КОРПУС СУДНА С ЗАЩИТОЙ ОТСЕКА ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ С ДРУГИМ СУДНОМ
SHIP HULL WITH COMPARTMENT PROVIDED WITH ANTI-COLLISION PROTECTION

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.