КОРПУС БЫСТРОХОДНОГО СУДНА Российский патент 2000 года по МПК B63B1/38 

Изобретение относится к судостроению и касается проектирования обводов корпуса быстроходного судна с газовой каверной на днище.

Известен корпус быстроходного судна, содержащий днище с бортовыми скулами, поперечным реданом, бортовыми скегами и зареданной выемкой для формирования в ней при движении судна искусственной газовой каверны путем подачи в нее газа под давлением, ограниченной срывообразующими кромками редана и бортовых скегов и днищевой кромкой транца (1).

Данная форма корпуса, по сравнению с формой корпуса обычного глиссера, обеспечивает значительное снижение сопротивления движению судна при глиссировании по воде за счет существенного уменьшения площади смоченной поверхности его днища. При этом благодаря демпфирующему свойству газовой каверны снижается также величина вертикальных перегрузок при движении судна на волнении, что способствует существенному повышению его мореходности.

Однако при данной форме днища корпуса для поддержания необходимого избыточного давления газа в каверне требуются относительно большие затраты мощности главной силовой установки судна.

Известен корпус быстроходного судна, содержащий днище с бортовыми скулами и выемкой для формирования в ней при движении судна искусственной газовой каверны, образованной расширяющимися к носу бортовыми скегами. Вершина днищевой выемки в точке пересечения срывообразующих кромок бортовых скегов расположена в носовой части корпуса. При этом ширина днища по скуле в плоскости шпангоута, проходящего через вершину днищевой выемки, меньше ширины днища по скуле в плоскости мидель-шпангоута (2).

Данная форма корпуса, по сравнению c предыдущей (1), за счет заостренной в носу конфигурации днищевой выемки для формирования газовой каверны позволяет при проектировании судна максимально заострить ватерлинии погруженной в воду носовой части корпуса. Это, в свою очередь, позволяет снизить волновое сопротивление движению корпуса в воде и величину горизонтальных и вертикальных перегрузок при движении судна на волнении.

Однако и при такой форме корпуса для поддержания необходимого избыточного давления газа в каверне также требуются относительно большие затраты мощности главной силовой установки судна.

Наиболее близким к предлагаемому является корпус быстроходного судна, содержащий днище с бортовыми скулами, стреловидным реданом, бортовыми скегами, зареданной выемкой, ограниченной срывообразующей кромкой редана, переходящей в срывообразующие кромки бортовых скегов и днищевой кромкой транца, причем ширина зареданной выемки в плоскостях шпангоутов, проходящих по днищевому редану и бортовым скегам, не превышает ее величину в плоскости транца, а также расположенной перед выемкой вставкой. При этом вставка выполнена цилиндрической или с углом расхождения ее образующих, не превышающим 5^o. Вставка занимает всю ширину днища. Длина вставки составляет 0,01 - 0,10 длины корпуса судна (3).

Благодаря цилиндрической или приближающейся к цилиндрической форме поверхности днища в пределах вставки достигается формирование устойчивой искусственной газовой каверны со свободной поверхностью, плавно продолжающей смоченную поверхность днища корпуса перед реданом. При этом затраты мощности главной силовой установки судна на поддержание необходимого избыточного давления газа в каверне существенно уменьшаются.

Однако распространяющаяся на всю ширину днища вставка с образующими, параллельными или приближающимися к параллельным между собой, уменьшает при проектировании обводов корпуса возможность плавного заострения ватерлиний погруженной в воду носовой части корпуса. Недостаточная заостренность носовой оконечности корпуса, в свою очередь, приводит к нежелательному повышению волнового сопротивления движению корпуса в воде и величин горизонтальных и вертикальных перегрузок при движении судна на волнении.

Особенно сильно этот недостаток проявляется при применении такой вставки на быстроходных судах c повышенной мореходностью с клиновидным килеватым корпусом без четко выраженного поперечного редана, днищевая выемка для образования искусственной газовой каверины которого также выполнена в форме клина и расположена между расширяющимися к носу бортовыми скегами (2). При этом оказывается недостаточной и длина самой вставки, так как свободная поверхность газовой каверны образуется у такого корпуса исключительно за срывообразующими кромками бортовых скегов, имеющих длину не менее половины длины корпуса, а необходимая для формирования устойчивой газовой каверны цилиндрическая вставка расположена лишь перед незначительной частью длины этих срывообразующих кромок в средней части днища корпуса.

