RU2817432C2 - Method of breaking ice cover by compressed airflow vessel - Google Patents

Abstract

FIELD: shipbuilding.

SUBSTANCE: invention relates to ship building, particularly, to surface vessels running on compressed airflow. For destruction of ice cover by vessel on compressed pneumatic flow excitation of flexural-gravity waves is performed in ice, at vessel movement above ice with resonance speed. In process of vessel movement braking width of output flow between skegs is increased, which forms at vessel stern by means of rotary air flow, directed upwards towards the air outlet at the rear on the ship deck, with the location of the reverse rotary buckets overlapped from above. Upward rotation of air flow is carried out with a horizontal flap fixed on the axis of rotation in the hinges in the side thrusts of the side walls of the skegs towards the stern in the middle part of the pneumatic channel, by means of mechanical drive of control of rods along its edges, which are located on ship deck. Free end of the horizontal flap is oriented towards the rigidly fixed U-shaped visor with an inclination downwards at angle of 20–30° to horizon, creating lift of ship bow upwards above ice.

EFFECT: higher efficiency of ice breaking.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности к над водным судам на сжатом пневмопотоке и разрушающим ледяной покров резонансным методом при движении по ледяному покрову (Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. М.: Издательство «Академия Естествознания, 2007, - 335 с.).The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to over-water vessels on a compressed pneumatic flow and the resonant method that destroys the ice cover when moving on the ice cover (Kozin V.M. Resonance method of destroying the ice cover. Inventions and experiments. M.: Publishing House "Academy of Natural Sciences, 2007, - 335 pp.).

Известно, что эффективность разрушения ледяного покрова резонансным методом повышается, если судно одновременно с поступательной скоростью в выбранном направлении перемещают по синусоидальной траектории (Патент RU №2507104, В63В 35/08, Е02В 15/02, B60V 3/06 от 20.02.2014) или зигзагообразно (Козин В.М., Земляк В.Л. Физические основы разрушения ледяного покрова резонансным методом/Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН, ПТУ им. Шолом-Алейхема, АмГПУ, 2003. - 250 с.).It is known that the efficiency of destruction of ice cover by the resonance method increases if the vessel is simultaneously moved along a sinusoidal trajectory with forward speed in the selected direction (Patent RU No. 2507104, B63B 35/08, E02B 15/02, B60V 3/06 from 02.20.2014) or zigzag (Kozin V.M., Zemlyak V.L. Physical principles of destruction of ice cover by the resonance method / Komsomolsk-on-Amur: IMiM FEB RAS, PTU named after Sholom Aleichem, AmSPU, 2003. - 250 p.).

Недостатком способа является его ограниченная ледоразрушающая способность.The disadvantage of this method is its limited ice-breaking ability.

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 эту теоиретческую закономерность, можно увеличить давление на лед в любом месте при движении судна на сжатом пневмопотоке (в том числе и на носовой части судна и, со стороны кормовой части судна), учитывая и его скоростные характеристики, т.е. увеличить амплитуду возбуждаемых ИГВ. Для этого необходимо создать при обтекании корпуса судна набегающим потоком воздуха знакопеременную аэродинамическую подъемную силу.It is known (Polytechnic Dictionary. Ed. A.Yu. Ishlinsky. M.: Soviet Encyclopedia, 1980, p. 240) that when an air flow flows around a solid body, an aerodynamic lift force begins to act on it in the direction perpendicular to the direction of the oncoming flow . In this case, the direction of the aerodynamic lift force is determined by the angle of attack: at a positive angle it is directed upward, and at a negative angle it is directed downward. Using this theoretical principle, it is possible to increase the pressure on the ice anywhere when the ship is moving on a compressed pneumatic flow (including on the bow of the ship and, from the stern of the ship), taking into account its speed characteristics, i.e. increase the amplitude of excited IGVs. To do this, it is necessary to create an alternating aerodynamic lift force when the incoming air flows around the ship's hull.

Начиная с носовой части судна с продолжением в сторону места кормовой части судна с управлением рулевым устройством и другими элементами в целом.Starting from the bow of the vessel and continuing towards the stern of the vessel with control of the steering device and other elements in general.

Известен способ, позволяющий толщину разрушаемого льда методом возбуждений резонансных ИГВ. При этом увеличивать путем создания и изменения с частотой резонансных ИГВ аэродинамической подъемной силы, направленной вниз, т.е. ориентированной в одном направлении (Патент RU №2197576, Е02В 15/02, B60V 3/06, В63В 9/00 от 27.01.2003).There is a known method that allows the thickness of the ice to be destroyed by excitation of resonant IGVs. At the same time, increase by creating and changing the aerodynamic lift force directed downwards with the frequency of resonant IGVs, i.e. oriented in one direction (Patent RU No. 2197576, E02V 15/02, B60V 3/06, B63V 9/00 dated 01/27/2003).

Недостаток способа - его ограниченная ледоразрушающая способность.The disadvantage of this method is its limited ice-breaking ability.

Известен способ разрушения ледяного покрова на мелководье, заключающийся в перемещении двух СВП вдоль кромки льда, при этом первое судно перемещают по свободной воде, а второе - по сплошному льду позади первого на расстоянии от него, равное четверти длины резонансной изгибно-гравитационной волны (ИГВ) (Патент RU №2457975, В63В 35/08 от 10.08.2012).There is a known method for destroying ice cover in shallow water, which consists in moving two hovercraft along the edge of the ice, while the first vessel is moved along free water, and the second one is moved along solid ice behind the first one at a distance from it equal to a quarter of the length of the resonant flexural gravity wave (IGW) (RU Patent No. 2457975, B63B 35/08 dated 08/10/2012).

