконечность, предназначенную для разрушения ледяного поля и кормовую часть. В носовой оконечности установлен каток с диаметром порядка высоты борта судна, выступающий за киль судна, острая клинообразная режущая кромка которого расположена в вертикальной продольной диаметральной плоскости судна, а его ось вращения находится выше ватерлинии, корпус выполнен с усиленным продольным набором, а кормовая часть выполнена высокой, до уровня надстроек, упрочненной и водонепроницаемой для забортной воды. 5 ил.

Изобретение относится к транспорту, судостроению, а именно к конструкциям ледокольных судов.

Известно судно ледового плавания, содержащее корпус с килем и носовой оконечностью, на которой с наружной стороны установлен ледоразрушающий каток, ось вращения которого расположена выше ватерлинии.

Недостатком данного устройства является низкая ледопроходимость.

Целью изобретения является повышение ледопроходимости в тяжелых ледяных полях.

Это достигается тем, что в судне ледового плавания, содержащем корпус с килем и носовой оконечностью, на которой с наружной стороны установлен ледоразрушающий каток, ось вращения которого расположена выше ватерлинии, вышеуказанный ледоразрушающий каток состоит из двух конических элементов, диаметр основания которых не менее высоты борта судна, а высота конических элементов меньше их оснований, которые совмещены друг с другом основаниями с образованием острой клинообразной режущей кромки, расположенной в диаметральной продольной плоскости судна, при этом ось вращения катка проходит через вершины упомянутых конических элементов, а нижняя часть катка расположена ниже киля корпуса судна, который выполнен с продольным набором.

На фиг.1 показано судно ледового плавания, вид сбоку; на фиг.2 4 носовая оконечность судна, снабженная катком, вид сверху; на фиг.3 судно, вид спереди; на фиг.4 диаграмма рабочих секторов катка; на фиг.5 иллюстрация работы судна ледового плавания в тяжелых ледяных полях.

Судно ледового плавания устроено следующим образом. Корпус судна с наружной стороны в носовой оконечности снабжен катком 1, который выполнен монолитным из твердой стали и представляет геометрическое тело вращения, составленное из двух одинаковых конусов с основанием, диаметр которых равен или больше высоты борта судна и с высотами меньше основания так, что основания совмещены и образуют острую клинообразную режущую кромку, а через вершины конусов проходят полуоси, с помощью которых он укреплен выше ледовой ватерлинии 2 в подшипниках 3. Плоскость режуще клинообразной кромки катка 1 расположена в вертикальной продольной диаметральной плоскости судна, а его нижняя часть выступает за киль судна. Подшипники 3 с внутренней стороны судна подкреплены дополнительным специальным силовым набором 4, который конструктивно переходит также в усиленный продольный набор 5 корпуса судна, рассчитанный на рабочее восприятие значительных продольных изгибающих моментов корпуса судна. Корма судна ледового плавания высоко поднята относительно ватерлинии судна, бортовая обшивка ее усилена и выполнена водонепроницаемой для забортной воды.

Судно ледового плавания работает следующим образом.

В нормальном транспортном положении на чистой воде судно ледового плавания имеет горизонтальный киль. Каток 1 в этом случае выполняет функции обычного форштевня, при этом возможны лучшие гидродинамические характеристики обтекания судна на ходу. Возможен также заведомо созданный конструктивный небольшой дифферент на нос.

При преодолении тяжелых ледяных полей судном ледового плавания в работе катка 1 можно выделить три сектора (см. фиг.4, сектор 7). По горизонтали хорошо работает в торосистых образованиях передняя часть катка, скалывая, рассекая лед, способствует удержанию судна на курсе.

