АРКТИЧЕСКОЕ КРУПНОТОННАЖНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СУДНО И ЛЕДОСТОЙКИЙ ПИЛОН ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ПОДВОДНОГО КОРПУСА СУДНА С ЕГО НАДВОДНОЙ ЧАСТЬЮ
ARCTIC LARGE-CAPACITY TRANSPORT VESSEL AND SLEETPROOF PYLON FOR CONNECTION OF VESSEL UNDERWATER HULL TO ITS ABOVE-WATER PART

Изобретение относится к морским крупнотоннажным транспортным средствам, предназначенным для эксплуатации в ледовых полях Арктики совместно с ледоколом, в том числе в условиях малых глубин арктического шельфа.
В настоящее время для экономической эффективности (рентабельности) крупнотоннажных транспортных судов их строят достаточно большой грузоподъемности, а значит с большими главными размерами - длиной, шириной, высотой борта и осадкой. Такие суда предназначены в основном для эксплуатации в свободных ото льда акваториях.
Доставка грузов в арктические районы в осенний и весенний периоды осуществляется при движении за ледоколом надводными транспортными судами ледового класса водоизмещением 10-20 тыс.т. Во льдах небольшой толщины (до 1 м) такой способ проводки действует, несмотря на небольшую скорость продвижения. Однако при движении судна за ледоколом во льдах большей толщины такой способ проводки становится малоэффективным, т.к. арктические льды зажимают в ледовом поясе транспортное судно, значительно снижая скорость его продвижения вплоть до его остановки. Этот фактор усиливается при перевозке грузов крупнотоннажными судами с увеличенными главными размерами.
Известен проект компании «Дженерал Дайнемикс» крупнотоннажного танкера для перевозки грузов подо льдами Арктики (Проблемы подводного судоходства в зарубежной Арктике», В.Ф.Бурханов и др. Сборник статей по иностранному судостроению, вып. 126, 1965 г.). Это судно - подводный танкер, имеющий большую рабочую глубину погружения - 120 м и, следовательно, прочный корпус. Подобные проекты подводных танкеров появились в последнее время и в России. Однако главные размеры таких танкеров, обусловленные рентабельностью перевозок, например высота (диаметр корпуса) составляет 25-30 м, требуют строительства глубоководных портов или оборудованных подводных хранилищ и причалов, отдаленных от берега. Это ограничивает выбор путей транспортировки груза и делает невозможным их эксплуатацию в условиях малых глубин арктического шельфа.
Известны способы и устройства повышения ледопроходимости судов ледового класса, в основу которых положены технические решения, для прохождения таких судов через ледовое поле, например:
- путем установки в носовой части судна катка-резака для разрезания льда (а.с. №92014097);
- за счет повышения эффективности пневмообмыва корпуса судна (а.с. №93021772).
Известен также полупогружной грузопассажирский танкер (патент РФ №2043261), принятый за прототип, содержащий подводный грузовой корпус и надводную часть с надстройкой, соединенные полыми стойками обтекаемой формы, в передней части которых установлены наклонные ледоразрушительные устройства.
Однако судно-прототип может использоваться для взламывания относительно тонкого льда. Для ледяных полей Арктики толщиной 2-3 м его ледоразрушительные устройства не смогут собою заменить мощных атомных ледоколов. Кроме того, при движении такого судна за ледоколом ледяные обломки толстых арктических полей будут застревать между его стойками, что создаст сопротивление движению судна. А в случае вмерзания такого судна в ледовое поле его освобождение ледоколом становится невозможным, т.к. его конструкция не предусматривает подход ледокола для освобождения ото льда внутри его стоек.
Настоящее изобретение направлено на решение задачи создания крупнотоннажного транспортного судна с высокой ледопроходимостью в толстых льдах при движении за ледоколом, включая районы арктического шельфа России, имеющего малые глубины.
Основной технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в уменьшении площади ледового пояса транспортного судна и снижении сопротивления движению судна в битом льду, а также в уменьшении высоты подводного корпуса.
Основной технический результат достигается за счет того, что аналогично прототипу транспортное судно содержит подводный грузовой корпус, а также надводную часть в виде главной палубы с надстройкой. Однако в предлагаемом решении его подводный корпус, имеющий определенную высоту, соединен с главной палубой ледостойким пилоном, вдоль которого проходит грузовая ватерлиния судна и который расположен в носовой части подводного корпуса непосредственно за форпиком симметрично относительно диаметральной плоскости корпуса судна. При этом верхняя палуба подводного корпуса судна имеет в районе пилона усиленную конструкцию, а конструкция пилона является несущей для главной палубы.
Необходимая высота подводного корпуса достигается за счет того, что в частном случае предлагаемого технического решения подводный корпус упомянутого судна в поперечном сечении выполнен в форме прямоугольника со скругленными углами, высота которого составляет не более 10 м, а отношение высоты к ширине не более 1:6.