Недостаток этого способа является его низкая эффективность вследствие быстрой затухаемости гравитационных волн при их трансформации в изгибно-гравитационные и частично отражения от кромки льда. Кроме того, сход с кромки и выход на нее приводит к быстрому изнашиванию гибкого ограждения СВП; применение двух судов экономически не оправдано большим расходом топлива и другими энергоресурсами, плохая управляемость СВП на низких резонансных скоростях усложняет их маневрирование, т.е. требует энергоемких подруливающих устройств, поэтому используют одно судно на ледяном покрове, а второе - на чистой воде.The disadvantage of this method is its low efficiency due to the rapid attenuation of gravity waves during their transformation into bending-gravity waves and partial reflection from the ice edge. In addition, leaving the edge and reaching it leads to rapid wear of the flexible fencing of the hovercraft; the use of two vessels is not economically justified due to the high fuel consumption and other energy resources; poor controllability of hovercraft at low resonant speeds complicates their maneuvering, i.e. requires energy-intensive thrusters, so they use one vessel on ice cover and the second on clear water.

Таким образом, если наряду с поступательным движением судна на сжатом пневмопотоке у него имеется после переходного участка сопла соосного импеллера, далее участок продолжения в виде конфузор-сопло для поступления сжатого воздуха, где боковые стенки конфузор-сопло выполняют криволинейными по вертикали, а днище его выполняют плоским профилем в плане с аэрационными отверстиями в сторону опорной поверхности льда, что образует от давления подъемную силу (висящее положение). На конце кормы платформы судна закреплены поворотные ковш реверс с цилиндрической своей поверхностью в сторону экипажа судна. А управление поворота каждого отдельного ковша реверса снабжено тягой с экипажем. При этом в работу судна входит, и закрепления шарнирами оси вращения горизонтальной створки со стороны кормовой части судна и под днищем корпуса его в средней части пневмоканала, ограниченного сбоков боковыми скегами, т.е. ниже днища корпуса судна. Поворот вращения по ширине под днищем корпуса горизонтальной створки по вертикали вверх обеспечивает изменение движение воздуха, соответственно происходит резкое увеличение давления на лед и росту результирующих изгибно возбуждаемых ИГВ. При движении судна вперед также можно менять направление воздуха в сторону выпускного воздушного отверстия на палубе со стороны кормы сверху, которое перекрывают сверху за счет поворота на оси вращения ковшами реверсами для направления выпуска воздуха в атмосферу, т.е. часть сжатого воздуха, разделяясь под днищем корпуса поворотной створкой, направляется вверх в сторону выпускного воздушного отверстия на палубе кормы, соответственно происходит поворот воздуха в движении судна на сжатом пневмопотоке.Thus, if, along with the forward movement of the vessel on a compressed pneumatic flow, it has, after the transition section, a coaxial impeller nozzle, then a continuation section in the form of a confuser-nozzle for the supply of compressed air, where the side walls of the confuser-nozzle are curved vertically, and its bottom is made a flat profile in plan with aeration holes towards the supporting surface of the ice, which creates a lifting force from the pressure (hanging position). At the end of the stern of the vessel's platform there is a reverse rotating bucket with a cylindrical surface towards the vessel's crew. And the rotation control of each individual reverse bucket is equipped with a traction rod with a crew. In this case, the work of the vessel includes securing with hinges the axis of rotation of the horizontal sash from the stern of the vessel and under the bottom of its hull in the middle part of the pneumatic channel, limited on the sides by side skegs, i.e. below the bottom of the ship's hull. Turning the rotation along the width under the bottom of the body of the horizontal sash vertically upwards ensures a change in air movement, accordingly there is a sharp increase in pressure on the ice and an increase in the resulting flexurally excited IGW. When the ship moves forward, you can also change the direction of the air towards the air outlet on the deck from the stern side from above, which is blocked from above by turning the buckets in reverse on the axis of rotation to direct the release of air into the atmosphere, i.e. Part of the compressed air, divided under the bottom of the hull by a rotating flap, is directed upward towards the air outlet on the stern deck, and accordingly the air rotates as the vessel moves on the compressed air flow.

Периодическое перемещение судна на сжатом пневмопотоке с различной скоростью движения не превышающей половины длины волны статического прогиба, т.е. в пределах чаши волны от давления со стороны кормы с высоким давлением, суммарно по длине днища увеличивают площадь сдува снега и наледи со льда. Эти силы давят на лед, способствуя дополнительными ИГВ, не только от веса, но и вихрей с давлением, создаваемых под днищем корпуса судна. Кроме того, приподнимается и носовая часть судна вверх, что способствует в целом от большей генерации интенсивных дополнительных ИГВ на поверхности истираемого льда, т.е. под днищем судна по длине, огражденного сбоков боковыми скегами.Periodic movement of a vessel on a compressed pneumatic flow at different speeds not exceeding half the wavelength of the static deflection, i.e. within the bowl, waves from pressure from the stern with high pressure, in total along the length of the bottom, increase the area for blowing off snow and ice from the ice. These forces put pressure on the ice, contributing to additional IGVs, not only from weight, but also from pressure vortices created under the bottom of the ship's hull. In addition, the bow of the vessel also rises upward, which generally contributes to a greater generation of intense additional IGW on the surface of the abraded ice, i.e. under the bottom of the vessel along the length, fenced on the sides by side skegs.

