НАДУВНОЙ КОРПУС РАЗБОРНОГО СУДНА КАТАМАРАННОГО ТИПА Российский патент 2001 года по МПК B63B7/08 B63B1/14 B63B35/73 

Изобретение относится к малому судостроению и может применяться в надувных многокорпусных разборных судах, преимущественно в спортивных и прогулочных парусных катамаранах, эксплуатируемых на открытой воде.

Известен надувной корпус разборного судна, содержащий круглую в поперечном сечении гибкую оболочку, четыре надувные камеры, продольную разделительную перегородку, размещенную внутри упомянутой гибкой оболочки, а также расположенные по окружности поперечного сечения корпуса четыре полости, образованные внутренней поверхностью гибкой оболочки и разделительной перегородкой, при этом каждая надувная камера размещена в соответствующей полости с возможностью взаимодействия с разделительной перегородкой [1].

В известном техническом решении продольная разделительная перегородка образует внутренний каркас, позволяющий повысить жесткость конструкции по всей окружности поперечного сечения корпуса за счет его обжатия надувными камерами. Однако подобная конструкция, несмотря на хорошую устойчивость, не может обеспечить высокую быстроходность судна из-за своего несовершенного формообразования.

Известен корпус разборного катамарана, содержащий гибкую оболочку с кормовой и носовой кромками, а также продольную массивную раму, размещенную внутри гибкой оболочки и соединенную с последней своими боковыми краями по кормовой и носовой кромке соответственно [2].

Рассматриваемая конструкция позволяет добиться некоторого улучшения формы обтекания корпуса и устойчивости судна. В то же время в рассматриваемом техническом решении не проведено профилирование контура оболочки, а также не приняты меры по улучшению прочностных характеристик конструкции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является надувной корпус разборного судна катамаранного типа, содержащий выпуклую профилированную гибкую оболочку с кормовой, носовой кромками и центральной частью, пару надувных камер, продольную разделительную гибкую перегородку, соединенную с упомянутой гибкой оболочкой по своим верхнему и нижнему краям, а также две полости, каждая из которых образована внутренней поверхностью гибкой оболочки и соответствующей поверхностью разделительной гибкой перегородки, при этом упомянутые надувные камеры расположены в центральной части гибкой оболочки напротив друг друга с обеих сторон от разделительной гибкой перегородки и размещены в упомянутых полостях с возможностью взаимодействия с центральной частью гибкой оболочкой и разделительной гибкой перегородкой [3].

В известном техническом решении использование гибкой продольной разделительной перегородки, соединенной с гибкой оболочкой по своим верхнему и нижнему краям, и поджатие упомянутой перегородки надувными камерами позволяет повысить устойчивость корпуса судна, а использование пары надувных камер, расположенных в центральной части гибкой оболочки напротив друг друга и размещенных в полостях корпуса судна с возможностью взаимодействия с центральной частью гибкой оболочки, позволяет предохранить корпус судна от действия изгибающего момента.

Обладая хорошей устойчивостью на поверхности воды и высокой сопротивляемостью к изгибающему моменту от действия внешних сил, известный надувной корпус имеет и ряд недостатков, связанных в основном с низкой быстроходностью судна: высокая сопротивляемость водному потоку вследствие недостаточно хорошей обтекаемой формы; низкие прочностные характеристики корпуса из-за значительных величин напряжений, возникающих в гибкой оболочке от действия внешних нагрузок, и большого градиента распределения нагрузок в продольном направлении; гидродинамические потери, связанные с турбулизацией потока от кромочного эффекта; потери энергии подкрепляющих надувных камер на деформацию гибкой разделительной перегородки и, как следствие, искажение формы рабочей поверхности гибкой оболочки. Кроме того, в известной конструкции существуют технологические проблемы, связанные с соединением верхних и нижних участков гибкой оболочки.

Целью изобретения является повышение быстроходности судна.

