КОРПУС СУДНА Российский патент 1997 года по МПК B63B1/04 

Изобретение относится к судостроению и касается корпусов судов с умеренной или малой полнотой обводов.

Известен корпус судна с U-образными шпангоутами, S-образными батоксами в кормовой части корпуса и транцевой кормой (см. авт.св. СССР N 1285696, кл. B 63 H 1/04, 1984).

Однако такой корпус судна приводит к большим энергетическим затратам на преодоление волнового сопротивления.

Технический результат описываемого изобретения заключается в снижении энергетических затрат на преодоление волнового сопротивления корпуса судна.

Это достигается тем, что корпус судна с U-образными шпангоутами, S-образными батоксами в кормовой части корпуса и транцевой кормой имеет носовую оконечность, которая на участке от 2 до 0 теоретического шпангоута в зоне расчетных ватерлиний и ниже выполнена с монтонно возрастающим значением угла между касательной к ватерлинии корпуса и диаметральной плоскостью, за 2 теоретическим шпангоутом корпус на протяжении до 12 теоретического шпангоута имеет прямолинейные или близкие к прямолинейным ветви ватерлиний с расположением максимальной ширины корпуса между 12 и 20 теоретическими шпангоутами, причем днищевая часть корпуса, начиная с мидельшпангоута, имеет плавный подъем батоксов к плоскости ватерлинии, а в районе кормового среза по ширине днища расположено устройство отклонения потока вниз от плоскости ватерлинии.

Кроме того, отношение длины корпуса L к ширине B оставляет L/В 5 20.

Кроме того, ветви ватерлинии в районе от 2 до 0 теоретического шпангоута примыкают к диаметральной плоскости под углами 30 90^o.

Кроме того, устройство отклонения потока выполнено в виде отгиба участка днища, простирающегося от 19 19 1/2 теоретического шпангоута до 20 теоретического шпангоута вниз от плоскости ватерлинии.

Кроме того, устройство отклонения потока выполнено в виде интерцептора, расположенного на кромке транца.

Кроме того, отстояние нижней кромки отгиба участка днища или интерцептора от основной плоскости составляет 0,4 0,95 Т, а максимальный подъем батоксов от основной плоскости перед началом кормового отгиба составляет 0,5 1,0 Т, где Т величина отстояния конструктивной ватерлинии от основной плоскости.

Кроме того, каждый батокс наклонен под углом 10 15^o к линии его подъема в месте расположения начала отгиба участка днища.

На фиг. 1 и 2 показаны проекции "Корпус" теоретического чертежа при двух вариантах реализации заявляемого изобретения с умеренным и крутым подъемом батоксов в корме; на фиг 3. проекция "Полуширота" теоретического чертежа с предлагаемыми обводами (а) и с традиционными известными обводами (б); на фиг. 4 кормовые обводы судна на проекциях "Бок" и "Полуширота" теоретического чертежа, при этом на фиг. 4, а показан вариант исполнения устройства для отклонения потока вниз от плоскости ватерлинии в виде отгиба участка днища, на рис. 4, б вариант исполнения этого устройства в виде интерцептора; на фиг. 5 профили волн, образуемых при движении судна с предлагаемыми и традиционными обводами (а) и соответствующие им эпюры давлений (6); на фиг. 6 схема поперечного обтекания средней части корпуса судна за мидельшпангоутом; на фиг. 7 схемы обтекания кормовой части судов с предлагаемыми (а) и традиционными (б) обводами и соответствующие им эпюры давлений (в).

Корпус судна по заявляемому изобретению представляет собой характерные для быстроходного водоизмещающегося судна образования (фиг. 1 и 2): умеренную или малую полноту обводов, U-образные шпангоуты, S-образные батоксы в кормовой части и транцевую корму (фиг. 4).

Носовая оконечность 1 судна, изображенного на фиг. 1 3 на участке от 0 до 2 теоретического шпангоута в зоне расчетных ватерлиний и ниже, выполнена с монотонно возрастающим значением угла между касательной к ватерлинии корпуса и диаметральной плоскостью (см. фиг. 3, а). За таким затуплением корпус на протяжении до 12 шпангоута имеет прямолинейные или близкие к прямолинейным ветви ватерлиний (фиг. 3, а, 1 и 2). Максимальная ширина судна сдвинута к корме 2 и расположена между 12 и 20 шпангоутами (фиг. 4). Днищевая часть корпуса 3, начиная с мидель-шпангоута, имеет плавный подъем батоксов к плоскости ватерлинии (фиг. 4). В районе кормового среза по ширине днища корпуса установлено устройство 4 отклонения потока вниз от плоскости ватерлинии. Оно может быть выполнено в виде отгиба участка днища вниз (вариант а), простирающегося от 19 19 1/2 теоретического шпангоута до 20 шпангоута, или в виде интерцептора (вариант б), расположенного на кромке транца.

