Корпус судна с защитой отсека при столкновении с другим судном

Изобретение относится к судостроению, преимущественно к судам с атомной энергетической установкой, эксплуатируемым на трассах Северного морского пути. Корпус судна с защитой отсека при столкновении с другим судном содержит борта, днище, палубы, переборки, обшивку со шпангоутами и элементы защиты корпуса при столкновении в виде продольно ориентированных стержней. Продольно ориентированные стержни выполнены из упругопластического материала и установлены в кожухах с возможностью перемещения в них. Кожухи закреплены на наружной обшивке бортов в районе защищаемого отсека, например ядерного. Длины упругопластических стержней уменьшаются в направлении от верхней палубы к днищу. Площадь сечения концевых участков упругопластических стержней меньше площади сечения средних участков стержней, по меньшей мере, на 30% за пределы защищаемого отсека. Кинетическая энергия таранящего судна поглощается деформацией упругопластических стержней, останавливая тем самым проникновения его форштевня внутрь корпуса судна, подвергшегося тарану. Изобретение позволяет обеспечивать без изменения штатных конструкций корпуса защиту определенного отсека, например ядерного, и оптимизировать металлоемкость без усложнения технологии этой защиты. 6 ил.

 

Изобретение относится к судостроению, преимущественно к судам с атомной энергетической установкой (АЭУ), эксплуатируемых на трассах Северного морского пути.

На трассах Северного морского пути наиболее вероятным является столкновение с судном, имеющим ледокольный форштевень. При допустимой глубине внедрения форштевня таранящего судна пробоина в борту располагается в районе ватерлинии и выше, так как верхняя часть форштевня достигает защитного ограждения раньше, чем нижняя скошенная часть форштевня достигнет корпуса. В этом случае внедрению форштевня сопротивляется практически лишь только надводный борт, что делает защиту при столкновении, образованную штатными корпусными конструкциями, неэффективной из-за малого числа связей, вовлеченных в работу. Таким образом возникает опасность выхода во внешнюю среду радиоактивных материалов.

Известны технические решения, обеспечивающие определенную защиту корпуса судна при столкновении, например патент России №2231471 (приоритет от 10.12.1999 г., публ. 27.06.2004 г.).

Наиболее близким к заявляемому объекту является корпус судна по патенту России №2127206 (приоритет от 04.03.2.1997 г. публ. 10.03.1999 г.), включающий борта, днище, палубу, переборки, обшивку со шпангоутами и элементы защиты корпуса при столкновении. В известной конструкции элементы защиты корпуса при столкновении выполнены в виде горизонтально ориентированных вдоль судна и расположенных по всему периметру поперечного сечения корпуса стержней (тросов в известном конкретном решении). В носу и в корме расположены устройства натяжения, концы которых закреплены на корпусе. Тросы расположены с внутренней стороны по всему периметру корпуса судна и при этом пропущены через отверстия в наборе и поперечных переборках.

Эффективность защиты в известном решении измеряется отношением ее массы к энергии, которая поглощается ею при торможении таранящего судна до заданной глубины внедрения. В этом случае решается задача сохранения прочности корпуса после тарана, чему и способствуют натянутые по периметру корпуса тросы, которые, однако, не препятствуют проникновению в корпус форштевня таранящего судна.

Натянутые тросы вызывают дополнительные сжимающие напряжения в продольных связях корпуса, что приводит к дополнительной трате материала на их усиление для обеспечения прочности и устойчивости. При сжатии корпуса тросами возникают дополнительные напряжения в бортовом наборе оконечностей от нагрузки, обусловленной кривизной ватерлиний, что в итоге приводит к разрушению конструкции. Пропуск тросов через отверстия в поперечных переборках создает реальную угрозу проникновения воды в смежные отсеки при получении пробоины. Кроме того, необходимы специальные устройства натяжения, что усложняет конструкцию и технологию изготовления.

Предлагаемое техническое решение ставит своей задачей защитить корпус судна от столкновения на определенном участке, например, в районе реаторного отсека, не изменяя при этом штатные корпусные конструкции, и обеспечить защиту внешней среды от загрязнения.

Корпус судна с защитой отсека от столкновения включает борта, днище, палубы, переборки, обшивку со шпангоутами и элементы защиты корпуса в виде продольно ориентированных стержней.

Новым в заявляемой конструкции является установление продольноориентированных стержней, выполненных упругопластическими, в кожухах с возможностью перемещения в них, кожухи закреплены на наружной обшивке бортов в районе защищаемого отсека, длины упругопластистических стержней в направлении от верхней палубы к днищу уменьшаются, притом площадь сечения концевых участков стержней меньше площади сечения средних участков стержней, по меньшей мере, на 30%, а расположенные в районе защищаемого отсека средние участки стержней выходят за пределы упомянутого отсека.

Поставленная задача решается предложенной совокупностью существенных признаков, а именно: ориентированные вдоль судна упругопластические стержни, установленные с возможностью перемещения в кожухах, закрепленных на наружной обшивке борта, за счет своего растяжения поглощают при таране кинетическую энергию таранящего судна, обеспечивая тем самым защиту необходимого участка борта. Длины стержней в направлении от верхней палубы к днищу определяют конфигурацию конструкции защиты на защищаемом участке борта, что позволяет обеспечить защиту нужной части борта без изменения штатных корпусных конструкций.

