[go: up one dir, main page]

RU2535346C1 - Method to break ice cover and semi-submersible icebreaker ship - Google Patents

Method to break ice cover and semi-submersible icebreaker ship Download PDF

Info

Publication number
RU2535346C1
RU2535346C1 RU2013135859/11A RU2013135859A RU2535346C1 RU 2535346 C1 RU2535346 C1 RU 2535346C1 RU 2013135859/11 A RU2013135859/11 A RU 2013135859/11A RU 2013135859 A RU2013135859 A RU 2013135859A RU 2535346 C1 RU2535346 C1 RU 2535346C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ice
vessel
semi
submersible
ram
Prior art date
Application number
RU2013135859/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Щербаков
Original Assignee
Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет)"
Владимир Николаевич Щербаков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет)", Владимир Николаевич Щербаков filed Critical Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет)"
Priority to RU2013135859/11A priority Critical patent/RU2535346C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2535346C1 publication Critical patent/RU2535346C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

FIELD: transportation.
SUBSTANCE: method is proposed to break ice cover, in which a pushing buoyant force is developed during motion of a semi-submersible ship, which presses at the lower surface of ice in vertical direction, and ice is broken with a ram brought under it with an ice-breaking rib connected to the ship body. The vertical pushing force is developed by all positive buoyancy of the semi-submersible ship and lifting force of its horizontal hydrodynamic rudders, at the same time the ram acts at ice in horizontal direction both by its inclined breaking rib and its entire surface. Also a semi-submersible icebreaking ship is proposed.
EFFECT: increased efficiency of ice cover breaking and icebreaking capability for transportation of loads.
8 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к способу разрушения ледяного покрова морскими ледокольными судами для перевозки грузов - жидких (нефтепродукты, сжиженный газ), сыпучих и контейнеров, основанный на использовании архимедовой силы и подъемной силы на горизонтальных рулях. Также изобретение относится к судостроению и может быть использовано при создании крупнотоннажных судов круглогодичного (в том числе ледового) всепогодного плавания.The invention relates to a method for breaking the ice sheet by sea icebreaking vessels for transporting goods - liquid (oil products, liquefied gas), bulk and containers, based on the use of Archimedean force and lift on horizontal rudders. The invention also relates to shipbuilding and can be used to create large-tonnage vessels year-round (including ice) all-weather navigation.

Существует множество различных способов и устройств разрушения ледяного покрова: от взрывов на поверхности льда или под ней, плавки льда горячим паром, электронагревом, лазерным лучом, резанием льда фрезами и т.п. Однако все они осуществимы в толстых льдах только при остановке судна или при небольшой скорости судна 2-3 узла.There are many different methods and devices for destroying the ice cover: from explosions on the surface of the ice or under it, melting ice with hot steam, electric heating, a laser beam, cutting ice with cutters, etc. However, all of them are feasible in thick ice only when the ship stops or at a low speed of the ship 2-3 knots.

Известен способ разрушения ледяного покрова [1] путем увеличения выталкивающей силы, давящей на лед заводимым под лед ледоразрушующим устройством. Однако данный способ не позволяет разрушать лед толщиной 2-3 метра.A known method of destroying the ice cover [1] by increasing the buoyancy force exerting pressure on the ice with an ice-breaking ice-breaking device. However, this method does not allow to destroy ice with a thickness of 2-3 meters.

Известен способ разрушения ледяного покрова [2] путем крошения льда режущей поверхностью резцов, расположенных на мачте, соединяющей подводную и надводную части судна. При данном способе движение во льдах толщиной 2-3 метра возможно только с незначительной скоростью и при больших энергетических затратах.A known method of destroying the ice cover [2] by crushing ice with the cutting surface of the cutters located on the mast connecting the underwater and surface parts of the vessel. With this method, movement in ice with a thickness of 2-3 meters is possible only with an insignificant speed and at high energy costs.

Наиболее близким является способ разрушения ледяного покрова [3] путем создания выталкивающей архимедовой силы, давящей на лед снизу вверх заводимым под лед тараном с режущей кромкой, но т.к. выталкивающая архимедова сила создается только небольшим объемом погружного плота (т.к. сам плот перевозится на судне), то разрушающие усилия не могут быть значительными. Кроме того, при таком способе разрушение льда возможно только при остановке судна.The closest is the method of destruction of the ice cover [3] by creating a buoyant Archimedean force that presses the ice from the bottom upward with a cutting edge ramming under the ice, but since the buoyant Archimedean force is created only by a small volume of the submersible raft (since the raft itself is transported on a ship), the destructive forces cannot be significant. In addition, with this method, the destruction of ice is possible only when the ship stops.

В части устройства известно полупогружное ледокольное судно [4], состоящее из подводного грузового корпуса с двигателями и движителями и надводной части с надстройкой, причем подводный корпус содержит ледоразрушующее устройство и балластные камеры. Недостатком такого устройства является невозможность функционирования в толстых льдах.In the device part, a semi-submersible icebreaking vessel [4] is known, consisting of an underwater cargo hull with engines and propulsors and a surface part with a superstructure, the underwater hull containing an ice-breaking device and ballast chambers. The disadvantage of this device is the inability to function in thick ice.

