Ледокольный надводный корабль Российский патент 2023 года по МПК B63B35/08 B63B3/18 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к изготовлению сложных корпусных конструкций кораблей и судов, и может использоваться для строительства боевых надводных кораблей высокой ледопроходимости класса ледокол.

Из уровня техники известно техническое решение (ПМ № 183492), которое позволяет придать повышенные или даже ледокольные свойства для традиционных водоизмещающих корпусов. Оно реализовано в проекте «Помор» и имеет высокую эффективность по сравнению с корпусами гражданских ледоколов традиционных водоизмещающих корпусов без наделок в виде ледовых ступеней.

Также из уровня техники известна концепция (ИЗ № 2770817) планарных корпусов для широкого типа ряда классов боевых надводных кораблей, таких как малый ракетный корабль, корвет, фрегат, универсальный десантный корабль, авианосец. Данная концепция позволяет получить ряд технических преимуществ в эксплуатации на чистой воде (без льда), таких как высокая технологичность постройки (снижение сроков строительства, снижение цены строительства), высокая прочность корпусных конструкций от любых внешних воздействий (от штормовых, боевых, ледовых или их комбинаций одновременно), снижение качки в штормовую погоду (что хорошо как для авианосца - для взлета авиации, так и для кораблей охранения классов корвет-фрегат, так как это повышает их мореходность - то есть способность эффективно эксплуатироваться в штормовую погоду как по использованию вооружения, так и по ходовым качествам), снижение мощности главной энергетической установки глобально по подбору оборудования, так как оно подбирается на полную и максимальную скорость хода.

Недостатком технического решения прототипа является малое число заглубленных поверхностей корпусов и небольшая осадка таких судов, что характерно для возможности выхода на глиссирующие режимы для малых судов и катеров.

Применение аналогичных подходов к проектированию корпусов крупных и сверхкрупных кораблей и судов позволяет сохранить тренд от геометрии скоростных судов со значительным ростом остойчивости судна и как следствие значительным снижением качки корабля, что позволит многократно улучшить эксплуатационные свойства таких кораблей, как авианосцы (АВ), универсальные десантные корабли (УДК) и большие десантные корабли (БДК).

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно увеличение ледопроходимости до показателей ледокола с помощью планарных конструкций (ступеней), которые позволяют ломать лед на альтернативных методах путем раздавливания.

Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в повышении эффективности надводного судна. Технический результат заключается в увеличении ледопроходимости до показателей ледокола и повышении эксплуатационных свойств судов, выполненных на базе планарного корпуса (скоростные, маневренные качества) при движении во льдах.

Указанный технический результат достигается тем, что ледокольный надводный корабль выполнен на базе планарного корпуса, состоящего из набора совокупностей планарных плоскостей корпусных конструкций наружной обшивки корпуса корабля, образующих тримаранную форму корпуса корабля, симметричную на оба борта, при этом дополнительно на по меньшей мере одном форштевне корабля выполнены симметрично относительно диаметральной плоскости корабля по меньшей мере две прямые ступени, где длина, ширина и высота ступени зависит от длины, ширины и осадки корабля, при этом указанные ступени расположены выше и ниже эксплуатационной ватерлинии.

Дополнительная особенность заключается в том, что наклон ледокольных ступеней составляет от 25 до 10 градусов относительно эксплуатационной ватерлинии.

Изобретение поясняется чертежами, на которых:

Фиг. 1 показывает вид сбоку на носовую часть корабля согласно настоящему изобретению, где ступени выполнены на одном форштевне, где 1 - ступени, 2 - продольный разрез корабля (диаметральная плоскость корабля), 3 - лед, 4 - вода, 5 - ватерлиния.

Фиг. 2 показывает вид снизу на носовую часть корабля, содержащую четыре прямые ступени, согласно настоящему изобретению.

Фиг. 3 показывает трехмерную модель корабля согласно настоящему изобретению, где ступени выполнены на каждом из трех форштевней.

На Фиг. 1 показана носовая часть надводного корабля (фрегата) по продольному разрезу, где корпус корабля выполнен на базе планарного корпуса, состоящего из набора совокупностей планарных плоскостей корпусных конструкций наружной обшивки корпуса корабля, образующих тримаранную форму корпуса корабля, симметричную на оба борта.

На Фиг. 1 и Фиг. 2 показана носовая часть надводного корабля (фрегата), который содержит один форштевень с выполненными симметрично относительно диаметральной плоскости корабля (планарному продольному разрезу) четырьмя прямыми ступенями (1). При этом указанные ступени (1) расположены выше и ниже ватерлинии (5) (эксплуатационной ватерлинии).

Методология определения размеров ступетей (1) для своего типа корабля выглядит следующим образом:

длина ледовой ступени: l_ст= 0,046 *L (м),

ширина ледовой ступени: b_ст= 0,093*B (м),

высота ледовой ступени: h_ст= T/n (м), где

L - длина корабля при осадке по конструктивную ватерлинию, В - ширина корабля при осадке по конструктивную ватерлинию, Т - осадка корабля (заглубление корпуса, расстояние от воды до киля корабля).

При этом количество ступеней n задается от 3 до 6 шт., тем самым высота ступени зависит от осадки и количества ледовых ступеней.