Конфигурация конструкции защиты в сочетании с выходящими за пределы защищаемого отсека средними частями стержней оптимизирует металлоемкость, не усложняя технологию и не нарушая штатные корпусные конструкции.

Конкретный пример реализации предлагаемого технического решения представлен на следующих чертежах.

Фиг.1 - вид на конструкцию при снятых кожухах стержней, фиг.2 - сечение А-А, фиг.3 - сечение Б-Б, фиг.4 - крепление стержней на борту, фиг.5 и 6 - соответственно первый и второй этапы деформации стержня при столкновении, где

1 - борт судна,

2 - палуба бака,

3 - верхняя палуба,

4 - вторая палуба,

5 - переборка реакторного отсека,

6 - упругопластический стержень,

7 - пакеты упругопластических стержней,

8 - концевые участки стержней, толщиной d,

9 - средние участки стержней, толщиной D=1/2d+1/2d

10 - стопор,

11 - расширения на стержне.

12 - кожух стержня

13 - нос таранящего судна.

В предлагаемом конкретном случае корпус судна с защитой отсека при столкновении представляет собой набор пакетов 7 из упругопластических стержней 6, установленных на наружной поверхности борта 1. Каждый стержень помещен в специальный кожух 12 с возможностью небольшого перемещения внутри него. Площадь средней части 9 каждого стержня превышает площадь сечения концевых участков 8, в данном конкретном случае в 2 раза, и выполнена из двух полос.

Толщина средней части стержня D=1/2d+1/2d, где d - толщина концевых участков. Концевые участки 8 имеют расширения 11 для крепления стержней при помощи стопора 10 к борту 1 судна. Длины упругопластических стержней 6 в направлении от верхней палубы 3 к днищу в рассматриваемом конкретном случае уменьшаются соответственно усредненному наклону форштевней таранящих судов (определяется расчетом), образуя конфигурацию конструкции защиты, при этом максимально используются деформационные качества стержней. Средние участки 9 стержней 6 расположены в районе защищаемого (реакторного) отсека между его переборками 5. Концы участков 9 несколько выходят за пределы защищаемого отсека. В общем случае длины стержней могут быть одинаковыми и конфигурация конструкции защиты будет в виде прямоугольника.

Конструкция работает следующим образом.

Ориентированные вдоль судна упругопластические стержни 6, установленные с возможностью перемещения в кожухах 12 на наружной обшивке борта 1, поглощают за счет своего растяжения (небольшой зазор в кожухах 12 позволяет это) в процессе тарана кинетическую энергию таранящего судна. Процесс растяжения стержней 6 разделяется на два этапа. На первом этапе происходит пластическая деформация концевых участков 8 стержней 6 в виде просто растяжения до уровня, близкого к ее исчерпанию (фиг.5). При этом средние участки 9 стержней 6, площадь сечения которых больше площади сечения концевых участков 8, практически не удлиняются. Достигнув заданного относительного удлинения концевых участков 8 концы среднего участка 9, входят в зацепление со специальными стопорами 10, установленными на наружной обшивке, и далее уже растягивается только средний участок 9. Форштевень таранящего судна 13 захватывает стержень 6 и втягивает его внутрь корпуса судна, которое таранят (фиг.6). Концевые участки 8 стержня 6 на всем протяжении прогиба не получают, так как скользят по недеформированному корпусу. На втором этапе (фиг.6) деформируются только средние участки 9 стержней 6. Концевые крепления 10 стержней препятствуют перемещению конца стержня в сторону реакторного отсека, но не препятствуют движению в противоположном направлении за счет расширения 11 на стержне. При монтаже между стержнем и концевым креплением 10 устанавливается определяемый расчетом зазор. Это позволяет исключить участие стержня 6 в общем изгибе корпуса и тем самым не подвергать стержни усталостным нагрузкам и предохранить их от потери устойчивости от сжатия при нормальной эксплуатации судна. Стержни могут быть установлены без жесткого соединения с корпусом.

Таким образом, за счет поглощения кинетической энергии таранящего судна, расходуемой на деформацию упругопластических стержней, останавливается проникновение форштевня внутрь корпуса и обеспечивается противотаранная защита в районе защищаемого (например, реакторного) отсека, без изменения штатных корпусных конструкций.

Корпус судна с защитой отсека при столкновении с другим судном, включающий борта, днище, палубы, переборки, обшивку со шпангоутами и элементы защиты корпуса при столкновении в виде продольно ориентированных стержней, отличающийся тем, что продольно ориентированные стержни выполнены из упругопластического материала и установлены в кожухах с возможностью перемещения в них, кожухи закреплены на наружной обшивке бортов в районе защищаемого отсека, длины упругопластических стержней в направлении от верхней палубы к днищу уменьшаются, при этом площадь сечения концевых участков упругопластических стержней меньше площади сечения средних участков стержней, по меньшей мере, на 30%, а расположенные в районе защищаемого отсека средние участки стержней выходят за пределы упомянутого отсека.