Известно полупогружное ледокольное судно [5], состоящее из подводного грузового корпуса с двигателями и движителями, соединенного с ледоразрушующим устройством и надводной части с надстройкой. Недостатком такого устройства является то, что разрушение льда происходит по принципу ледокола, т.е. часть корпуса наезжает на лед, который под тяжестью носовой части разрушается, при этом используется только часть массы судна.A semi-submersible icebreaking vessel [5] is known, consisting of an underwater cargo hull with engines and propulsors connected to an ice-breaking device and a surface part with a superstructure. The disadvantage of this device is that the destruction of ice occurs on the principle of an icebreaker, i.e. part of the hull runs into ice, which under the weight of the bow is destroyed, while only part of the mass of the vessel is used.

Известно подводное судно ледового плавания [6], включающее корпус клиновидной формы, имеющий профилированную конусообразную носовую часть, предназначенную для разрушения льда. Недостатком устройства является то, что данное техническое решение производит разрушение льда только носовой частью и не позволяет обеспечить энергетическое преимущество в сравнении классическими ледокольными судами [7].Known submarine ice swimming [6], including a wedge-shaped body having a profiled cone-shaped bow designed to break the ice. The disadvantage of this device is that this technical solution produces the destruction of ice only by the bow and does not provide an energy advantage in comparison with classical icebreaking vessels [7].

Наиболее близким является полупогружное ледокольное судно [8], состоящее из подводного грузового корпуса с двигателями и движителями, соединенного с ледоразрушующим устройством и надводной части с надстройкой, причем подводный корпус содержит балластные камеры. Недостатком данного устройства является то, что ледоразрушующее устройство выполнено в виде фрез, из-за чего такое судно будет иметь незначительную скорость перемещения во льдах толщиной 2-3 м при большом расходе энергии на дробление льда. Кроме того, за судном остается узкий проход, из-за чего высока вероятность затирания его льдами, причем судно не имеет возможности освободиться само, т.к. не имеет возможности разворота на 180°, а при его движении поворотная надстройка будет испытывать большие перегрузки на поворотный механизм.The closest is a semi-submersible icebreaking vessel [8], consisting of an underwater cargo hull with engines and propulsors, connected to an ice-breaking device and a surface part with a superstructure, the underwater hull containing ballast chambers. The disadvantage of this device is that the ice-breaking device is made in the form of mills, because of which such a vessel will have an insignificant speed of movement in ice with a thickness of 2-3 m with a large energy consumption for crushing ice. In addition, the narrow aisle remains behind the vessel, which is why there is a high probability of ice rubbing it, and the vessel does not have the opportunity to free itself, because it does not have the ability to turn 180 °, and when it moves, the swivel superstructure will experience large overloads on the swivel mechanism.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи разрушения ледяных полей толщиной 3 м и более с наименьшими энергетическими затратами (снижение потребляемой мощности двигателя и увеличение КПД) и создания крупнотоннажного судна, способного перевозить грузы в условиях толстого льда, двигаясь самостоятельно с высокой крейсерской скоростью при хорошей мореходности судна на открытой воде, и способного без ледокола проводить другие надводные суда при комфортных условиях для экипажа и пассажиров.The present invention is directed to solving the problem of destroying ice fields with a thickness of 3 m or more with the lowest energy costs (reducing engine power consumption and increasing efficiency) and creating a large-tonnage vessel capable of transporting goods in thick ice conditions, moving independently with high cruising speed with good seaworthiness of the vessel in open water, and capable of navigating other surface ships without an icebreaker under comfortable conditions for the crew and passengers.

Основной технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, состоит в многократном снижении величины упора винтов, необходимого для разрушения льдов, увеличении средней скорости движения судна, снижении мощности двигателя, имеющегося у судна и повышении его ледопроходимости при невысоких энергетических затратах (повышение КПД) при обеспечении комфортных условий экипажа (исключены вибрации и удары присущие ледокольному флоту).The main technical result achieved during the implementation of the claimed invention consists in a multiple reduction of the screw stop necessary for breaking the ice, increasing the average speed of the vessel, reducing the engine power available to the vessel and increasing its ice permeability at low energy costs (increasing efficiency) while ensuring comfortable crew conditions (vibration and shock inherent in the icebreaker fleet are excluded).

При использовании той же мощности двигателей заявляемое техническое решение позволяет увеличить проходимость во льдах и повысить способность преодолевать более толстые льды.When using the same engine power, the claimed technical solution allows to increase throughput in ice and increase the ability to overcome thicker ice.

Поставленная задача решается следующим образом.The problem is solved as follows.

В части способа осуществляется разрушение ледяного покрова путем создания выталкивающей архимедовой силы, давящей на нижнюю поверхность льда в вертикальном направлении, заводимым под лед тараном с ледоразрушающим ребром, связанным с корпусом судна, согласно изобретению таран воздействует на лед в горизонтальном направлении как своим ледоразрушающим ребром, так и всей своей поверхностью, причем вертикальная выталкивающая сила создается всей положительной плавучестью полупогружного судна и подъемной силой горизонтальных гидродинамических рулей, а разрушение тараном происходит по всей его длине, при этом за движущимся судном образуется полынья шириной, достаточной для прохода надводных судов.In terms of the method, the ice cover is destroyed by creating a buoyant archimedean force that presses the bottom surface of the ice in a vertical direction by ramming an ice with an ice-breaking rib connected to the ship’s hull, according to the invention, the ram acts on the ice in the horizontal direction with its ice-breaking rib, and its entire surface, and the vertical buoyancy is created by the entire positive buoyancy of the semi-submersible vessel and the lifting force of the horizontal hydrodynamics iCal rudders and ram fracture occurs throughout its length, the vessel is formed of a moving lane width sufficient for the passage of surface vessels.