Отношение длины корпуса L к ширине B составляет L/B 5 20. При меньших и при больших соотношениях не будут наблюдаться эффекты выигрыша в сопротивлении движению судна. При движении предлагаемый корпус судна взаимодействует с жидкостью следующим образом: набегающий поток создает в самом носу у форштевня резкое местное повышение давления 5 (фиг. 5), максимальное значение которого соответствует величине скоростного напора. Протяженность этой зоны определяется степенью и протяженностью затупления носика ватерлинии. Если ветви ватерлинии будут подходить к диаметральной плоскости под углами, меньшими 30^o, данный эффект наблюдаться не будет. За зоной пика давления располагается участок относительного понижения давления 6, которое обуславливается обтеканием жидкостью криволинейного перехода от затупленного носика к клинообразной части корпуса с прямолинейными или слабо изогнутыми ватерлиниями (см. фиг. 3, участок ватерлинии 7). Такая последовательность расположения зон давления непосредственно определяется предлагаемой затупленной формой ватерлиний судна 8. Вследствие этого на участке перехода от пика давления к зоне относительного понижения давления 9 (фиг. 5) градиент давлений приводит к возникновению скоростей в потоке, направленных вдоль судна, что уменьшает носовую волну вытеснения (за счет ускорения части потока в стесненном сечении). Ветви ватерлинии в районе от 2 до О теоретического шпангоута могут примыкать к диаметральной плоскости под углами 30 90^o.

Кроме того, поскольку участок корпуса за затуплением 10 (фиг.3, а) имеет меньшие углы наклона (или заострения) по отношению к диаметральной плоскости судна и большую протяженность по длине до наиболее широкого сечения корпуса, чем у традиционных ватерлиний 11 (фиг. 3, б), носовая волна трансформируется в гребень небольшой пологой волны 17 (фиг. 5, а), отходящей от корпуса только за мидель-шпангоутом. Все эти особенности и определяют снижение проекции результирующей от нормальных к поверхности корпуса сил невязкой природы на направление движения, то есть волновой составляющей сопротивления судна. Одновременно они обеспечивают благоприятное взаимодействие созданных движением носовой части судна возмущений потока с кормовыми образованиями корпуса.

Механизм этого взаимодействия обусловлен наличием в возбужденной движением судна волне скоростей 12 (фиг. 6), которые способствуют формированию скуловых вихрей 13 (фиг. 6 и 7). При поперечном обтекании средней части корпуса за мидель-шпангоутом горизонтальные составляющие скуловых вихрей взаимно уничтожаются, создавая на коромовом участке (фиг. 7, в) подъема батоксов повышение давления 14.

Составляющие скорости скуловых вихрей 13 (фиг. 7, а), направленные вдоль судна, создают мощную струю, вырывающуюся из-под нижней кромки транцевой кормы.

У судов традиционных обводов (фиг. 7, б) эта струя уносит энергию, затраченную судном на деформацию потока жидкости, которая впоследствии идет на интенсивное волнообразование за кормой.

У предлагаемого корпуса судна применение устройства 4 для отклонения потока, выполненное в виде отгиба батоксов (фиг. 4, а) или интерцептора (фиг. 4, б), подтормаживает поток, дополнительно приполняя эпюру давлений 14 (фиг. 7, в) под кормой судна. Данное устройство гасит вертикально направленные скорости в струе, чем обеспечивает снижение волнообразования за кормой судна и использует энергию потока на дополнительное поддержание корпуса судна. Небольшие потери на отгибе (фиг. 4, а) или интерцепторе (фиг. 4, б) в виде местного повышения давления 16 (фиг. 7) не меняют положительного баланса при сопоставлении эпюры давлений в корме 14 для предлагаемых обводов и соответствующей эпюры 15 для традиционных в пользу предлагаемых обводов.

Расположение начала отгиба батоксов по длине судна и, следовательно его протяженность существенно влияют на эффективность данной части устройства. Как видно из эпюры давлений, с увеличением протяженности участка отгиба изменяется соотношение давлений, снижающих сопротивление 14 и тормозящих судно 16. При расположении начала отгиба носовее 19-го теоретического шпангоута отрицательный и положительный эффекты практически компенсируются. Кроме того, вследствие изменения геометрии отгиба нижняя кромка транца чрезмерно опускается, что при движении судна неизбежно увеличит кормовую волну и, следовательно, сопротивление.

