RU2443591C1

RU2443591C1 - Ship fore end

Info

Publication number: RU2443591C1
Application number: RU2010138484/11A
Authority: RU
Inventors: Роман Юрьевич Романов (RU); Роман Юрьевич Романов; Олег Владимирович Таровик (RU); Олег Владимирович Таровик; Ольга Александровна Переломова (RU); Ольга Александровна Переломова; Виктор Петрович Соколов (RU); Виктор Петрович Соколов
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2012-02-27

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to ship building, particularly, to ice breaker-type ships without special planning forms. Ship fore end is formed by the surface right and left sides jointing at stem and represents ship sharp edged stem with flared outlines. Water lines of fore end of the ship theoretical body line, in the range of variation of designed water line for all ship draughts, that adjoin the stem, feature break with crest directed outward and located at, at least, 0.05 of minimum ship water line width from the ship midplane.

EFFECT: efficient ice breaking due to improved shape of fore end.

4 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, в частности к проектированию обводов носовой оконечности корпуса судна.The invention relates to shipbuilding, in particular to the design of the contours of the bow of the hull.

Известен корпус ледокола (Патент SU 1207892, кл. В63В 35/08, 3/16), имеющий плавные лекальные обводы ледокольного типа, обеспечивающий высокую ледопроходимость. Однако обводы ледокольного типа не обеспечивают судну высоких характеристик в части ходовых и мореходных качеств на свободной ото льда чистой воде. Вследствие этого при проектировании судов, для которых эксплуатация в ледовых условиях является эпизодической, применяют другие обводы корпуса, оптимально обеспечивающие заданные ходовые и мореходные качества. Для этих судов способность двигаться в ледовых условиях ограничивается прочностью корпуса и мощностью силовой установки.The icebreaker body is known (Patent SU 1207892, class B63B 35/08, 3/16), which has smooth ice-breaking contours of the ice-breaking type, providing high ice permeability. However, the icebreaking type contours do not provide the vessel with high performance in terms of navigational and seaworthiness in clean ice-free water. As a result of this, when designing ships for which operation in ice conditions is episodic, other hull contours are used that optimally provide the specified navigational and seaworthiness. For these vessels, the ability to move in ice conditions is limited by the strength of the hull and the power of the power plant.

Известна также носовая оконечность судна (РФ, заявка 92015912/11 от 31.12.1992, В63В 1/06), имеющая форштевень с подрезом по радиусу и скругленные скулы, образующие лекальные обводы. Носовая оконечность такого типа обеспечивает судну хорошие ходовые и мореходные качества - прототип. Однако подобная форма корпуса не обеспечивает судну способности преодолевать ледовый покров даже небольшой толщины. При взаимодействии со сплошным ледовым полем нос судна внедряется носовой частью в ледовое поле до тех пор, пока сопротивление льда не сравняется с упором движителей судна, приводя к его остановке. Дальнейшее движение судна в заданном направлении оказывается невозможным.The bow tip of the vessel is also known (RF, application 92015912/11 of 12/31/1992, B63B 1/06), which has a stem with a radius cut and rounded cheekbones that form the contours. The bow tip of this type provides the ship with good navigational and seaworthiness - a prototype. However, such a hull form does not provide the vessel with the ability to overcome ice cover even of small thickness. When interacting with a continuous ice field, the bow of the vessel is introduced by the bow into the ice field until the resistance of the ice is equal to the stop of the propulsors of the vessel, leading to its stop. Further movement of the vessel in a given direction is impossible.