Более того, для разрушения льда судно по ходу совершает вертикальные волнообразные движения, что повышает эффективность разрушения льда и экономит затрачиваемую энергию.Moreover, to destroy ice, the vessel makes vertical wave-like movements along the way, which increases the efficiency of ice destruction and saves energy spent.

Более того, для разрушения льда судно по ходу движется под любым углом, вплоть до 180°, что позволяет выручать из ледового плена идущие следом суда и обходить непроходимые торосы.Moreover, to destroy ice, the vessel moves along the course at any angle, up to 180 °, which makes it possible to rescue the vessels following the ice and bypass impassable hummocks.

Более того, при движении задним ходом лед рушится кормовой частью тарана, что повышает маневренность судна.Moreover, when reversing, the ice collapses in the stern of the ram, which increases the maneuverability of the vessel.

В части устройства заявляется полупогружное ледокольное судно с носовой и кормовой частями, состоящее из подводного грузового корпуса с двигателями, движителями и горизонтальными гидродинамическими рулями, соединенного с ледоразрушующим устройством и надводной части с надстройкой, причем подводный корпус содержит балластные камеры, согласно изобретению ледоразрушующим устройством является таран с острым наклонным разрушающим ребром, начинающийся от носовой части судна и расположенный вдоль всего его корпуса.In the device part, a semi-submersible icebreaking vessel with bow and stern parts is declared, consisting of an underwater cargo hull with engines, propulsors and horizontal hydrodynamic rudders connected to an ice-breaking device and a surface part with a superstructure, the underwater hull containing ballast chambers, according to the invention, the ice-breaking device is a ram with a sharp inclined destructive rib, starting from the bow of the vessel and located along its entire hull.

Более того, ледоразрушающее ребро тарана расположено под углом от 3° до 7° к продольной оси корпуса, что снижает ледовую нагрузку на таран и позволяет разрушать лед с минимальными затратами энергии.Moreover, the ice-destroying rib of the ram is located at an angle of 3 ° to 7 ° to the longitudinal axis of the hull, which reduces the ice load on the ram and allows the ice to be destroyed with minimal energy.

Более того, надводная часть с надстройкой расположена у кормовой части судна, что позволяет увеличить длину передней части тарана, чем экономится энергия на разрушение льда.Moreover, the surface part with the superstructure is located at the stern of the vessel, which allows to increase the length of the front part of the ram, which saves energy on the destruction of ice.

Более того, балластные камеры расположены в носовой и кормовой частях судна, что позволяет повысить и регулировать его дифферент и остойчивость. Такое расположение балластных камер позволяет воздействовать на толщу льда по всей длине судна, что снижает энергетические затраты.Moreover, ballast chambers are located in the bow and stern of the vessel, which allows to increase and adjust its trim and stability. This arrangement of ballast chambers allows you to affect the thickness of the ice along the entire length of the vessel, which reduces energy costs.

Более того, угол наклона ледоразрушающего ребра тарана, расположеного в кормовой части судна, составляет от 3° до 7°, что повышает маневренность судна.Moreover, the tilt angle of the ice-breaking ram of the ram located in the stern of the vessel is from 3 ° to 7 °, which increases the maneuverability of the vessel.

Более того, горизонтальные гидродинамические рули имеют большую поверхность, что позволяет увеличить вертикальную подъемную силу при низких энергетических затратах.Moreover, horizontal hydrodynamic rudders have a large surface, which allows to increase vertical lifting force at low energy costs.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

Фиг.1 - полупогружное ледокольное судно (вид сбоку);Figure 1 - semi-submersible icebreaking vessel (side view);

Фиг.2 - полупогружное ледокольное судно (вид сверху);Figure 2 - semi-submersible icebreaking vessel (top view);

Фиг.3 - полупогружное ледокольное судно (вид в фас);Figure 3 - semi-submersible icebreaking vessel (view in front);

Фиг.4 - полупогружное ледокольное судно, аксонометрия;Figure 4 - semi-submersible icebreaking vessel, a perspective view;

Фиг.5 - показан параллелограмм сил, приложенных к тарану при прохождении ледяного покрытия, при этом буквой У обозначен упор винтов, а буквой Р разрушающая лед сила;Figure 5 shows a parallelogram of the forces applied to the ram during passage of the ice cover, while the letter U indicates the stop of the screws, and the letter P destructs the ice force;

Фиг.6 - вид экспериментальной установки;6 is a view of an experimental setup;

Фиг.7 - экспериментальное исследование с применением заявляемого технического решения;7 is an experimental study using the proposed technical solution;

Фиг.8 - экспериментальное исследование с применением классической ледокольной схемы;Fig - experimental study using the classic icebreaking scheme;

Фиг.9 - сравнительная таблица зависимости ледового сопротивления от толщины льда для ледокола и заявляемого способа.Fig.9 is a comparative table of the dependence of ice resistance on the thickness of the ice for the icebreaker and the proposed method.

