RU2737558C1 - Method for destruction of ice cover by ship on compressed airflow - Google Patents
Method for destruction of ice cover by ship on compressed airflow Download PDFInfo
- Publication number
- RU2737558C1 RU2737558C1 RU2020120719A RU2020120719A RU2737558C1 RU 2737558 C1 RU2737558 C1 RU 2737558C1 RU 2020120719 A RU2020120719 A RU 2020120719A RU 2020120719 A RU2020120719 A RU 2020120719A RU 2737558 C1 RU2737558 C1 RU 2737558C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- ship
- vessel
- hull
- wheels
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60V—AIR-CUSHION VEHICLES
- B60V3/00—Land vehicles, waterborne vessels, or aircraft, adapted or modified to travel on air cushions
- B60V3/06—Waterborne vessels
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
- B63B35/08—Ice-breakers or other vessels or floating structures for operation in ice-infested waters; Ice-breakers, or other vessels or floating structures having equipment specially adapted therefor
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B15/00—Cleaning or keeping clear the surface of open water; Apparatus therefor
- E02B15/02—Cleaning or keeping clear the surface of open water; Apparatus therefor from ice otherwise than according to E02B1/003
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ледотехники и может быть использовано, в частности, для выполнения ледокольных работ судами типа на сжатом пневмопотоке, разрушающими ледяной покров резонансовым методом (Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения «Академия Естествознания», 2007. - 355 с), а также (Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада. - Владивосток. ИАПУ. 1993 г).The invention relates to the field of ice technology and can be used, in particular, to perform icebreaking operations by vessels of the type on a compressed pneumatic flow, destroying the ice cover by the resonance method (Kozin V.M. Resonant method of breaking the ice cover. Inventions "Academy of Natural Sciences", 2007. - 355 c), as well as (Kozin V.M. Resonant method of destruction of the ice cover. Thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences in the form of a scientific report. - Vladivostok. IAPU. 1993).
Известен способ определения резонансной скоростью судна Vp по максимальной кривизне ледяного покрова, для чего при помощи радиолокационных сигналов при движении судна замеряют кривизну ледяного покрова. С этой целью в носу, средней части СВП устанавливаются излучатели и приемники радиолокационной станции. При перемещении СВП по ледяному покрову при помощи этих станций происходит измерение расстояния до поверхности ледяного покрова. По данным замерам с учетом показаний дифферентометра определяется кривизна ледяного покрова (Патент RU №2099235, В63В 35/08 от 20.12.1997).There is a method for determining the resonant speed of the vessel V p by the maximum curvature of the ice cover, for which the curvature of the ice cover is measured using radar signals while the vessel is moving. For this purpose, emitters and receivers of a radar station are installed in the nose, middle part of the SVP. When the SVP moves over the ice cover, these stations measure the distance to the surface of the ice cover. According to these measurements, taking into account the readings of the trimometer, the curvature of the ice cover is determined (Patent RU No. 2099235, В63В 35/08 dated 20.12.1997).
Недостатком известного способа является необходимость наличия на судне дорогостоящего оборудования, соответствующей вычислительной техники со специализированной программы для определения кривизны ледяного покрова, т.е. ограниченная ледоразрушающая способность.The disadvantage of the known method is the need for expensive equipment on the ship, corresponding computer technology with a specialized program for determining the curvature of the ice cover, i.e. limited ice breaking capacity.
Из уровня техники известны способы разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке путем возбуждения во льду резонансных волн при его движении, в процессе движения создают дополнительную нагрузку на лед, направленную вниз от упора винтов посредством дифферентовки на нос (Патент RU №2188896, Е02В 15/02, B60V 3/06, В63В 35/08 от 10.09.2003), а также известны технические решения (RU №2211169, В63В 35/08, B60V 3/06, Е02В 15/02 от 27.08.2003; RU №2199576, Е02В 15/02, B60V 3/06, В63В 9/00 от 27.01.2003; RU №2531857, В63В 35/08, Е02В 15/02 от 27.10.2014; RU №2111888, В63В 35/08, B60V от 27.06.1988; RU №2173651, В63В 35/08, D60V 3/06 от 20.09.2001; RU №2229416, В63В 35/08 от 27.05.2003).From the prior art methods are known for destroying the ice cover by a hovercraft by exciting resonance waves in the ice during its movement, during the movement create an additional load on the ice directed downward from the propeller stop by trimming on the bow (Patent RU No. 2188896, E02В 15/02 ,
Однако общим их недостатком являются: одних способов - это сложность возбуждающих демпфирующих свойств по ледяному покрову при различных условиях режимах роботы, разрушаемого резонансовым методом, т.е. увеличения амплитуды изгибо-гравитационных волн (ИГВ), а других способов является ограниченная ледоразрушающаяся способность этих судов.However, their common drawback is: some methods are the complexity of the exciting damping properties on the ice cover under different conditions, the modes of robots destroyed by the resonance method, i.e. increasing the amplitude of flexural gravity waves (IGW), and other methods are the limited ice breaking capacity of these vessels.
Можно привести (СМ. Тарг. Краткий курс теоретической механики. - М.: Высшая школа. - 1998, 415 с), что вектор р, направленный под углом к горизонтальной плоскости, может быть разложен на вертикальную составляющие.It can be cited (CM. Targ. A short course of theoretical mechanics. - M .: Higher school. - 1998, 415 s) that the vector p, directed at an angle to the horizontal plane, can be decomposed into vertical components.