Цель изобретения - повышение эксплуатационных качеств судна с газовой каверной на днище путем снижения сопротивления движению корпуса в воде и величины перегрузок при движении судна на волнении.

Поставленная цель достигается тем, что в корпусе быстроходного судна, содержащем днище с бортовыми скулами, стреловидным реданом, бортовыми скегами, зареданной выемкой, ограниченной срывообразующей кромкой редана, переходящей в срывообразующие кромки бортовых скегов и днищевой кромкой транца, причем ширина зареданной выемки в плоскостях шпангоутов, проходящих по днищевому редану и бортовым скегам, не превышает ее величину в плоскости транца, а также расположенной перед выемкой цилиндрической вставкой, изменена форма днища корпуса со стороны носа и бортов от зареданной выемки.

Новизна заключается в том, что цилиндрическая вставка имеет в плане форму подковы, ограниченной со стороны носа и бортов линией, эквидиcтантной в направлении вдоль судна срывообразующим кромкам редана и бортовых скегов, а днищевые ветви шпангоутов, проходящих через цилиндрическую вставку слева и справа от нее, выполнены с более интенсивным подъемом к бортовым скулам, чем в пределах цилиндрической вставки. При этом днищевые ветви шпангоутов в пределах цилиндрической вставки могут иметь форму как прямых линий, так и кривых линий, обращенных своей выпуклостью к основной плоскости корпуса судна.

Непосредственное примыкание подковообразной цилиндрической вставки с параллельными образующими (с углом расхождения равным нулю) по всей своей поверхности к срывообразующим кромкам стреловидного редана и бортовых скегов независимо от их протяженности по длине судна способствует повышению площади поверхности днищевого свода зареданной выемки, покрытой газовой каверной, и, за счет этого, снижению сопротивления трения движению корпуса судна в воде. Более интенсивный подъем днищевых ветвей шпангоутов слева и справа от цилиндрической вставки способствует повышению заостренности ватерлиний погруженной в воду носовой части корпуса судна и, за счет этого, снижению волнового сопротивления движению данного корпуса в воде и величины перегрузок, испытываемых судном при движении на волнении. Возможность выполнения участков днищевых ветвей шпангоутов, расположенных в пределах цилиндрической вставки, как в виде прямых линий, так и кривых линий с выпуклостью к основной плоскости корпуса судна, позволяет эффективно использовать данное техническое решение на корпусах быстроходных судов в широком диапазоне углов внешней килеватости их днища на миделе.

Предлагаемое техническое решение проиллюстрировано схематично чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - аксонометрическая проекция корпуса судна в перевернутом положении, килем вверх;
на фиг. 2-4 - виды на днище снизу судов с различной формой корпуса и конфигурацией в плане днищевой выемки для формирования искусственной газовой каверны;
на фиг. 5, 6 - проекции "корпус" теоретических чертежей корпусов судов с разными углами внешней килеватости днища на миделе.