Полупогружное ледокольное судно (фиг.1 - фиг.4) состоит из подводного грузового корпуса 1, на верхней наружной поверхности которого, начиная от носовой части, вдоль всего корпуса судна продольно сформирован специальный прочный таран, составляющий с корпусом судна единое целое, состоящий из носовой части 2 и кормовой части 3, в корпусе 1 расположены двигатели и движители, в том числе заканчивающиеся маневровыми винтами 4, в носовой и кормовой частях корпуса 1 осесимметрично расположены балластные камеры 5, вдоль корпуса установлены горизонтальные гидродинамические рули 6, на корме корпуса расположена узкая надводная надстройка 7 высотой 15-20 м, заканчивающееся наверху ходовой рубкой 8 с вертолетной площадкой, таран имеет ледоразрущающее острое наклонное ребро 9, начинающееся от носовой части судна и расположенное вдоль всего его корпуса. При этом ледоразрушающее ребро 9 расположено под углом от 1:8 до 1:15 (от 3° до 7°) к продольной оси корпуса 1 судна. Для уменьшения ледового сопротивления при движении корпус 1 судна располагается подо льдом. На поверхности находится только часть тарана и надстройка 7 с ходовой рубкой 8.The semi-submersible icebreaking vessel (Fig. 1 - Fig. 4) consists of an underwater cargo hull 1, on the upper outer surface of which, starting from the bow, along the entire hull of the vessel, a special strong ram is longitudinally formed, which is a single unit with the ship's hull, consisting of a bow part 2 and aft part 3, in the housing 1 there are engines and propulsors, including those ending with shunting screws 4, in the bow and aft parts of the housing 1 there are axisymmetrically located ballast chambers 5, a horizontal is installed along the housing s hydrodynamic handlebars 6, the stern hull is narrow above-water superstructure 7 15-20 m tall, ending at the top chassis wheelhouse 8 with a helipad, ledorazruschayuschee ram has an acute inclined edge 9, starting from the bow of the vessel and extending along its entire body. In this case, the ice-breaking rib 9 is located at an angle from 1: 8 to 1:15 (from 3 ° to 7 °) to the longitudinal axis of the hull 1 of the vessel. To reduce ice resistance during movement, the hull 1 of the vessel is located under the ice. On the surface is only part of the ram and the superstructure 7 with the wheelhouse 8.

Способ состоит в том, что разрушение льда происходит при движении судна специальным прочным тараном, расположенным сверху корпуса по всей его длине. Конструктивно таран представляет собой узкий, не более 3 м, и высокий, не менее 15 м, плавник с наклонным ледоразрушающим ребром. При разрушении льда заявляемым способом корпус судна заглублен на глубину не менее 10 м и имеет обычную, не усиленную конструкцию.The method consists in the fact that the destruction of ice occurs when the vessel is moving with a special strong ram located on top of the hull along its entire length. Structurally, the ram is a narrow, no more than 3 m, and high, at least 15 m, fin with an inclined ice-breaking rib. When the destruction of ice by the claimed method, the hull is deepened to a depth of not less than 10 m and has a conventional, not reinforced structure.

Реализация способа и работа устройства осуществляется следующим образом. В процессе движения корпус судна 1 находится под водой. При движении судна носовая часть 2 тарана заходит под лед, поднимает и разрушает его острым ребром 9, при этом за судном образуется полынья, достаточная для прохода других судов. При движении судна задним ходом лед разрушается кормовой частью 3 тарана.The implementation of the method and the operation of the device is as follows. In the process of moving the hull of the vessel 1 is under water. When the vessel moves, the bow of the battering ram 2 comes under the ice, raises and destroys it with a sharp edge 9, while behind the vessel, wormwood is formed, sufficient for the passage of other vessels. When the ship moves in reverse, the ice is destroyed by the stern of 3 rams.