Режим движения судна на сжатом пневмопотоке состоит из: старт и маневрирование, начиная с нулевой скоростью, а это также связано и с поворотом ковшами реверсами закрепленных на палубе сверху со стороны кормы, снизу под днищем корпуса судна, которого закреплена поворотная по всей ширине горизонтальная створка, свободный конец, которой направлен в сторону жестко закрепленного П-образного козырька с наклоном угла 20-30° к горизонту. Скорость будет зависеть от режима работы соосного импеллера, соединенного с двигателем внутреннего сгорания, и может соответствовать до максимальной скорости в движении судна на сжатом пневмопотоке.The mode of movement of a vessel on a compressed pneumatic flow consists of: start and maneuvering, starting from zero speed, and this is also associated with the rotation of buckets with reverses fixed on the deck from above from the stern side, from below under the bottom of the vessel's hull, of which a horizontal flap rotating across the entire width is fixed, the free end, which is directed towards a rigidly fixed U-shaped canopy with an angle of 20-30° to the horizon. The speed will depend on the operating mode of the coaxial impeller connected to the internal combustion engine, and can correspond to up to the maximum speed of the vessel moving on a compressed pneumatic flow.

Наличие ковша реверса, создают также положительный эффект, который хорошо известен в авиации, заключающийся в том, что струя газа, истекающая в конкретном наше случае через выпускное воздушное отверстие сверху на палубе со стороны кормы под углом, часть воздуха который направлена поворотом горизонтальной створки по всей ширине под днищем корпуса судна из открытого пневмоканала, прижата к выпуклой стороне ковша реверса и им же отклоняется на значительный угол в сторону кормы, далее в атмосферу.The presence of a reverse bucket also creates a positive effect, which is well known in aviation, which consists in the fact that the gas stream flowing in our particular case through the outlet air hole on top of the deck from the stern side at an angle, part of the air which is directed by turning the horizontal flap along the entire width under the bottom of the ship's hull from an open pneumatic channel, is pressed against the convex side of the reverse bucket and is also deflected by it at a significant angle towards the stern, then into the atmosphere.

Следует отметить с точки зрения теории кинетическую энергию на трение, струя газа, пройдя некоторый путь вдоль поверхности, отрывается от нее. Для создания непрерывного обтекания и поворота струи газа необходимо пополнять энергию поверхностного слоя газа, выполнив огибаемую поверхность ковша реверса (в самолете это выражено двух и более закрылок поворота).It should be noted from the point of view of theory that kinetic energy is due to friction; a gas stream, having passed a certain path along the surface, breaks away from it. To create a continuous flow around and rotation of a gas jet, it is necessary to replenish the energy of the surface layer of gas by performing a reversal around the surface of the bucket (in an airplane this is expressed by two or more rotation flaps).

Выполняя, таким образом, поверхность ковша реверса, позволяет произвести центробежную сепарацию при выпуске воздушного отверстия воздуха сверху на корме платформы, а также отсутствия влияние этого в зону нахождения экипажа; снижение снежной запыленности в этой зоне и при торможении обоих реверсов. Поэтому за ковшами реверсами на палубе закреплены жестко ограничивающая вертикальная криволинейная Y-образной формы пластина, сверху перекрытая козырьком, причем пластину выполняют по форме вогнутости каждого из ковша реверса при повороте вверх. Работа их связана с открытием или закрытием выпускного воздушного отверстия на палубе сверху со стороны кормы за счет механических тяг управления экипажа. В целом это позволяет плавно регулировать тягу от полной положительной до полной отрицательной на любом режиме работы соосного импеллера связанного с двигателем внутреннего сгорания, а также выполнят и маневрирования судна на льду или при сходе на воду, возможность торможения до полной остановки судна.Thus, making the surface of the bucket reverse allows centrifugal separation when releasing the air hole from above at the stern of the platform, as well as the absence of this influence in the crew area; reduction of snow dust in this zone and during braking of both reverse gears. Therefore, behind the reverse buckets on the deck there is a rigidly limiting vertical curvilinear Y-shaped plate, covered with a visor on top, and the plate is made according to the concavity shape of each of the reverse buckets when turning upward. Their work is associated with the opening or closing of the air outlet on the deck from above from the stern side due to the mechanical control rods of the crew. In general, this allows you to smoothly adjust the thrust from full positive to completely negative in any mode of operation of the coaxial impeller associated with the internal combustion engine, as well as maneuver the vessel on ice or when launching into the water, and the ability to brake until the vessel comes to a complete stop.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличение высоты ИГВ при не меняющейся резонансной скорости и величине давления надо льдом, а также в повышении эффективности ледоразрушения покрова.The technical result obtained by implementing the invention is to increase the height of the IGW at a constant resonant speed and pressure above the ice, as well as to increase the efficiency of ice destruction.

Существенные признаки, характеризующее изобретение:Essential features characterizing the invention:

Ограничительные: ледяной покров разрушают надо льдом судном путем возбуждение во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна с резонансной скоростью.Restrictive: the ice cover is destroyed above the ice by a ship by exciting bending-gravity waves in the ice when the ship moves at a resonant speed.

