Носовая оконечность ледокола Советский патент 1982 года по МПК B63B35/08 

(54) НОСОВАЯ ОКОНЕЧНОСТЬ ЛЕДОКОЛА

1

Изобретение относится к судостроению, в частности к носовым оконечностям ледоколов.

Известна носовая оконечность ледокола, содержащая бортовую обшивку корпуса и криволинейный форштевень, нижняя часть 5 которого расположена под острым углом к ватерлинии 1.

Недостатком известной носовой оконечности ледокола является ее малая ледопроходимость.10

Цель изобретения - повышение ледопроходимости носовойоконечности ледокола.

Поставленная цель достигается тем, что бортовая обшивка корпуса выполнена с грушевидной фор.мы наделкой, суженный конец которой выступает за форштевень и расположен над ватерлинией, а расширенный конец ее сопряжен с бортовой обшивкой и форштевнем, при этом плоскость симметрии грушевидной формы наделки расположена в диаметральной плоскости, лежашие в по- jo следней касательные к выпуклой нижней части наделки расположены под острым углом К плоскости ватерлинии, плавно уменьшающимся от суженного конца наделки к расширенному концу ее в пределах от 20-30° до 2-3°, а кромка сопряжения нижней части наделки с форштевнем расположена ниже плоскости ватерлинии.

На фиг. 1 изображена носовая оконечность ледокола в боковой проекции, общий вид; на фиг. 2 - конструкция набора грушевидной формы наделки; на фиг. 3 - схематическое изображение действующих сил на ледокол с носовой оконечностью, снабженной грушевидной формы наделкой; на фиг. 4 - схема действия реакции льда на носовую оконечность при вхождении ледокола на ледяной покров; на фиг. 5 - примерный график изменения вертикального давления ледокола на лед при различных углах наклона входящей на лед нижней поверхности грущевидной формы наделки; на фиг. 6 - примерные графики изменения горизонтальной составляющей реакции льда при всходе ледокола на лед поверхностями с различными углами их наклона.