Таким образом, если упор носовой части направить под углом к горизонтальной плоскости, то его вертикальную составляющую можно использовать для увеличения силы давления на корму. В результате нагрузка на лед возрастает, кроме того, сила давления дополнительно сжатого воздуха в кормовой части также дополнительно давит на лед, а также, если резонансовая скорость судна определяется заглублением управляемых колесных пневматических с зубьями в виде шасси, способными измельчать верхнюю часть поверхности льда и удалять его напорным воздухом в стороны.Thus, if the bow stop is directed at an angle to the horizontal plane, then its vertical component can be used to increase the pressure force on the stern. As a result, the load on the ice increases, in addition, the force of pressure of the additionally compressed air in the stern also additionally presses on the ice, and also if the resonant speed of the vessel is determined by the deepening of the controlled wheeled pneumatic ones with chassis-shaped teeth capable of crushing the upper part of the ice surface and removing its pressurized air to the sides.
Известно (Политехнический словарь. Под ред. А.Ю. Ишлинского. М.: Советская энциклопедия, 1980, с. 240), что при обтекании твердого тела потоком воздуха на него начинает действовать аэродинамическая подъемная сила в направлении, перпендикулярном к направлению набегающего потока. При этом направление аэродинамической подъемной силы определяется углом атаки: при положительном угле она направляется вверх, а при отрицательном - вниз. Используя закономерность можно увеличить давление на лед при движении судна на сжатом пневмопотоке, учитывая и его скоростные характеристики и режущее устройство колесного зубчатого в виде шасси, закрепленного на конце тормозного щитка, т.е. тем самым увеличить амплитуду возбуждаемых ИГВ. Для этого необходимо иметь возможность на коротком расстоянии разгона судна и при обтекании корпуса набегающим потоком воздуха знакопеременную аэродинамическую подъемную силу, какими являются конструкция применяемых боковых лобовых сопротивлений в виде интерцепторов.It is known (Polytechnic dictionary. Ed. By A.Yu. Ishlinsky. M .: Soviet encyclopedia, 1980, p. 240) that when the air flow around a solid body, an aerodynamic lifting force begins to act on it in a direction perpendicular to the direction of the incoming flow. In this case, the direction of the aerodynamic lift is determined by the angle of attack: at a positive angle, it is directed upwards, and at a negative angle, downward. Using the regularity, it is possible to increase the pressure on the ice when the vessel is moving on a compressed pneumatic flow, taking into account both its speed characteristics and the wheel gear cutting device in the form of a chassis fixed at the end of the brake flap, i.e. thereby increasing the amplitude of the excited IGW. To do this, it is necessary to be able, at a short distance of acceleration of the ship and when the incoming air stream is flowing around the hull, has an alternating aerodynamic lift, which are the design of the used lateral drag in the form of spoilers.
Однако при всех достоинствах технического решения аналогов по разрушению ледяного покрова необходимо учитывать разрушения более толстых слоев льда, например, у береговой линии, где требуется обеспечить и необходимую безопасность на льду в виду высокого расположения центра тяжести судна на сжатом пневмопотоке в передней части и судно движется с резонансовой скоростью Vp, т.е. со скоростью, при которой высота возбуждаемых ИГВ максимальна.However, with all the advantages of the technical solution of analogues for the destruction of the ice cover, it is necessary to take into account the destruction of thicker layers of ice, for example, near the coastline, where it is required to provide the necessary safety on ice due to the high location of the ship's center of gravity on a compressed pneumatic flow in the front part and the ship moves with resonance velocity V p , i.e. with the speed at which the height of the excited IGW is maximum.
Из известных способов и устройств аналогов (прототип) известен способ разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке, заключающийся в возбуждении во льду изгибо-гравитационных волн при движении судна по льду с резонансовой скоростью, определяемой в процессе движения судна по максимальной кривизне ледяного покрова, при этом упомянутую скорость определяют по максимальному (по сравнению с движением над твердой горизонтальной поверхностью) приросту силы электрического тока, возбуждаемого пьезоэлементами, установленными в упорных подшипниках воздушного винта (Патент RU №2188897, Е02В 15/02, В63В 35/08, B60V 3/06 от 10.09.2002).Of the known methods and devices of analogs (prototype), there is a known method for destroying the ice cover by a hovercraft, which consists in the excitation of bend-gravitational waves in the ice when the vessel moves on ice with a resonant speed determined during the movement of the vessel along the maximum curvature of the ice cover, while the mentioned speed is determined by the maximum (in comparison with movement over a solid horizontal surface) increase in the electric current excited by the piezoelectric elements installed in the thrust bearings of the propeller (Patent RU No. 2188897, Е02В 15/02, В63В 35/08,