Отличительные: при повышенной нагрузки на лед происходит сдувание снежного покрова и наледи со льда под днищем судна, ограниченного сбоков боковыми скегами, а также воздушный поток со стороны кормы перекрывается частично поворотом вверх свободного конца и закрепленной в средней части другого конца на оси вращения горизонтальной створки по ширине ниже днища и ось шарнирно закреплена в боковых стенках корпуса судна в зоне средней части по высоте открытого пневмоканала в сторону жестко закрепленного П-образного козырька с наклоном вниз под заданным углом к горизонту. При этом поток воздуха направляют в сторону выпускного воздушного отверстия сзади на палубе судна со стороны кормы, которое по ширине перекрывается сверху двумя самостоятельно раздельными поворотными ковшами реверса. Сжатый поток подается с помощью соосного импеллера между ограниченными боковыми скегами по длине под днищем корпуса судна в сторону кормовой части, в части которой закреплена под днищем корпуса по всей ширине с шарнирами на оси вращения горизонтальная створка с управлением механически экипажа на палубе судна. При этом дополнительно в носовой части судна выполняют конфузор в виде сопла в полости продолжения расширяющегося сопла соосного импеллера, сопло которого выполнено в виде переходного участка в сторону открытого пневмоканала, ограниченного боковыми скегами, днище конфузора которого выполняют из нескольких рядов аэрационных воздушных отверстий в шахматном порядке в сторону опорной поверхности льда, также сбоков ограниченные боковыми скегами.Distinctive: with increased load on the ice, snow cover and ice are blown off from the ice under the bottom of the vessel, limited on the sides by side skegs, and the air flow from the stern is partially blocked by turning upward the free end and a horizontal flap fixed in the middle part of the other end on the axis of rotation along width below the bottom and the axis is hinged in the side walls of the vessel hull in the area of the middle part along the height of the open pneumatic channel towards a rigidly fixed U-shaped canopy with a downward slope at a given angle to the horizontal. In this case, the air flow is directed towards the exhaust air hole at the rear on the deck of the vessel from the stern side, which is overlapped in width from above by two independently separate rotary reverse buckets. The compressed flow is supplied using a coaxial impeller between limited side skegs along the length under the bottom of the ship's hull towards the aft part, in part of which a horizontal flap is fixed under the bottom of the hull across the entire width with hinges on the axis of rotation and is mechanically controlled by the crew on the deck of the ship. Moreover, in addition, in the bow of the vessel, a confuser is made in the form of a nozzle in the cavity of the extension of the expanding nozzle of the coaxial impeller, the nozzle of which is made in the form of a transition section towards an open pneumatic channel, limited by side skegs, the bottom of the confuser of which is made of several rows of aeration air holes in a checkerboard pattern side of the supporting surface of the ice, also laterally limited by side skegs.

Кроме того, ковы реверсы самостоятельно разделены друг от друга со своими осями горизонтального вращения вверх или вниз с управлением механическими тягами экипажа.In addition, the reverse gears are independently separated from each other with their own axes of horizontal rotation up or down and controlled by mechanical rods of the crew.

Поворотом закрепленной со стороны кормовой части под днищем корпуса судна горизонтальной створки по всей ширине подвижно, тормозят движение судна, за счет поворота свободного конца вверх, направляя при этом часть разделенного по вертикали пневмоканала сжатого потока в сторону выпускного отверстия сзади кормы на палубе судна, которое сверху перекрывается поворотом двух ковшей реверса, закрепленных раздельно на своих горизонтальных осях вращения. Торможение за счет захвата воздушного потока по ширине под днищем корпуса судна происходит за счет поворота свободного конца ограниченного заграждением со стороны жестко закрепленного П-образного козырька с наклоном вниз под углом 20-30° к горизонту, осуществляя периодически с частотой равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, в течение времени, равном половине периода этих волн. Возникает дифферентировка на корму и, достаточное высокое давление и соответственно это ведет к росту в этом районе разрушение льда из-за больших изгибных нагрузок возбуждаемых ИГВ. Носовая часть судна приподнимается вверх с одновременным перемещением судна по льду, обусловленное одновременно изменением отвода сжатого воздуха в сторону выпускного воздушного отверстия в конце палубы сверху на корме и по ее ширине.By rotating the horizontal flap fixed on the stern side under the bottom of the vessel's hull along the entire width, they movably slow down the movement of the vessel by turning the free end upward, while directing part of the vertically divided pneumatic channel of the compressed flow towards the outlet at the rear of the stern on the deck of the vessel, which is on top overlapped by turning two reverse buckets, mounted separately on their horizontal axes of rotation. Braking due to the capture of the air flow along the width under the bottom of the ship's hull occurs due to the rotation of the free end limited by the barrier on the side of a rigidly fixed U-shaped canopy with a downward slope at an angle of 20-30° to the horizon, carried out periodically with a frequency equal to the frequency of resonant flexural-gravitational waves, for a time equal to half the period of these waves. There is a differentiation towards the stern and a sufficiently high pressure and, accordingly, this leads to an increase in the destruction of ice in this area due to the large bending loads of the excited IGW. The bow of the vessel rises upward with the simultaneous movement of the vessel on the ice, caused by a simultaneous change in the exhaust of compressed air towards the air outlet at the end of the deck at the top aft and along its width.

Известно (Бенуа Ю.Ю. и др. Основы теории судов на воздушной подушке. - Л.: Судостроение, 1970 - 456 с.), что появление у судна дифферента приводит к увеличению возбуждаемых волн. Очевидно, что и аналогичные явления будут, происходить и при наличии у судна на сжатом пневмопотоке. Воздух сбоков ограничен боковыми скегами, под днищем постоянно проходит по длине его сжатый воздух между ними. Кроме того, дополнительно можно осуществлять и маневрирование судном за счет изменения в работе двух раздельных ковша реверса: поднятие вверх или опускание вниз каждого из них.It is known (Benoit Yu.Yu. et al. Fundamentals of the theory of hovercraft. - L.: Shipbuilding, 1970 - 456 pp.) that the appearance of trim on the vessel leads to an increase in the excited waves. It is obvious that similar phenomena will occur if the vessel has a compressed pneumatic flow. The air from the sides is limited by the side skegs; under the bottom, compressed air constantly passes along its length between them. In addition, it is additionally possible to maneuver the vessel by changing the operation of two separate reverse buckets: raising up or lowering each of them.

