БЫСТРОХОДНОЕ СУДНО Российский патент 1998 года по МПК B63B1/20 

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования быстроходных судов, оборудованных кормовыми или носовыми и кормовыми автоматически управляемыми интерцепторами и движущихся в переходном режиме или режиме глиссирования.

Известно быстроходное судно, содержащее корпус с транцевой кормой и оборудованное кормовыми автоматически управляемыми интерцепторами, выдвигаемыми из-за кормового среза днища [1].

Однако, у такого судна интерцепторы имеют сложную конструкцию, большую массу и уязвимы при заднем ходе судна и швартовке его кормой.

Технический результат от внедрения описываемого изобретения состоит в упрощении конструкции и уменьшении массы интерцепторов, а также в обеспечении их защищенности при заднем ходе и швартовке судна кормой.

Такой технический результат достигается тем, что у быстроходного судна, содержащего корпус с транцевой кормой и оборудованного кормовыми автоматически управляемыми интерцепторами, выдвигаемыми из-за кормового среза днища, высота этих интерцепторов составляет 0,005 ... 0,025 от ширины днища в месте установки интерцепторов, а кормовой срез днища выполнен в виде редана с высотой не менее высоты интерцепторов, и редан сдвинут вперед от транца на величину, равную 5 - 15 высот интерцептора.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 и 2 показано быстроходное судно, оборудованное носовыми и кормовыми автоматически управляемыми интерцепторами, вид снизу и вид сбоку соответственно;
на фиг.3 и 4 представлены продольные разрезы корпуса судна в районе установки носовых и кормовых интерцепторов соответственно;
на фиг.5 приведена блок-схема системы автоматического управления носовыми и кормовыми интерцепторами судна, показанного на фиг.1;
на фиг.6 представлен один из вариантов относительно зависимостей оптимальных статических выдвигов носовых и кормовых интерцепторов от скорости движения (хода) судна.

Быстроходное судно 1 (фиг.1, 2) содержит корпус 2 с остроскулыми обводами 3 и килеватым днищем 4. В носовой части днища расположен редан (уступ) 5, а за ним на штангах 6 установлены носовые автоматически управляемые интерцепторы 7, разделенные на секции левого (7, а) правого (7, б) борта и имеющие рабочую высоту, равную, например, 0,025 B_ни, где B_ни - ширина днища по скуле 3 в месте установки носовых интерцепторов (ширина по редану). Рабочая высота носовых интерцепторов, т. е. величина их выдвига δ_ни в поток из-за задней кромки редана (т. А на фиг.3), определяется по результатам буксировочных испытаний модели судна в гидроканале и обычно лежит в пределах 0,005 . . . 0,025 В_ни. Конструктивная высота интерцепторов ББ'' превышает рабочую высоту /ей соответствует дуга ББ'/ на 5 - 10%, чтобы исключить образование между т.А и рабочей поверхностью ББ'' щели, более 0,5 - 1,5 мм, через которую начнет интенсивно перетекать вода и резко снизит давление в потоке перед интерцептором.

Высота АА' редана 5 принимается более или равной конструктивной высоте интерцепторов, т. е. АА' ≥ ББ''. Носовые интерцепторы 7 выполнены с острой нижней кромкой т.Б, гарантирующей устойчивый срыв потока с нее, установлены заподлицо с днищем (убранное положение) и имеют возможность максимально выдвигаться на величину δ_ни вниз (в поток) путем поворота штанг 6 относительно осей 8, закрепленных в опорах 9.

В кормовой части днища 4 также выполнен редан (уступ) 10, за которым за подлицо с днищем (убранное положение) установлены на штангах 11 кормовые автоматически управляемые интерцепторы 12, разделенные на секции левого (12, а) и правого (12, б) борта и имеющие рабочую высоту, равную, например, 0,025 B_ки, где B_ки - ширина днища по скуле 3 в месте установки кормовых интерцепторов (ширина по транцу 13).

Рабочая высота кормовых интерцепторов 12, т.е. величина их сдвига δ_ки в поток из-за задней кромки редана (т. K на фиг.4), определяется по результатам буксировочных испытаний модели судна в гидроканале и обычно лежит в пределах 0,005 - 0,025 B_ки. Как и в случае носовых интерцепторов конструктивная высота кормовых интерцепторов ЛЛ'' превышает рабочую высоту /ей соответствует дуга ЛЛ''/ на 5 - 10%. Высота КК'' редана 10 принимается более или равной конструктивной высоте интерцепторов, т.е. КК' ≥ ЛЛ''.

