§ 28 Гидромеханические системы
При движении ледокола в сплошном, а также в сплоченном битом льду подводная часть корпуса плотно облегается обломками льдин. Это служит источником дополнительного сопротивления, приводит к попаданию льдин в движительно-рулевой комплекс и в известной степени обусловливает засоренность канала мелкобитым льдом.
Как показывают наблюдения, сплоченность мелкобитого льда в канале может достигать 9—10 баллов. Это резко снижает эффективность проводки судов в тяжелых льдах и требует их буксировки после прокладки канала. В последнее время предпринимаются энергичные попытки радикально решить проблемы уменьшения сплоченности битого льда в канале за ледоколом и защиты движителей. Использование для этого булевых наделок, устанавливаемых в носовой и средней частях корпуса, не привели к желательному результату. Модельные испытания показали, что такие булевые наделки приводят к значительному увеличению сопротивления в сплошных льдах, хотя при этом и обеспечивается отвод части льда под кромку канала.
В течение последних лет проводятся исследования гидромеханических систем, обеспечивающих направленный выброс воды из подводной части корпуса ледокола. Принцип действия этих систем основан на использовании энергии водяных струй для создания «смазки» между льдом и обшивкой, а также для отвода льда от корпуса ледокола.
Основным элементом гидромеханической системы является винт, работающий в трубе, либо рабочее колесо насоса. Забор воды производится в днище, а выброс — через отверстия (направляющие сопла) в бортах, расположенные ниже ватерлинии. В СССР исследуются два основных типа гидромеханических систем: гидроомывающее устройство (ГОУ), предназначенное в основном для увеличения ледопроходимости, и гидродинамическая система (ГДС) — средство для очистки канала от битого льда.
Выходные сопла ГОУ располагают ниже КВЛ, по возможности ближе к форштевню, а их оси направляют под сравнительно небольшим углом к обшивке в сторону кормы (рис. 129). Эта система предназначена для снижения трения льда о корпус с помощью дополнительного омывания его водой. Аналогичное действие оказывает и носовой винт. Преимущество ГОУ перед носовым винтом заключается в том, что оно не повреждается льдом, а его размещение не препятствует созданию требуемых ледокольных обводов носа.
При работе ГОУ во время движения ледокола скорость в зоне струи за выходными соплами складывается из скорости основного потока V0 , равной скорости движения судна, и вызванной скорости в струе Vc (см. рис. 129). В результате взаимодействия двух потоков струя прижимается к корпусу. Скорость струй в районе обшивки возрастает, что приводит к очистке корпуса от льда и снега. Хотя основное назначение ГОУ — уменьшение ледового сопротивления, применение его способствует и улучшению маневренных качеств ледокола, поскольку на малых скоростях движения его можно использовать как подруливающее устройство.
В отличие от ГОУ, в ГДС струи воды направлены навстречу движению, т. е. в сторону носа. Выходные сопла этой системы располагают ниже КВЛ, за миделем в кормовой части корпуса (рис. 130). Такое расположение сопел обусловлено тем, что в этом районе льдины, облегающие корпус, стремятся отойти от него. Вследствие этого связь льдин между собой и с обшивкой уменьшается и работа, затрачиваемая на отвод льда под кромку канала, в корме меньше той, которую необходимо произвести в носовой части корпуса, где льдины плотно прилегают друг к другу и к бортам.
Исследования показали, что наибольший эффект по очистке канала достигается при расположении сопел ГДС в районе 11—14-го теоретических шпангоутов. При направлении оси сопла в сторону носа или по нормали к диаметральной плоскости создаются условия для эффективного отвода битого льда от корпуса (см. рис. 130).
На рис. 131 показана схема облегания обломками льда подводной части корпуса вспомогательного ледокола без гидродинамической системы при движении его в сплошном льду толщиной около 40 см. Между кромкой льда и корпусом располагаются частично притопленные крупные льдины (зона Г). Глубже к корпусу прилегают сектора второго и первого рядов (зоны В и Б соответственно), за которыми следуют мелкие осколки льда, образующиеся при разрушении льда форштевнем (зона Л). Под днищем, в районе диаметральной плоскости, имеется зона, свободная от льда. Расположение льда в подводной части корпуса таково, что возможность разрежения льдин, а следовательно, отвода их от корпуса, увеличивается с ростом глубины. Таким образом, выходные сопла ГДС должны быть заглублены настолько, чтобы действие струй приходилось на нижележащие льдины (на рис. 131 зона Б).
Расчет параметров гидромеханических систем можно вести по результатам модельного эксперимента. При этом динамического подобия при моделировании работы ГОУ и ГДС достигают при условии соблюдения равенства чисел Фруда модели и натуры. Испытания моделей позволяют определить оптимальное расположение сопел на корпусе ледокола и направление струй.
Подруливающее гидравлическое устройство, расположенное в носовой части корпуса, предусмотрено на канадском ледоколе Луи С. Сан-Лоран. Для уменьшения вероятности попадания льда в трубы забор воды в систему производится с днища. Данных о работе этого устройства в ледовых условиях в настоящее время не имеется.
Тем же целям, что и гидромеханические системы, служат и пневматические омывающие системы. В пневматической системе финской фирмы «Вяртсиля-консернен» рабочей средой является сжатый воздух, который выходит через отверстия, расположенные в районе, простирающемся вдоль скулы корпуса от форштевня до миделя. Диаметр выходных отверстий для мощного ледокола равен 120 мм, а расстояние между ними 5000 мм. Давление воздуха на выходе несколько больше гидростатического давления воды. Поднимаясь по борту, воздушные пузыри увлекают за собой воду. Этим достигается дополнительное омывание корпуса и отвод прилегающего к нему льда (рис. 132).
Пневматическая система впервые была установлена на грузовом пароме Финнкарриер и испытана во льдах Балтийского моря в 1970 г. По мнению финских специалистов, эта система увеличивает ледопроходимость при движении ледокола в сплошных льдах (особенно торосистых), а также уменьшает вероятность заклинивания при работе набегами. Она может быть использована также как подруливающее устройство.
Ледокольными средствами, предназначенными для повышения ледопроходимости, являются также виброустановки. Вопросы проектирования этих установок на речных ледоколах освещены в специальной литературе. Применение вибрационных установок на мощных и средних морских ледоколах представляется явно нецелесообразным из-за их габаритов, существенного ухудшения условий обитаемости и ряда других причин.