Следует сделать ссылку на известные способы изменения ширины попутного потока (Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов. - Л.: Судостроение, 1988, 288 с.). Использован метод сдувания пограничного слоя в направлении, ориентированном противоположно направлению движения судна.A reference should be made to known methods of changing the width of a passing flow (Voitkunsky Ya.I. Resistance to the movement of ships. - L.: Sudostroenie, 1988, 288 pp.). The method of blowing off the boundary layer in a direction oriented opposite to the direction of movement of the vessel was used.

Способ поясняется графически чертежами, где:The method is illustrated graphically by drawings, where:

на фиг. 1 показана принципиальная схема ледяного покрова и судно на сжатом пневмопотоке;in fig. Figure 1 shows a schematic diagram of the ice cover and a ship on a compressed pneumatic flow;

на фиг. 2 показан вид сверху выполнения судна на сжатом пневмопотоке;in fig. 2 shows a top view of a vessel running on a compressed pneumatic flow;

на фиг. 3 показан фрагмент, вид сбоку со стороны кормы судна на сжатом пневмопотоке с системой управления поворота горизонтального щитка.in fig. Figure 3 shows a fragment, a side view from the stern of the vessel on a compressed pneumatic flow with a control system for rotating the horizontal flap.

По ледяному покрову 1 начинают перемещать судно 2 на сжатом пневмопотоке с резонансной скоростью. Если амплитуда возбуждения при этом основных ИГВ окажется не достаточной для разрушения льда, за счет дифферентировочной 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 соосный импеллер 3, расположенный в передней части корпуса судна 2, подает воздушную смесь высокого давления через корпус крепления 4 сначала в сопло переходного участка 5 импеллера, в внутри полости участка, которого закреплен в конце конфузор-сопло 6, днище которого состоит из нескольких рядов аэрационных воздушных отверстий 7, расположенных преимущественно в шахматном порядке и в сторону опорной поверхности льда, при этом ограничен с боков боковыми скегами. Таким образом, еще на старте носовая (передняя) часть корпуса судна «зависает» надо льдом вверх, так как сбоков судно ограничено боковыми скегами ниже днища корпуса, не допуская сжатому воздуху, уходит в стороны за борта судна в целом по длине днище корпуса.Vessel 2 begins to move along the ice cover 1 on a compressed pneumatic flow at a resonant speed. If the excitation amplitude of the main IGWs turns out to be insufficient to destroy the ice, due to the differentiation system, they are periodically differentiated to the stern at the frequency of the resonant IGWs, i.e. the trim angle is periodically changed from 0 to +ψ°. This occurs due to the fact that while the vessel is moving on a compressed pneumatic flow, the coaxial impeller 3, located in the front part of the vessel hull 2, supplies a high-pressure air mixture through the mounting body 4, first to the nozzle of the transition section 5 of the impeller, inside the cavity of the section, which is fixed in at the end there is a confuser-nozzle 6, the bottom of which consists of several rows of aeration air holes 7, located mainly in a checkerboard pattern and towards the supporting surface of the ice, while being limited from the sides by side skegs. Thus, even at the start, the bow (front) part of the vessel’s hull “hangs” above the ice upwards, since the side of the vessel is limited by side skegs below the bottom of the hull, preventing compressed air from moving to the sides over the sides of the vessel along the entire length of the bottom of the hull.

Система управления судна на сжатом пневмопотоке содержит в кормовой под днищем корпуса своего открытого пневмоканала 8 (данная терминология сравнима с тем, что судно может находиться, при сходе со льда, на открытую водную поверхность), когда часть сжатого воздуха отжимается вниз, создающим высоким давлением воздуха под днищем корпуса судна, огражденного сбоков боковыми скегами в пневмоканале 8 и в продолжении в сторону выхода в кормовой части судна в движении. При этом содержит в сторону кормовой части судна по всей ширине поперечную горизонтальную створку 9, закрепленную осью вращения в шарнирах в выступающих упорах 10 боковых стенках корпуса судна. Для прохождения сжатого газового потока (воздуха), повышенного давлениям в сторону давления на опорную поверхность ледяного покрова и направления в сторону кормы при скоростном движении по курсу, поворот створки 9 иметь возможность плавно изменять свое вертикальное и угловое положение поворотом на закрепленной на оси вращения одним передним свои концом створки 9, которая в средней своей части шарниром крепится тягами 11, 12 на палубе с возможностью синхронно ею управлять поворотом вверх или вниз в положение горизонтальное экипажем с помощью рулевого устройства (не показано). В управление, возможно, делать в виде тросо-блочной системы со шкивами (не показано). При этом на палубе в кормовой части по всей ширине на палубе кормы выполняют выпускное воздушное отверстие 13, которое сверху перекрывают имеющимися сверху двумя раздельными ковшами реверса 14, 15. Управление каждого ковша реверса 14, 15 может обеспечиваться тяговой передачей (или тросовой со шкивами) с двумя тягами 16, 17, размещенных на палубе корпуса судна, при этом тяги 16, 17 закреплены также к рулевому устройству (не показано); конструкция крепления их может быть любой при проектировании судна с рулевым устройством.The ship's control system on a compressed pneumatic flow contains in the aft under the bottom of the hull of its open pneumatic channel 8 (this terminology is comparable to the fact that the ship can be, when leaving the ice, on an open water surface), when part of the compressed air is pressed down, creating high air pressure under the bottom of the vessel's hull, fenced on the sides by side skegs in the pneumatic channel 8 and continued towards the exit in the stern of the vessel in motion. At the same time, it contains a transverse horizontal flap 9 towards the stern of the vessel along the entire width, fixed by the axis of rotation in hinges in the protruding stops 10 of the side walls of the vessel's hull. For the passage of a compressed gas flow (air), increased pressure in the direction of pressure on the supporting surface of the ice cover and direction towards the stern during high-speed movement along the course, the rotation of the flap 9 has the ability to smoothly change its vertical and angular position by turning on one fixed to the axis of rotation with one front their end of the sash 9, which in its middle part is hinged by rods 11, 12 on the deck with the ability to synchronously control it by turning it up or down to a horizontal position by the crew using a steering device (not shown). The control may be made in the form of a cable-block system with pulleys (not shown). In this case, on the deck in the aft part along the entire width of the stern deck there is an outlet air hole 13, which is blocked from above by two separate reverse buckets 14, 15 located on top. The control of each reverse bucket 14, 15 can be provided by a traction drive (or a cable with pulleys) with two rods 16, 17 placed on the deck of the ship's hull, while the rods 16, 17 are also attached to the steering device (not shown); their fastening design can be any when designing a vessel with a steering gear.