В другом частном случае подводный корпус судна имеет в корме по обоим бортам выдвижные швартовные кнехты.
Для соединения подводного корпуса судна с его надводной частью предлагается ледостойкий пилон, выполненный в виде прочного корпуса с поперечным и продольным рамным набором. Этот корпус имеет симметричную вытянутую в плане форму, причем его ширина меньше ширины грузового корпуса судна, а также практической ширины канала, прокладываемого ледоколом, а высота пилона обеспечивает движение главной палубы надо льдом, а подводного корпуса - ниже нижней кромки льда.
В частном случае предлагаемого технического решения длина пилона не превышает % длины подводного корпуса судна, ширина пилона составляет не более 14 ширины подводного корпуса судна, а высота пилона - не более 20 м от верхней палубы подводного корпуса до главной палубы надводной части судна. За счет такого решения пилона обеспечивается минимально возможная площадь ледового пояса судна и повышенная ледопроходимость судна.
В другом частном случае технического решения ледостойкого пилона, обеспечивающего снижение сопротивления движению в битом льду, носовая часть его корпуса, длина которой составляет не менее 1/3 от длины всего корпуса пилона, выполнена с лекальными обводами. Эти обводы по высоте формируются ватерлиниями переменной полноты, имеющими вид кривостороннего клина, направленного вперед, максимальная полнота ватерлиний находится на уровне 0,5÷1,5 м выше грузовой ватерлинии, а ниже она постепенно убывает до минимальной на высоте, соответствующей середине расчетной толщины ледового поля, а затем полнота ватерлиний вновь нарастает до максимальной у верхней палубы подводного корпуса. Далее в корму корпус пилона выполнен в виде вытянутой в плане трапеции, большее основание которой является окончанием носовой части, а меньшее - транцевой переборкой, верхняя часть которой наклонена в нос, а, кроме того, в поперечном сечении корпус пилона также выполнен в виде трапеции с меньшим основанием вверху.
В следующем частном случае заявляемого технического решения ледостойкого пилона очертания ватерлиний в его носовой части изменяются от выпукло-вогнутой у ватерлинии минимальной полноты до выпуклой у ватерлинии максимальной полноты и определяются полуширотой точек, лежащих на лекальной кривой, описанной около луча, проведенного из диаметральной плоскости корпуса под углом α в плоскости любой ватерлинии в пределах изменения их полноты по высоте пилона и сопряженной с линией полной его ширины. При этом для ватерлинии наименьшей полноты угол α равен 30°, полнота каждой последующей ватерлинии (симметрично вверх или вниз) определяется увеличением угла α на 5°, а изменение численного значения полушироты всех ватерлиний определяется tgα, значение которого находится в пределах tgα=0,5÷1,5, положение всех вершин углов α в диаметральной плоскости от форштевня в корму изменяется с шагом 0,3 м, соответствующее положение полушироты по длине пилона изменяется с шагом 1 м в сторону форштевня от середины длины носовой части пилона.
В еще одном частном случае носовая часть пилона охвачена ледоразводящим отбойником, расположенным в диаметральной плоскости у верхней части лекальных обводов максимальной полноты на высоте 0,5÷1,5 м выше грузовой ватерлинии, установленным свободной кромкой вверх под углом 30÷50° к плоскости ватерлинии и под углом наклона в корму 5÷10°, проходящего вдоль каждого борта до пересечения с грузовой ватерлинией. Отбойник выполнен в виде подкрепленного листа, выгнутого в носовой части в поперечном сечении по цилиндрической поверхности выпуклостью наружу в нос, а далее в корму плавно меняет направление цилиндрического изгиба на противоположное, при этом его свободная кромка, являясь винтовой линией, заканчивается на концевой поперечной кромке отбойника, отклоненной от плоскости ватерлинии на 5÷10° вниз.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.
На фиг.1 показаны три проекции конструкции заявленного транспортного судна и пилон для соединения подводного корпуса судна с надводной частью.
На фиг.2 показан вид сбоку пилона.
На фиг.3 показана форма сечений по ватерлиниям носовой части пилона.
На фиг.4 показано устройство отбойника.
Арктическое крупнотоннажное транспортное судно представляет собой (фиг.1) трехкорпусную конструкцию, основными элементами которой являются форпик 1, главная палуба 2, надстройка 3, пилон 4, верхняя палуба подводного корпуса 5, ледовое поле (битый лед) 6, машинное отделение 7, подруливающее устройство 8, грузовые танки 9 и выдвижные кнехты 10; L, В, Н - длина, ширина и высота подводного корпуса.
У заявленного судна перевозимый груз расположен в подводном корпусе 5, имеющем размеры, обеспечивающие требуемую грузоподъемность и способность двигаться в условиях ограниченных глубин арктического шельфа. При этом подводный корпус благодаря малой рабочей глубине судна не требует прочного (усиленного) исполнения, кроме района верхней палубы подводного корпуса, соединяемой с пилоном.