Длина штанг 11 выбирается из условия, чтобы угол поворота интерцепторов, соответствующий их выдвигу δ_ки , не превышал 10^o (в этом случае между выдвигом δ_ки и перемещением т.Л по дуге ЛЛ'' еще сохраняется линейная зависимость). Поворот штанг 11 производится относительно осей 14, закрепленных в опорах 15 на днище в районе кормового среза (т. М на фиг.4). Рационально длину К'М кормовой ниши выбирать в пределах 5 - 15 высот кормового интерцептора, поскольку слишком большая длина уменьшает удаление кормовых интерцепторов от центра масс судна, а малая длина приводит к большим (более 10^o) углам поворота интерцепторов при их выдвиге на величину δ_ки .

Выдвиг δ_ни носовых интерцепторов 7 происходит с помощью исполнительного привода 16, шарнирно закрепленного на корпусе 2 в опорах 17. Шток 18 привода 16 шарнирно соединен с внутренним рычагом (19, а) двуплечей качалки 19, второй наружный рычаг (19, б) которой через тягу 20 шарнирно соединен с интерцептором 7. Выдвигу δ_ни соответствует дуга ББ' = ЖЖ' • (ДЕ/ЕЖ) • (БИ/ИГ), где ЖЖ' - ход штока 18 привода 16; ЕЖ - плечо внутреннего рычага (19, а) качалки 19; ДЕ - плечо наружного рычага (19, б) качалки 19; БИ - радиус рабочей поверхности интерцептора 7; ИГ - радиус перемещения нижнего конца тяги 20. Верхний конец тяги 20 размещен внутри ниши 21, образованной вваренной в днище 4 выгородкой 22 и ее съемной крышкой 23. Качалка 19 своей осью (19, в) крепится на крышке 23 в опорах, которые обеспечивают минимальное трение и не допускают попадания воды внутрь корпуса 2.

Выдвиг δ_ки кормовых интерцепторов 12 происходит с помощью исполнительного привода 24, шарнирно закрепленного на корпусе 2 в опорах 25. Шток 26 привода 24 шарнирно соединен с внутренним рычагом (27, а) двуплечей качалки 27, второй наружный рычаг (27, б) которой через тягу 28 шарнирно соединен с интерцептором 12. Выдвигу δ_ки соответствует дуга ЛЛ' = СС' • (РС) • (НЛ/НО), где СС' - ход штока 26 привода 24; ПС - плечо внутреннего рычага (27, а) качалки 27; ПР - плечо наружного рычага (27, б) качалки 27; НЛ - радиус рабочей поверхности интерцептора 12; НО - радиус перемещения нижнего конца тяги 28.

Верхний конец тяги 28 размещен внутри ниши 29, образованной вваренной в днище 4 выгородкой 30 и ее съемной крышкой 31. Качалка 27 своей осью (27, в) крепится на крышке 31 в опорах, которые обеспечивают минимальное трение и не допускают попадания воды внутрь корпуса 2.

Как показано на фиг.3 и 4 устройства носовых 7 и кормовых 12 интерцепторов имеют одинаковую конструкцию и крепление и могут различаться линейными размерами, что позволяет примерно вдвое сократить объем рабочей документации на устройства и обеспечить высокий коэффициент унификации деталей и узлов.

Следует отметить еще три особенности предлагаемой конструкции устройств интерцепторов, приведенных на фиг.3 и 4. Конструктивная высота интерцепторов (ББ'' - для носовых и ЛЛ'' - для кормовых интерцепторов) является минимальной и требует минимальной высоты соответствующих реданов, т.е. весовые затраты на устройства интерцепторов и установку их за реданом являются минимальными. Высота опор 9 и 15 (отстояние их самых нижних точек от днища) выбрана минимальной (не более высоты редана) с тем, чтобы соответствующие штанги 6 и 11 и опоры 9 и 15 все время находились в "тени" реданов, т.е. не попадали в поток и не создавали сопротивление движению судна. Поскольку рабочие поверхности интерцепторов являются выпуклыми (так как расположены впереди своих осей вращения), то при выдвиге интерцепторов в поток на них возникают гидродинамические силы, дающие составляющие, направленные против силы тяжести подвижных частей устройств интерцепторов, и тем самым уменьшающие нагрузку на исполнительные приводы.