Основная работа катка 1 в тяжелых ледяных полях приходится на сектор 8, с его помощью достигается следующее: наезд, накатывание носовой оконечности судна на твердую, прочную поверхность ледяного поля (каток выполняет функции колеса); замена трения скольжения между носовой оконечностью судна на трение качения, которое оказывает слабое тормозящее действие; прорезание острой клинообразной режущей кромкой снегового покрова любой толщины (если он имеется), исключая тем самым трение и нагрузку носовой оконечности судна на снеговой покров, который перераспределяет, рассосредотачивает давление на ледяное поле.

При непрерывном движении, постоянной скорости судна ледового плавания, время наезда носовой оконечности на ледяное поле небольшое, поэтому быстро меняющуюся динамическую нагрузку на лед от нулевого значения (нагрузки нет) до максимального значения (каток передает усилие массы судна) можно рассматривать как ударную нагрузку, т.е. благоприятную с точки зрения разрушающих последствий на ледяное поле.

Поверхность ледового поля под действием острой клинообразной кромки катка 1 на сравнительно небольшой длине (часть длины дуги окружности катка, взаимодействующей со льдом) подвергается огромным усилиям от массы судна и его кинетического момента, под действием которых лед разрушается на некоторую глубину, т.е. достигается деформация среза.

Узкая глубокая колея бороздка на поверхности ледяного поля от действия катка является исключительно благоприятной с точки зрения ослабления ледяного поля, так как поверхностный слой ледяного поля бывает опресненным и поэтому обладает более высокими физико-механическими характеристиками.

Быстро меняющаяся динамическая нагрузка, практически точечная концентрация напряжения, разрушающие деформации действуют на ледяное поле отрицательно. В кристаллической структуре толщи ледяного массива появляются трещины, ослабляющие прочность льда. После предварительного разрушения ледяного поля катком во взаимодействие с ним вступает передняя и корпусная часть судна ледового плавания, которые производят дальнейшие разрушения льда. В зависимости от толщины и прочности льда, возможностей судна ледового плавания с катком зона взаимодействия судна с ледяным полем может занимать различное положение в секторе 8 катка. При работе в непрерывном режиме с постоянной скоростью судно ледового плавания имеет дифферент на корму.

При преодолении особо прочного или толстого льда судно ледового плавания может сходу наезжать на ледяное поле до упора на киле корпуса (см. фиг.4, сектор 9), тогда оно максимально вывешивается на катке, который передает максимальные вертикальные усилия судна и получает максимальный дифферент на корму.

В этом случае либо подрезанное катком ледяное поле 10 все-таки не выдерживает нагрузку на изгиб от массы судна и разрушается, что и требуется, но судно теряет ход, либо, если лед выдерживает нагрузку, судно ледового плавания останавливается упором на киле корпуса. Тогда судну дается задний ход и, затрачивая малую мощность силовой установки, быстро вывешенная часть судна на катке 1, который сейчас работает как колесо, выкатывается по колее-бороздке от прямого хода. Прием повторяется, т.е. работа "набегами" в данном случае "наездами".

Возможно движение судна ледового плавания в режиме, похожем на пульсирующий без значительной потери скорости при килевой качке, работа в секторе 9 (фиг.4).

Каток может иметь сложную форму, например, переменной конусности, обеспечивающий и максимальное разрушение поверхности ледяного поля (деформация среза), и наезд на ледяное поле для создания сосредоточенной изгибной нагрузки, и съезд с ледяного поля.

Формула изобретения

Судно ледового плавания, содержащее корпус с килем и носовой оконечностью, на которой с наружной стороны установлен ледоразрушающий каток, ось вращения которого расположена выше ватерлинии, отличающееся тем, что ледоразрушающий каток состоит из двух конических элементов, диаметр основания которых не менее высоты борта судна, а высота конических элементов меньше их оснований, которые совмещены друг с другом основаниями с образованием острой клинообразной режущей кромки, расположенной вертикально в диаметральной продольной плоскости судна, при этом ось вращения катка проходит через вершины конических элементов, а нижняя часть катка расположена ниже киля корпуса судна, который выполнен с продольным набором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5