Вертикальное разрушающее усилие P (фиг.5) создается положительной плавучестью судна и горизонтальными гидродинамическими рулями-крыльями 6. Архимедову подъемную силу обеспечивают четыре балластные камеры 5, находящиеся в носовой и кормовой частях (фиг.3). Они же осуществляют продольную и поперечную остойчивость. Например, вертикальная подъемная сила, создаваемая горизонтальными гидродинамическими рулями при их площади 2500 м2 и скорости судна 20 км/час, может составить порядка 9 тысяч тонн, а положительная плавучесть при водоизмещении судна 200 тысяч тонн (беря 10% от водоизмещения судна) создаст вертикальное разрушающее усилие в 20 тысяч тонн (водоизмещение современных ледоколов), а в сумме (архимедова сила плюс усилие рулей) будет практически равна водоизмещению проектируемым современных ледокольных судов (33 тысяч тонн) (10), а при увеличении тоннажа заявляемого судна - еще и больше. В особо мощных льдах движение становится волнообразным, т.е. судно уменьшает плавучесть и корпус 1 с тараном, при малых упорах винтов, входит под лед на две трети своей длины. Положительная плавучесть повышается до предела, разрушая при всплытии лед ребром тарана, затем цикл разрушения повторяется. При этом судно не дает задний ход, чем повышается крейсерская скорость. Волновое движение может осуществляться и изменением вертикального усилия на горизонтальных рулях-крыльях большой площади.The vertical destructive force P (Fig. 5) is created by the positive buoyancy of the vessel and the horizontal hydrodynamic rudders-wings 6. Archimedean lifting force is provided by four ballast chambers 5 located in the bow and stern parts (Fig. 3). They carry out longitudinal and transverse stability. For example, the vertical lift force produced by the horizontal hydrodynamic control surfaces at their area of 2500 m 2 and the speed of the vessel 20 km / h can be about 9 tons, and the positive buoyancy when displacement 200 tons vessel (by taking 10% of the displacement of the vessel) would create vertical the destructive force of 20 thousand tons (displacement of modern icebreakers), and in total (Archimedean force plus the force of the rudders) will be almost equal to the displacement of the designed modern icebreakers (33 thousand tons) (10), and with an increase in tonnage trolled ship - and even more. In especially powerful ice, the movement becomes undulating, i.e. the vessel reduces buoyancy and hull 1 with a ram, with small screw stops, enters two-thirds of its length under ice. Positive buoyancy increases to the limit, destroying the ice with a rib of a ram when it emerges, then the destruction cycle is repeated. At the same time, the vessel does not back up, which increases cruising speed. Wave motion can also be carried out by changing the vertical force on the horizontal rudder-wings of a large area.

Пример конкретного применения. Проведенные сравнительные экспериментальные исследования показали преимущество предлагаемого способа движения в тяжелых льдах, по сравнению с классическими ледоколами. Эксперименты проводились на моделях, изготовленных в масштабе 1:100. За классическую схему принималась модель перспективного проектируемого ледокола [9], угол наклона форштевня которого составлял 21° к плоскости льда, а не 29°, как у имеющихся ледоколов. Такая форма носовой части (как показали эксперименты) позволяет в полтора раза уменьшить ледовое сопротивление. Ширина по ватерлинии 0,33 м, что соответствует у натурального ледокола 33 м. Максимальная высота тарана с ледоразрушающим ребром полупогружного ледокольного судна в модельном исполнении составляла 0,03 м (3 м у натуры). Угол наклона острого ребра тарана к продольной оси корпуса судна составил 1:10 (5°), что увеличило вертикальную разрушающую силу в десять раз по сравнению с упором винтов. Такой угол наклона тарана при его длине 200 м позволяет иметь высоту надводной надстройки 20 м, что позволяет производить заглубление корпуса судна на 10 м и более и, соответственно, приводит к снижению гидродинамического волнового сопротивления. Исследования показали семикратное снижение горизонтального усилия ледяного сопротивления при осуществлении заявляемого способа с использованием заявляемого судна. Сравнение проводилось по максимальным амплитудным значениям ледового сопротивления (для классической схемы). При этом при применении заявляемого способа обеспечивается плавность процесса разрушения (в отличие от классической схемы) разрушающая нагрузка практически постоянна. Ширина образующейся полыньи в пересчете на натуру составила 30-40 метров. Это позволяет судну свободно маневрировать, разворачиваясь на месте на 180°, и предотвращает возможность затирания судна льдами, одновременно с этим ширина полыньи позволяет проводить за собой обычные, не ледокольные судна. Кроме того, было установлено, что увеличение угла более чем 1:8 (7°) к продольной оси корпуса при фиксированном упоре винтов приводит к значительному снижению разрушающего вертикального усилия, а при углах, меньших чем 1:15 (3°), высота тарана с ребром становиться недостаточной даже при длине судна больше 200 м (в пересчете к натуре). При недостаточной высоте тарана с ребром при движении судна ледяные плиты упираются в надстройку 7 и создают дополнительное сопротивление, поэтому наименьший угол должен обеспечивать плавное обтекание разрушенными ледяными плитами надледной части тарана, не задевая надстройки 7.An example of a specific application. Comparative experimental studies have shown the advantage of the proposed method of movement in heavy ice, in comparison with classical icebreakers. The experiments were carried out on models manufactured on a scale of 1: 100. The model of the prospective designed icebreaker [9], the pitch angle of which was 21 ° to the ice plane, and not 29 °, as with the existing icebreakers, was taken as the classical scheme. This form of the bow (as shown by experiments) allows one and a half times to reduce ice resistance. The width along the waterline is 0.33 m, which corresponds to 33 m for a natural icebreaker. The maximum height of a ram with an ice-breaking edge of a semi-submersible icebreaking vessel in the model version was 0.03 m (3 m from nature). The angle of inclination of the sharp rib of the ram to the longitudinal axis of the hull was 1:10 (5 °), which increased ten times the destructive force in comparison with the stop of the screws. Such an inclination angle of the ram with its length of 200 m makes it possible to have a surface height of 20 m, which allows the hull of the vessel to be deepened by 10 m or more and, accordingly, leads to a decrease in hydrodynamic wave resistance. Studies have shown a seven-fold decrease in the horizontal force of ice resistance during the implementation of the proposed method using the inventive vessel. The comparison was carried out according to the maximum amplitude values of the ice resistance (for the classical scheme). Moreover, when applying the proposed method provides a smooth process of destruction (in contrast to the classical scheme), the destructive load is almost constant. The width of the resulting wormwood in terms of nature was 30-40 meters. This allows the vessel to freely maneuver, turning 180 ° on the spot, and prevents the vessel from overwriting with ice, while at the same time the width of the wormwood allows for ordinary, non-icebreaking vessels. In addition, it was found that an increase in the angle of more than 1: 8 (7 °) to the longitudinal axis of the body with a fixed stop of the screws leads to a significant reduction in the destructive vertical force, and at angles less than 1:15 (3 °), the ram height with an edge it becomes insufficient even if the vessel is longer than 200 m (in terms of nature). With insufficient height of the ram with the rib during the movement of the vessel, the ice plates abut the superstructure 7 and create additional resistance, therefore, the smallest angle should provide a smooth flow around the destroyed part of the ice in the icy part of the ram without touching the superstructure 7.