Корпус быстроходного судна содержит днище 1 с бортовыми скулами 2, стреловидным реданом со срывробразующей кромкой 3, переходящей в срывообразующие кромки 4 бортовых скегов, зареданной выемкой, ограниченной срывообразующими кромками редана 3 и бортовых скегов 4 и днищевой кромкой 5 транца. Ширина зареданной выемки в плоскостях шпангоутов, проходящих по днищевому редану и бортовым скегам, не превышает (равна или меньше) се величины в плоскости транца. Непосредственно перед зареданной выемкой днище 1 корпуса снабжено так называемой цилиндрической вставкой 6, представляющей собой участок поверхности днища 1, образующие которой параллельны между собой. Цилиндрическая вставка 6 (на фиг. 2-4 заштрихована) имеет форму подковы, ограниченной со стороны носа и бортов линией 7, эквидистантной в направлении вдоль судна срывообразующим кромкам редана 3 и бортовых окегов 4. Под эквидистантностью в продольном направлении в данном случае подразумевается, что точки (т. А фиг. 2-4) пересечения этой линии с плоскостями, параллельными диаметральной плоскости (ДП) корпуса судна, находятся примерно на одинаковых расстояниях (l) от соответствующих точек (т. Б фиг.2-4) пересечения срывообразующих кромок редана 3 и бортовых скегов 4 с этими же плоскостями. Оптимальная величина расстояния между указанными выше точками, в соответствии с результатами модельных и натурных испытаний, равна: l= (0,01÷0,10)L, где L - длина корпуса судна. Полная длина (L_ц) цилиндрической вставки 6 при этом может быть различной в зависимости от принятой конфигурации в плане зареданной выемки. Если срывообразующие кромки 4 бортовых скегов параллельны ДП корпуса судна (фиг. 2,3), то полная длина цилиндрической вставки 6 равна; L_ц=L_р+l, где L_р - длина стреловидного редана, и может составлять: L_ц≤0,60L, Если же срывообразующие кромки бортовых скегов на всем своем протяжении имеют угол наклона к ДП, отличный от нуля (фиг. 4), то полная длина цилиндрической вставки 6 равна: L_ц=L_к+l, где L_к - длина зареданной выемки, и может составлять: L_ц≤0,80L. Во всех случаях в любом поперечном сечении корпуса судна цилиндрическая вставка 6 не занимает вою ширину днища и не доходит до его бортовых скул 2. Участки 8 (фиг.1, 5, 6) днищевых ветвей шпангоутов, расположенные в пределах цилиндрической вставки 6, параллельны между собой, а их участки 9, расположенные слева и справа по бортам от цилиндрической вставки 6, непараллельны между собой и выполнены с более интенсивным подъемом к бортовым скулам 2 корпуса, чем в пределах цилиндрической вставки 6. Интенсивность этого подъема тем выше, чем ближе шпангоут расположен к носу корпуса судна. Благодаря этому подъему ватерлинии 10 (фиг. 1) носовой части корпуса судна, проходя мимо цилиндрической вставки 6 далеко в корму, имеют повышенную заостренность. Параллельные между собой участки 8 (фиг. 5, 6) днищевых ветвей шпангоутов, расположенные в пределах цилиндрической вставки 6, могут иметь форму прямых линий (фиг. 5) если угол внешней килеватости днища корпуса невелик (например, β ≤ 15^o), либо форму кривых линий, обращенных своей выпуклостью к основной плоскости (ОП) корпуса судна (фиг. 6), если угол внешней килеватости днища корпуса велик (например β > 15^o).
При движении на режимах эксплуатационных скоростей быстроходное судно глиссирует по свободной поверхности воды участками днища 1, расположенными между его бортовыми скулами 2 и срывообразующими кромками днищевого редана 3 и бортовых скегов 4. Поступающий через специальные отверстия 11 в днищевом своде 12 зареданной выемки под избыточным давлением газ заполняет зареданную выемку и образует в ней искусственную газовую каверну, ограниченную со стороны носа и бортов срывообразующими кромками днищевого редана 3 и бортовых скегов 4. Снизу газовая каверна ограничена свободной поверхностью воды, которая по причине инертности образующих ее частичек воды плавно продолжает смоченную поверхность днища 1 корпуса судна в районе цилиндрической вставки 6. Под действием направленной снизу вверх равнодействующей сил: веса, гидростатического давления и давления газа в каверне образующие ее свободную поверхность частички воды поднимаются вверх и успевают замыть кормовую часть днищевого свода 12 зареданной выемки движущегося над ними корпуса судна, образуя тем самым границу искусственной газовой каверны со стороны кормы судна. Строгая параллельность образующих цилиндрической вставки 6, по которым, по существу, происходит обтекание набегающим потоком воды поверхности днища 1 корпуса перед зареданной выемкой в нем, по всему периметру срывообразующих кромок поперечного редана 3 и бортовых скегов 4 способствует формированию устойчивой газовой каверны со спокойным замыканием ее на днищевом своде 12 зареданной выемки вблизи транца. Вследствие этого обеспечивается минимальный унос газа из каверны и, следовательно, максимально высокое его избыточное давление. Это, в свою очередь, позволяет достигнуть максимальной площади поверхности днищевого свода 12 зареданной выемки, покрытой газовой каверной, и, за счет этого, максимально снизить сопротивление трения корпуса судна о воду при движении. Повышенная заостренность ватерлиний 10 носовой части корпуса, достигнутая за счет более интенсивного подъема участков 9 днищевых ветвей шпангоутов, расположенных слева и справа от цилиндрической вставки 6, по сравнению с участками 8 днищевых ветвей шпангоутов, расположенных в пределах цилиндрической вставки 6, способствует снижению волнового сопротивления движению данного корпуса в воде. При встрече с волной благодаря острым носовым образованиям корпус судна прорезает волну, не испытывая значительных ударных нагрузок. При вертикальных колебаниях замываемой волной носовой оконечности судна испытываемые им вертикальные перегрузки значительно ниже из-за более медленного изменения величины выталкивающей силы воды.

