Способ движения судна во льдах
METHOD OF VESSEL MOVEMENT IN ICE

Изобретение относится к области судостроения, и может быть использовано при проектировании, изготовлении и эксплуатации судов, предназначенных для движения в ледовых условиях.
Известны разные способы движения судна во льдах как с непосредственным воздействием корпуса судна на массив льда, так и с использованием различных приспособлений.
К патентам, использующим воздействие на лед непосредственно корпусом судна и его различными элементами, относятся, например, следующие патенты.
Патент РФ на изобретение «Ледокольное судно» №2268193 (МПК В63В 35/08, опублик. 20.01.2006). Ледокольное судно снабжено в районе кормы на плоском участке днища ледоотводящим поясом клинообразной формы в плане с острием клина, ориентированным в сторону кормы, а также ледоразрушающими зубьями, размещенными за и перед винторулевыми колонками и выступающими ниже уровня поверхности ледоотводящего пояса. Технический результат заключается в обеспечении конструктивной защиты винторулевого комплекса судна от воздействия на него обломков льда как при работе судна на режиме переднего хода, так и на режиме заднего хода.
Патент РФ на полезную модель №183492 (МПК В63В 35/08, МПК В63В 1/06, опублик. 24.09.2018). Ледокол с носовыми обводами ступенчатой формы для разрушения льда продавливанием предназначен для прохода через ледовые поля на скорости около 10 узлов, при которой деформация сжатия льда переходит в деформацию удара, которой присуще более низкое временное сопротивление и за счет этого требуются меньшая масса судна и мощность силовой установки для повышенной ледопроходимости. При движении вперед узкий выдающийся форштевень образует магистральную трещину, вдоль которой сверху на кромки льда заходят горизонтальные поверхности ступеней обводов, разновременно продавливают ледовое поле вниз вдоль кристаллов льда полосами на ширину каждой ступени. Обломленные фрагменты льда двигаются по наклонным поверхностям ступеней вниз до глубины нижнего края льда и сдвигаются вертикальными поверхностями ступеней, изогнутыми в сторону бортов, под ледовый покров.
К патентам, использующим воздействие на лед различных приспособлений и дополнительных факторов, относятся, например, приведенные ниже патенты.
Патент РФ на изобретение №2465399 (МПК Е02В 15/00; Е02В 15/02, опублик. 27.10.2012). В основе лежит воздействие на лед высокочастотной энергией, вырабатываемой генератором сверхвысокочастотной энергии. Способ заключается в облучении толщи морского льда сверхвысокочастотной энергией, которая воздействует на жидкость, содержащуюся в виде капсул в толще морского льда. Под действием этой энергии жидкость мгновенно испаряется и образовавшиеся пары жидкости, расширяясь, своим давлением разрушают кристаллы льда. Способ осуществляют с помощью устройства, содержащего источник энергии, конструкцию для закрепления источника энергии и морской лед. Источником энергии является генератор сверхвысокочастотной энергии. Устройство также включает волновод и излучатель сверхвысокочастотной энергии с фланцем. Конструкцией для закрепления источника сверхвысокочастотной энергии является морское судно, на котором жестко закреплен генератор сверхвысокочастотной энергии, волновод с фланцем и гофрированной частью и излучатель с фланцем, закрепленный на кронштейне в носовой части морского судна. При этом излучатель направлен на поверхность ледяного покрытия.
Патент РФ на изобретение №2495785 (МПК В63В 35/08, Е02В 15/02, опублик. 20.10.2013), в основе лежит облучение льда под заданным углом мощным сфокусированным инфракрасным излучением. Способ разрушения льда заключается в том, что непосредственно перед раскалыванием льда в результате механического воздействия на лед судна, как минимум, одну выбранную область поверхности льда, а также незначительную часть его толщи вблизи упомянутой области облучают под заданным углом мощным сфокусированным инфракрасным излучением, энергия которого достаточна, по крайней мере, для расплавления поверхности льда с образованием проталины. Предварительно упомянутую область выбирают как одну из наиболее вероятных для распространения трещины, образовывающейся вследствие упомянутого механического воздействия, учитывая текущий характер распространения упомянутой трещины и/или накопленный в отношении такого характера статистический материал, и/или учитывая карту дефектов льда. Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения льда за счет энергетически малозатратного снижения прочности льда перед оказанием на него механического воздействия посредством судна.
Патент РФ на изобретение №2230000 (МПК В63В 35/08, опублик. 10.06.2004). В основе лежит разрушение льда с помощью гидравлических струй, направляемых на лед в носовой части судна. Способ разрушения льда осуществляется с помощью гидравлических струй, направляемых на лед с носовой части ледокольного судна. Источником гидравлических струй является электрогидрореактивный двигатель, а струи являются реактивными и непрерывными. Водозаборное устройство для подачи воды к электрогидрореактивному двигателю располагают в нижней носовой части судна. При подходе к кромке ледяного покрытия осуществляют пригруз носовой части.
Однако все вышеописанные способы обладают недостатками, особенно ярко проявляющими себя при преодолении толстых, а также торосистых льдов, особенно многолетних. Так, в случае использования для преодоления льда корпуса судна и его отдельных элементов требуется увеличение прочности корпуса и мощности двигательной установки. В случае же использования различных приспособлений для разрушения льда, требуются дополнительные затраты для их установки на судно, а также дополнительные энергозатраты для их использования.