Указанная цель достигается тем, что разделительная перегородка выполнена жесткой и соединена по своим боковым краям соответственно с кормовой и носовой кромками гибкой оболочки, при этом надувные камеры расположены по всей длине полостей, а профиль поперечного сечения корпуса выполнен по форме в виде двух дуг, соединенных общей хордой, причем хорда образована высотой перегородки в поперечном сечении, дуги образованы поперечным сечением гибкой оболочки таким образом, что справедливо следующее соотношение: (s/H) < π, где s - периметр поперечного сечения гибкой оболочки; H - высота перегородки в поперечном сечении; π = 3,14159... - константа.

Новое техническое решение не следует явным образом из известных в науке и технике решений, поскольку принцип действия предлагаемого технического решения основан на оптимизации всего комплекса физических параметров и свойств, направленных на достижение поставленной цели.

К первой группе комплекса относится создание совершенной гидродинамической формы профиля корпуса как в поперечном сечении, так и по длине гибкой оболочки, что достигается: а) использованием формообразующей продольной жесткой перегородки, на которую натягивается гибкая оболочка по кормовой и носовой кромкам, а также нижней и верхней направляющим; б) профилированием поперечного сечения корпуса, когда радиусы дуг, образованные гибкой оболочкой, превышают соответствующие радиусы вписанных окружностей, что улучшает обтекание профиля; в) применением формообразующих надувных камер, расположенных по всей длине полостей, позволяющих поддерживать форму оболочки в центральной, носовой и кормовой частях корпуса, но и снизить турбулизацию потока от кромочного эффекта.

Ко второй группе комплекса относится минимизация абсолютных значений напряжений, действующих в гибкой оболочке корпуса судна, что достигается: а) проектированием профиля поперечного сечения корпуса в виде двух дуг, соединенных общей хордой, при этом хорда образована высотой перегородки в поперечном сечении, дуги - поперечным сечением гибкой оболочки таким образом, что величина отношения периметра поперечного сечения гибкой оболочки к высоте перегородки в поперечном сечении меньше числа π, что снижает величины напряжений, действующих в радиальном и продольном направлениях на поверхности гибкой оболочки от внешних нагрузок за счет увеличения радиуса кривизны оболочки; б) установкой подкрепляющих надувных камер, взаимодействующих с гибкой оболочкой по всей ее внутренней поверхности.

К третьей группе комплекса относится обеспечение плавного изменения величины напряжения в продольном направлении по длине гибкой оболочки от действия внешней нагрузки, что достигается: а) указанным профилированием поперечного сечения корпуса в соответствии с выбранным соотношением размеров жесткой перегородки и гибкой оболочки, а также условием размещения надувных камер по всей длине полостей корпуса и их взаимодействия с гибкой оболочкой, поскольку под действием внешних нагрузок на корпус судна и в результате взаимодействия надувных камер с гибкой оболочкой в последней возникают напряжения, направленные по нормали к поверхности, при этом происходит медленное нарастание продольной составляющей напряжения от центра к носовой и кормовой кромкам; б) посредством опирания гибкой оболочки на края жесткой перегородки, приводящего к перераспределению напряжения по длине оболочки от действия ударных и случайных нагрузок.

К четвертой группе комплекса относится использование граничных условий с целью минимизации расходуемой энергии, что достигается: а) выполнением разделительной перегородки жесткой, когда практически вся энергия надувных камер затрачивается на формообразование и подкрепление рабочей поверхности гибкой оболочки, а не на деформацию гибкой разделительной перегородки, приводящую к искажению формы гибкой оболочки; б) использованием краев жесткой разделительной перегородки в качестве опоры для гибкой оболочки по кормовой и носовой кромкам и по верхнему и нижнему краю соответственно, что приводит к оптимальному натяжению гибкой оболочки.

