КОРМОВАЯ ОКОНЕЧНОСТЬ СУДНА ЛЕДОВОГО ПЛАВАНИЯ
ICE BREAKER STERN

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов конструкции судна ледового плавания и компоновки пропульсивного комплекса ледоколов и транспортных судов ледового плавания при эксплуатации в тяжелых ледовых условиях, в частности, при движении судна на режиме заднего хода.
Необходимость переработки больших мощностей для увеличения ледовой ходкости (способности передвигаться во льдах) определяет необходимость установки трех и более движителей на арктических ледоколах и крупнотоннажных транспортных судах ледового плавания. Накопленный к настоящему времени опыт проектирования и эксплуатации позволяет устанавливать на судах арктических категорий пропульсивный комплекс из трех винто-рулевых колонок (ВРК), что дает возможность значительного увеличения маневренных, а также пропульсивных характеристик. Для улучшения ледовой ходкости в тяжелых условиях ледоколы и транспортные суда ледового плавания используют задний ход, т.е. двигаются гребными винтами вперед. Для указанного режима в ледовых условиях предъявляются комплексные требования к обводам кормы судна, расположению ВРК и элементам их защиты от воздействия льда с целью обеспечения поворота ВРК и маневренности судна, а также для снижения сопротивления льда движению судна, уменьшения скопления льда под днищем. Последнее имеет важное значения для обеспечения эффективной эксплуатации судна во льдах на мелководье.
Известно техническое решение по Международной заявке на изобретение авторов Reko-Antti Suojanen и Tom-Christian Mattson, опубликованное под №WO 2009/007497 А2, представляющее собой решение по компоновке пропульсивного комплекса и кормовой оконечности судна ледового плавания. В указанном устройстве пропульсивный комплекс состоит из двух бортовых полноповоротных ВРК и центрального традиционного гребного винта на валу. Бортовые ВРК установлены на площадках, оформленных в виде ледоотводящих клиньев для предотвращения прорезания ледового покрова стойками ВРК. Для снижения ледового сопротивления угол наклона ахтерштевня минимизирован - прототип.
Однако данный вариант компоновки пропульсивного комплекса и конструкции кормы имеет ряд существенных недостатков, заключающихся в следующем.
Из-за наличия центрального традиционного гребного винта судно может иметь недостаточную маневренность в тяжелых ледовых условиях на режиме заднего хода, что в особенности важно при подходе к терминалу, расположенному в ограниченной акватории. При движении судна задним ходом в условиях ледового покрова угол наклона ахтерштевня и ширина площадок размещения ВРК, имеющих форму ледоотводящих клиньев, не достаточна для своевременного разрушения ледового покрова изгибом на сектора до его взаимодействия со стойками ВРК, что приводит к непрерывному прорезанию стойками ледового покрова и, соответственно, к значительной ледовой силе, что препятствует повороту ВРК и, следовательно, маневру судна. Дополнительно это явление приводит к резкому повышению ледового сопротивления судна и ухудшению его ледовой ходкости. Из-за предельно малого угла наклона ахтерштевня обломки льда имеют в плане крупный характерный размер, соизмеримый с расстоянием между центральной выкружкой и стойкой бортовой ВРК, что также дополнительно увеличивает ледовое сопротивление. Проходящие между выкружкой центрального вала и площадками бортовых ВРК (ледоотводящими клиньями) обломки льда направляются под днище судна и образуют там скопление. При работе на мелководье судно садится своим днищем на указанное скопление льда, что является серьезным препятствием для эффективной работы судна в условиях ограниченной глубины акватории.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение маневренности и ледовой ходкости судна на заднем ходу за счет обеспечения возможности беспрепятственного поворота ВРК и снижения ледового сопротивления путем разрушения льда акватории на обломки, ширина которых много меньше расстояния между стойками ВРК, до его взаимодействия со стойками и как следствие предотвращение его прорезания, и за счет предотвращения образования скоплений битого льда на днище судна в условиях мелководья.
Для этого в кормовой оконечности судна ледового плавания, имеющего корпус с кормовым подзором, размещенный в кормовом подзоре движительно-рулевой комплекс, включающий установленную в диаметральной плоскости судна центральную пропульсивную винтовую установку и побортно установленные и расположенные на площадке пропульсивные установки в виде полноповоротных винто-рулевых колонок с гребным винтом, и наклонный ахтерштевень, по изобретению центральная пропульсивная установка выполнена также в виде полноповоротной винто-рулевой колонки с гребным винтом и установлена расположенной со смещением в корму от уровня плоскости дисков гребных винтов бортовых винто-рулевых колонок на расстояние, обеспечивающее бесконтактный с гребными винтами взаимный поворот центральной и бортовых винто-рулевых колонок на 360 градусов. Причем все три пропульсивные установки расположены на одной плоской горизонтальной площадке, огороженной сверху ледовым выступом, который образован увеличением угла наклона батоксов к горизонту в диаметральной плоскости судна γ и в плоскостях, параллельных диаметральной до 30-50 градусов. При этом кормовая часть судна выше ледового выступа имеет форму ледокольного носа, а кормовые обводы ниже упомянутой площадки, примыкающие к днищу, имеют клиновидную форму с S-образными ватерлиниями. Причем угол наклона ахтерштевня судна к горизонту φ составляет 15-25 градусов, а угол входа кормовой конструктивной ватерлинии судна α на расстоянии от его диаметральной плоскости, равном 1/4 ширины судна, составляет 38-45 градусов.
Кроме того, высота ледового выступа над горизонтальной площадкой составляет не менее 0,5 максимальной толщины ровного льда акватории, преодолеваемого судном при скорости в 2 узла.