Недостатком известного способа является наличие дополнительного электрического тока, возбуждаемого пьезоэлементами, установленными в упорных подшипниках воздушного винта. А значит, возникает вибрация лопастей винта при движении судна, что в конечном итоге приводит к усталости металла при максимальной скорости при длительной эксплуатации судна, соответственно, сила возбуждаемого тока будет уменьшаться, а значит, и уменьшится кривизна профиля ИГВ. Кроме того, профиль крепления боковых гибких ограждений с нижней стороны ограждений, запитывающих воздухом от вентилятора и надстройки над судном для амплитуды возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения, утолщенного льда, так как в движении судна участвует только сама масса судна над точкой перегиба ледяного покрова, т.е. узком ИГВ. В этом случае судно получить в основном максимальный дифферент от веса судна в условиях судна на сжатом пневмопотоке, закрывающего днище корпуса боковыми скегами, т.е. не предусматривает изменение от перемещения под днищем корпуса систему управляющих элементов в виде тормозного щитка на конце, которого не менее двух закреплены на рычагах колесные пневматические или гидравлические шасси, снабженные по всему периметру зубьями с острыми кромками, способные измельчать верхнюю поверхность покрова льда в режиме крейсерской скорости, где судно приподнято вверх и дополнительно сопротивления применения интерцепторов и, где нагнетание воздуха высокого давления в замкнутой области по корпусом судна должно его двигать вперед. Таким образом, если наряду с поступательным движением судна на сжатом пневмопотоке на него подействовать не только периодической вертикальной нагрузкой, но и дополнительно в покрове льда провести несколько заходов прорезания толщи судна с помощью движения do покрову вращающихся ледорезных колес на пневматической Шасси с приводом, корпус которых снаружи по периметру снабжен металлическими зубьями с острыми кромками, то в ледяном покрове появятся множество глубоких бороздок (каверн), уменьшающих значительно толщину льда, измельченный лед будет сдуваться вместе со снегом воздушным потоком, и очищать покров льда для новых проходов в движении судна на сжатом пневмопотоке, а значит, разовьются и дополнительная системы ИГВ. При совпадении частоты периодической с частотой резонансных ИГВ взаимодействие этих волновых систем приводит к возбуждению суммарных ИГВ наибольшей амплитудой, обеспечит большую надежность и безопасность на льду в виде возможности убирания в нишу под днище колесных шасси с зубьями вместе с тормозным щитком.The disadvantage of this method is the presence of an additional electric current excited by piezoelectric elements installed in the thrust bearings of the propeller. This means that vibration of the propeller blades occurs when the vessel is moving, which ultimately leads to metal fatigue at maximum speed during long-term operation of the vessel, respectively, the force of the excited current will decrease, which means that the curvature of the IGW profile will decrease. In addition, the profile of the attachment of the lateral flexible fences on the lower side of the fences supplying air from the fan and the superstructure above the ship for the amplitude of the excited IGW will be insufficient for the destruction of thickened ice, since only the mass of the ship itself is involved in the movement of the ship above the point of inflection of the ice cover, t .e. narrow IGV. In this case, the vessel will receive basically the maximum trim from the weight of the vessel in the conditions of the vessel on a compressed pneumatic flow that closes the bottom of the hull with side skegs, i.e. does not provide for a change from moving under the bottom of the hull to a system of control elements in the form of a brake flap at the end, of which at least two are attached to the levers, wheeled pneumatic or hydraulic chassis equipped along the entire perimeter with teeth with sharp edges, capable of crushing the upper surface of the ice cover in the cruising speed mode , where the vessel is lifted up and additionally the resistance of the use of spoilers and, where the injection of high pressure air in a closed area along the hull of the vessel should move it forward. Thus, if, along with the translational motion of the vessel on a compressed pneumatic flow, it is acted upon not only by a periodic vertical load, but also in the ice cover to carry out several passes of cutting through the thickness of the vessel using the movement do to the cover of rotating ice-cutting wheels on a pneumatic chassis with a drive, the body of which is outside along the perimeter it is equipped with metal teeth with sharp edges, then many deep grooves (cavities) will appear in the ice cover, significantly reducing the thickness of the ice, crushed ice will be blown off along with the snow by the air flow, and the ice cover will be cleared for new passages in the movement of the vessel on a compressed pneumatic flow, which means that additional IGW systems will also develop. When the frequency of the periodic one coincides with the frequency of the resonant IGW, the interaction of these wave systems leads to the excitation of the total IGW with the highest amplitude, will provide greater reliability and safety on ice in the form of the possibility of retracting into a niche under the bottom of a wheeled chassis with teeth together with a brake flap.
Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова за счет снижения затрат на возбуждение ИГВ с амплитудой, остаточной для разрушения льда.The technical result consists in increasing the efficiency of destruction of the ice cover by reducing the cost of excitation of IGW with an amplitude remaining for the destruction of ice.