Носовая оконечность ледокола содержит бортовую общивку I корпуса и -криволинейный форщтевень 2, нижняя часть 3 которого расположена под острым углом к ватерлиНИИ. Бортовая обшивка 1 выполнена с -грушевидной формы наделкой 4, суженный конец а которой выступает за форштевень 2 и расположен над ватерлинией, а расширенный конец ее б сопряжен с бортовой обшивкой 1 и форштевнем 2. Плоскость симметрии грушевидной формы наделки 4 расположена в диаметральной плоскости корпуса, лежашие в последней касательные к выпуклой нижней части в наделки 4 расположены под острым углом к плоскости ватерлинии, плавно уменьшающимся от суженного конца наделки к расширенному концу ее в пределах от 20-30° до 2-3°, а кромка 5 сопряжения нижней части в наделки с форштевнем 2 расположена ниже плоскости ватерлинии. Грушевидной формы наделка 4 соеТОИТ-, из продольной рамы 6, стрингеров 7, шпангоутных рам 8 и наружной обшивки 9 (фиг. 2). Продольная рама 6 приварена к форштевню судна и является как бы его продолжением. Стрингеры 7 расположены по днищу и бортам внутренней поверхности наделки и дают дополнительную продольную и местную прочность. Шпангоутные рамы 8 образуют поперечные ребра жесткости. Наружная обшивка 9 выполнена из листовой стали и приварена к обшивке носовой оконечности судна. Форма рабочей поверхности наделки, которой она всходит на лед, определяется формой нижней кромки продольной рамы 6, соответствующей расчетной кривой. В поперечном сечении наделка имеет форму, соответствующую поперечным обводам носовой оконечности корпуса судна. На схеме обозначены (фиг. 3): G - весовое водоизмещение судна; С - сила плавучести; А - упор гребных винтов; Т - горизонтальная составляющая реакция льда; N - вертикальная составляющая реакция льда, равная вертикальному дав лению ледокола на лед; Е- плечо продольной статической устойчивости;X - отстояние точки всхода ледокола наделкой на лед от центра тяжести суд на. Из условий равновесия, с учетом определенных допущений, GI N(E -f х), откуда N -fY) малых углах дифферента Нч-, где Н - продольная метацентрическая высота Y - угол дифферента (в радианах), откуда N . Если угол дифферента принять равным пах. т. е. максимально допустимым для данного судна при ломке льда, а также соответствующую ему величину х, то по этой формуле можно определись наибольшее вертикальное давление носовой оконечности ледокола на лед, которое он может произвести наделкой. При этом учитывается, что начало рассчитываемой кривой (точка примыкания ее к форштевню судна), образующей нижнюю поверхность наделки, должно находиться в точке пересечения кромки носовой оконечности с ватерлинией, проведенной причтахПо этой же формуле определяются вертикальные давления для всех остальных точек кривой профиля нижней части в наделки. На схеме обозначены (фиг. 4): R - реакция льда на наделку; N - вертикальная составляющая реакции, равная вертикальному давлению ледокола на лед; Т-горизонтальная составляющая реакции;ot-угол наклона касательной к кривой профиля нижней части в наделки в диаметральной плоскости; Я-угол трения льда по стали; V - угол дифферента судна при всхождении наделки на лед. Согласно схеме tg( + J + ) -X, откуда ot arctg- J -() при расчете формы кривой величина Т принимается равной или меньще наибольшего упора гребных винтов ледокола, определяемого расчетом или замером на швартовных испытаниях судна: Т клипах,где A|t,a){-наибольший упор, гребных винтов, К - коэффициент пропорциональности. Если наделка проектируется из расчета использования его упора на всхождение ледокола на лед (в случае ледокола достаточного .водоизмещения и мощности для льда заданной толщины и прочности), то принимается К 1. Если наделка проектируется из расчета использования упора на увеличение скорости движения ледокола во льдах в случае ледокола, имеющего запас водоизмещения и мощности по отношению к заданной толщине и прочности льда, принимается К 1. Профиль и размеры всех жесткостей (рамы б, стрингеров 7, шпангоутных рам 8) и толшина наружной обшивки 9 выполняются в соответствии с конструкцией носовой оконечности корпуса судна, оборудуемого наделкой. Все детали и узлы наделки изготовляются из судостроительной стали и соединяются между собой и корпусом судна на сварке. Технико-экономический эффект, достигаемый применением предлагаемой носовой оконечности ледокола будет заключаться в увеличении скорости движения во льдах, оборудованных наделкой судов, а также в снижении расхода топлива этими судами за счет уменьшения требуемого на ломку льда упора гребных винтов. кроме того, применение наделки удлинит за счет повышения ледопроходимости продолжительность ледовой навигации, что особенно важно в условиях Арктики. На оси ординат (фиг. 5) отложена величина вертикальной составляющей реакции льда N, по оси абсцисс - отстояние х точки всхода наставки на лед От ЦТ судна. Сплошной линией показан график для ледокола, необорудованного наделкой, всходящего на лед прямолинейной носовой оконечностью с углом наклона 25°. Пунктирной линией показан график для того же ледокола, оборудованного предлагаемой ледокольной наделкой, кривая которой рассчитана при К 0,3, т. е. с использованием 30% расчетного упора гребных винтов на всхождение ледокола на лед, без увеличения наибольшего вертикального давления. Штрихпунктирной линией показан график для того же ледокола, оборудованного предлагаемой ледокольной наделкой, кривая которой рассчитана при К 0,5, т. е. с использованием 50% расчетного упора гребных винтов на всхождение ледокола на лед и при увеличении наибольшего вертикального давления в 2 раза по сравнению с двумя предыдущими графиками. На фкг. 6 показаны примерные графики изменения горизонтальной составляюшей реакции льда при всходе ледокола на лед поверхностями с различными углами их наклона - для тех же случаев, что и на графиках фиг. 5. По оси ординат отложена величина горизонтальной составляющей реакции льда Т, по оси абсцисс - отстояние х точки всхода на лед от ЦТ судна. Обозначения линий .графиков и масштабы по осям координат те же, что и на фиг: 5. Из графиков фиг. 5 и 6 видно, что применение наделки позволяет значительно увеличить вертикальное давление ледокола на лед, даже при уменьшенном упоре гребных винтов по сравнению с работой без наделки. Схемы и формулы приведены для сравнения работы ледокола с наделкой и без нее и даны с целью упрощения без учета вли5гния бортов корпуса, которое для обоих случаев одинаково. Если наделка выполнена с расчетом сохранения величины наибольшего вертикального давления ледокола на лед в том же размере, что и при работе без нее, то можно значительно уменьшить горизонтальное усилие, затрачиваемое для всхода на лед. Формула изобретения Носовая оконечность ледокола, содержащая бортовую обшивку корпуса и криволинейный форштевень, нижняя часть которого расположена под острым углом к ватерлинии, отличающаяся тем, что, с целью повышения ледопроходимости, бортовая обшивка корпуса выполнена с наделкой, грушевидной формы, суженный конец которой выступает за форштевень и расположен над ватерлинией, а расширенный конец ее сопряжен с бортовой обшивкой и форштевнем, при этом плоскость симметрии наделки грушевидной формы расположена в диаметральной плоскости, лежащие в последней касательные к выпуклой нижней части наделки расположены под острым углом к плоскости ватерлинии, плавно уменьшаюшимся от суженного конца наделки к расширенному концу ее в пределах от 20-30° до 2-3°, а кромка сопряжения нижней части наделки грушевидной формы с форштевнем расположена ниже плоскости ватерлинии. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Каштелян В. И. и др. Ледоколы. Л., «Судостроение, 1972, с. 154-157, рис. 90 (прототип).