Анализ распределения сил сопротивления льда по обшивке носовой части судна показывает, что в начальной фазе процесса, когда носовая часть судна только начинает деформировать ледовый покров, удельные нагрузки на лед велики и возникающие во льду напряжения превышают его предел прочности. Дальнейшее углубление носового заострения в ледовое поле сопровождается увеличением протяженности контакта носового заострения со льдом. В результате нагрузка на лед перераспределяется, удельные нагрузки уменьшаются по мере увеличения протяженности зоны контакта до тех пор, пока не станут меньше предела прочности льда. Это и приводит к остановке и даже заклиниванию судна в ледовом поле.An analysis of the distribution of ice resistance forces over the skin of the bow of the vessel shows that in the initial phase of the process, when the bow of the vessel is just beginning to deform the ice cover, the specific loads on the ice are high and the stresses arising in the ice exceed its tensile strength. Further deepening of the nasal tip in the ice field is accompanied by an increase in the length of the contact of the nose tip with ice. As a result, the load on the ice is redistributed, specific loads decrease as the length of the contact zone increases until they become less than the ice strength. This leads to a halt and even jamming of the vessel in the ice field.

На Фиг.1 показана схема взаимодействия носовой части судна традиционных обводов 1 с ледовым покровом и эпюры давлений 2, реализующихся в зоне взаимодействия носового заострения со льдом. В районе форштевня, выступающего вперед у некоторых судов 3, создается наибольшее давление, превышающее прочность льда, однако это не вызывает разрушения льдины, а лишь создает небольшое местное выкрашивание льда, не приводящее к разрушению ледового покрова в целом 4.Figure 1 shows a diagram of the interaction of the bow of a vessel of traditional contours 1 with ice cover and pressure plots 2, which are realized in the zone of interaction of the nose with ice. In the area of the stem, which protrudes forward at some vessels 3, the greatest pressure is created that exceeds the strength of the ice, however, this does not cause the destruction of the ice, but only creates a small local crushing of ice, which does not lead to the destruction of the ice cover as a whole 4.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение ледопроходимости судна за счет повышения эффективности разрушения сплошного ледового покрова.The objective of the invention is to improve the ice penetration of the vessel by increasing the efficiency of the destruction of continuous ice cover.

Указанный результат достигается тем, что носовая оконечность судна, образованная поверхностью правого и левого бортов, соединяющихся у форштевня, представляющая собой носовое заострение корпуса судна и имеющая лекальные обводы, отличается тем, что ватерлинии носовой оконечности теоретического чертежа корпуса в пределах изменения положения расчетной действующей ватерлинии на всем диапазоне осадок судна на участке, примыкающем к форштевню, имеют излом с вершиной, направленной наружу и находящейся от диаметральной плоскости судна на расстоянии не менее 0,05 максимальной ширины судна по ватерлинии.This result is achieved in that the bow of the vessel formed by the surface of the right and left sides connecting at the stem, which is the bow of the ship's hull and having contour contours, is characterized in that the waterline of the bow of the theoretical hull within the position of the calculated effective water line on over the entire range, the draft of the vessel in the area adjacent to the stem has a kink with a peak directed outward and located from the diametrical plane of the vessel at Normal distance not less than 0.05 of the maximum width at the waterline.

Придание ватерлиниям теоретического чертежа в носовой оконечности судна излома с вершиной наружу корпуса в районе, прилегающем к форштевню судна с обоих бортов, обеспечивает концентрацию воздействия судна на лед в ограниченной зоне контакта, тем самым способствуя разрушению центральной зоны ледового покрова, являющейся концентратором дальнейшего разрушения льдины.Giving the lines of water a theoretical drawing in the bow of the vessel with a kink with the apex outward of the hull in the area adjacent to the stern of the ship from both sides provides a concentration of the impact of the ship on ice in a limited contact zone, thereby contributing to the destruction of the central zone of the ice cover, which is the concentrator of further destruction of the ice.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.2 представлена форма ватерлинии теоретического чертежа носовой оконечности судна, которой придан слом вершиной наружу корпуса в районе, прилегающем к форштевню судна с обоих бортов, на Фиг.3 показано распределение зон сжатия льда при движении судна в ледовом поле; на Фиг.4 - эпюры напряжений в разных зонах сжатия льда носовой оконечностью судна.The invention is illustrated by drawings, where Fig.2 shows the shape of the waterline of a theoretical drawing of the bow of the ship, which is scrapped with the top out of the hull in the area adjacent to the ship’s stem from both sides, Fig. 3 shows the distribution of ice compression zones when the ship is moving in ice field; figure 4 - plot stresses in different areas of compression of ice by the bow of the vessel.