Предлагаемое техническое решение способствует повышению эффективности перспективного типа быстроходных судов, какими являются суда с искусственной газовой каверной на днище.

Использованные источники
1. Авт. св. СССР N 368107, М. кл. B 63 B 1/18, B 63 B 1/38, опубл. 26.01.1973, Бюл. N 9.

2. Патент России N 2041116, М.кл B 63 B 1/38, опубл. 09.08.1995, Бюл. N 22.

3. Патент России N 2047534, М.кл. B 63 B 1/38, опубл. 10.11.1995, Бюл. N 31 (прототип)ы

Изобретение относится к судостроению и касается проектирования обводов корпуса быстроходного судна с газовой каверной на днище. Корпус имеет днище с бортовыми скулами, стреловидным реданом, бортовыми скегами, зареданной выемкой, ограниченной срывообразующей кромкой редана, переходящей в срывообразующие кромки бортовых скегов, и днищевой кромкой транца. Ширина зареданной выемки в плоскостях шпангоутов, проходящих по редану и скегам, не превышает ее величины в плоскости транца. Перед выемкой расположена цилиндрическая вставка днища корпуса, имеющая в плане форму подковы. Со стороны носа и бортов подкова ограничена линией, эквидистантной в направлении вдоль судна срывообразующим кромкам редана и бортовых скегов. Днище-вые ветви шпангоутов, проходящих через цилиндрическую вставку слева и справа от нее, выполнены с более интенсивным подъемом к бортовым скулам, чем в пределах цилиндрической вставки. Днищевые ветви шпангоутов в пределах цилиндрической вставки днища корпуса имеют форму прямых линий или форму кривых линий, обращенных своей выпуклостью к основной плоскости корпуса судна. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении эксплуатационных качеств судна с газовой каверной на днище путем снижения сопротивления движению корпуса в воде и величины перегрузок при движении судна на волнении. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Корпус быстроходного судна, содержащий днище с бортовыми скулами, стреловидным реданом, бортовыми скегами, зареданной выемкой, ограниченной срывообразующей кромкой редана, переходящей в срывообразующие кромки бортовых скегов, и днищевой кромкой транца, причем ширина зареданной выемки в плоскостях шпангоутов, проходящих по днищевому редану и бортовым скегам, не превышает ее величины в плоскости транца, а также расположенной перед зареданной выемкой цилиндрической вставкой днища корпуса, отличающийся тем, что цилиндрическая вставка днища корпуса имеет в плане форму подковы, ограниченной со стороны носа и бортов линией, эквидистантной в направлении вдоль судна с срывообразующим кромкам редана и бортовых скегов, а днищевые ветви шпангоутов, проходящих через цилиндрическую вставку днища корпуса слева и справа от нее, выполнены с более интенсивным подъемом к бортовым скулам, чем в пределах цилиндрической вставки днища корпуса. 2. Корпус быстроходного судна по п.1, отличающийся тем, что днищевые ветви шпангоутов в пределах цилиндрической вставки днища корпуса имеют форму прямых линий. 3. Корпус быстрходного судна по п.1, отличающийся тем, что днищевые ветви шпангоутов в пределах цилиндрической вставки днища корпуса имеют форму кривых линий, обращенных своей выпуклостью к основной плоскости корпуса судна.