По сравнению с прототипом заявляемый надувной корпус разборного судна катамаранного типа имеет следующие преимущества:
- надувной корпус имеет наилучшую обтекаемую форму как за счет профилирования профиля поперечного сечения, так и за счет использования формообразующей жесткой разделительной перегородки и формообразующих надувных камер, расположенных по всей длине рабочей поверхности гибкой оболочки;
- оболочка надувного корпуса спроектирована таким образом, что действующие в ней напряжения от внешних нагрузок меньше по абсолютной величине и имеют более плавное распределение в продольном направлении;
- надувной корпус обеспечивает минимальные потери энергии за счет взаимодействия надувных камер с жесткой перегородкой, а сама гибкая оболочка лучше натягивается, имея жесткое опирание по кормовой, носовой, нижней (килевой) и верхней кромках;
- форма натянутой гибкой оболочки не искажается при взаимодействии различных элементов конструкции;
- при движении надувного корпуса судна уменьшаются гидродинамические потери от действия кромочных эффектов;
- гибкая оболочка более проста в изготовлении и обладает лучшей герметичностью, поскольку она не имеет соединений по боковым рабочим поверхностям корпуса судна (катамарана).

На фиг. 1 схематично показано разборное судно катамаранного типа с двумя надувными корпусами, общий вид в перспективе, на фиг. 2 - надувной корпус разборного судна, вид сбоку, на фиг. 3 - надувной корпус разборного судна, вид сверху, разрез А-А, на фиг. 4 - надувной корпус разборного судна, поперечный разрез Б-Б.

Надувной корпус 1 (фиг. 1) разборного судна катамаранного типа содержит выпуклую профилированную гибкую оболочку 2 (фиг. 2-4) с кормовой 3 и носовой 4 кромками, пару надувных камер 5 и продольную разделительную перегородку 6, соединенную по своим верхнему 7 и нижнему 8 краю с гибкой оболочкой 2. Надувной корпус 1 имеет также две полости 9 и 10, каждая из которых образована внутренней поверхностью гибкой оболочки 2 и прилегающей к ней поверхностью разделительной перегородки 6.

Надувные камеры 5 расположены напротив друг друга с обеих сторон от разделительной перегородки 6 и размещены в полостях 9 и 10 с возможностью взаимодействия с гибкой оболочкой 2 и разделительной перегородкой 6.

Разделительная перегородка 6 выполнена жесткой и соединена по своим боковым краям 11 и 12 соответственно с кормовой 3 и носовой 4 кромками гибкой оболочки 2, а надувные камеры 5 расположены по всей длине (по всему объему) полостей 9 и 10. Профиль поперечного сечения корпуса 1 выполнен по форме в виде двух дуг 13 и 14, соединенных общей хордой 15, образованной высотой перегородки 6 в поперечном сечении, а дуги 13 и 14 - поперечным сечением гибкой оболочки 2, таким образом, что справедливо следующее соотношение размеров: отношение периметра поперечного сечения гибкой оболочки 2 к высоте перегородки 6 в поперечном сечении меньше числа π, π = 3,14159... .

Надувной корпус 1 может быть выполнен асимметричным относительно продольной разделительной перегородки 6, которая, в свою очередь, может быть сплошной или иметь вырезы.

Не исключены также различные варианты соединения краев 7, 8 и 11, 12 жесткой разделительной перегородки 6 с гибкой оболочкой 2. В частности, для лучшего формообразования жесткая разделительная перегородка 6 может соединяться с гибкой оболочкой 2 посредством охвата и последующего натяжения последней по меньшей мере двумя своими противоположными краями. Для лучшего опирания и фиксирования жесткая разделительная перегородка 6 может соединяться с гибкой оболочкой 2 посредством соединительных элементов (на фиг. не указаны) по меньшей мере одним своим краем, например верхним краем 7.

Указанные варианты соединения жесткой перегородки 6 с гибкой оболочкой 2 позволяют выполнять упомянутую перегородку 6 как постоянной, так и переменной высоты H по длине корпуса 1. Например, профилирование обводов корпуса 1 в продольном направлении может осуществляться за счет плавного увеличения величины (s/H) с 2, в области носовой 4 и кормовой 3 кромок корпуса 1, до (s/H)_max < π, в центральной части корпуса 1, причем носовая и кормовая оконечности могут иметь жесткие штевневые окончания, улучшающие гидродинамические свойства.