Выполнение центральной пропульсивной установки в виде полноповоротной ВРК позволяет повысить маневренность судна ледового плавания при совместной работе с двумя бортовыми ВРК.
Оборудование кормовой оконечности ледовым выступом с углом наклона батоксов к горизонту 30-50 градусов и высотой не менее 0,5 максимальной толщины льда акватории преодолеваемого судном на скорости 2 узла, позволяет предотвратить прорезание изогнутого, но не сломанного ледяного поля стойкой ВРК за счет придания кормовой оконечности выше ледового выступа формы ледокольного носа с углом наклона ахтерштевня в пределах 15-25 градусов, что обеспечивает для режима заднего хода судна в ровном льду максимальное вертикальное усилие для разрушения ледового покрова акватории изгибом на сектора, при этом увеличенный до 30-50 градусов угол наклона батоксов ледового выступа позволяет отклонить нижний край изогнутого, но еще не разрушенного ледового поля в безопасное от стойки ВРК направление; дополнительно, больший чем у ахтерштевня угол наклона батоксов ледового выступа позволяет сообщить ледовому полю дополнительное перемещение в вертикальной плоскости и сократить перемещение в горизонтальной плоскости, этим достигается получение в ледовом поле напряжений, достаточных для разрушения его изгибом ранее, чем в случае дальнейшего изгиба поля ахтерштевнем судна с минимизированным углом наклона к горизонту и без ледового выступа, что позволяет уменьшить длину характерного обломка льда и как следствие уменьшить ледовое сопротивление. Клинообразная в плане форма ледового выступа обеспечивает сброс обломков битого льда в стороны от площадки с полноповоротными ВРК. В результате, предотвращается прорезание стойками ВРК ледового покрова акватории и тем самым обеспечивается возможность беспрепятственного их поворота и улучшение маневренности судна, а также снижение его ледового сопротивления.
Торос является типичным ледовым образованием, через которое проходит судно при работе во льдах. Глубина (осадка) тороса соизмерима с осадкой судна. Его нижняя часть состоит из несмерзшихся обломков льда. При движении задним ходом в торосах основная часть обломков льда проходит между стойками ВРК. Поэтому для указанного случая установка в кормовой оконечности S-образного клина ниже площадки размещения полноповоротных ВРК позволяет обеспечить отвод в стороны обломков льда, проходящих между стойками ВРК, предотвращая образования скопления льда на днище судна.
Предлагаемая конструкция кормовой оконечности судна ледового плавания позволяет обеспечить беспрепятственный поворот ВРК на заднем ходу, что улучшает маневренные характеристики судна и его ледовую ходкость, а также предотвратить образование скопления битого льда на днище судна, которое препятствует движению судна на мелководье.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически показана кормовая оконечность судна ледового плавания с пропульсивными установками (вид снизу на днище), а на фиг.2 - сечение по А-А кормовой оконечности на фиг.1.
Кормовая оконечность судна ледового плавания имеет корпус 1 с кормовым подзором 2, в котором размещен движительно-рулевой комплекс судна, состоящий из трех полноповоротных винто-рулевых колонок с гребным винтом (ВРК) 3 (фиг.1), прикрепленных к корпусу 1 стойками 4 (фиг.2) и расположенных на единой горизонтальной площадке 5, которая сверху огорожена ледовым выступом 6, имеющим угол наклона к горизонту γ в диаметральной плоскости (ДП) 7 судна, равный 30-50 градусам. При этом высота ледового выступа Δ не должна быть менее 0,5 максимальной толщины ровного льда акватории, преодолеваемого судном при скорости в два узла в режиме движения задним ходом. Кормовая часть 8 выше ледового выступа 6 имеет форму ледокольного носа с углом наклона ахтерштевня φ к конструктивной ватерлинии (КВЛ) 9 в пределах 15-25 градусов (фиг.2), а кормовые обводы ниже упомянутой площадки 5, примыкающие к плоскому днищу 10, выполнены в виде кормового S-образного клина 11 (фиг.1). Причем угол входа конструктивной ватерлинии (КВЛ) судна α на расстояний ℓ от его ДП 7, равном 1/4 ширины судна, составляет 38-45 градусов (фиг.1).
Предлагаемая конструкция кормовой оконечности судна ледового плавания с компоновкой пропульсивного комплекса работают на режиме заднего хода в ледовых условиях следующим образом.
При движении судна задним ходом кормовая часть 8 выше ВРК 3 в плоскости КВЛ 9 взаимодействует с ровным ледовым покровом акватории. При указанном взаимодействии ледовый покров изгибается ледокольным носом кормы, далее наползает под кормовую часть и упираются в ледовый выступ 6, который отводит кромку ледового поля вниз от площадки 5 вдоль КВЛ 9. Это предотвращает прорезание стойками 4 ВРК 3 ледового покрова и, как следствие, обеспечивает возможность их беспрепятственного одновременного поворота, что в значительной степени улучшает маневренные характеристики ледокольного судна. При этом дополнительно снижается уровень ледового сопротивления движению судна задним ходом за счет уменьшения обломков битого льда благодаря сокращению длины горизонтальной проекции изогнутого ледового поля. Основная часть обломков сплошного льда и не консолидированной части торосистых образований проходит между стойками 4 ВРК 3 и отводится в стороны S-образным клином 11, в результате чего предотвращается скопление битого льда на днище судна и обеспечивается движение судна задним ходом на мелководье.
Предлагаемая кормовая оконечность судна ледового плавания позволяет улучшить маневренность и ходкость судна ледового плавания в режиме заднего хода при наличии ледового покрова, что ее выгодно отличает от прототипа.