Экспериментальная установка (фиг.6) состоит из направляющей, по которой ходит специальная каретка. Перемещение каретки осуществляется лебедкой с электроприводом. К каретке крепится исследуемая модель и на ней же расположено силоизмерительное устройство, измеряющее горизонтальное разрушающее усилие моделей. Все эксперименты проводились на моделях, изготовленных в масштабе 1:100 в натурных зимних условиях. Исследования проводились следующим образом. Вначале осуществлялся прогон модели тарана предлагаемой конструкции (фиг.7) на длине 4 метра, а затем модели классического ледокола (фиг.8) на такой же длине. Это обеспечивало равенство условий сравнительных испытаний. Результаты исследований приведены в таблице (фиг.9).The experimental setup (Fig.6) consists of a guide along which a special carriage runs. The carriage is driven by an electric winch. The model under study is attached to the carriage and a force measuring device is located on it, which measures the horizontal breaking force of the models. All experiments were carried out on models manufactured on a scale of 1: 100 in full-scale winter conditions. The studies were carried out as follows. First, a ram model of the proposed design (Fig. 7) was run at a length of 4 meters, and then a classic icebreaker model (Fig. 8) was run at the same length. This ensured equality of conditions for comparative tests. The research results are shown in the table (Fig.9).

Новизна и преимущество заявляемого технического решение в части способа состоит также в том, что при горизонтальном движении судна за счет разрушающей силы, создаваемой острым ребром тарана, поднимающей лед снизу вверх, создается полынья, сравнимая с шириной судна (подтверждено экспериментально), что позволяет проводить по образующейся полынье другие судна. Причем для этого требуются в 7-10 раз меньше усилий от энергетических установок судна по сравнению с классической схемой, кроме того, с увеличением водоизмещения судна возрастает эффективность ледокольных свойств при той же мощности силовой установки. Предложенный способ позволяет сочетать мореходные качества судна по чистой воде с хорошими ледокольными. Кроме того, благодаря плавности движения при разрушении льда команда судна находится в комфортных условиях по сравнению с ледоколом. Это позволяет судну преодолевать любые арктические льды с приемлемой коммерческой скоростью. Полупогруженный режим движения на чистой воде также выгоден, т.к. значительно уменьшает гидродинамическое волновое сопротивление и снижает удары волн при штормах.The novelty and advantage of the claimed technical solution in terms of the method also consists in the fact that with the horizontal movement of the vessel due to the destructive force created by the sharp edge of the ram, lifting the ice from bottom to top, wormwood is created, comparable to the width of the vessel (confirmed experimentally), which allows formed wormwood other vessels. Moreover, this requires 7-10 times less effort from the power plants of the vessel compared to the classical scheme, in addition, with an increase in the displacement of the vessel, the efficiency of icebreaking properties increases with the same power of the power plant. The proposed method allows you to combine the seaworthiness of the vessel in clean water with good icebreaking. In addition, due to the smooth movement during the destruction of ice, the crew of the vessel is in comfortable conditions compared to the icebreaker. This allows the vessel to cross any Arctic ice at an acceptable commercial speed. A semi-submerged driving mode in clean water is also beneficial, as significantly reduces hydrodynamic wave resistance and reduces shock waves during storms.

Таким образом, что совокупность известных и новых признаков предложенного технического решения позволяет обеспечить получение таких технических результатов как повышение эффективность движения судна в ледовых полях толщиной 3 м и более, а именно увеличение средней скорости движения, снижение мощности двигателя, имеющегося у судна, и повышение его ледопроходимости при невысоких энергетических затратах (повышение КПД) при обеспечении одновременно комфортных условий экипажа, и при этом позволяет создавать полынью, достаточную для обеспечении прохода других судов.Thus, the combination of known and new features of the proposed technical solution allows to obtain such technical results as increasing the efficiency of the vessel in ice fields with a thickness of 3 m or more, namely increasing the average speed, reducing the engine power available to the vessel, and increasing it ice penetration at low energy costs (increased efficiency) while ensuring comfortable crew conditions, and at the same time allows creating wormwood sufficient to provide during passage of other vessels.

Литература:Literature:

1. Авторское свидетельство СССР №1758976. Устройство для разрушения льда.1. USSR copyright certificate No. 1758976. A device for breaking ice.

2. Патент США №3868920. Semi-submerged cargo transport system.2. US patent No. 3868920. Semi-submerged cargo transport system.

3. Патент РФ №2360825. Устройство для разрушения ледяного покрова.3. RF patent No. 2360825. The device for the destruction of the ice cover.