Технический результат достигается за счет возбуждения во льду изгибо-гравитационных волн при движении судна с резонансной скоростью, определяемой в процессе судна на максимальной кривизне ледяного покрова, согласно изобретения, используют судно, оборудованное тормозным щитком, расположенным в кормовой оконечности судна в вертикальной плоскости по ширине плоского днища корпуса в плане, и имеющим систему управления, и закрепленное на конце тормозного щитка амортизированное шасси с не менее чем двумя управляемыми амортизированными колесами с приводом в идее пневматических или гидравлических цилиндров, при этом колеса по всему наружному всему периметру снабжены металлическими зубьями с острыми кромками, причем судно оборудовано в передней части с боков корпуса судна в районе ватерлинии выше ее уровня короткими поворотными в горизонтальной плоскости интерцепторами с каждой стороны корпуса, имеющими аэродинамические профили, расположенными с возможностью выдвижения в нишах и закрепленными на осях вращения, при этом ниши выполнены под днищем корпуса судна симметрично друг друга, и интерцепторы приводятся в действие регулировочными приводами, одновременно с поступательным движением судна создают дополнительную нагрузку на лед, направленную вниз, подают сжатый воздух от импеллера в направлении тормозного щитка, регулируют обороты импеллера и углы поворота тормозного щитка, измельчают верхнюю поверхность льда с помощью колес, на промежуточных режимах разгона скоростей выдвигают из ниш интерцепторы.The technical result is achieved due to the excitation of curvature-gravitational waves in the ice when the vessel moves with a resonant speed determined during the vessel process at the maximum curvature of the ice cover, according to the invention, a vessel is used equipped with a brake flap located at the aft end of the vessel in a vertical plane along the width of a flat the bottom of the body in plan, and having a control system, and a shock-absorbed chassis fixed at the end of the brake flap with at least two controlled shock-absorbed wheels with a drive in the idea of pneumatic or hydraulic cylinders, while the wheels along the entire outer perimeter are equipped with metal teeth with sharp edges, moreover, the ship is equipped in the front part from the sides of the ship's hull in the area of the waterline above its level with short interceptors rotatable in the horizontal plane on each side of the hull, having aerodynamic profiles, located with the possibility of extension in niches and fixed on axes of rotation, while the niches are made symmetrically under the bottom of the hull of the ship, and the spoilers are driven by adjusting drives, simultaneously with the forward movement of the ship, they create an additional load on the ice directed downward, supply compressed air from the impeller in the direction of the brake flap, regulate the speed of the impeller and the angles of rotation of the brake flap, crush the upper surface of the ice with the help of wheels, at intermediate acceleration modes, the spoilers are pulled out of the niches.
Кроме того, тормозной щиток с колесными шасси при движении на сжатом пневмопотоке могут убираться в нише под днище корпуса заподлицо.In addition, the brake flap with wheeled chassis when driving on a compressed air flow can be retracted in a recess under the bottom of the housing flush.
Периодическое перемещения судна на сжатом пневмопотоке с амплитудой с различной скоростью движения, не превышающей половину длины волны статического прогиба, т.е. в пределах чаши волны статического прогиба от веса кормы и одновременно высокого давления гидродинамической струи под днищем судна на сжатом пневмопотоке увеличивают площадь направляющего тормозного щитка с вращающимися амортизированными колесами с зубьями в виде шасси с приводом, частично врезаются в поверхность льда и разрушают покров льда, увеличивая при этом массу измельченного льда со снегом, при этом перед каждым проходом судна вся масса сдувается, а корма судна давит на лед, способствуя дополнительным ИГВ, не только от веса, вихрей, создаваемых под днищем судна данного вида, но и от врезания небольших зубьев шасси (колес) в наледь, лед, позволяющей сформировать всей массы в сторону, а значит, не нуждается в дорогостоящем обслуживании, и все это в целом будет способствовать генерации более интенсивных дополнительных ИГВ уже на чистой поверхности с большими кавернами по ходу движения судна во льду.Periodic movement of the vessel on a compressed pneumatic flow with an amplitude with a different speed of movement not exceeding half the wavelength of the static deflection, i.e. within the bowl, waves of static deflection from the weight of the stern and at the same time high pressure of the hydrodynamic jet under the bottom of the vessel on a compressed pneumatic flow increase the area of the guide brake flap with rotating shock-absorbed wheels with teeth in the form of a chassis with a drive, partially cut into the ice surface and destroy the ice cover, increasing when This is a mass of crushed ice with snow, while before each passage of the ship, the entire mass is blown off, and the stern of the ship presses on the ice, contributing to additional IGW, not only from the weight, vortices created under the bottom of the vessel of this type, but also from the penetration of small gear teeth ( wheels) into ice, ice, which allows the entire mass to be formed to the side, which means that it does not need expensive maintenance, and all this will generally contribute to the generation of more intensive additional IGW already on a clean surface with large cavities along the movement of the vessel in ice.
Следует отметить, чтобы избежать большие потери из-за носовой оконечности поднятия вверх, судно в районе ватерлинии с боков в средней части оборудовано побортно двумя симметричными короткими поворотными интерцепторами, выполненными аэродинамическим профилем с возможностью выдвижения из ниши, которое жестко выполнено под плоским днищем корпуса, приводящиеся в действие через ось вращения с регулировочными приводами, а затем имею возможность убираться в ниши под днище корпуса заподлицо.It should be noted that in order to avoid large losses due to the bow end of the uplift, the vessel in the waterline area from the sides in the middle part is equipped on the side with two symmetrical short rotary spoilers made with an aerodynamic profile with the possibility of moving out of the niche, which is rigidly made under the flat bottom of the hull. into action through the axis of rotation with adjusting drives, and then I have the ability to retract into the niches under the bottom of the housing flush.
