Ледокольное судно на воздушной подушке

 

Изобретение относится к судостроению и касается создания судов на воздушной подушке, разрушающих ледяной покров резонансным методом. Ледокольное судно на воздушной подушке содержит корпус с гибким ограждением и надстройкой. Судно имеет внешнее и внутреннее гибкие ограждения. Внутреннее гибкое ограждение выполнено в виде выдвижной юбки, запитывающейся дополнительным компрессором высокого давления. В корпусе судна установлен вертикальный выдвижной ледовый бур с выполненным внутри него водопроточным каналом, присоединенным к центробежному насосу. Ледовый бур размещен внутри внутреннего гибкого ограждения. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова резонансным способом. 3 ил.

Изобретение относится к судостроению, в частности к амфибийным судам на воздушной подушке (СВП), разрушающим ледяной покров резонансным методом (1. Зуев В. А. , Козин В.М. Использование судов на воздушной подушке для разрушения ледяного покрова. Владивосток: ДВГУ. - 1988. - 87с.).

Известно (2. Патент РФ 2173651 от 14.08.00), что для разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке в корпусе судна на одной вертикали с центром масс его корпуса устанавливают вертикальный выдвижной плунжер, которому сообщают периодические вертикальные перемещения с частотой резонансных изгибно-гравитационных волн в ледяном покрове.

Недостатками известного способа являются возможное появление у судна крена или дифферента в тот момент, когда выдвижение плунжера больше высоты парения корпуса СВП над поверхностью льда и, как следствие этого, большая вероятность контакта корпуса судна со льдом и возможность повреждений элементов корпуса во время периодических вертикальных перемещений. Кроме того, совершение вертикальных колебаний плунжера, нагруженного весом всего судна, потребует больших энергозатрат и увеличения прочности корпуса судна в месте установки плунжера.

Задача заявляемого изобретения заключается в увеличении амплитуды резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ), возбуждаемых движущимся СВП.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, состоит в повышении эффективности разрушения ледяного покрова резонансным методом.

Требуемый результат достигается путем образования в ледяном покрове майны, создаваемой во льду перед началом выполнения ледокольных работ резонансным методом.

Известно (3. Козин В.М., Жесткая В.Д. Исследования параметров изгибно-гравитационных волн в полубесконечном ледяном покрове от движущегося СВП при наличии полосы битого льда. Труды международной конференции "Проблемы прочности и эксплуатационной надежности". Владивосток: ДВГТУ. - 1996. -87с.), что наличие в ледяном покрове локальных неоднородностей в виде майны значительно повышает эффективность разрушения льда резонансным методом. Поэтому если СВП начинает соответствующее маневрирование вблизи или непосредственно над майной, то его ледоразрушающая способность при резонансном методе ломки льда возрастает, т.к. ледяное поле, имеющее свободную кромку, легче раскачать до предельных амплитуд.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: ледокольное судно на воздушной подушке, содержащее корпус с гибким ограждением и надстройкой.

Отличительные: судно имеет внешнее и внутреннее гибкие ограждения, при этом внутреннее гибкое ограждение выполнено в виде выдвижной юбки, запитывающейся дополнительным компрессором высокого давления, а в корпусе судна устанавливают вертикальный выдвижной ледовый бур, с выполненным внутри него водопроточным каналом, присоединенным к центробежному насосу, при этом ледовый бур размещают внутри внутреннего гибкого ограждения.

Согласно теореме Бернулли (4. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М. : Наука. - 1978. - 736с.) при стационарном движении тяжелой несжимаемой жидкости с увеличением скорости жидкости давление в ней понижается. Значит, если откачивать воду из-подо льда через отверстие во льду, то по мере приближения к этому отверстию скорость воды будет возрастать, а давление, соответственно, падать. Таким образом, давление на лед со стороны воды, т.е. силы поддержания воды будут уменьшаться.

Кроме того, известно (5. Козин В.М. О влиянии формы поперечной нагрузки на напряженно-деформированное состояние бесконечной ледяной пластины. - ГПИ им. А.А.Жданова, Горький, 1981. - 6с. Рукопись деп. В ЦНИИ "Румб", ДР-1347), что переход от распределенной нагрузки к сосредоточенной при давлениях в воздушной подушке (ВП), характерных для существующих СВП, приводит к резкому увеличению изгибных напряжений, которые превышают уровень напряжений в ледяном покрове от СВП на резонансной скорости [1, 2, 5]. Таким образом, если у СВП предусмотреть дополнительную выдвижную воздушную подушку меньшей площади, чем внешняя (основная), и с помощью компрессора высокого давления создать в ней давление, уравновешивающее вес судна, то при статическом нагружении ледяного покрова такой нагрузкой в нем возникнут изгибные напряжения, превышающие напряжения при деформировании ледяного покрова изгибно-гравитационными волнами (ИГВ), возбуждаемыми обычными СВП на резонансной скорости.

Кроме того, если откачанную воду выливать на лед через подкупольное пространство внутреннего ограждения в чашу статического прогиба, образованную в ледяной пластине от силы тяжести СВП, то давление на лед со стороны судна будет увеличиваться за счет веса откачанной из-подо льда воды.

