КАТАМАРАН Российский патент 1998 года по МПК B63B1/10 

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования и проектирования катамаранов с несимметричными обводами корпусов.

Известен катамаран, содержащий два корпуса, связанных между собой соединительным мостом, при этом каждый из корпусов имеет форму обводов в плане плоско-выпуклого крыловидного профиля, причем корпуса расположены зеркально симметрично друг другу относительно оси катамарана расширенной частью вперед по ходу движения и выпуклыми частями внутрь к оси катамарана.

Однако известный катамаран малоэкономичен в эксплуатации, поскольку им не используется энергия носовых расходящихся волн.

Технический результат изобретения заключается в повышении экономичности эксплуатации катамарана путем использования энергии носовых расходящихся волн.

Это достигается тем, что у катамарана, содержащего два корпуса, связанных между собой соединительным мостом, каждый из корпусов имеет форму обводов в плане плоско-выпуклого крыловидного профиля, причем корпуса распложены зеркально симметрично друг другу относительно оси катамарана расширенной частью вперед по ходу движения и выпуклыми частями внутрь к оси катамарана, при этом линии обвода внешних поверхностей корпусов прямолинейны, параллельны друг другу и траектории движения, а внутренние поверхности корпусов в сечении по вертикальной плоскости имеют форму прямой линии.

Кроме того, такой катамаран может быть выполнен с двигателями, винтами и рулями, которые установлены как на внешних, внутренних сторонах или на кормовых частях корпусов, так и на соединительном мосту.

Целесообразно носовые части корпусов в плане выполнять в виде заостренного дельфиноподобного профиля.

На фиг. 1 изображены два корпуса катамарана в плане, а также показана схема отражения носовых расходящихся волн от каждого из этих корпусов; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1.

Корпуса 1 и 2 катамарана (фиг. 1) в плане имеют форму плоско-выпуклого крыловидного профиля, расположены зеркально симметрично относительно осевой линии 3 катамарана и ориентированы расширенной частью вперед, а выпуклыми поверхностями внутрь катамарана таким образом, что их линейные в плане боковые поверхности параллельны осевой линии 3 и траектории движения катамарана. В сечении, перпендикулярном линии 3 катамарана, внешние поверхности корпусов 1 и 2 спрофилированы по прямой линии так же, как и внутренние поверхности в этом сечении по вертикальной плоскости. Линии обвода внешних поверхностей корпусов 1 и 2 прямолинейны, параллельны друг другу и траектории движения.

Двигатели, винты и рули (не показаны) могут быть установлены как на внешних, внутренних сторонах или на кормовых частях корпусов 1 и 2, так и на соединительном мосту.

Для уменьшения фронтальной волны, а также для предотвращения выхода носовой волны от внутренней поверхности корпуса на периферийные стороны катамарана носовые части корпусов 1 и 2 выполнены по форме заостренного профиля головы дельфина.

Корпуса 1 и 2 расположены друг от друга на расстоянии, позволяющем гребню носовой расходящейся волны отражаться от средней части кормовой отражающей поверхности противоположного корпуса катамарана, при этом длина отражающей (волну) поверхности кормы судна равна длине носовой расходящейся волны.

Сущность изобретения заключается в том, что для повышения экономичности хода катамарана при его эксплуатации используется энергия носовых расходящихся волн, которая прилагается к обоим корпусам 1 и 2 катамарана дополнительно для движения его вперед.

При движении катамарана вперед внешние поверхности корпусов 1 и 2 не создают носовых расходящихся волн, так как в плане они являются прямолинейными и параллельными движению катамарана; носовая расходящаяся волна, созданная, например, выпуклой поверхностью 1 (возвышающаяся полуволна с гребнем 4 ограничена линиями 6) движется под углом 35 град к траектории движения катамарана и в направлении корпуса 2, достигает корпуса 2 в его кормовой сужающейся части и отражается от его поверхности, передав часть своей энергии и сообщив дополнительный импульс движению вперед катамарана.

Аналогично носовая расходящаяся волна, созданная корпусом 2 (возвышающаяся гребневая полуволна с гребнем 5 ограничена линиями 7), отражается от поверхности корпуса 1, также передает часть своей энергии и сообщает дополнительный импульс движению катамарана в переднем направлении.

На фиг. 1 в точке А отражения расходящейся волны показаны вектор V_b скорости волны и вектор V_c скорости катамарана.

Из схемы видно, что отражение носовой расходящейся волны, например, в точке А возможно при условии, когда перпендикулярная траектории движения, составляющая BC (фиг. 1), будет больше абсолютной величины сужения корпуса относительно стационарной, перпендикулярной к траектории движения линии, при движении катамарана со скоростью V_c (линии DE на фиг. 1).

