КОРПУС УНИВЕРСАЛЬНОГО СУХОГРУЗНОГО СУДНА ПОВЫШЕННОЙ ЛЕДОВОЙ ПРОХОДИМОСТИ

Полезная модель относится к проектированию корпуса универсального сухогрузного судна смешанного плавания класса «река-море» повышенной ледовой проходимости.
Известен корпус универсального сухогрузного судна повышенной ледовой проходимости, предназначенного для преодоления акватории, покрытой льдом (см. US 5936642 А, опуб., 16.11.1997). В известной конструкции лед разрушают с помощью носового бульба, давлением снизу-вверх.
Недостатком известного корпуса является расположение бульба ниже конструктивной ватерлинии, что не позволяет обеспечить ледовую проходимость при различной загрузке судна.
Наиболее близким устройством к заявленному является корпус универсального сухогрузного судна повышенной ледовой проходимости, содержащий днище, борта, форштевень с бульбом, транцевую корму с кормовым подзором, при этом в районе мидель-шпангоута днище имеет нулевую килеватость, а борта расположены вертикально, причем бульб имеет верхнее изогнутое ребро, образованное в диаметральной плоскости пересечением правой и левой поверхностей бульба и имеющее наклон к плоскости ватерлинии, ребро бульба пересекает плоскости верхнего и нижнего положений расчетной ватерлинии судна в носу для разных вариантов загрузки, а сопряжение носовой оконечности с обводами бульба выполнено с образованием вогнутости батоксов, идущей под углом γ вниз от начала сопряжения на форштевне до границы плоского борта относительно плоскости ватерлинии (RU 2536568 C1, опуб., 27.12.2014).
Недостатками известного корпуса является малая ледовая проходимость и низкая скорость движения как в ледовых условиях, так и при «чистой» воде.
Технической проблемой является устранение отмеченного недостатка
Технический результат заключается в повышении ледовой проходимости судна и повышение скорости движения как в ледовых условиях, так и на чистой воде.
0
0
Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что корпус универсального сухогрузного судна повышенной ледовой проходимости, содержит днище, борта, форштевень с бульбом, транцевую корму с кормовым подзором, при этом в районе мидель-шпангоута днище имеет нулевую килеватость, а борта расположены вертикально, причем бульб имеет верхнее изогнутое ребро, образованное в диаметральной плоскости пересечением правой и левой поверхностей бульба и имеющее наклон вперед к плоскости ватерлинии, ребро бульба пересекает плоскости верхнего и нижнего положений расчетной ватерлинии судна в носу для разных вариантов загрузки, а сопряжение носовой оконечности с обводами бульба выполнено с образованием вогнутости батоксов, идущей под углом γ вниз от начала сопряжения на форштевне до границы плоского борта относительно плоскости ватерлинии, при этом, согласно полезной модели, телесная часть бульба в поперечном направлении имеет каплеобразную форму с расширением в нижней части бульба, а в продольном направлении представляет собой каплевидную форму, при этом угол γ имеет величину 8-12°, а в теле бульба размещены, по крайней мере, два подруливающих устройства. Корпус может содержать, по крайней мере, две винто-рулевые колонки с винтами, имеющие автономное управление и установленные на кормовом подзоре, причем кормовая и носовая оконечности судна могут содержать наклонные ледоломные поверхности под углами ɛ = от 10-15 и δ = от 35-40, для обеспечения движения судна задним ходом в ледовом покрове.
Полезная модель поясняется при помощи чертежей.
На фиг. 1 показан вид сбоку на заявленный сухогруз;
На фиг. 2 представлен чертеж носовой части оконечности с тремя проекциями;
На фиг. 3 представлен чертеж кормовой части оконечности с тремя проекциями;
На фиг. 4 - внешний вид носовой части;
На фиг. 5 - внешний вид кормовой части.
Описываемый сухогруз содержит днище 1, борта 2, форштевень 3 носовой оконечности с бульбом 4, транцевую корму 5 с кормовым подзором 6. При этом в районе мидель-шпангоута (см. вид спереди на фиг. 2 и вид сзади на фиг. 3) днище 1 имеет нулевую килеватость, а борта 2 расположены вертикально. Бульб 4 имеет верхнее изогнутое ребро 7, образованное в диаметральной плоскости пересечением правой и левой поверхностей бульба 4 под пространственным углом α, находящимся в пределах 130-140°, преимущественно α=136°, при котором достигается наилучший эффект. Ребро 7 имеет наклон вперед к плоскости ватерлинии 8, при этом средний угол β наклона находится в пределах 25-40°, преимущественно β=30°. Ребро 7 пересекает плоскости (уровни) самого верхнего и самого нижнего положений расчетной ватерлинии судна в носу для разных вариантов загрузки. Кроме того, верхняя поверхность бульба выполнена с постепенным подъемом изгиба от его лобовой части к месту сопряжения с обводами основного корпуса. Сопряжение носовой оконечности с обводами бульба 4 выполнено с образованием вогнутости батоксов (см. вид сбоку на фиг. 2) по линии слома 9, идущей под углом γ вниз от начала сопряжения на форштевне 3 до границы плоского борта 2 относительно плоскости ватерлинии 8. При этом телесная часть бульба 4 в поперечном направлении имеет каплеобразную форму («дельфиний нос»), с расширением в нижней части бульба 4 в виде распускающегося бутона тюльпана (см. вид спереди на фиг. 2). В продольном направлении телесная часть бульба 4 представляет собой каплевидную форму, при этом угол γ имеет величину 8-12°, преимущественно 10°, что установлено экспериментально. Отношение диаметра бульба 4 к общей его длине представляет собой соотношение: 4,02/28,53=0,14. В теле бульба 4 размещены, по крайней мере, два подруливающих устройства 10.