Носовая оконечность судна образована поверхностью правого и левого бортов, соединяющихся у форштевня, и представляет собой носовое заострение, которое имеет лекальные обводы (не показаны) (Фиг.2).The nasal tip of the vessel is formed by the surface of the right and left sides connecting at the stem, and is a nasal sharpening, which has a patterned contours (not shown) (Figure 2).

Ватерлиния 5 (Фиг.2) теоретического чертежа носовой оконечности корпуса в пределах изменения положения расчетной действующей ватерлинии на всем диапазоне осадок судна, на участке, примыкающем к форштевню, имеет излом с вершиной 6, направленной наружу. При этом точка излома в вершине 6 находится от диаметральной плоскости на расстоянии не менее 0,05 максимальной ширины судна по ватерлинии. Протяженность сломов по высоте находится в пределах изменения положения расчетной действующей ватерлинии на всем диапазоне осадок судна.Waterline 5 (FIG. 2) of the theoretical drawing of the bow of the hull within the position of the calculated effective waterline over the entire range of draft of the vessel, in the area adjacent to the stem, has a kink with the apex 6 outward. In this case, the break point at the top 6 is located from the diametrical plane at a distance of not less than 0.05 of the maximum width of the vessel along the waterline. The length of the faults in height is within the limits of the change in the position of the calculated operating waterline over the entire range of vessel draft.

В результате обшивка судна вблизи форштевня на правом и левом борту образует параллельные форштевню, или близкие к этому, сломы обшивки. На участках 7 от вершины излома до форштевня (Фиг.2) углы между ватерлиниями и диаметральной плоскостью α₁ составляют не менее 30 градусов. При значениях углов между ватерлиниями и диаметральной плоскостью, не превышающих 30 градусов, эффект от предлагаемого устройства не реализуется.As a result, the sheathing of the vessel near the stem on the starboard and port side forms parallel bow, or close to it, sheaths. In sections 7 from the top of the fracture to the stem (Figure 2), the angles between the waterlines and the diametrical plane α ₁ are at least 30 degrees. When the values of the angles between the waterlines and the diametrical plane, not exceeding 30 degrees, the effect of the proposed device is not realized.

Величины отстояния сломов от диаметральной плоскости, не превышающие значений 0,05 максимальной ширины судна по ватерлинии, хотя и обеспечивают судну способность концентрированного воздействие на лед, однако недостаточная ширина зоны разрушающего воздействия при этом не обеспечит надежного повышения ледопроходимости.The values of the distance of the breaks from the diametrical plane, not exceeding 0.05 of the maximum width of the vessel along the waterline, although they provide the vessel with the ability to concentrate on ice, however, the insufficient width of the zone of destructive impact will not provide a reliable increase in ice permeability.

Помимо выполнения основной задачи форма носовой оконечности по предлагаемому изобретению дополнительно уменьшает носовой бурун, возникающий при обтекании корпуса на свободной ото льда воде. Такой бурун в зависимости от скорости хода может добавлять от 5 до 15% к общей величине волнового сопротивления. Эффект снижения носового буруна объясняется тем, что характер обтекания носовой поверхности со сломом оказывается ближе к оптимальному, достигаемому при эллиптической форме ватерлиний в носу 8, нежели при традиционной форме корпуса 1.In addition to performing the main task, the shape of the nasal tip according to the invention further reduces the nasal breaker that occurs when the body flows around on ice-free water. Such a breaker, depending on the speed, can add from 5 to 15% to the total value of the wave resistance. The effect of reducing the nasal breaker is explained by the fact that the nature of the flow around the nasal surface with a fracture is closer to the optimum achieved with an elliptical shape of the waterlines in the nose 8 than with the traditional shape of the body 1.

Работа устройства.The operation of the device.