4. Заявка Нидерландов NL 2011/050494. Semi-submersible vessel and operating method.4. Application of the Netherlands NL 2011/050494. Semi-submersible vessel and operating method.

5. Патент РФ №2389640. Арктическое ледокольное транспортное крупнотоннажное судно с ледостойким пилоном.5. RF patent No. 2389640. Arctic ice-breaking transport large-capacity vessel with an ice-resistant pylon.

6. Патент РФ №95101443.6. RF patent No. 95101443.

7. Ледоколы. В.И. Каштелян и др. Судостроение, 1972 г.7. Icebreakers. IN AND. Kashtelyan et al. Shipbuilding, 1972

8. Патент США №4350114. Semi-submersible tanker with directional ice cutters.8. US patent No. 4350114. Semi-submersible tanker with directional ice cutters.

9. Л.Г. Пой. Двухосадочный ледокол для Арктики // Атомная стратегия XXI, 2008, №36, стр.20.9. L.G. Sing it. Two-draft icebreaker for the Arctic // Atomic Strategy XXI, 2008, No. 36, p. 20.

Claims (8)

1. Способ разрушения ледяного покрова, при котором при движении полупогружного судна создают выталкивающую архимедову силу, давящую на нижнюю поверхность льда в вертикальном направлении, и разрушают лед заведенным под него тараном с ледоразрушающим ребром, связанным с корпусом судна, отличающийся тем, что вертикальную выталкивающую силу создают всей положительной плавучестью полупогружного судна и подъемной силой его горизонтальных гидродинамических рулей, при этом таран воздействует на лед в горизонтальном направлении как своим наклонным разрушающим ребром, так и всей своей поверхностью. 1. A method of destroying ice cover, in which, when a semi-submersible vessel is moving, a buoyant Archimedean force is generated that presses on the bottom surface of the ice in the vertical direction, and ice is destroyed by a ramming beneath it with an ice-breaking rib connected with the hull of the ship, characterized in that the vertical buoyancy force create all the positive buoyancy of a semi-submersible vessel and the lifting force of its horizontal hydrodynamic rudders, while the ram acts on the ice in the horizontal direction as its with a pubic destructive rib and its entire surface. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разрушение ледяного покрова осуществляют при движении полупогружного судна задним ходом. 2. The method according to claim 1, characterized in that the destruction of the ice cover is carried out when the semi-submersible vessel is reversed. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для разрушения льда судно по ходу совершает вертикальные волнообразные движения.3. The method according to claim 1, characterized in that for the destruction of ice the vessel along the course makes vertical wave-like movements. 4. Полупогружное ледокольное судно с носовой и кормовой частями, состоящее из подводного грузового корпуса с двигателями, движителями, балластными камерами, горизонтальными гидродинамическими рулями и ледоразрушующим устройством и надводной части с надстройкой, отличающееся тем, что ледоразрушующее устройство продольно сформировано на наружной верхней поверхности грузового корпуса судна, начиная от носовой части, вдоль всего корпуса судна и выполнено в виде тарана с наклонным ледоразрушающим ребром.4. Semi-submersible icebreaking vessel with bow and stern, consisting of an underwater cargo hull with engines, propulsors, ballast chambers, horizontal hydrodynamic rudders and an ice-breaking device and a surface part with a superstructure, characterized in that the ice-breaking device is longitudinally formed on the outer upper surface of the cargo body the vessel, starting from the bow, along the entire hull and made in the form of a ram with an inclined ice-breaking rib. 5. Полупогружное ледокольное судно по п.4, отличающееся тем, что угол наклона ледоразрушающего ребра тарана составляет от 3° до 7° к продольной оси корпуса судна.5. Semi-submersible icebreaking vessel according to claim 4, characterized in that the angle of inclination of the ice-breaking rib of the ram is from 3 ° to 7 ° to the longitudinal axis of the hull. 6. Полупогружное ледокольное судно по п.4, отличающееся тем, что в кормовой части судна угол наклона ледоразрушающего ребра тарана составляет от 3° до 7° к продольной оси корпуса судна.6. Semi-submersible icebreaking vessel according to claim 4, characterized in that in the stern of the vessel, the angle of inclination of the ice-breaking rib of the ram is from 3 ° to 7 ° to the longitudinal axis of the hull. 7. Полупогружное ледокольное судно по п.4, отличающееся тем, что надводная часть с надстройкой расположена в кормовой части судна.7. Semi-submersible icebreaking vessel according to claim 4, characterized in that the surface part with the superstructure is located in the stern of the vessel. 8. Полупогружное ледокольное судно по п.4, отличающееся тем, что балластные камеры расположены в носовой и кормовой частях судна. 8. Semi-submersible icebreaking vessel according to claim 4, characterized in that the ballast chambers are located in the fore and aft parts of the vessel.
RU2013135859/11A 2013-07-30 2013-07-30 Method to break ice cover and semi-submersible icebreaker ship RU2535346C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013135859/11A RU2535346C1 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Method to break ice cover and semi-submersible icebreaker ship

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013135859/11A RU2535346C1 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Method to break ice cover and semi-submersible icebreaker ship

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2535346C1 true RU2535346C1 (en) 2014-12-10