Ковши реверса 14, 15 работают следующим образом. Эффект поверхности ковша реверса хорошо известен в авиации и заключается в том, что струя газа, истекающая в нашем конкретном случае, из выпускного воздушного отверстия 13 под углом, направленной поворотом горизонтальной створки 9 вверх из средней части отбора воздуха пневмоканала 8, будет к поверхности близка к нулю, «прилипает» к выпуклой стороне ковша реверса с козырьками (см. ниже обозначения цифрами), и отклоняется на значительный угол в атмосферу сзади кормы судна. При этом, теряя кинетическую. Энергию на трение, струя газа, пройдя некоторый путь вдоль поверхности, отрывается от нее. Для создания непрерывного обтекания для поворота струи газа, необходимо выполнять пополнять только энергию поверхностного слоя газа, выполнив огибаемую поверхность ковша реверса 14 и 15, выполненные сзади них закрепленной на палубе жестко вертикальной Y-образной пластины 18 с козырьком 19 сверху по форме вогнутости каждого из поворотных ковша реверса вверх, при этом открытие их сравнимо с работой (что-то похожее на открылки самолета при их поворотах). Пластина 18 с козырьком 19 защищает от попадания воздуха, снега и льдинок сзади судна в зону нахождения экипажа на палубе судна, и обеспечивая его безопасность работы.Reverse buckets 14, 15 operate as follows. The effect of the reverse bucket surface is well known in aviation and lies in the fact that the gas stream flowing in our particular case from the air outlet 13 at an angle, directed by turning the horizontal flap 9 upward from the middle part of the air intake of the pneumatic channel 8, will be close to the surface zero, “sticks” to the convex side of the reverse bucket with visors (see numbers below), and is deflected at a significant angle into the atmosphere behind the stern of the vessel. At the same time, losing kinetic. Energy is generated by friction, a gas stream, having passed a certain path along the surface, breaks away from it. To create a continuous flow around the rotation of the gas jet, it is necessary to replenish only the energy of the surface layer of gas by making the bending surface of the bucket reverse 14 and 15, made behind them by a rigidly vertical Y-shaped plate 18 fixed on the deck with a visor 19 on top according to the concavity shape of each of the rotary the reverse bucket upwards, while opening them is comparable to work (something similar to the openings of an airplane when they turn). The plate 18 with the visor 19 protects from the entry of air, snow and ice from the rear of the vessel into the area where the crew is on the deck of the vessel, ensuring their safe operation.