Известно в самолетостроении применение коротких интерцепторов на крыльях, так как установка интерцепторов на глиссирующих поверхностях значительно улучшает их аэродинамические характеристики. На примере судна на сжатом пневмопотоке побортно интерцепторов в районе выше ватерлинии при выдвижении их приводит к возникновению перед ними зон повышенного давления, которые уменьшают дополнительно осадку судна в движении на сжатом пневмопотоке смоченную поверхность судна. Воздушный тормозящий поток в итоге обеспечивает побортным выдвижением больший дифферент судна на корму при меньшем разбеге (расстоянии), когда судно выходит из промежуточной скорости на крейсерскую скорость при опущенном тормозном щитке с вращающимися колесами с зубьями с острыми кромками в виде выдвижных шасси. В том числе позволяют использовать одновременно интерцепторы и как успокоители качки судна. Это важно их использовать на переходном режиме движения (размеры подбираются экспериментально). А, это при работающих интерцепторах улучшается курсовая устойчивость движения по льду судна, примерно в 1,5-3 раза, по сравнению без них. В свою очередь это создает быстрый подъем носовой части судна вверх на корму. Очевидно, чтобы повысить эффективность движения нужно также зубья шасси уменьшить до необходимого размера, чтобы острые кромки их врезались не глубоко в лед, и не создавали тормоза судну в движении (хотя сами по себе уже колеса имеют вращение по поверхности льда), и судно продолжает двигаться веред, поэтому тормозной щиток с рычагами колес (шасси) должен быть выполнен с регулируемым приводом с амортизацией по высоте в движении. Поэтому лед делается тонким, а измельченный покров льда и снега сдуваются сжатым воздухом в стороны из-под днища корпуса. Физическая причина увеличения дополнительно подъемной силы профиля с интерцепторами состоит в повышении для судна на сжатом пневмопотоке аэродинамического давления на нагнетающей стороне из-за подтормаживания потока. Их работа на расчетном режиме оказывает существенное меньшее влияние на его тягу, но подъем носовой части значительно увеличивает на корму. Таким образом, согласованная работа всех предложенных устройств во время движения, позволит улучшить эксплуатацию судна для разрушения льда с резонансной скоростью Vp, что приведет к увеличению амплитуды ИГВ, т.е. к достижению заявленного технического результат.It is known in aircraft construction to use short spoilers on the wings, since the installation of spoilers on planing surfaces significantly improves their aerodynamic characteristics. On the example of a ship on a compressed pneumatic flow onboard spoilers in the area above the waterline, when they are extended, they lead to the appearance of zones of increased pressure in front of them, which additionally reduce the draft of the ship in motion on the compressed pneumatic flow the wetted surface of the ship. The air braking flow ultimately provides a side extension of the vessel to the stern with a shorter take-off run (distance), when the vessel leaves the intermediate speed for cruising speed with a lowered brake flap with rotating wheels with sharp-edged teeth in the form of a retractable landing gear. In particular, they allow the use of spoilers simultaneously and as stabilizers of the ship's roll. It is important to use them in a transient mode of motion (dimensions are selected experimentally). And, with the spoilers working, the directional stability of movement on the ice of the vessel improves, by about 1.5-3 times, compared with without them. This in turn creates a rapid rise of the bow of the vessel up to the stern. Obviously, in order to increase the efficiency of movement, it is also necessary to reduce the gear teeth to the required size so that their sharp edges do not cut deep into the ice, and do not create brakes for the vessel in motion (although the wheels themselves already have rotation on the ice surface), and the vessel continues to move forward, therefore, the brake flap with wheel levers (chassis) must be made with variable drive with height damping in motion. Therefore, the ice becomes thin, and the crushed ice and snow cover is blown off by compressed air to the sides from under the bottom of the hull. The physical reason for the increase in the additional lift force of the airfoil with spoilers is an increase in the aerodynamic pressure on the discharge side for a vessel on a compressed pneumatic flow due to the slowdown of the flow. Their operation in the design mode has a significantly smaller effect on its thrust, but the lift of the bow significantly increases at the stern. Thus, the coordinated operation of all the proposed devices during movement will improve the operation of the vessel for breaking ice with a resonant velocity V p , which will lead to an increase in the amplitude of the IGW, i.e. to achieve the stated technical result.
Как известно (Бену Ю.Ю. и др. Основы теории судов на воздушной подушке. - Л.: Судостроение. 1970. - 456 с), что появление у судна дифферента приводит к увеличению его волнового сопротивления, т.е. увеличение амплитуды возбуждаемых волн.As you know (Ben Yu. And others. Fundamentals of the theory of hovercraft. - L .: Shipbuilding. 1970. - 456 s) that the appearance of a trim in a ship leads to an increase in its wave resistance, i.e. an increase in the amplitude of the excited waves.
