НОСОВАЯ ОКОНЕЧНОСТЬ КОРПУСА СУДНА ПОВЫШЕННОЙ ЛЕДОПРОХОДИМОСТИ
EYES OF SHIP HULL WITH HIGHER ICEBREAKING CAPABILITY

Изобретение относится к корпусу судна, точнее к носовой оконечности судна повышенной ледопроходимости, имеющего форштевень с бульбом.
Известны корпуса судов для преодоления акватории, покрытой льдом, которые разрушают лед с помощью носового бульба, ломающего лед давлением снизу вверх.
В патенте US 5936642, публикация 16.11.1897, описана конструкция ледокола с бульбом в носовой части для разрушения льда. Бульб расположен ниже конструктивной ватерлинии; в вертикальных сечениях, перпендикулярных диаметральной плоскости судна, по существу, имеет каплевидную форму с расширением в нижней части бульба.
В заявке KR 20080107070, публикация 10.12.2008, МПК B63B 35/08, описана носовая оконечность ледокольного судна с носовым бульбом для разрушения льда. Для улучшения процесса разрушения льда уточняется форма бульба. Величина угла между основной плоскостью судна и верхней поверхностью бульба лежит в диапазоне углов 15-20°. Угол заострения носового профиля составляет: минимальный 30 градусов и максимальный 65 градусов.
Получили также распространение суда различного назначения, которые не являются ледоколами, но могут самостоятельно преодолевать акватории, покрытые льдом. К таким судам предъявляются самые различные требования, в том числе требования по мореходности, как при преодолении ледовых акваторий, так и при плавании по чистой воде.
В патенте US 3521590, публикация 21.07.1970, МПК B63B 35/08, описана конструкция судна. Нос ледокола содержит симметричный бульб, расположенный ниже ватерлинии. В поперечном сечении ширина бульба больше, чем высота. Бульб луковичной формы снабжен лезвием для того, чтобы разрушение льда происходило более эффективно. Обводы судна предусматривают подъем сломанного льда по поверхности бульба и укладку его на лед по сторонам пробитого канала.
Наиболее близкой к заявляемому обозначению является носовая оконечность транспортного ледокольного судна по патенту RU 2217348, принятому в качестве прототипа, публикация 27.11.2003, МПК B63B 35/08. Целью изобретения является создание судна, эффективно работающего при движении как на чистой воде, так и в ледовых условиях. Данная цель обеспечивается, в основном, формой обводов в кормовой части судна. Однако для снижения волнового сопротивления, судно в носовой оконечности имеет бульбовое образование. Кроме того, «форма обводов носовой оконечности с заостренными ватерлиниями обеспечивает возможность маневрирования судну вперед-назад в битом льду. Кроме того, вследствие предложенной формы носовой оконечности несколько снижаются ледовые нагрузки в месте сопряжения бульба с корпусом в районе форштевня».
К недостаткам данной формы носовой оконечности можно отнести то, что бульбовое образование в сочетании с обводами носовой оконечности обеспечивает только снижение волнового сопротивления на чистой воде, но не обеспечивает повышение скорости судна при прохождении акватории, покрытой льдом.
Технический результат, достигаемый в данном изобретении, состоит в повышении ледопроходимости судна и повышении скорости движения как в ледовых условиях, так и на чистой воде.
Носовая оконечность корпуса судна повышенной ледопроходимости, имеющего в районе мидель-шпангоута днище с малой или нулевой килеватостью и борта, близкие к вертикальным, характеризующаяся тем, что носовая оконечность содержит бульб, имеющий в своей верхней части прямое или слегка изогнутое ребро, образованное в диаметральной плоскости при соединении правой и левой поверхностей бульба под пространственным углом 30-150°, имеющее наклон вперед до 30° к плоскости ватерлинии и пересекающее плоскости (уровни) самого верхнего и самого нижнего положений расчетной ватерлинии судна в носу для разных вариантов его загрузки. Кроме того, верхняя поверхность бульба выполнена с постепенным подъемом от его лобовой части к месту сопряжения с обводами основного корпуса, протяженность телесной части бульба в продольном направлении составляет 4-5 теоретических шпаций, при этом поперечные сечения бульба мало меняются по ширине от 1 до 3 теоретического шпангоута. Сопряжение носовой оконечности с обводами бульба выполнено с образованием вогнутости батоксов, идущей под углом вниз от начала сопряжения на форштевне до района примерно 3-4 теоретического шпангоута.
Ледопроходимость судна обеспечивается наличием бульба, который предназначен для ломки льда, его расположением и формой. Бульб расположен таким образом, что будет ломать лед при любой загрузке судна. Ломка льда облегчается наличием ребра, образованного в диаметральной плоскости, которое позволяет разламывать лед в районе диаметральной плоскости судна. Разломанные льдины благодаря форме и направленности сопряжения носовой оконечности бульба сначала вместе с подпорной волной частично выталкиваются вверх, поворачиваются и затем своим весом и потоком воды направляются вниз, под кромку льда и выталкиваются под лед образовавшегося канала, благодаря тому что судно в районе мидель-шпангоута имеет борта, близкие к вертикальным, и днище с малой или нулевой килеватостью. Благодаря такой форме бульба совокупно с особенностями формы сопряжения бульба и носовой оконечности, а также и форме перехода от носовой оконечности к собственно корпусу судна, разломанный лед эффективно убирается под ледовую кромку канала, тем самым облегчая работу винтов судна, уменьшая сопротивление движению корпуса и тем самым обеспечивая повышенную скорость во льдах. Не происходит, в частности, «затирания» льдин между корпусом судна и кромкой канала, что обычно приводит к снижению скорости судна. Дополнительным результатом является наличие канала с чистой водой за судном, что обеспечивает более легкое плавание судов, идущих следом.