Диапазон выбранных значений отстояний от основной плоскости нижней кромки отгиба или интерцептора, составляющий 0,4 0,95 Т, а также диапазон точек максимального подъема батоксов от основной плоскости перед началом кормового отгиба, составляющий 0,5 1,0 Т, непосредственно определяются найденными наивыгоднейшими длиной отгиба, углами подъема батоксов и соотношениями площадей днища, воспринимающими дополнительные реакции от потока воды, при этом Т это величина отстояния конструктивной ватерлинии от основной плоскости.

Так, если уменьшить максимальный подъем батоксов до величины, меньшей 0,5 Т, резко изменяются следующие явления:
увеличится гребень отходящей от корпуса волны из-за снижения интенсивности перетекания потока 13.

уменьшится подпор давления 14 как следствие уменьшения интенсивности скуловых вихрей 13,
проекция действующих на снижение сопротивления давлений в силу малости углов подъема батоксов также уменьшится.

Все вышесказанное происходит в тесной взаимосвязи и приводит к резкому пропаданию полезного эффекта за границей указанных диапазонов. То же относится и к выбранным углам наклона батоксов: к линии их подъема в месте начала отгиба участка днища. Углы наклона, превышающие 15^o, приводят к значительному возрастанию участка 16 эпюры давлений в корме судна и практически компенсируют эффект благоприятно действующих давлений 14. Углы наклона, меньшие чем 10^o, не позволяют полностью реализовать полезный эффект, так как падает давление не только в области 16 эпюры, но и в области 14 вследствие уменьшения подтормаживания потока.

Как следует из вышеизложенного, заявляемая совокупность признаков является единым техническим решением, полезный эффект которого определяется тесной функциональной взаимозависимостью всех элементов изобретения.

Использование: изобретение относится к судостроению и касается корпусов судов с умеренной или малой полнотой обводов. Сущность изобретения: корпус судна с U-образными шпангоутами, S-образными батоксами в кормовой части корпуса и транцевой кормой имеет носовую оконечность, которая на участке от 2 до 0 теоретического шпангоута в зоне расчетных ватерлиний и ниже выполнена с монотонно возрастающим значением угла между касательной к ватерлинии корпуса и диаметральной плоскостью, за 2 теоретическим шпангоутом корпус на протяжении до 12 теоретического шпангоута имеет прямолинейное или близкие к прямолинейным ветви ватерлинии с расположением максимальной ширины корпуса между 12 и 20 теоретическими шпангоутами, причем днищевая часть корпуса, начиная с мидельшпангоута, имеет плавный подъем батоксов к плоскости ватерлинии, а в районе кормового среза по ширине днища расположено устройство отклонения потока вниз от плоскости ватерлинии. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Корпус судна с U-образными шпангоутами, S-образными батоксами в кормовой части корпуса и транцевой кормой, отличающийся тем, что носовая оконечность на участке от 2 до 0 теоретического шпангоута в зоне расчетных ватерлиний и ниже выполнена с монотонно возрастающим значением угла между касательной к ватерлинии корпуса и диаметральной плоскостью, за 2 теоретическим шпангоутом корпус на протяжении до 12 теоретического шпангоута имеет прямолинейные или близкие к прямолинейным ветви ватерлиний с расположением максимальной ширины корпуса между 12 и 20 теоретическими шпангоутами, причем днищевая часть корпуса, начиная с мидельшпангоута, имеет плавный подъем батоксов к плоскости ватерлинии, а в районе кормового среза по ширине днища расположено устройство отклонения потока вниз от плоскости ватерлинии. 2. Корпус по п. 1, отличающийся тем, что отношение длины корпуса L к ширине В составляет L/В 5 20. 3. Корпус по п.1, отличающийся тем, что ветви ватерлинии в районе от 2 до 0 теоретического шпангоута примыкают к диаметральной плоскости под углами 30 90^o. 4. Корпус по п. 1, отличающийся тем, что устройство отклонения потока выполнено в виде отгиба участка днища, простирающегося от 19 19,5 теоретического шпангоута до 20 теоретического шпангоута вниз от плоскости ватерлинии. 5. Корпус по п. 1, отличающийся тем, что устройство отклонения потока выполнено в виде интерцептора, расположенного на кромке транца. 6. Корпус по пп. 4 и 5, отличающийся тем, что отстояние нижней кромки отгиба участка днища или интерцептора от основной плоскости составляет 0,4 - 0,95 Т, а максимальный подъем батоксов от основной плоскости перед началом кормового отгиба составляет 0,5 1,0 Т, где Т величина отстояния конструктивной ватерлинии от основной плоскости. 7. Корпус по п.4, отличающийся тем, что каждый батокс наклонен под углом 10 15^o к линии его подъема в месте расположения начала отгиба участка днища.