Осуществляют сдувание вначале снежного покрова и одновременно пограничного сверху слоя льда в сторону направления кормовой части судна, увеличивают скорость потока воздуха в сторону открытого пневмоканала 8, огражденного сбоков, ниже днища, боковыми скегами, в результате в средней части под днищем пневмоканала 8 со стороны кормовой части закрепления на оси вращения по всей ширине горизонтальной створки 9 своим передним концом, а второй - задний конец ее свободен и через шарниры удерживается вертикальными тягами, проходящими через отверстия (не показаны) на палубе со стороны кормы, сжатый поток, отсеченный в средней открытой части пневмоканала 8 поворотом створки 9 движется в сторону выпускного воздушного отверстия 13, при этом со стороны свободного конца створки 9 сзади кормы на уступе сверху закреплен П-образный козырек с заданным углом вниз в виде заграждения от выхода воздуха непосредственно выше створки, и направления воздуха вверх в отверстие 13 на палубе судна. Сила давления на лед при этом будет, зависит со стороны кормы судна, в частности от места расположения и поворота свободного конца закрепленной горизонтальной створки 9 на оси вращения с подшипниками в боковых стенках корпуса судна. Управление ее осуществляют с помощью двух по краям рулевых тяг 11, 12. Таким образом, движение судна продолжает по курсу, а движение сжатого воздуха по высоте ограничено от растекания сбоков за счет боковых скегов корпуса судна, между которыми закреплена поворотная горизонтальная створка 9, имеющая свободный поворот конца ее со стороны, закрепленного жестко П-образного козырька 20 с наклоном вниз в сторону рулевых щитков 23, 24 с рулями 21, 22 с амортизации их в работе в движении (не показано). Горизонтальная створка 9 по всей ширине, со стороны кормы. Своим поворотом может свободно поднимать один конец ее вверх, так как другим (передним) концом она закреплена на оси вращения с шарнирами в упорах 10 в боковых стенках корпуса судна выше нижних концов боковых скегов. Створка 9 по ширине своей крепления направляет часть отсеченного, разделяя поток по высоте пневмоканала 8, в сторону выпускного отверстия 13 сзади сверху на палубе, при этом над отверстием 13 закреплены раздельно два друг от друга ковша реверса 14, 15 с возможностью поворота на осях вращения экипажем.First, the snow cover and at the same time the boundary layer of ice on top are blown away towards the direction of the aft part of the vessel, the air flow speed is increased towards the open pneumatic channel 8, fenced from the sides, below the bottom, by side skegs, as a result in the middle part under the bottom of the pneumatic channel 8 from the aft side fastening on the axis of rotation along the entire width of the horizontal sash 9 with its front end, and the second - its rear end is free and is held through hinges by vertical rods passing through holes (not shown) on the deck from the stern, a compressed flow cut off in the middle open part of the pneumatic channel 8 by turning the sash 9 moves towards the air outlet 13, while from the side of the free end of the sash 9 at the rear of the stern, a U-shaped canopy with a given downward angle is fixed on the ledge at the top in the form of a barrier from the air outlet directly above the sash, and directing the air upward into the hole 13 on the deck of the ship. The force of pressure on the ice will depend on the stern of the ship, in particular on the location and rotation of the free end of the fixed horizontal flap 9 on the axis of rotation with bearings in the side walls of the ship's hull. It is controlled using two steering rods 11, 12 at the edges. Thus, the movement of the vessel continues along the course, and the movement of compressed air in height is limited from spreading from the sides due to the side skegs of the vessel's hull, between which a rotating horizontal flap 9 is fixed, which has a free turning the end of it from the side, a rigidly fixed U-shaped visor 20 with a downward slope towards the steering flaps 23, 24 with rudders 21, 22 to dampen them during operation in motion (not shown). Horizontal door 9 across the entire width, on the stern side. By turning, it can freely lift one end of it upward, since with the other (front) end it is fixed on the axis of rotation with hinges in stops 10 in the side walls of the ship's hull above the lower ends of the side skegs. The flap 9, along the width of its fastening, directs part of the cut-off, dividing the flow along the height of the pneumatic channel 8, towards the outlet 13 at the rear on the top of the deck, while above the hole 13 two reverse buckets 14, 15 are secured separately from each other with the possibility of rotation on the axes of rotation by the crew .

Нижняя часть потока воздуха ниже горизонтальной створки при этом выходит свободно в сторону рулевых устройств, выполненных вертикальными щитками 23, 24 с рулями поворота 21, 22, в результате судно продолжает свое движение по курсу вперед по поверхности льда. В задней части кормы сила давления на поверхность льда. Величина этих сил определяющим образом зависит от формы и расположения поворота горизонтальной створки 9 вверх, т.е. сводного нижнего ее конца и направления воздуха, при этом сверху оба ковша реверса 14, 15 могут перерывать выпускное отверстие 13 по ширине кормы судна. Высота проходного канала в сторону прикрытого сверху жестко П-образного козырька 20 под углом 20-30° к горизонту над вертикальными щитками 23, 24, но ниже горизонтальной створки 9 в пневмоканале 8, позволяет управлять поворотом судна в движении на льду, так как поворачивает выходящий воздух вправо или влево, которые скользят и амортизируют на льду.The lower part of the air flow below the horizontal flap exits freely towards the steering devices, made of vertical flaps 23, 24 with rudders 21, 22, as a result the ship continues its forward movement along the ice surface. At the rear of the stern there is a force of pressure on the ice surface. The magnitude of these forces depends decisively on the shape and location of the upward rotation of the horizontal flap 9, i.e. its consolidated lower end and air direction, while from above both reverse buckets 14, 15 can break the outlet 13 along the width of the stern of the vessel. The height of the passage channel towards the rigidly covered U-shaped canopy 20 at an angle of 20-30° to the horizon above the vertical flaps 23, 24, but below the horizontal flap 9 in the pneumatic channel 8, allows you to control the rotation of the vessel in motion on ice, since it turns the exit air to the right or left, which glide and absorb on the ice.

Следует отметить, что благодаря регулированию ковша реверса 14, 15, закрепленных сверху на корме, на палубе, их поворот вверх ограничен Y-образной пластиной 18 с козырьком 19 сверху, причем пластина 18 выполнена по форме вогнутости самих двух ковша реверсов 14, 15 с внешней стороны формы, что позволяет ограничить их ход поворота в верхнем положении надежно в работе, а также направить поток в сторону выхода в атмосферу сзади кормы судна, при выходе воздуха из выпускного отверстия 13. А значит, избежать попадания завихрения сзади кормы и попадания воздуха, снега и льдинок в зону размещения экипажа надежно в эксплуатации.It should be noted that due to the regulation of the reverse bucket 14, 15, mounted on top of the stern, on the deck, their upward rotation is limited by a Y-shaped plate 18 with a visor 19 on top, and the plate 18 is made in the shape of the concavity of the two reverse buckets 14, 15 with the outer sides of the form, which makes it possible to limit their rotation stroke in the upper position, reliably in operation, and also to direct the flow towards the exit into the atmosphere behind the stern of the vessel, when air leaves the outlet 13. This means avoiding turbulence from behind the stern and the entry of air and snow and ice floes in the crew accommodation area are reliable in operation.

