Корпус судна ледового плавания

МПК B63B 3/16
Корпус судна ледового плавания
Полезная модель относится к судостроению и может быть использована при проектировании, строительстве и ремонте судов ледового плавания.
Известен корпус судна с противоледовым усилением в виде продольных прочных секционных полос, расположенных на наружной обшивке в поясе переменных ватерлиний (см. заявку РФ № 94046461, МПК B63B 3/24, дата публикации заявки 27.08.1996).
В качестве ближайшего аналога принят корпус судна ледового плавания с установленными на его внешней поверхности продольными усиливающими элементами (Козаков Е.В., Каленчук С.В., Котлярова И.А., Сидоренко И.С. Повышение ледовых качеств реклассифицированных судов.Вологдинские чтения, №71, Владивосток, 2008, с. 122-123).
Однако аналоги обладают следующими недостатками:
- не обеспечивают нужный уровень прочности для участков корпуса с продольной системой набора;
- не способствуют поворотам и утапливанию льдин, оказывая негативное влияние на ходкость судна.
Задачей заявляемого технического решения, является разработка концепции конструкции корпуса, обеспечивающей высокие эксплуатационные качества судна в ледовых условиях.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении эксплуатационных характеристик судна ледового плавания за счет повышения ледовой прочности корпуса судна и увеличения ходкости во льдах.
Поставленная задача решается тем, что корпус судна ледового плавания с установленными на его внешней поверхности продольными усиливающими элементами, которые размещены в поясе переменных ватерлиний и ориентированы под углом к горизонту, отличается тем, что при опирании продольных усиливающих элементов на балки продольного набора угол наклона продольных усиливающих элементов не превышает 40-50º и его значение определяют с помощью формулы
где  – величина предельного давления, выдерживаемого пластиной обшивки, подкрепленной продольным усиливающим элементом, МПа;
– предел текучести материала обшивки, МПа;
φ
– угол наклона продольного усиливающего элемента к горизонтали;
– относительный предел текучести материала продольного усиливающего элемента;
2
– площадь поперечного сечения продольного усиливающего элемента, мм;
– расстояние от центра тяжести площади поперечного сечения продольного усиливающего элемента до середины толщины обшивки, мм;
,
где  – толщина обшивки, мм;
а
– расстояние между балками поперечного набора, мм;
,
d
где  – расстояние между балками продольного набора, мм;
,
b
где  – расстояние между продольными усиливающими элементами, мм;
,
c
где  – калибр, расстояние от самой дальней точки поперечного сечения продольного усиливающего элемента до обшивки, мм;
,
где  – предел текучести материала продольного усиливающего элемента, МПа.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы полезной модели способствуют увеличению ходкости судна во льдах, повышению ледовой прочности корпуса без увеличения массогабаритных характеристик конструктивных элементов судна.
На фиг.1 изображена схема установки продольных усиливающих элементов на носовой оконечности судна.
На фиг.2 изображены схемы взаимодействия корпуса с льдинами.
а – вид сверху при смещении (раздвигании) льдин без поворота;
б – вид сбоку при повороте (утапливании) льдины.
На чертежах показаны корпус 1 судна ледового плавания, продольные усиливающие элементы 2, балки продольного набора 3, льдины 4, область возмущения 5 ледового покрова.
Также на чертежах обозначены:
φ
– угол наклона продольных усиливающих элементов к горизонтали;
а
– расстояние между балками поперечного набора, мм;
d
– расстояние между балками продольного набора, мм;
b
– расстояние между продольными усиливающими элементами, мм;
ДП – диаметральная плоскость судна;
ОП – основная плоскость.
Заявляемое устройство изготавливают следующим образом.
Предварительно определяют параметры продольных усиливающих элементов 2 с учетом уже существующего или проектируемого набора корпуса судна.
φ
Для этого используют формулу, основанную на теории предельного равновесия и определяющую зависимость между несущей способностью подкрепленной обшивки и углом наклона  продольных усиливающих элементов 2.
При опирании продольных усиливающих элементов 2 на балки продольного набора 3:
где  – величина предельного давления, выдерживаемого пластиной обшивки, подкрепленной продольным усиливающим элементом, МПа;
– предел текучести материала обшивки, МПа;
φ
– угол наклона продольного усиливающего элемента к горизонтали;
– относительный предел текучести материала продольного усиливающего элемента;
2
– площадь поперечного сечения продольного усиливающего элемента, мм;
– расстояние от центра тяжести площади поперечного сечения продольного усиливающего элемента до середины толщины обшивки, мм;
,
где  – толщина обшивки, мм;
а
– расстояние между балками поперечного набора, мм;
,
d
где  – расстояние между балками продольного набора, мм;
,
b
где  – расстояние между продольными усиливающими элементами, мм;
,
c
где  – калибр, расстояние от самой дальней точки поперечного сечения продольного усиливающего элемента до обшивки, мм;
,
где  – предел текучести материала продольного усиливающего элемента, МПа.
Для продольных усиливающих элементов полукруглого сечения калибр будет равен радиусу, для квадратного – стороне квадрата, шестигранного – расстоянию между параллельными гранями.
Продольные усиливающие элементы 2 жестко закрепляют на внешней поверхности наружной обшивки корпуса 1, например с помощью сварки по всей длине, с их опиранием на несущие элементы набора корпуса судна – балки продольного набора 3.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При движении судна в битых льдах, естественных или заполняющих канал ледокола, нагрузка от контакта корпуса 1 с льдинами 4 передается от продольных усиливающих элементов 2 через обшивку на несущие элементы набора корпуса судна – балки продольного набора 3.
На фиг.2 показаны два крайних сценария перемещений льдины под действием корпуса, полученных путем макетирования.
При смещении (раздвигании) льдин 4 без поворота (см. фиг.2а) область возмущения 5 ледового покрова будет максимальной, включать большее число льдин 4 и контактных импульсов между ними.
При сценарии с поворотом (утапливанием) льдины 2 (см. фиг.2б) ширина области возмущения 5 ледового покрова существенно снижается.
Продольные усиливающие элементы, ориентированные под углом к горизонту, позволяют снизить сопротивление движению судну во льдах, поскольку они:
- вызывают концентрацию напряжений льда в зоне контакта, инициируя образование трещин и сколов кромок;
- улучшают сцепление борта со льдом;
- изменяют направление движения льдин, способствуя их повороту и утапливанию обломков льда.
Также наклонное расположение продольных усиливающих элементов, близкое к линиям тока жидкости, способствует снижению волнового сопротивления за счет ламинаризации потока.
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает возможность снижения сопротивления и расходов топлива при движении судов в битых льдах.