Сухогруз содержит также, по крайней мере, две винто-рулевые колонки 11 (ВРК) с винтами, имеющие автономное управление и установленные на кормовом подзоре 6. В кормовой части также может быть установлен скег 12.
Кормовая и носовая оконечности судна могут содержать также наклонные ледоломные поверхности для обеспечения движения судна задним ходом в ледовом покрове.
Описываемый сухогруз используется следующим образом. Разработанное судно предназначено для перевозки генеральных и навалочных грузов, включая контейнеры, пакетированные грузы, зерно, минеральные удобрения, уголь, пиломатериалы, металл, бумагу, крупногабаритные и тяжеловесные грузы, а также опасные грузы навалом и в упаковке.
Предполагаемые районы эксплуатации: Балтийское, Черное, Средиземное, Каспийское, Охотское, Японское, Восточно-Китайское моря. Должна быть предусмотрена возможность перехода судна по Единой глубоководной системе внутренних водных путей РФ, а также в порты арктического побережья России, с учетом требований Регистра по ледовому классу «Ice 2». Судно рассчитано на регулярное плавание в мелкобитом разреженном льду неарктических морей толщиной до 0,5 м.
Бульб 4 расположен ниже ватерлинии 8 таким образом, что будет ломать лед при любой загрузке судна. Ломка льда облегчается наличием ребра 7. Разломанные куски льда, благодаря форме и направленности сопряжения носовой оконечности бульба 4, сначала вместе с подпорной волной частично выталкиваются вверх, поворачиваются и затем потоком воды направляются в сторону от борта 2, благодаря тому, что в районе мидель-шпангоута борта расположены вертикально, и днище 1 имеет нулевую килеватость. Благодаря такой форме бульб 4 совокупно с особенностями формы сопряжения бульба 4 и носовой оконечности, а также их форме перехода от носовой оконечности к собственно корпусу судна, разломанный лед эффективно убирается за пределы ледовой кромки образовавшегося канала. Отсутствие или значительное уменьшение мелкобитого льда под корпусом в значительной степени выравнивает работу двигателей и тем самым облегчает нагрузку на ВРК судна. Высвободившуюся мощность двигателей используют при преодолении торосистых или уплотненных мест. Запас мощности во льду всегда был приоритетом в работе, особенно при формировании перемычек и т.д.
Такая конструкция бульба и его сопряжения с носовой оконечностью корпуса позволяет убирать битый лед из-под форштевня 3 подобно грейдеру, который работает «на отвал». При этом уменьшается вероятность, «затирания» льдин между корпусом судна и кромкой канала, что обычно приводит к снижению скорости судна. Дополнительным результатом работы носовой оконечности является образование канала с чистой водой за судном, что обеспечивает более легкое плавание судов, идущих следом в караване судов.
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 4: поток направляется как вниз, под корпус судна, что обеспечивает меньшие потери на волнообразование при движении, так и поверх бульба 4, что стабилизирует килевую качку и равномерно распределяет нагрузки по всей площади натекания.
Наличие подруливающих устройств 10, расположенных в конструкции бульба 4, обеспечивает безопасную работу при швартовках, как к береговым сооружениям, так и к нефтедобывающим объектам, особенно при наличии ледового покрова.
Кормовая оконечность судна (см. фиг. 5) спроектирована таким образом, чтобы при необходимости обеспечить движение судна задним ходом в ледовом покрове, что достигается обводами и расположением ВРК 11.
В процессе моделирования данного корпуса судна была подтверждена высокая скорость хода как на чистой воде, так и в канале с мелкобитым льдом. Моделирование также показывает, что судно будет преодолевать ровный однолетний лед толщиной 0,5 метров без остановки со скоростью около 6 узлов.
В результате проведенной работы по «Численному моделированию гидродинамических характеристик судна в сухом бассейне (определение гидродинамических характеристик сухогруза с помощью современных средств вычислительной гидродинамики в программном комплексе OpenFOAM)» было определено буксировочное сопротивление судна на ходу при скоростях судна до 12 узлов на тихой воде и исследование ледопроходимости и параметров ледовой ходкости судна в эксплуатационных условиях (ровный лед) на режиме переднего хода. Расчеты выполнялись для двух осадок: речная T=3.60 м и морская T= 4.70 м.
По результатам расчетов получено, что при ходе при речной осадке полное ледовое сопротивление корпуса меньше, чем при ходе при морской осадке. В связи с этим максимальная ледопроходимость корпуса при морской осадке составляет 0.20 м, при речной осадке - 0.23 м. А для достижения скорости хода 10 уз необходимая буксировочная мощность равна ~480 кВт (для речной и морской осадок), 11 уз - 690 кВт (для речной и морской осадок), 12 уз - 960 кВт (для речной осадки) и 1030 кВт (для морской осадки). Что подтверждает правильность и существенные преимущества разработанной формы корпуса судна и выбора винто-рулевых колонок.
Таким образом, совокупность конструктивных элементов носовой и кормовой частей, а также форма в районе мидель-шпангоута позволяют обеспечить повышение ледовой проходимости судна и повышение скорости движения как в ледовых условиях, так и на чистой воде.