Судно ледового плавания

Изобретение относится к морскому транспорту и касается формы корпуса судов активного ледового плавания. Судно ледового плавания имеет между носовой и кормовой оконечностями цилиндрическую вставку и оснащено установленными в носовой оконечности римерами. На корпусе судна побортно в пределах цилиндрической вставки установлены бортовые римеры, размещенные вдоль судна с отстоянием их передней части от носовых римеров до сечения в районе центра тяжести судна и со смещением к носу судна от сечения, в котором начинается участок кормового заострения, и имеющие высоту, превышающую расстояние между грузовой и балластной ватерлиниями судна. Достигается снижение радиуса циркуляции судна в ледовых условиях и повышение ледопроходимости при действии ледовых сжатий. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области морского транспорта и касается создания ледоколов и судов активного ледового плавания.

Известен ледокол "Oden", в носовой части которого установлены уширяющие корпус наделки - римеры. Высота этих римеров составляет 2,2 м. (Johansson B.M., Liljestrom G.C. Oden. A State of the Art Icebreaker. Proc. 10^th Int. Conf. On Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. Lulea, Sweden, vol.3, 1989, pp.1229-1265.)

Недостатком известного устройства является неэффективность применения носовых римеров на судах, имеющих длину, превышающую 100 м, и протяженную цилиндрическую вставку, для обеспечения высоких показателей поворотливости при движении в ледовых условиях. Кроме этого, носовое расположение римеров не приводит к существенному снижению дополнительного ледового сопротивления, возникающего при попадании судна в зону ледовых сжатий.

Известен также танкер активного ледового плавания "Манхеттен", на котором также установлены в носовой части корпуса римеры, охватывающие практически всю длину цилиндрической вставки, принятый за прототип.

Недостатком прототипа является плохая поворотливость в ледовых условиях и сильное отрицательное влияние ледовых сжатий.

Заявляемое изобретение решает задачу улучшения показателей управляемости судов в ледовых условиях, а также снижения дополнительного ледового сопротивления, возникающего при действии ледовых сжатий на судно.

Для этого на судне ледового плавания, имеющем между носовой и кормовой оконечностями цилиндрическую вставку и оснащенном установленными в носовой оконечности римерами на корпусе судна, дополнительно побортно в пределах цилиндрической вставки установлены бортовые римеры, размещенные вдоль судна с отстоянием их передней части от носовых римеров до сечения в районе центра тяжести судна и со смещением к носу судна от сечения, в котором начинается участок кормового заострения. Эти римеры имеют высоту, превышающую расстояние между грузовой и балластной ватерлиниями судна.

Кроме того, их ширина не превышает ширины носовых римеров и составляет не менее 1,5% от длины цилиндрической вставки судна, а протяженность составляет не менее 5% от длины цилиндрической вставки судна.

При этом угол притыкания образующей бортовых римеров к обшивке борта судна находится в пределах от 20 до 60°, угол наклона батокса бортовых римеров лежит в пределах 15-45°, а угол наклона шпангоутов бортовых римеров изменяется от 50 до 70°.

Установка побортно дополнительно бортовых римеров в пределах цилиндрической вставки позволит улучшить показатели ледовой управляемости судна, а также ледовой ходкости, при движении судна в условиях ледовых сжатий. Установка римеров между грузовой и балластной ватерлиниями судна обеспечивает их работоспособность во всех случаях эксплуатации.

Выполнение ширины бортовых римеров, непревышающей ширины носовых римеров и составляющей не менее 1,5% от длины цилиндрической вставки судна, обеспечивает эффективность их работы, а также отсутствие дополнительного ледового сопротивления из-за их установки. Протяженность бортовых римеров, составляющая не менее 5% от длины цилиндрической вставки судна, позволяет исключить возможность разрушения на них ледяного покрова раздроблением и смятием.

Выполнение угла притыкания образующей бортовых римеров к обшивке борта судна в пределах от 20 до 60°, угла наклона батокса бортовых римеров в пределах 15-45°, а угла наклона шпангоутов бортовых римеров в пределах 50-70° позволяет оптимизировать процесс разрушения ледяного покрова римерами.

Улучшение показателей ледовой управляемости судна происходит за счет экранирования бортовым римером от непосредственного взаимодействия со льдом участка цилиндрической вставки корпуса, расположенного кормовее мидель-шпангоутного сечения. Многочисленные исследования показывают (см., например, Сазонов К.Е. Управляемость судов во льдах: методы определения ледовых сил, действующих на движущийся по криволинейной траектории корпус, и зависимости показателей поворотливости судов от характеристик корпуса и внешних условий. Дисс. на соиск. уч. степ. д.т.н. СПб, 2004), что именно в этой части корпуса формируются наибольшие усилия, препятствующие повороту судна в ледовых условиях. После установки бортовых римеров на корпуса при большинстве выполняемых судном маневров только они будут контактировать со льдом. Ввиду небольшой протяженности римеров на них будут развиваться незначительные продольные и поперечные усилия. Кроме этого, ледовый момент, препятствующий повороту судна во льдах, будет также минимален из-за того, что бортовой ример расположен недалеко от центра тяжести. При этом плечо поперечной ледовой силы будет небольшим. В первом приближении величина критического относительного радиуса циркуляции судна во льдах, при превышении которого цилиндрическая вставка не взаимодействует со льдом, может быть рассчитана по следующей формуле:

,

здесь R - радиус циркуляции судна; L, B - длина и ширина судна; L_РВ - длина цилиндрической вставки; h_R, l_R - ширина и длина римера. При выводе формулы предполагалось, что угол дрейфа судна равен нулю. Применительно к перспективным крупнотоннажным судам активного ледового плавания это предположение можно считать верным, т.к. расчеты показывают, что угол дрейфа редко превышает 0,1°. Результаты расчетов по этой формуле применительно к крупнотоннажному судну, имеющему L=235 м, В=32 м, L_PB=164 м, приведены в таблице.