Эффект от предлагаемой носовой оконечности судна - улучшение ледопроходимости достигается следующим образомThe effect of the proposed fore end of the vessel - the improvement of ice penetration is achieved as follows

При движении судна с формой носовой оконечности 5 по предлагаемому изобретению в сплошном ледовом покрове носовая оконечность перемещается в ледовом покрове на величину S 9 (Фиг.3). Вследствие этого граница взаимодействия корпуса со льдом перемещается вперед, а участки ледового поля испытывают сжатие, пропорциональное взаимному перемещению взаимодействующих поверхностей корпуса и льда по нормали S₁ 10 и S₂ 11. Как следует из геометрии заявляемой формы носовой оконечности, на участке «затупления» носа, вблизи форштевня, напряжения во льду составят:When moving a vessel with the shape of the bow tip 5 according to the invention in a continuous ice cover, the bow tip moves in the ice cover by a value of S 9 (Figure 3). As a result, the boundary between the hull and the ice moves forward, and sections of the ice field undergo compression proportional to the mutual displacement of the interacting surfaces of the hull and ice along the normal S ₁ 10 and S ₂ 11. As follows from the geometry of the claimed shape of the nasal tip, in the area of "blunt" nose , near the stem, stresses in ice will be:

σ₁=k·S₁=k·S·sinα₁,σ ₁ = k · S ₁ = k · S · sinα ₁ ,

где k - коэффициент пропорциональности, а для следующего за ним участка борта напряжения во льду составят:where k is the coefficient of proportionality, and for the next portion of the side of the side of the voltage in ice will be:

σ₂=k·S₂=k·S·sinα₂.σ ₂ = k · S ₂ = k · S · sinα ₂ .

Отсюда следует, что:It follows that:

σ₁/σ₂=sinα₁/sinα₂.σ ₁ / σ ₂ = sinα ₁ / sinα ₂ .

Из этого следует, что распределение напряжений, создаваемых носовой оконечностью в ледовом покрове, существенным образом зависит от конфигурации границы взаимодействия со льдом (Фиг.4), то есть от формы ватерлиний в районе носового заострения. В диапазоне практически значимых вариантов конфигурации носовой оконечности судна соотношение напряжений во льду на разных участках 12, 13 может доходить до двух - трех раз (Фиг.4).It follows from this that the distribution of stresses generated by the nasal tip in the ice cover substantially depends on the configuration of the boundary of interaction with ice (Figure 4), that is, on the shape of the waterlines in the area of the nasal tip. In the range of practically significant variants of the configuration of the bow of the vessel, the ratio of stresses in ice in different sections 12, 13 can reach two to three times (Figure 4).

Указанная геометрия носовой оконечности создает концентрированное воздействие на ледовый покров в центральной зоне у форштевня судна, приводящее первоначально к разрушению локальной части льдины и созданию трещин, которые затем способствуют разрушению сплошного ледового покрова в полосе продвижения судна, тем самым повышая его ледопроходимость.The indicated nasal tip geometry creates a concentrated effect on the ice cover in the central zone near the ship’s stem, initially leading to the destruction of the local part of the ice and the formation of cracks, which then contribute to the destruction of the continuous ice cover in the vessel’s advancement zone, thereby increasing its ice permeability.

Предлагаемая носовая оконечность судна за счет повышения эффективности разрушения сплошного ледового покрова улучшает ледопроходимость, что ее выгодно отличает от прототипа.The proposed bow of the vessel by increasing the destruction efficiency of the continuous ice cover improves ice patency, which compares favorably with the prototype.

Claims

The bow of the ship, formed by the surface of the right and left sides, connected at the stem, which is the bow of the hull and the shape of the contour, characterized in that the waterline of the bow of the theoretical drawing of the hull within the position of the calculated effective water line over the entire range of the draft of the vessel on the site adjacent to the stem have a kink with a top pointing outward and located at a distance of at least 0.05 of the maximum width from the ship’s diametrical plane us ships on the waterline.