Предложенная форма корпуса обеспечивает также повышение скорости движения судна и на чистой воде. Форма бульба обеспечивает принудительное формирование линий тока обтекающей корпус жидкости, тем самым обеспечивая оптимальное распределение потока воды по всему корпусу, уменьшая сопротивление, и, как следствие, способствует увеличению скорости. При этом необходимое формирование потока осуществляется также благодаря форме и направленности сопряжения носовой оконечности бульба: поток также направляется вниз, под корпус судна, что обеспечивает меньшие потери на волнообразование при движении судна.
Таким образом, все признаки изобретения, действуя в тесной взаимосвязи, обеспечивают результат: повышенную скорость движения судна на чистой воде и во льдах в сочетании с повышенной ледопроходимостью.
В частном случае выполнения носовой части судна, его борта выполнены с развалом от нулевого до практически 9 теоретического шпангоута.
Помимо этого нижняя часть бульба является продолжением днища корпуса и имеет малую поперечную кривизну.
Ширина бульба может составлять до 0,5 ширины корпуса.
Вогнутость батоксов в области сопряжения обводов носовой оконечности с обводами бульба направлена вниз в диапазоне углов от 15° до 21° относительно плоскости ватерлинии, что обеспечивает наилучшие условия при движении во льдах и на чистой воде.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг.1 представлен теоретический чертеж носовой оконечности судна, где
a) боковая проекция; b) горизонтальная проекция; c) поперечная проекция.
На Фиг.2 представлен чертеж части носовой оконечности с проекциями: a) боковая проекция и c) поперечная проекция.
На Фиг.3 представлен теоретический чертеж судна, выполненного с использованием изобретения в трех проекциях.
Носовая оконечность 1 судна (Фиг.1, Фиг.2) содержит бульб 2, имеющий в своей верхней части прямое или слегка изогнутое ребро 3, образованное в диаметральной плоскости при соединении правой и левой поверхностей бульба 2 под пространственным углом α=30-150° (Фиг.2). Ребро 3 (Фиг.2) имеет наклон вперед под углом β до 30° к плоскости ватерлинии (КВЛ) и пересекающее плоскости самого верхнего и самого нижнего положений расчетной ватерлинии судна в носу для разных вариантов его загрузки. Верхняя поверхность бульба 2 выполнена с постепенным подъемом от его лобовой части к месту сопряжения с обводами основного корпуса. Протяженность телесной части бульба 2 в продольном направлении составляет 4-5 шпаций, при этом поперечные сечения бульба мало меняются по ширине от 1 до 3 шпангоута. Сопряжение носовой оконечности с обводами бульба 2 выполнено с образованием вогнутости 4 батоксов, идущей под углом γ вниз от начала сопряжения на форштевне до района примерно 3-4 шпангоута в диапазоне углов γ от 15° до 21° (Фиг.2) относительно плоскости ватерлинии. Наилучший результат достигается в диапазоне углов γ от 16° до 17°. Такая вогнутость 4 обеспечивает наилучшие условия при движении во льдах и на чистой воде. Носовая оконечность 1 также имеет в районе мидель-шпангоута днище 5 с малой или нулевой килеватостью и борта, близкие к вертикальным. Скула 6 в области мидель-шпангоута выполняется скругленной. Борта носовой оконечности 1 для лучших мореходных качеств судна выполнены с развалом от нулевого до практически 9 шпангоута. Нижняя часть бульба 2 является продолжением днища 5 корпуса и имеет малую поперечную кривизну. Ширина бульба 1 может составлять до 0,5 ширины корпуса.
Предложенная форма носовой оконечности способна обеспечить хорошую ледопроходимость за счет бульба 1, который взламывает лед толщиной не менее 0,6 метра, обеспечивает прохождение судна через лед, в том числе торосистый лед с достаточно высокой скоростью. Все это обеспечивается формой и расположением бульба, формой сопряжения бульба с основным корпусом и формой носовой оконечности. При прохождении акватории с ледовым покровом бульб 2 ребром 3 взламывает ледовый покров. За счет формы бульба 2, формы форштевня 7 и формы вогнутости 4 батоксов в местах сопряжения бульба 2 с обводами корпуса создаются условия для разрушения льда и смещения льдин под края канала, образуемого при движении судна.
При движении на чистой воде подпорная волна направляет часть потока вниз, под корпус, что способствует снижению сопротивления, в том числе, за счет меньшего волнообразования. Тем самым создаются условия для повышения ледопроходимости судна и повышения скорости движения как в ледовых условиях, так и на чистой воде.
На Фиг.3 представлен пример использования формы и размеров носовой оконечности 1 в проекте судна. Кормовая оконечность судна спроектирована таким образом, чтобы обеспечить движение судна задним ходом в ледовом покрове, что достигается обводами и расположением винторулевой группы.
В процессе испытаний модель данного судна показала высокую скорость хода как на чистой воде, так и в канале с мелкобитым льдом. Испытания также показывают, что судно будет преодолевать ровный однолетний лед толщиной 0,6 метров без остановки со скоростью около 6 узлов.