Очевидно, что и аналогичные явления будут, происходит и при наличии у судна на сжатом пневмопотоке при использовании тормозного щитка с вращающимися колесами с резущими зубьями в виде шасси со стороны под днищем корпуса судна при одновременной работе побортных коротких интерцепторов аэродинамического профиля в их работе данного судна при движении. Таким образом, маневрирование тормозного щитка с его устройством на конце вращающихся не менее двух амортизирующих колес с зубьями с острыми кромками в виде рычагов с шасси для судна на сжатом пневмопотоке. существенно расширяет его возможности в различных рельефных и климатических условиях маневрирования, что повысит его разрушающуюся способность и одновременно несет высокое давление с резкой покрова льда и наледи, уносящего с поверхности, разрушенные измельченные льдинки и снег из-под днища корпуса, затем одновременно при движении несет высокое давление воздуха, возникает быстрое истирание льда с большими кавернами (т.е. образуются многочисленные дорожки каверн по ходу движения судна) ледяного покрытия сверху, все это приводит к снижению толщины покрова и повышению резонанса (ИГВ) на большей площади льда под днищем на ледяной покров и, как следствие этого, к более эффективному разрушению ледяного покрова.Obviously, similar phenomena will also occur if the ship has a compressed pneumatic flow when using a brake flap with rotating wheels with cutting teeth in the form of a chassis from the side under the bottom of the ship's hull while simultaneously operating short side spoilers of the aerodynamic profile in their operation of this ship when movement. Thus, the maneuvering of the brake flap with its device at the end of the rotating at least two shock-absorbing wheels with teeth with sharp edges in the form of levers from the landing gear for the ship on a compressed pneumatic flow. significantly expands its capabilities in various relief and climatic conditions of maneuvering, which will increase its destructive ability and at the same time carry high pressure with a sharp cover of ice and ice, which carries away from the surface, crushed crushed ice floes and snow from under the bottom of the hull, then at the same time carries a high air pressure, there is a rapid abrasion of ice with large caverns (i.e., numerous paths of caverns are formed along the direction of the vessel's movement) of the ice cover from above, all this leads to a decrease in the thickness of the cover and an increase in resonance (IRR) on a larger area of ice under the bottom on the ice cover and, as a consequence, to more effective destruction of the ice cover.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана принципиальная схема ледяного покрова и судно на сжатом пневмопотоке; на фиг. 2 показано судно на сжатом пневмопотоке, вид сбоку.The essence of the invention is illustrated by drawings, where FIG. 1 shows a schematic diagram of an ice sheet and a compressed air flow vessel; in fig. 2 shows the vessel in compressed pneumatic flow, side view.
По ледяному покрову 1 начинают перемещать судно 2 на сжатом пневмопотоке с резонансной скоростью. Если амплитуда возбуждаемых при этом основных ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда, например, за счет дифферентовочной системы периодически с частотой резонансных ИГВ дифферентируют на корму, т.е. угол дифферента периодически меняют от 0 до +ψ. Это происходит за счет того, что в движении судна на сжатом пневмопотоке импеллер 3, расположенный в передней части корпуса судна 2, подает воздушную смесь высокого давления через корпус крепления 4 в переходной участок 5 в виде сопла и перпендикулярно к горизонтальной, при этом смесь заполняет канал 6 под днищем 7 судна в сторону пневмоканала 8 в кормовой части судна. Напор сжатого воздуха на выходе пневмоканала 8 управляется углом поворота тормозным щитком 9, состоящего закрепленных на конце не менее круглых вращающихся колес 10, снабженными с наружной стороны по периметру зубьями 11 с острыми кромками, т.е. в виде шасси, и убирающиеся вместе с тормозным щитком 9 в нишу 12 корпуса с помощью пневматических цилиндров 13 (или гидроцилиндров), приводящее в действие тормозной щиток 9. При необходимости для усиления прижатия шасси 10 ко льду для неглубокой резки льда вращающимися колесами 10 с зубьями 11, привод выпуска вниз тормозного щитка 9 обеспечивает необходимое удержание пневматическим или гидравлическим цилиндров 13 в заданном положении по высоте над ледяным покровом и снега на нем.On the
Однако на промежуточных разгонах скоростей для судна, чтобы сократить это расстояние на подъем носовой (передней) части судна для лучшего дифферента на корму на поднятие вверх до угла Ф, выдвигают из ниши 14 из под днища 7 корпуса, соответственно, боковые интерцепторы 15 побортно закрепленных на оси 16 вращения регулировочными приводами (не показано), что обеспечивает удержания необходимое для дифферента на корму судна.However, at intermediate acceleration of speeds for the vessel, in order to reduce this distance to lift the bow (front) of the vessel for better trim to the stern to lift up to the angle Ф, they move out of the
При достижении крейсерской скорости, интерцепторы 15 могут вдвигаться вновь заподлицо в боковые ниши 14. Регулируя обороты импеллера 3, а также углы поворота тормозного щитка 9 с круглыми вращающимися колесами 10 с зубьями 11 с острыми кромками, регулируют давление внутри пневмоканала 8 под днищем, до величины, обеспечивающей динамическую нагрузку и резку ледяного покрова до заданного углубления и сдувая сжатым воздухом измельченных льдинок при скоростях движения судна от нулевой до максимальной и системы управления тормозного щитка 9 с колесами 10 (шасси) с зубьями 11, а также, соответственно, управления интерцепторами 15. Это приводит к динамическому приложению вертикальной одновременно подъемной составляющей, когда носовая часть с импеллером 3 начнет подниматься вверх, и происходит упор кормовой части на лед и соответствующему возбуждению дополнительных резонансных ИГВ, т.е. за счет упора тормозного щитка 9 с вращающимися не менее двух по ширине днища 7 корпуса колес 10 с зубьями 11, а также сжатого потока воздуха под днищем корпуса судна дополнительную силу его, а также дополнительно увеличивается (к его весу) и давление сжатого воздуха на толщину срезаемого ледяного покрова под днищем корпуса судна на большую глубину площади льда, т.е. создается более ускоренная и значительная сила давления на уменьшенную толщу льда.When cruising speed is reached,