Высота пилона должна быть достаточной для обеспечения движения подводного корпуса 5 подо льдом, а надводной части 2 - надо льдом. В случае вмерзания пилона 4 в ледяное поле его высота и трапециевидность бортов должны быть достаточны, чтобы обеспечить некоторое технологическое погружение судна, обеспечивающее подход ледокола для обкалывания льда.
Боковой вид пилона 4, его относительные размеры, а также практическое расположение по отношению к ледовому полю видно из фиг.2, где дополнительно показаны отбойник 11 и его винтообразная поверхность 12.
1
2
3
4
5
1
Кроме того, на фиг.2 показаны h - высота главной палубы над отбойником, h - расстояние над верхней кромкой ледяного поля, h+h - расчетная толщина ледового поля, h - расстояние от верхней палубы подводного корпуса до нижней кромки льдов, а-а, d-d - сечения по ватерлиниям максимальной полноты в носовой части пилона, в-в - сечение по ватерлинии убывающей полноты, с-с - сечение по ватерлинии минимальной полноты, L - длина пилона.
1
3
1
Форма сечений носовой части пилона в плане видна из фиг.3, где показаны а-а, d-d - вид ватерлиний максимальной полноты, в-в - вид ватерлиний промежуточной полноты, с-с - вид ватерлиний минимальной полноты, /L - длина носовой части пилона.
Форма ватерлиний в зависимости от их положения по высоте пилона (фиг.3) определяется лекальной кривой, описанной около луча из точки An под углом άn к диаметральной плоскости. Для ватерлинии наименьшей полноты, т.е. оптимальной остроты, клина угол ά рекомендуется равным 30 градусам. От этого уровня полнота каждой последующей ватерлинии (вверх и вниз) определяется рекомендуемым увеличением угла ά на 5 градусов из вершины An.
1
Положение точек An в диаметральной плоскости от форштевня (в пределах изменения его вогнутости по длине пилона) изменяется с шагом 0,3 м в корму. Соответствующее положение точек Pn изменяется с шагом 1 м в сторону форштевня от середины длины носовой части пилона (т.е. от середины длины 1/3L, фиг.3).
Задавая угол άn из вершины An лучом An-Mn изменение полушироты всех ватерлиний будет определяться функцией tgά, которая будет находиться в пределах tgά=0,5÷1,5.
Лекальная кривая, описанная около луча, проходящего через точку Mn с полуширотой PnMn и сопряженная с линией полной ширины пилона, переходя от выпукло-вогнутой у ватерлинии минимальной полноты к выпуклой у ватерлинии максимальной полноты, является стороной клина, определяющего обвод носовой части пилона на n-ой ватерлинии.
Положение отбойника относительно пилона и грузовой ватерлинии показано на фиг.4, где 3 - пилон, 11 - отбойник, 12 - направление изгиба поверхности отбойника, 13 - линия притыкания отбойника к пилону, 14 - свободная кромка, n-n - сечение по кормовой кромке отбойника.
1
1
4
4
Наибольшая ширина пилона составляет не более /B, где В - ширина подводного корпуса, а рекомендуемая его длина - не более /L (длины подводного корпуса).
1
2
3
4
5
1
2
5
Высота пилона (h+h+h+h+h) обеспечивает движение подводного корпуса подо льдом, а надводной части надо льдом. Надледная высота пилона (h+h) и его трапециевидная форма в случае его вмерзания в ледяное поле должны обеспечить возможность необходимого технологического погружения судна для подхода ледокола и обкалывания льда. Эти факторы, а также максимальная толщина ледового поля h3+h4 и безопасное расстояние верхней палубы подводного корпуса от нижней кромки льда h обусловили выбор высоты пилона не более 20 м от верхней палубы подводного корпуса до главной палубы надводной части судна.
Заявленные технические решения судна и ледостойкого пилона обеспечат минимальную площадь ледового пояса пилона крупнотоннажного транспортного судна, которая будет, по крайней мере, в 3 раза меньше площади ледового пояса надводного судна одинаковой грузоподъемности, снижение сжатия судна льдами, а также уменьшат сопротивление движению судна в битом льду за счет:
- расположения пилона в носу подводного корпуса для прохождения за ледоколом до начала сужения канала;
- формы обводов носовой части пилона в виде кривостороннего клина, снижающих сопротивление движению при раздвигании льда;
- трапецеидальной в плане конструкции корпуса пилона и специальной формы отбойника, снижающих сопротивление трения на обшивке, в том числе при поворачивании и притапливании льдин.
Использование заявленного технического решения судна открывает путь более эффективному использованию Северного морского пути с применением существующих атомных ледоколов.