Таблица Величина критического относительного радиуса циркуляции
lR, м	hR, м
	2	3
1	7.08	4.69
2	7.08	4.69
3	7.07	4.69
4	7.06	4.68
5	7.05	4.68
6	7.04	4.67
7	7.03	4.66
8	7.01	4.65
9	6.99	4.64
10	6.97	4.62
15	6.84	4.53
20	6.66	4.41
50	4.42	2.92

Анализ этой таблицы показывает, что величина критического радиуса циркуляции имеет слабую зависимость от длины римера и сильную - от ширины. Поэтому длина римера должна выбираться исходя из требования снижения ледового сопротивления. На основании проведенных расчетов высота римера должна выбираться не менее 1,5% от длины цилиндрической вставки.

Опыт эксплуатации крупнотоннажных судов в полярных регионах показывает, что ледовое сопротивление судов существенно возрастает при действии ледовых сжатий. Сила дополнительного ледового сопротивления может быть найдена как

ΔR=AL_PB,

где ΔR - дополнительное ледовое сопротивление, возникающее из-за действия ледовых сжатий; А - коэффициент пропорциональности, зависящий от интенсивности сжатия.

Тогда снижение ледового сопротивления при действии ледовых сжатий из-за установки бортовых римеров составит . Требование, чтобы длина римера была не больше 5% цилиндрической вставки, обеспечивает соблюдение условий, при которых ледяной покров в районе расположения римера разрушается изгибом. Ширина ледовых римеров также оказывает влияние на снижение сопротивления сжатия. Чем больше эта ширина, тем с меньшей скоростью может двигаться судно в условиях действия ледовых сжатий заданной интенсивности.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана проекция теоретического чертежа судна "Полуширота" с размещенными на ней римерами; на фиг.2 показана проекция теоретического чертежа судна "Бок" с размещенными на ней римерами; на фиг.3 показана проекция теоретического чертежа судна "Корпус" с размещенными на ней римерами; на фиг.4 - схема работы римера при циркуляции судна; на фиг.5 - схема работы римеров при сжатии ледяного покрова.

Судно ледового плавания (фиг.1-3) содержит носовую 1 и кормовую 2 оконечности, а также цилиндрическую вставку 3. В месте перехода носовой оконечности в цилиндрическую вставку установлен носовой ример 4 (фиг.1). На цилиндрической вставке 3 расположен бортовой ример 5, протяженность которого 6 (фиг.2) меньше длины цилиндрической вставки. Ширина римера 7 (фиг.3) превышает ширину корпуса судна. Геометрическая форма римера характеризуется углом притыкания образующей бортовых римеров к обшивке борта судна 8, углом наклона шпангоутов 9 и углом наклона батокса 10. Бортовые римеры 5 расположены за мидель-шпангоутом 11.

Предложенное устройство по предлагаемому способу работает следующим образом. При выполнении судном циркуляции в ледовых условиях, например на правый борт (фиг.4), носовые римеры 4 правого и левого борта взаимодействуют с ледяным покровом. В результате этого взаимодействия остаются правая 12 и левая 13 кромки ледового канала. Из-за вращения корпуса судна правая кромка канала 12 больше не взаимодействует с корпусом, поэтому ледовая нагрузка на правый борт реализуется только в зоне носового римера 4. Сходящая с левого носового римера 4 левая кромка канала 13 вновь взаимодействует с левым бортом судна в районе расположения бортового римера 5. В процессе взаимодействия с бортовым римером 5 кромка канала 13 разрушается, образуя новую кромку 14. При этом взаимодействие этой кромки 14 с корпусом судна происходит за пределами цилиндрической вставки 3 только в зоне кормового заострения 2. В этой зоне происходит резкое снижение ледовой нагрузки на корпус, поэтому не возникает значительной по величине поперечной ледовой силы и препятствующего вращению судна ледового момента.

При движении судна прямым курсом в сжатых льдах 15 (фиг.5) после взаимодействия с носовыми римерами 4 кромки ледяного канала 12 и 13 сближаются, но до момента взаимодействия с бортовыми римерами 5 не воздействуют на корпус судна. После взаимодействия ледяного покрова с бортовыми римерами 5 опять образуются новые кромки канала 14 и 16, которые сближаются под действием ледовых сжатий, но также не взаимодействуют с корпусом судна.

1. Судно ледового плавания, имеющее между носовой и кормовой оконечностями цилиндрическую вставку и оснащенное установленными в носовой оконечности римерами, отличающееся тем, что на корпусе судна побортно в пределах цилиндрической вставки установлены бортовые римеры, размещенные вдоль судна с отстоянием их передней части от носовых римеров до сечения в районе центра тяжести судна и со смещением к носу судна от сечения, в котором начинается участок кормового заострения, и имеющие высоту, превышающую расстояние между грузовой и балластной ватерлиниями судна.

2. Судно по п.1, отличающееся тем, что ширина бортовых римеров не превышает ширины носовых римеров и составляет не менее 1,5% от длины цилиндрической вставки судна, а их протяженность составляет не менее 5% от длины цилиндрической вставки судна.

3. Судно по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что угол притыкания образующей бортовых римеров к обшивке борта судна находится в пределах от 20 до 60°, угол наклона батокса бортовых римеров лежит в пределах 15-45°, а угол наклона шпангоутов бортовых римеров изменяется от 50 до 70°.