Ось вращения колес 10 смонтирована на амортизаторах (не показано) или пневматических цилиндров. Колеса (шасси) могут быть разного диаметра с зубьями и принимаются на стадии проектирования и исследования.The axis of rotation of the
Разгон и движение судна на сжатом пневмопотоке, достигаемого заданного угла поднятия Ф на заданный дифферент на уменьшенном участке разгона и движения за счет дополнительно применения выдвижением из ниш 14 управляемых интерцепторов 15 побортно со стороны передней части и в средней части корпуса, выше ватерлинии на режим глиссирования корпуса судна с последующим опусканием колес 10 с зубьями 11 с помощью удерживающего и управляемого пневмопривода 13 (или гидроцилиндра), когда кормовая часть судна опирается на лед с вращающимися по ходу колесами 10 с зубьями 11. Следует отметить, что при разгоне в воде или на суше и т.д., тормозной щиток 9 с колесами 10 убирается в нишу 12 корпуса и перестает касаться воды или суши. Поступательное движение происходит за счет реактивной воздушной тяги благодаря работе импеллера. Создается постоянная, при дифференте, вертикальная сила на корму судна. Для этой цели служит и горизонтальные побортные интерцепторы 15 с приводом.Acceleration and movement of the vessel on a compressed pneumatic flow, attained a given angle of ascent Ф to a given trim on a reduced acceleration and movement section due to the additional use of 14 controlled
Свободное вращение резущих лед колес на заданную глубину (толщину) уменьшает трение тормозного щитка, вследствие чего и сопротивление колес с зубцами улучшает движение судна на сжатом пневмопотоке в режиме дифферента на корму на корму судна, что обеспечивает высокую экономичность и условия движения судна, амортизация колес обеспечивает лучшую проходимость по рельефу ледяного покрова.Free rotation of wheels cutting ice to a predetermined depth (thickness) reduces friction of the brake flap, as a result of which the resistance of the wheels with teeth improves the movement of the vessel on a compressed pneumatic flow in the mode of trim aft to the stern of the vessel, which provides high efficiency and conditions of movement of the vessel, wheel shock absorption provides better passability on the relief of the ice cover.
Следует учитывать, что при таком способе использования судна на сжатом пневмопотоке - весь срезанный измельченный лед по верху и снежный покров под днищем уносятся в стороны, лед становится тоньше с открытой нарезанной поверхностью, т.е. с глубокими кавернами во льду, а значит, возникает возможность дополнительно вызвать резонансовую скорость Vp и сообщать дополнительные возвратно - поступательные перемещения на коротком расстоянии разгона судна с частотой wp. Они вызовут, за счет дифферента на корму на угол поднятия от 0 до ψ°, максимальный при движении судна прогиб льда по криволинейной траектории. В результате упора кормовой части судна к горизонтальной плоскости и дополнительного учета режущего эффекта при наличии не менее двух колес, закрепленных на конце тормозного щитка, а также учета возникающего высокого давления потока сжатого воздуха и удерживающих побортным интерцепторов, с увязкой толщины льда и с резкой поверхности его в глубину льда (снег, наледь, срезанный лед удаляются воздушным потоком и появляются заметные глубокие каверны) вызывается возбуждение дополнительных резонансовых ИГВ, т.е. суммарная нагрузка резко взрастает на площадь прогиба льда под днищем судна.It should be borne in mind that with this method of using the vessel on a compressed pneumatic flow - all cut crushed ice on the top and snow cover under the bottom are carried away, the ice becomes thinner with an open cut surface, i.e. with deep cavities in the ice, which means that it becomes possible to additionally cause the resonance velocity V p and report additional reciprocating movements at a short distance of acceleration of the vessel with a frequency w p. They will cause, due to the trim to the stern by an angle of rise from 0 to ψ °, the maximum deflection of the ice along a curvilinear trajectory during the movement of the vessel. As a result of the emphasis of the stern part of the vessel to the horizontal plane and additional consideration of the cutting effect in the presence of at least two wheels fixed at the end of the brake flap, as well as taking into account the arising high pressure of the compressed air flow and holding the side spoilers, with the coordination of the ice thickness and with its sharp surface into the depth of the ice (snow, ice, cut ice are removed by the air flow and noticeable deep caverns appear), the excitation of additional resonant IGW is caused, i.e. the total load sharply increases on the area of ice deflection under the bottom of the vessel.
Рулевые устройства сзади кормы не показаны, так как они известны на судах со сжатым пневмопотоком.Steering devices aft stern are not shown as they are known in compressed air flow vessels.
В известных решениях этот совокупный фактор от применения предложенных устройств отсутствует, т.е. ограничивает ледоразрушающуюся способность - ледяного покрова для СВП.In the known solutions, this cumulative factor from the use of the proposed devices is absent, i.e. limits ice breaking capacity - ice cover for hovercraft.