На фиг.5 цифрами обозначены: 32 блок задатчиков статических выдвигов носовых 7 и кормовых 12 интерцепторов, 33 - блок задатчиков углового (крен и дифферент) положения судна, 34 - блок параметров движения судна (углы крена и дифферента, их угловые скорости, перегрузки в ряде точек корпуса судна, скорость V движения судна), 35 - вычислитель, формирующий законы управления для следящих приводов интерцепторов, 36 - усилитель мощности, 37 - датчик обратной связи, 38, 39, 40 и 41 - следящий привод соответствующего интерцептора, 42 и 43 - кинематическая связь от штоков приводов 16 и 24 (привод 16 аналогичен приводу 24) до носовых 7 и кормовых 12 интерцепторов соответственно, включающая двуплечие качалки 19 и 27 и тяги 20 и 28 и определяющая зависимость δ_и= f(l_шт), , где δ_и - выдвиг интерцептора и l_шт - ход штанги соответствующего привода.

Быстроходное судно 1, оборудованное описанным комплексом автоматически управляемых интерцепторов (носовых и кормовых или только кормовых), расположенных за соответствующими реданами, используют следующим образом.

При достижении быстроходным судном 1 относительно скорости определяется по результатам модельных испытаний судна на этапе разработки эскизного проекта судна, при которой интерцепторы становятся эффективными и с их помощью возможно создавать гидродинамические силы, позволяющие управлять угловым положением судна, включают систему автоматического управления интерцепторами. Затем с ее помощью либо вручную (с помощью блока 32 задатчиков статических выдвигов интерцепторов), либо автоматически (если в системе предусмотрено программное изменение выдвигом интерцепторов в зависимости от относительной скорости хода) устанавливают необходимые оптимальные статические выдвиги для носовых и кормовых интерцепторов, которые необходимы для заданной относительной скорости хода и определяются зависимостями, показанными на фиг. 6 (под статическим выдвигом интерцепторов понимается выдвиг, обеспечивающий минимальное сопротивление движению судна в условиях "тихой" воды, относительного этого выдвига интерцептор может выдвигаться дальше до 100% или убираться до 0% при парировании возмущений от волны, т.е. при использовании его в качестве успокоителя килевой и бортовой качки). В случае "ручной" установки статических выдвигов на входы 2 усилителей мощности 36, входящих в состав следящих приводов 38, 39, 40 и 41, от вычислителя 35 поступают постоянные сигналы, которые усиливаются и отрабатываются приводами 16 и 24. При этом с датчиков обратной связи 37 на входы 1 усилителей мощности поступают сигналы, которые компенсируют сигналы на входах 2 от вычислителя 25. Каждый привод 16 или 24 (следовательно, и интерцептор 7 или 12) останавливаются в том положении, когда сумма сигналов на входах усилителя мощности 36 становится равной 0. Т.е. следящие приводы 38, 39, 40 и 41 отслеживают сигналы, поступающие на каждый из них с вычислителя. Эти сигналы меняются не только при изменении скорости движения, но и при изменении углового положения судна, если движение происходит в условиях волнения. Информацию об изменении углового положения и скорости этого изменения в вычислитель 35 выдают блок 34 параметров движения судна и блок 33 задатчиков углового положения судна. Как только любой из следящих приводов начинает отрабатывать ненулевой сигнал с вычислителя 35, то сразу же приходит в движение шток соответствующего привода, и он через качалку и тягу приводит в движение соответствующий интерцептор.

Результаты конструкторских проработок ряда быстроходных судов с автоматически управляемыми интерцепторами (АУИ) показывают, что предлагаемое техническое решение позволяет, примерно, на 40% увеличить коэффициент унификации АУИ, упростить конструкцию устройства АУИ, повысить защищенность кормовых интерцепторов (полностью защищены транцем) и снизить на 30 - 40% массу кормовых интерцепторов.

Использование: изобретение относится к судостроению и касается конструирования быстроходных судов, оборудованных кормовыми или носовыми автоматическими управляемыми интерцепторами и движущихся в переходном режиме или режиме глиссирования. Сущность изобретения заключается в том, что у быстроходного судна, содержащего корпус с транцевой кормой и оборудованного кормовыми автоматически управляемыми интерцепторами, выдвигаемыми из-за кормового среза днища, высота этих интерцепторов составляет 0,05 ... 0,025 от ширины днища в месте установки интерцепторов, а кормовой срез днища выполнен в виде редана с высотой не менее высоты интерцепторов, и редан сдвинут вперед от транца на величину, равную 5 - 15 высот интерцептора. 6 ил.

Быстроходное судно, содержащее корпус с транцевой кормой и оборудованное кормовыми автоматически управляемыми интерцепторами, выдвигаемыми из-за кормового среза днища, отличающееся тем, что высота интерцепторов составляет 0,005 - 0,025 ширины днища в месте установки интерцепторов, а кормовой срез днища выполнен в виде редана с высотой не менее высоты интерцепторов, и редан сдвинут вперед от транца на величину, равную 5 - 15 высот интерцептора.