Family

ID=53285911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013135859/11A RU2535346C1 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Method to break ice cover and semi-submersible icebreaker ship

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2535346C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2612343C1 (en) * 2016-03-01 2017-03-07 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет)" Semi-submersible icebreaker
RU2640080C1 (en) * 2017-01-18 2017-12-26 Александр Михайлович Гладилин All-season arctic flat-bottom container ship (versions)
RU2651415C1 (en) * 2017-04-18 2018-04-19 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") Ice breaking method
CN114199508A (en) * 2021-12-10 2022-03-18 哈尔滨工程大学 Test device and method for researching multi-posture maneuvering ice breaking of submerged body under ice
CN119555336A (en) * 2024-12-05 2025-03-04 中山大学 A test device and test method for measuring submarine surfacing icebreaking load

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3868920A (en) * 1970-09-23 1975-03-04 Air Logistics Corp Semi-submerged cargo transport system
US4350114A (en) * 1980-03-17 1982-09-21 Sea-Log Corporation Semi-submersible tanker with directional ice cutters
RU2086460C1 (en) * 1995-02-08 1997-08-10 Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" Ice-cruise submersible vessel
RU2172698C1 (en) * 2000-01-24 2001-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" Ice navigation surface/underwater vessel
RU2175292C2 (en) * 2000-01-24 2001-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" Navigation of ships under ice conditions
RU2326785C1 (en) * 2006-11-20 2008-06-20 Андрей Борисович Адамович Method of destruction of ice cover for marine ice breakers and device to its realisation
RU2360825C1 (en) * 2007-11-15 2009-07-10 Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН Device for destruction of ice cover
KR20120008613A (en) * 2010-07-19 2012-02-01 홍리 유 Icebreaker forming a pod with comb

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3868920A (en) * 1970-09-23 1975-03-04 Air Logistics Corp Semi-submerged cargo transport system
US4350114A (en) * 1980-03-17 1982-09-21 Sea-Log Corporation Semi-submersible tanker with directional ice cutters
RU2086460C1 (en) * 1995-02-08 1997-08-10 Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" Ice-cruise submersible vessel
RU2172698C1 (en) * 2000-01-24 2001-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" Ice navigation surface/underwater vessel
RU2175292C2 (en) * 2000-01-24 2001-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" Navigation of ships under ice conditions
RU2326785C1 (en) * 2006-11-20 2008-06-20 Андрей Борисович Адамович Method of destruction of ice cover for marine ice breakers and device to its realisation
RU2360825C1 (en) * 2007-11-15 2009-07-10 Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН Device for destruction of ice cover
KR20120008613A (en) * 2010-07-19 2012-02-01 홍리 유 Icebreaker forming a pod with comb

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2612343C1 (en) * 2016-03-01 2017-03-07 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет)" Semi-submersible icebreaker
RU2612343C9 (en) * 2016-03-01 2017-05-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" Semi-submersible icebreaker
RU2640080C1 (en) * 2017-01-18 2017-12-26 Александр Михайлович Гладилин All-season arctic flat-bottom container ship (versions)
RU2651415C1 (en) * 2017-04-18 2018-04-19 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") Ice breaking method
CN114199508A (en) * 2021-12-10 2022-03-18 哈尔滨工程大学 Test device and method for researching multi-posture maneuvering ice breaking of submerged body under ice
CN119555336A (en) * 2024-12-05 2025-03-04 中山大学 A test device and test method for measuring submarine surfacing icebreaking load

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2535346C1 (en) Method to break ice cover and semi-submersible icebreaker ship
RU2607136C2 (en) Fore end of high-speed surface ship or relatively low-speed civil ship of high thunderstorm navigability and ice flotation in autonomous navigation
CN103381877A (en) Improved tugboat hull and tugboat comprising the improved hull
CN102935874B (en) Two submerged body small-waterplane-area compound unmanned surface vehicle
US6966271B2 (en) Waveless hull
RU2389640C1 (en) Arctic ice-breaker freight supership with icreproof pylon
EP2571750B1 (en) Double-ended trimaran ferry
CN103979082A (en) Novel icebreaker structure
CN109110065B (en) Polar region multipurpose work ship based on ice prying operation
RU2612343C1 (en) Semi-submersible icebreaker
CN110949624B (en) Ice-breaking ship with double folding angle broadsides
CN203996810U (en) A kind of novel ship structure that opens ice
US9193423B2 (en) Hull configuration for submarines and vessel of the displacement type with multihull structure
US10000258B2 (en) Vessel with selectively deployable hull members
RU2171196C1 (en) Trimaran icebreaker
US20150144049A1 (en) Buoyant, Variably Buoyant and Non-Buoyant Foil Structures for Marine Vessels and Watercraft
Xue et al. Ice Breaking Vessel
US3866556A (en) Ship construction
CN113697026A (en) Three-body ship
RU2171203C1 (en) Method of pilotage of trimaran icebreaker in ice
RU2779768C1 (en) Underwater gas carrier for transportation of liquefied natural gas from the arctic regions
RU2401763C2 (en) Double-deck hull vessel
US7712424B2 (en) Multi-hull vessel adapted for ice-breaking
RU2172698C1 (en) Ice navigation surface/underwater vessel
Hovilainen et al. Next Generation to Break the Ice-The Oblique Icebreaker