При контакте верхней кромки льда с откачанной водой температура верхних слоев льда будет повышаться. Это приведет к уменьшению модуля упругости и прочности льда и к более вероятному разрушению льда при прочих аналогичных условиях.

Таким образом, все вышеперечисленные факторы, а именно уменьшение давления воды на лед снизу, увеличение давления на лед сверху за счет уменьшения площади ВП, уменьшение модуля упругости и прочности льда, - приведут к разрушению ледяного покрова и образованию в нем майны.

Изобретение реализуют следующим образом. По ледяному покрову начинают перемещать СВП с резонансной скоростью. Если амплитуда возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, то судно останавливают. Затем, например, при помощи гидропривода начинают выдвигать вертикальный полый ледовый бур, предварительно установленный в корпусе судна, до контакта бура со льдом. Затем во льду сверлят отверстие. После получения во льду отверстия некоторое количество воды выльется на лед, т.к. вследствие статической нагрузки судна на лед в ледовой пластине образуется прогиб. Если данного количества воды будет недостаточно для образования пролома во льду и образования майны, то поступают следующим образом.

Выключают общий вентилятор, питающий внешнее гибкое ограждение и воздушную подушку большой площади.

Затем выдвигают внутреннее гибкое ограждение, включают компрессор высокого давления с выходом в воздушные каналы внутренней юбки и оттуда уже в малое подкупольное пространство. Таким образом, создается увеличенное давление на лед. Одновременно к верхней кромке водопроточного канала ледового бура присоединяют центробежный насос и начинают откачивать воду из-подо льда и выливать ее через подкупольное пространство внутреннего ограждения судна в чашу статического прогиба льда.

Давление воды на лед снизу упадет, а давление сверху на лед увеличится. Кроме того, произойдет нагрев верхних слоев льда водой, что приведет к уменьшению модуля упругости и прочности льда. В результате всех этих факторов произойдет разрушение ледяного покрова и образование в нем майны, заполненной битым льдом.

После этого насос и компрессор отключают, ледовый бур и внутреннее гибкое ограждение задвигают в исходное положение. При необходимости увеличения размеров майны судно перемещают на кромку неразрушенного льда и ломают кромку методом давления воздушной подушки [1].

После приготовления майны необходимых размеров СВП удаляют от нее на расстояние, достаточное для развития ИГВ максимальной амплитуды (для раскачивания льда до максимальной амплитуды требуется определенное время) при движении СВП с резонансной скоростью. Затем судно разворачивают и начинают движение с резонансной скоростью в направлении майны. В момент ее прохождения в ледяном покрове, ослабленном майной, амплитуда ИГВ возрастет и лед начнет разрушаться за судном при его поступательном движении.

Изобретение поясняется графически. На фиг.1 показана схема деформирования ледяного покрова СВП; на фиг.2 - схема двухконтурной юбки; на фиг.3 - схема маневрирования СВП при выполнении ледокольных работ.

По ледяному покрову 1 перемещают СВП 2 с резонансной скоростью v_p. Используется внешняя (основная) юбка 3. Если амплитуда возбуждаемых ИГВ 4 оказывается недостаточной для разрушения льда, то судно 2 останавливают. От статического нагружения в ледяном покрове возникнет чаша прогиба 5. При помощи гидропривода 6 начинают выдвигать вертикальный ледовый бур 7, предварительно установленный в корпусе 8 судна 2. Бур 7 имеет водопроточный канал 9 и режущую кромку 10. Затем при помощи ледового бура 7 во льду 1 сверлят отверстие 11. После приготовления отверстия кромку бура 10 оставляют подо льдом 1. Затем выдвигают юбку малой площади 12 и включают компрессор высокого давления 13. Воздух из компрессора 13 поступает через каналы 14 во внутреннее гибкое ограждение 12 и оттуда уже в подкупольное пространство 15. Одновременно к верхней кромке 16 ледового бура 7 присоединяют шланг 17 центробежного насоса 18 и начинают откачивать воду 19 из-подо льда 1. Откачанная вода 20 из насоса 18 поступает под юбку 12 судна 2 в чашу прогиба 5. Это приведет к разрушению ледяного покрова и образованию в нем майны 21, заполненной битым льдом. После этого насос 18 и компрессор 13 отключают. Ледовый бур 7 и внутреннее гибкое ограждение 12 задвигают в исходное положение.

После приготовления майны 21 СВП удаляют от нее на расстояние L, достаточное для развития ИГВ максимальной амплитуды при движении СВП с резонансной скоростью v_p. Затем судно 2 разворачивают и начинают движение с резонансной скоростью в направлении майны 21. В момент ее прохождения в ледяном покрове амплитуда ИГВ возрастает до профиля 22 и лед начинает разрушаться за судном при его поступательном движении.

Формула изобретения

Ледокольное судно на воздушной подушке, содержащее корпус с гибким ограждением и надстройкой, отличающееся тем, что судно имеет внешнее и внутреннее гибкие ограждения, при этом внутреннее гибкое ограждение выполнено в виде выдвижной юбки, запитывающейся дополнительным компрессором высокого давления, а в корпусе судна установлен вертикальный выдвижной ледовый бур с выполненным внутри него водопроточным каналом, присоединенным к центробежному насосу, при этом ледовый бур размещен внутри внутреннего гибкого ограждения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3