Скорость хода в ледокольном режиме: V_лед=0,4*V (уз).

Угол наклона ледовой ступени к основой плосткости (по дну корабля): alpha=((N/(D*V_лед))*3300,24)*(π/180)*1000 (град).

Таким образом, толщина ломаемого льда будет определяться в соответствии со следующей формулой: t=h_ст*1,8 (м).

Данные формулы могут также иметь поправочные коэффициенты к идеологии самого типа корпуса корабля.

Таблица с основными параметрами прототипа (проект «Помор») и двух классов кораблей согласно настоящему изобретению: фрегат и авианосец, приведена далее.

Класс корабля Параметр Обозначение Ед. изм. Прототип Фрегат Авианосец 1 Водоизмещение D тонн 8000 7500 80000 2 Длина L м 110 95 250 3 Ширина B м 20 17 50 4 Осадка T м 5 4 12 5 Высота борта H м 15 15 30 6 Скорость V уз 25 30 30 7 Скорость во льдах V_лед уз 10 12 12 8 Мощность N Вт 25000 40000 120000 9 Угол наклона ледовой ступени aplha град 18,0 25,6 7,2 10 Длина ледовой ступени l_ст м 5,1 4,4 11,5 11 Ширина ледовой ступени b_ст м 1,9 1,6 4,7 12 Высота ледовой ступени h_ст м 1,3 1,3 2,0 13 Количество ледовых ступеней n шт. 4,0 3,0 6,0 14 Толщина ломаемого льда t м 2,3 2,4 3,6

Из приведенных выше сведеней очевидно, что длина, ширина и высота ступени (1) напрямую зависят от длины, ширины и осадки соответствующего типа корабля.

Наклон ступеней (1) зависит от их количества и главных размерений корабля (судна), на которых они применяются, и составляет, как видно из приведенной таблицы, от 25,6 до 7,2 градусов.

На Фиг. 3 показана трехмерная модель корабля (авианосец) согласно настоящему изобретению, где ступени (1) выполнены на каждом из трех форштевней.

Согласно настоящему изобретению ступени (1) выполняют из листовой стали с такой же толщиной листа, как и наружная обшивка. Кроме того, в местах расположения ступеней (1) во внутреннем корпусном насыщении применяют специальные дополнительные корпусные связи, которые обеспечивают прочность ступеней при их взаимодействии со льдом. Причем данные связи могут быть выполнены как неподвижными, так и с некоторым запасом под возможность амортизации при нагрузках от ломания льда.

Место установки ледокольных ступеней (1) выбирается по ходу прямого движения корабля на бортах корпуса в районе осадки корабля по эксплуатационную ватерлинию с запасом вверх и вниз около 2-3 метров с таким расчетом, чтобы обеспечивать 3-5 ступенями ломание льда заданной толщины (от 1 до 4,5 метров) в зависимости от главных размещений, водоизмещения и мощности главной энергетической установки. То есть для кораблей и судов водоизмещение от 2000 до 5000 тонн - это около 2 метров, для кораблей водоизмещением от 10000 до 100000 тонн - это от 3 до 5 метров толщины льда по высоте.

Таким образом, сочетание двух конструкторских решений в более широком смысле, чем использование готового решения на кораблях близкого к прототипу водоизмещения для фрегатов класса «Помор» со ступенчатыми наделками, а именно применение параметрического подхода к выбору количества, габаритов и наклона ступеней, ломающих лед, позволит многокрасно повысить эффективность кораблей и судов с планарной геометрией корпуса в сопокупности с примененной к ней идеологии специальных ледовых ступеней.

Изобретение относится к созданию боевых надводных кораблей и судов ВМФ высокой ледопроходимости и ледоколов, которые могут быть реализованы на базе геометрии планарной многокорпусной конструкции корпуса планарного типа. Простая по проектированию, постройке и эксплуатации корпусная конструкция, состоящая их планарных корпусных конструкций, позволит значительно снизить затраты, сроки и трудоемкость изготовления, сборки и монтажа корпусных конструкций наружной обшивки и внутреннего корпусного насыщения корабля. Предлагаемая конструктивная корпусная схема позволит значительно повысить ледопроходимость боевых надводных кораблей и судов ВМФ. Таким образом, предложенное техническое решение, реализованное на базе планарного корпуса в сочетании со специализированными ледопродавливающими ступенями, позволяет достичь заявленный технический результат, а именно повысить ледопроходимость и как следствие повысить эффективность эксплуатации боевых надводных кораблей и судов ВМФ в тяжелых ледовых условиях. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Ледокольный надводный корабль, выполненный на базе планарного корпуса, состоящего из набора совокупностей планарных плоскостей корпусных конструкций наружной обшивки корпуса корабля, образующих тримаранную форму корпуса корабля, симметричную на оба борта, отличающийся тем, что дополнительно на по меньшей мере одном форштевне корабля выполнены симметрично относительно диаметральной плоскости корабля по меньшей мере две прямые ступени, где длина, ширина и высота ступени зависит от длины, ширины и осадки соответствующего типа корабля, при этом указанные ступени расположены выше и ниже эксплуатационной ватерлинии.

2. Корабль по п. 1, отличающийся тем, что наклон ледокольных ступеней составляет от 25,6 до 7,2 градусов относительно эксплуатационной ватерлинии.