Из треугольника ABC, BC = V_в• sin α .

Из треугольника ADE, DE = V_с• tg β , тогда имеем
V_в• sin α > V_с• tg β (I) ,
где V_b - скорость расходящейся волны;
V_c - скорость катамарана;
α - угол между траекторией движения катамарана и направлением распространения носовой расходящейся волны;
β - угол сужения кормовой части корпуса.

На фиг. 1 показана длина l отражающей прямолинейной поверхности корпусов 1 и 2, а также длина носовой расходящейся волны λ . Величины l и λ приблизительно равны между собой.

Это следует из формулы

где λ - длина расходящейся волны;
α - угол между направлением распространения расходящейся волны и траекторией движения судна;
β - угол сужения кормовой части корпуса.

Известно, что полная совокупность корабельных волн лежит внутри клина Кельвина с углом полураствора 19,5 град (Лайтхилл Джеймс. Волны в жидкостях. Пер. с англ. П.П. Корявова, М.: Мир, 1981, с. 333-335).

Носовые расходящиеся волны на границе клина Кельвина распространяются под углом 35 град к траектории движения судна; скорость вблизи судна определяется по формуле
V_в = V_с• cos α, (II)
где V_b - скорость носовой расходящейся волны;
V_c -скорость судна;
α - угол между направлением распространения носовой расходящейся волны и траекторией движения судна.

Подставляя значения из формулы (II) в формулу (I), получим
V_с• cos α • sin α > V_с• tg β или
sin α • cos α > tg β, (III)
и далее находим допустимое значение угла

На фиг. 1 схематично изображено судно-катамаран с углом сужения β кормовой части корпусов 1 и 2, равным 12 град.

При расчете размеров корпусов 1 и 2 катамарана длину l отражающей носовую расходящуюся волну поверхности целесообразно выбирать равной длине расходящейся волны λ , а расстояние между корпусами целесообразно рассчитывать и принимать исходя из расчетной средней скорости V_c движения катамарана и из условия, что гребень расходящейся волны должен отражаться от середины этой поверхности в точке А.

В этом случае вся гребневая полуволна (и только она) отразится от противоположного корпуса катамарана.

При отклонении от этих условий эффективность использования (возврата) энергии носовых расходящихся волн снижается.

При расчете размеров высокоскоростных катамаранов необходимо учитывать условие, что при повышении скорости судна расходящиеся волны вблизи судна распространяются под углом, несколько большим 35 град, соответственно, гребни носовых расходящихся волн образуют меньшие углы с траекторией движения судна и, следовательно, корпуса 1 и 2 катамарана будут более удлиненными, а расстояние между ними несколько меньшим.

Предлагаемая конструкция катамарана может быть использована как для спортивных яхт, так и для грузовых и пассажирских судов-катамаранов.

Использование: изобретение относится к судостроению и касается конструирования и проектирования катамаранов с несимметричными обводами корпусов. Сущность изобретения заключается в том, что у катамарана, содержащего два корпуса, связанных между собой соединительным мостом, каждый из корпусов имеет форму обводов в плане плоско-выпуклого крыловидного профиля, при этом корпуса расположены зеркально симметрично друг друг относительно оси катамарана расширенной частью вперед по ходу движения и выпуклыми частями внутрь к оси катамарана, причем линии обвода внешних поверхностей корпусов прямолинейны, параллельны друг другу и траектории движения, а внутренние поверхности корпусов в сечении по вертикальной плоскости имеют форму прямой линии. Катамаран может быть выполнен с двигателями, винтами и рулями, которые могут быть установлены как на внешних, внутренних сторонах или на кормовых частях корпусов, так и на соединительном мосту. Носовые части корпусов в плане могут быть выполнены в виде заостренного дельфиноподобного профиля. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Катамаран, содержащий два корпуса, связанных между собой соединительным мостом, при этом каждый из корпусов имеет форму обводов в плане плоско-выпуклого крыловидного профиля, причем корпуса расположены зеркально симметрично друг другу относительно оси катамарана расширенной частью вперед по ходу движения и выпуклыми частями внутрь к оси катамарана, отличающийся тем, что линии обвода внешних поверхностей корпусов прямолинейны, параллельны друг другу и траектории движения, а внутренние поверхности корпусов в сечении по вертикальной плоскости имеют форму прямой линии. 2. Катамаран по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с двигателями, винтами и рулями, которые установлены как на внешних, внутренних сторонах или на кормовых частях корпусов, так и на соединительном мосту. 3. Катамаран по п.1, отличающийся тем, что носовые части корпусов в плане выполнены в виде заостренного дельфиноподобного профиля.