В настоящее время существует проблема движения арктических газовозов кормой вперед в толстых льдах, при этом, возникает высокая ледовая нагрузка на винторулевые колонки (ВРК) (азиподы), что обусловлено воздействием на них крупных обломков льда, образующихся при раскалывании ледяного поля кормой газовоза (А.А. Добродеев, К.Е. Сазонов, И.А. Саперштейн. «Движение судов задним ходом во льдах: некоторые результаты исследований». Журнал «Арктика: экология и экономика» №4 (36). 2019 г.). Еще большая нагрузка на ВРК (азиподы) будет возникать при движении кормой вперед в торосистых льдах.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ движения судна во льдах (патент РФ на изобретение №2551697, МПК В63В 35/08, опублик. 27.05.2015), принятый, соответственно, за прототип. Способ включает создание упора при помощи движителя судна и воздействие его корпуса на массив льда с дополнительным созданием разрежения в воде путем ее забора и откачки из зоны в оконечности корпуса, в направлении которой производится движение судна, движителем судна или его средством активного управления.
Разрежение в воде, являющейся несжимаемой жидкостью, а точнее пониженное статическое давление воды на вышележащий лед, возникает в соответствии с законом Бернулли - при движении воды подо льдом, возникающим вследствие откачки воды движителем судна или средством активного управления. Причем, в соответствии с уравнением Бернулли, чем выше скорость потока воды подо льдом, тем ниже статическое давление воды на лед, и тем выше разрежение.
Недостатки известного способа движения судна во льдах проявляются при преодолении толстых, а также торосистых льдов, особенно многолетних. Известное решение обладает недостаточной способностью создания высокой скорости движения воды подо льдом по курсу движения судна, что связано со способом создания разрежения - откачкой воды из зоны в оконечности корпуса, в направлении которой производится движение судна.
Таким образом, техническая проблема в рассматриваемой области заключается в недостаточной ледопроходимости судов. С помощью предлагаемого способа движения судна во льдах, имеющаяся техническая проблема будет решена, за счет повышения ледопроходимости судна с использованием движителей судна или его средств активного управления, благодаря использованию совокупности предлагаемых признаков. Благодаря предлагаемому способу будет обеспечено повышение ледопроходимости на арктических газовозах, за счет использования центральной ВРК (азипода) для создания водяной струи под поверхностью льда, направленной в сторону движения судна, что будет способствовать размельчению обломков льда, их размытию и оттеснению к краям образующегося при движении газовоза ледового канала, что особенно важно при движении в торосистых льдах.
Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении ледопроходимости судна, особенно, в условиях торосистого льда.
Достигается технический результат тем, что в способе движения судна во льдах, включающем создание упора при помощи движителя судна и воздействие его корпуса на массив льда с дополнительным созданием разрежения в воде, согласно изобретению, разрежение создается путем образования водяной струи перед судном под поверхностью льда, направленной по курсу движения судна, движителем судна или его средством активного управления, а также путем размытия водяной струей нижних слоев льда по курсу движения судна.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется следующим графическим материалом, представленным на фиг.1, где а) - предлагаемый способ движения судна во льдах (носом вперед), б) - предлагаемый способ движения судна во льдах (кормой вперед).
Водяная струя от заглубленного винта всплывает, в соответствии с уравнением Бернулли, на поверхность воды в непосредственной близости от заглубленного винта, и сохраняет высокую скорость движения водяного потока на расстоянии нескольких десятков метров.
Предлагаемый способ движения судна во льдах включает создание упора при помощи движителя судна и воздействие его корпуса на массив льда с дополнительным созданием разрежения в воде. Разрежение создается путем образования водяной струи перед судном под поверхностью льда, направленной по курсу движения судна, движителем судна или его средством активного управления, а также путем размытия водяной струей нижних слоев льда по курсу движения судна.
Таким образом, в соответствии с предлагаемым способом, область, в которой будет оказываться воздействие водяной струи на лед, сосредоточена, непосредственно, перед судном по ходу его движения.
Создание разрежения в водной среде под поверхностью льда инициирует перепад давления по высоте ледяного массива, что приводит к его деформации, проседанию и растрескиванию. Кроме того, направленная перед судном по курсу его движения водяная струя дополнительно размывает нижние, более слабые и менее смерзшиеся слои льда, что еще больше приводит к его деформации и растрескиванию в направлении по ходу движения судна. Все это облегчает разрушение ледяного поля корпусом судна, и, что особенно важно, способствует более легкому преодолению торосистых участков ледяных полей.
В качестве устройств, обеспечивающих создание водяной струи, можно использовать движители судна, а также средства активного управления судном - подруливающие устройства. В качестве средства активного управления можно применять подруливающие устройства, располагающиеся в носовой части корпуса (для обеспечения формирования водяной струи под поверхностью льда перед судном, при этом забор воды осуществляется через отверстия в бортах судна): Т-образные водометные подруливающие устройства, или К-образные водометные подруливающие устройства, или Г-образные водометные подруливающие устройства, или водометные подруливающие устройства иной формы. На вновь строящихся судах арктического плавания наиболее целесообразно использовать предлагаемый способ путем внедрения в их конструкцию носового подруливающего устройства специальной формы, обеспечивающего формирование перед судном водяной струи под поверхностью льда, направленную по курсу движения судна.
Таким образом, благодаря предлагаемому техническому решению, обеспечивается повышенная ледопроходимость судна, особенно, в условиях торосистого льда. Благодаря предлагаемому способу будет обеспечено повышение ледопроходимости на арктических газовозах, за счет использования центральной ВРК (азипода) для создания водяной струи под поверхностью льда, направленную в сторону движения судна, что будет способствовать размельчению обломков льда, их размытию и оттеснению к краям образующегося при движении газовоза ледового канала, что особенно важно при движении в торосистых льдах.