Использование судов на воздушной подушке для разрушения ледяного покрова

СВП

Сравнительно недавно появились первые сообщения об использовании судов на воздушной подушке (СВП) для разрушения ледяного покрова на внутренних водных путях и в прибрежных районах морей, но эффективность их применения в этих целях позволяет надеяться, что эти суда займут достойное место среди средств продления навигации и борьбы с разрушительными наводнениями, паводками, ледяными заторами.

СВП – плавучее амфибийное средство, перемещающееся над водой и льдом. Принципиально можно выделить два способа разрушения льда с использованием СВП: способ давления (низкоскоростной) и способ движения с критическими скоростями (резонансный).

Первый способ заключается в том, что разрушение льда происходит не за счет приложенных к нему значительных усилий со стороны судна, например ледокола, а за счет его силы тяжести. При движении СВП с малой скоростью, если напор в воздушной подушке (в метрах водяного столба) численно превышает толщину льда, подо льдом образуется воздушная полость, и вода перестает поддерживать ледяной покров. Равновесие его в этом случае достигается только за счет сил тяжести и упругости. При определенных размерах воздушной подушки в плане, зависящих от физико-механических свойств льда и его толщины, лед начинает самопроизвольно разрушаться под действием сил тяжести.

Наши исследования показали, что не обязательно для разрушения льда создавать напор в воздушной подушке, численно превышающий толщину льда. При движении тяжелых СВП надо льдом они полностью передают свой вес через воздушную подушку на лед. Этих усилий бывает достаточно для разрушения льда, и требуются значительно меньшие энергозатраты, чем при использовании традиционных ледокольных средств.

Разрушение льда вторым способом – резонансным – может осуществляться любым транспортным аппаратом, приспособленным к перемещению по ледяному покрову или над ним. Физическая картина разрушения ледяного покрова при использовании этого способа следующая. При движении по льду какой-нибудь нагрузки в ледяном покрове и в воде возникает система изгибных и гравитационных волн (ИГВ). При некоторой скорости движения этой нагрузки vн, близкой к фазовой скорости изгибных колебаний ледяного покрова и гравитационных волн в воде, наступает резонанс. Амплитуды колебаний ледяного покрова резко возрастают, и лед начинает разрушаться. Скорости движения нагрузки при разрушении льда называются критическими, или резонансными, а сам резонанс изгибно-гравитационным (ИГР). Вездеходные качества амфибийных СВП в настоящее время являются подходящими для реализации этого способа. Резонансный способ разрушения льда характеризуется высокими скоростями движения нагрузки, которые зависят от толщины льда и глубины водоема. Одним из главных достоинств СВП с этой точки зрения является практическое отсутствие осадки, что позволяет разрушать лед в бассейнах любой глубины, в том числе и на малых глубинах, где не может работать ни одно другое ледокольное средство. СВП, работая в резонансном режиме, эффективно воздействует не только на поверхностный, но и на глубинный лед и заторы, что позволяет предотвращать стихийные бедствия, возникающие в период ледохода и ледостава. Возможность быстрого разрушения льда на большой площади судами на воздушной подушке может найти применение при раннем вскрытии рек и водохранилищ, что позволит не только увеличить период навигации.

Выбор аэродинамической схемы и гибкого ограждения ВП очень важен, он в значительной степени определяет эксплуатационные качества судна. Анализ аэродинамической схемы ЛПВП можно производить по следующим критериям: потери напора в ВП, обеспечение остойчивости и устойчивого выхода на ВП, обеспечение эксплуатационной надежности и ремонтопригодности. На основе результатов экспериментальных и теоретических исследований для ЛПВП рекомендуется применять камерную схему с периферийным воздуховодом и подачей воздуха в каждое колено сегментного ГО. Высота ГО должна выбираться в зависимости от предельной толщины разрушаемого льда и высоты преодолеваемых торосов.

Особенно остро для ЛПВП стоит вопрос об обеспечении остойчивости при выходе на ВП на воде. Традиционно считалось, что остойчивость СВП с камерной схемой можно обеспечить секционированием ВП. Однако наши исследования и натурные опыты показали, что рациональный выбор формы и размеров сегментных ГО обеспечивает остойчивость ЛПВП и без секционирования. Это позволяет упростить конструкцию, снизить стоимость и повысить эксплуатационную надежность. Для ряда опытных ЛПВП разработаны несущие конструкции расчлененных элементов ГО, позволяющие обеспечить их быстросъемность при возможном ремонте в полевых условиях.