Надежное управление судном на сжатом пневмопотоке создает лучшую практическую маневренность экипажем судна, что является немаловажным для поддержания устойчивости и легкости управления в различных рельефных условиях при движении судна для экипажа по ледяному покрову с резонансовой скоростью Vp. Если высота возбуждаемых ИГВ окажется недостаточной для разрушения льда 1, то судно 2 смещают вверх, чтобы центр его изменения относительно периодического изменения наклона на угол ψ° к горизонтальной плоскости за счет применения закрепленных подвижного тормозного щитка с колесами с зубьями, а также управлением коротких выдвижных интерцепторов в передней части с боков корпуса судна. Это приведет к периодическому появлению вертикальной составляющей Pz упора Р, дополнительного высокого давления потока воздуха и режущего устройства в виде колес с зубьями (шасси) не менее двух по ширине крепления на конце тормозного щитка и набольшей площади разрушаемого льда под днищем корпуса судна и ускоренного возбуждению к резонансным ИГВ на срезанной части ледяного покрова. Таким образом, взаимодействие ИГВ от упора кормовой части судна и ИГВ дополнительно изменяющегося как от высокого давления потока воздуха, а также наличие режущего устройства под днищем корпуса судна приведет к значительному росту ИГВ по сравнению с прототипом, а значит, соответствующему увеличению толщины разрушаемого льда, при этом весь срезанный лед, снежный покров и срезанная наледь уходят в стороны из-под днища корпуса судна, появляются глубокие воздушные каверны во льду. Особенно это будет заметно на уменьшении его толщины ледяного покрова на большой площади льда, т.е. повышается эффективность разрушения льда и, соответственно, к достижению заявляемого технического результата.Reliable control of the vessel on a compressed pneumatic flow creates the best practical maneuverability by the crew of the vessel, which is important for maintaining stability and ease of control in various terrain conditions when the vessel moves on the ice cover with a resonant speed V p. If the height of the excited IGW turns out to be insufficient to break
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020120719A RU2737558C1 (en) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | Method for destruction of ice cover by ship on compressed airflow |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020120719A RU2737558C1 (en) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | Method for destruction of ice cover by ship on compressed airflow |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2737558C1 true RU2737558C1 (en) | 2020-12-01 |
Family
ID=73792486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020120719A RU2737558C1 (en) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | Method for destruction of ice cover by ship on compressed airflow |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2737558C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2816596C2 (en) * | 2022-01-12 | 2024-04-02 | Михаил Иванович Голубенко | Method of breaking ice cover by compressed airflow vessel |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2188896C2 (en) * | 2000-08-22 | 2002-09-10 | Государственное учреждение Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН | Method of breaking ice cover |
| RU2188897C1 (en) * | 2001-02-13 | 2002-09-10 | Государственное учреждение Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН | Method of breaking ice cover |
| RU173479U1 (en) * | 2017-03-13 | 2017-08-29 | Юрий Арсентьевич Чашков | Port tug with ice teeth and resonant vertical vibrations of the hull for breaking ice |
-
2020
- 2020-06-16 RU RU2020120719A patent/RU2737558C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2188896C2 (en) * | 2000-08-22 | 2002-09-10 | Государственное учреждение Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН | Method of breaking ice cover |
| RU2188897C1 (en) * | 2001-02-13 | 2002-09-10 | Государственное учреждение Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН | Method of breaking ice cover |
| RU173479U1 (en) * | 2017-03-13 | 2017-08-29 | Юрий Арсентьевич Чашков | Port tug with ice teeth and resonant vertical vibrations of the hull for breaking ice |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2816596C2 (en) * | 2022-01-12 | 2024-04-02 | Михаил Иванович Голубенко | Method of breaking ice cover by compressed airflow vessel |
| RU2817432C2 (en) * | 2022-01-12 | 2024-04-16 | Михаил Иванович Голубенко | Method of breaking ice cover by compressed airflow vessel |
| RU2817430C2 (en) * | 2022-01-12 | 2024-04-16 | Михаил Иванович Голубенко | Method of breaking ice cover by compressed airflow vessel |
| RU2818599C2 (en) * | 2022-01-12 | 2024-05-03 | Михаил Иванович Голубенко | Method of breaking ice cover by compressed airflow vessel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3937164A (en) | High speed water craft apparatus | |
| WO2019184707A1 (en) | Paddle wheel propelled hovercraft | |
| RU2675279C1 (en) | Device for reducing hydrodynamic resistance of bottom of vessel on compressed pneumatic air flow | |
| RU2600555C1 (en) | Amphibious ship on compressed pneumatic flow | |
| RU2270770C2 (en) | Wing-in-ground-effect craft | |
| RU2552581C1 (en) | Amphibious ship running on compressed air flow | |
| US4228752A (en) | Surface effect boat | |
| RU2737558C1 (en) | Method for destruction of ice cover by ship on compressed airflow | |
| EP0533915A4 (en) | Rotor flap apparatus and method | |
| US6966271B2 (en) | Waveless hull | |
| US5205765A (en) | Boat hull and propulsion system or the like | |
| US6230835B1 (en) | Ground effect vehicle | |
| US3965836A (en) | High speed water vessel | |
| CA1136496A (en) | Hulls for sea vessels | |
| RU2646005C1 (en) | Method for building a thrust between water and increased maneuverability vessel | |
| US3274966A (en) | Water surfing craft | |
| CN106628027A (en) | Green energy-saving tail icebreaking type three-purpose tugboat | |
| CA1068498A (en) | Method and apparatus for breaking ice with water | |
| RU2657726C1 (en) | Method of destruction of the ice coat by the vessel on compressed air stream | |
| WO2010132901A1 (en) | Aircraft | |
| US3977345A (en) | Hydraulic ice breaker | |
| RU2737560C1 (en) | Vessel on compressed airflow | |
| RU2817432C2 (en) | Method of breaking ice cover by compressed airflow vessel | |
| US1469796A (en) | Aircraft | |
| CN111332272A (en) | Icebreaking hovercraft |