Поэтому, имея большое давление воздуха на лед при обтекании при повороте горизонтальной створки 9 вверх и части его направления из пневмоканала 8 в сторону выпускного отверстия 13 с наличием перекрывающих ковшами реверса 14, 15, происходит суммарное возбуждение дополнительных резонансных ИГВ, начиная со стороны носовой (передней) части судна в движении по льду, т.е. имея увеличенную ширину попутного потока воздуха, можно при не меняющихся резонансной скорости и величине поднятия вверх носовой части судна увеличить высоту ИГВ и, следовательно, их ледоразрушающую способность. Осуществить эту процедуру можно путем иницинирования поворотом горизонтальной створки закрепленной на горизонтальной оси с подшипниками в уступах боковых стенок боковых скегов в средней части пневмоканала и, в сторону направления кормовой части судна, где ее свободный конец направлен в сторону жестко закрепленного П-образного козырька с наклоном вниз к горизонту.Therefore, having a large air pressure on the ice during flow around when turning the horizontal flap 9 upward and part of its direction from the pneumatic channel 8 towards the outlet 13 with the presence of overlapping buckets of the reverse 14, 15, there is a total excitation of additional resonant IGVs, starting from the bow (front) ) parts of the ship moving on ice, i.e. Having an increased width of the associated air flow, it is possible, with the resonant speed and the amount of lifting up the bow of the vessel remaining unchanged, to increase the height of the IGW and, consequently, their ice-destroying ability. This procedure can be carried out by initiating the rotation of a horizontal sash fixed on a horizontal axis with bearings in the ledges of the side walls of the side skegs in the middle part of the pneumatic channel and, towards the direction of the aft part of the vessel, where its free end is directed towards a rigidly fixed U-shaped visor with a downward slope to the horizon.

Сопротивление движению судна на сжатом пневмопотоке за счет дифферента на корму на угол поднятия от 0 до ψ° носовой части судна при скоростном движении вызовет и прогиб льда по криволинейной траектории. Это также будет связано и образованием к большим вихрям сзади кормы, а это в свою очередь снизит прочность характеристики ледяного покрова и соответственно повысит толщину разрушаемого льда, т.е. позволить достичь заявленный технический результат. Очевидно, что сдувание пограничного слоя под днищем судна, огражденного сбоков боковыми скегами, увеличит его толщину от δ₁ до δ₂, и соответственно при ширине сжатого потока под днищем судна. В результате высота ИГВ возрастает, что повысит ледоразрушающую способность и позволит достичь заявленный технический результат.Resistance to the movement of the vessel on a compressed pneumatic flow due to trim to the stern by an elevation angle from 0 to ψ° of the bow of the vessel during high-speed movement will also cause deflection of the ice along a curved trajectory. This will also be associated with the formation of large vortices behind the stern, and this in turn will reduce the strength of the characteristics of the ice cover and accordingly increase the thickness of the destroyed ice, i.e. allow achieving the stated technical result. It is obvious that blowing off the boundary layer under the bottom of the vessel, fenced on the sides by side skegs, will increase its thickness from δ ₁ to δ ₂ , and, accordingly, with the width of the compressed flow under the bottom of the vessel. As a result, the height of the IGW increases, which will increase the ice-breaking ability and allow achieving the stated technical result.

Claims (1)

Способ разрушения ледяного покрова судном на сжатом пневмопотоке, заключающийся в возбуждении во льду изгибно-гравитационных волн при движении судна надо льдом с резонансной скоростью, отличающийся тем, что в процессе его движения увеличивают ширину торможения выходного потока между скегами, формирующего в кормовой оконечности судна с помощью поворотного потока воздуха, направленного вверх в сторону выпускного воздушного отверстия сзади на палубе судна, с расположением перекрываемыми сверху двумя раздельными друг от друга поворотными ковшами реверса, при этом поворот потока воздуха вверх осуществляют горизонтальной створкой, закрепленной на оси вращения в шарнирах в боковых упорах боковых стенок скегов в сторону кормы в средней части пневмоканала, посредством механического привода управления тяг по ее краям, которые расположены на палубе судна, кроме того, свободный конец горизонтальной створки ориентирован в сторону закрепленного жестко П-образного козырька с наклоном вниз под углом 20-30° к горизонту, создавая подъемную силу носовой части судна вверх надо льдом.A method for destroying the ice cover by a vessel using a compressed pneumatic flow, which consists in excitation of flexural-gravity waves in the ice when the vessel moves above the ice at a resonant speed, characterized in that during its movement the braking width of the output flow between the skegs is increased, forming at the aft end of the vessel with the help rotating air flow directed upward towards the outlet air hole at the rear on the deck of the vessel, with an arrangement overlapped from above by two rotary reverse buckets, separate from each other, while the rotation of the air flow upward is carried out by a horizontal flap mounted on the axis of rotation in hinges in the side stops of the side walls skegs towards the stern in the middle part of the pneumatic channel, by means of a mechanical drive to control the rods along its edges, which are located on the deck of the vessel, in addition, the free end of the horizontal sash is oriented towards a rigidly fixed U-shaped canopy with a downward slope at an angle of 20-30° to horizon, creating a lifting force from the bow of the ship above the ice.

Images