В Нижегородском государственном техническом университете разработаны приоритетные принципы проектирования ЛПВП, в которых определяются оптимальные с точки зрения разрушения льда элементы и характеристики судна при минимальных суммарных затратах. Разработан ряд проектов ЛПВП, в том числе несамоходные платформы проектов 102ЛП, 105ЛП, 106ЛП, 107П, 108П, 109П, самоходная платформа с роторно-винтовым движителем (проект 109ПС), ледокольно-транспортная платформа (проект 113П), навесное ледокольное устройство на воздушной подушке. Проекты 102 ЛП и 107 ЛП реализованы. Характеристики ЛПВП приведены в таблице 1.

Основные характе- ристики

Проект ЛПВП

102ЛП

105ЛП

106ЛП

107П

108П

109П

109ПС

113П

Наибольшая длина корпуса

(без ГО), м

13,6

16,6

15,2

17,5

17,5

17,5

17,5

17,0

Наибольшая ширина корпуса

(без ГО), м

20,0

16,6

14,2

20,0

20,0

20,0

20,0

13,5

Высота корпуса, м

1,5

2,1

1,95

2,7

2,7

2,7

2,7

1,7

Высота ГО, м

1,5

1,1

0,8

1,5

1,5

1,5

1,5

-

Масса порожнего судна, т

72

112

78,7

187

187

187

187

-

Масса судна с балластом,

т

222

164

97

290

290

290

290

130

Нагнета- тельный комплекс

ГТУ с эжек- тором

Венти- лятор ВВН-18

Венти- лятор ВВН-18

2 Венти- лятора ВВН-18

ГТУ АИ-25 с эжек- тором

Венти- лятор НЦ-13

Венти- лятор НЦ-13

Венти- лятор ВВН-18

Мощность привода, кВт

-

550

550

2х550

-

990

990

550

Первые испытания ледовых качеств платформы (натурный макет) 102ЛП были проведены на Горьковском водохранилище. Эти испытания подтвердили высокую ледоразрушающую способность судна.

Полученные результаты были использованы при проектировании опытной ЛПВП 107П, выполненном Нижегородским техническим университетом совместно с ЦКБ «Вымпел». Платформа была построена на Октябрьском судостроительном заводе.

Платформа 107П оборудована дизель-вентиляторной нагнетательной установкой с двумя дизелями М634А мощностью 550 кВт и двумя центробежными вентиляторами ВВН-18 производительностью каждого до 30 м3/с. Для общесудовых нужд имеется дизель-генератор мощностью 50 кВт.

Корпус судна – стальной. Ограждение воздушной подушки выполнено из отдельных съемных гибких элементов сегментного типа, которые могут быть быстро заменены в полевых условиях при возможных повреждениях. Судно может эксплуатироваться при температуре до -400С.

Испытания на чистой воде проводились на р.Волге в счале с буксиром «МБ». Глубина в районе испытаний 5,5…6,5 м, высота волны до 40 см. Целью испытаний была проверка работы всех устройств и систем. Их надежность была подтверждена. Состав показал хорошие ходовые и маневренные качества.

Ледовые испытания проводились как в счале с ледокольным буксиром «Ока», так и с буксиром «МБ». Толщина льда в районе испытаний составляла толщиной 40…70 см. Один ледокол «Ока» с сплошных льдах толщиной 35…40 см двигался со скоростью 1…2км/ч. В счале с платформой в этом же льду состав двигался со средней скоростью 7 км/ч, оставляя за собой канал в два раза шире.

При подходе ледокола к месту базирования платформы встретились гряда наслоенного смерзшегося льда толщиной 120…130 см. Буксир был вынужден работать набегами с использованием крено-дифферентных систем. Преодолеть эту гряду удалось за 25 мин.

Позднее были проведены испытания платформы вместе с буксиром «МБ». Сплошной лед толщиной 40…60 см состав разрушал со средней скоростью 4…7 км/ч.

Испытания показали, что присоединение к обычному ледоколу или буксиру ЛПВП позволяет резко повысить эффективность разрушения льда. Так, во льду толщиной 40 см скорость небольшого ледокола «Ока» с платформой в 2 раза больше, чем у тяжелого ледокола типа «Капитан Чечкин», мощность которого почти в 2,5 раза превышает суммарную мощность «Оки» и платформы. Более чем в 5 раз снижается стоимость ледокольной работы состава с платформой и почти в 4 раза удельные затраты мощности на разрушение 1 м3 льда.

Новости

Вход в систему

Обратная связь

Офис:
127473, Россия, Москва, улица Краснопролетарская, дом 16, строение 2
Телефон:
+7 (499) 978-75-04
Факс:
+7 (499) 978-66-07