Жесткая разделительная перегородка 6 может быть выполнена также разборной. В этом случае оболочка 2 имеет разрез в верхней и кормовой части для установки жесткой перегородки 6 и надувных камер 5.

Надувной корпус разборного судна катамаранного типа работает следующим образом.

При заполнении надувных камер 5 воздухом последние взаимодействуют с гибкой оболочкой 2 непосредственно и опосредованно через взаимодействие с жесткой разделительной перегородкой 6 по всей длине полостей 9 и 10. В этом случае надувные камеры 5 приобретают свойства формообразующих и подкрепляющих элементов для надувного корпуса 1, причем из-за абсолютной жесткости опирания на разделительную перегородку 6 не происходит рассеивание энергии в разделительной перегородке 6, а вся энергия от надувных камер 5 передается гибкой оболочке 2. Жесткая разделительная перегородка 6 также обладает свойствами формообразующего и подкрепляющего элемента для надувного корпуса 1, поскольку соединенная по своим боковым краям 11 и 12 соответственно с кормовой 3 и носовой 4 кромками гибкой оболочки 2, а по своим верхнему 7 и нижнему 8 краям соответственно с верхней и нижней (килевой) кромками гибкой оболочки 2, которая имеет в этом случае жесткое опирание по кормовой 3, носовой 4, нижней (килевой) и верхней кромкам. Кроме того, формообразование конструкции улучшается за счет профилирования поперечного сечения надувного корпуса 1 вследствие увеличения радиусов дуг, образованных гибкой оболочкой 2, по сравнению с соответствующим радиусом цилиндрической оболочки.

Гидродинамическая совершенная форма носовой и кормовой частей надувного корпуса 1 позволяет снизить энергетические потери, связанные с турбулизацией водного потока от действия кромочного эффекта.

Профилирование поперечного сечения корпуса 1 по форме в виде двух дуг 13 и 14, соединенной хордой 15, а также выбор соотношения размеров между высотой жесткой разделительной перегородки 6 и периметром поперечного сечения гибкой оболочки 2 обеспечит снижение абсолютных величин напряжений в оболочке 2 в радиальном и продольном направлениях от действия внешних сил и плавное изменение продольной составляющей напряжения, что с учетом опирания гибкой оболочки 2 на края 7, 8, 11 и 12 жесткой разделительной перегородки 6 приведет к лучшему натяжению оболочки 2.

Изобретение позволяет улучшить скоростные свойства судна катамаранного типа, повысить его прочностные характеристики и создать более совершенную обтекаемую форму корпуса.

Библиографические источники.

1. SU, авторское свидетельство N 765097, МПК: В 63 В 7/08, 1980.

2. DE, заявка N 4428805, МПК: В 63 В 7/08, 1996.

3. US, патент N 5732650, МПК: B 63 B 7/00, 1998 - прототип.

Изобретение относится к малому судостроению и касается создания надувных многокорпусных судов, преимущественно спортивных и прогулочных парусных катамаранов. Корпус судна имеет выпуклую профилированную гибкую оболочку с носовой и кормовой кромками, пару надувных камер, продольную разделительную перегородку и две полости. Перегородка соединена с гибкой оболочкой по своим верхнему и нижнему краям. Каждая полость образована внутренней поверхностью гибкой оболочки и прилегающей к ней поверхностью разделительной перегородки. Надувные камеры расположены напротив друг друга с обеих сторон от перегородки. Камеры размещены в полостях с возможностью взаимодействия с оболочкой и перегородкой. Перегородка выполнена жесткой и соединена по своим боковым краям соответственно с кормовой и носовой кромками оболочки. Надувные камеры расположены по всей длине полостей. Профиль поперечного сечения корпуса выполнен по форме двух дуг. Дуги соединены общей хордой. Хорда образована высотой перегородки в поперечном сечении. Дуги образованы поперечным сечением гибкой оболочки так, что справедливо следующее соотношение: (s/Н ) π, где s - периметр поперечного сечения гибкой оболочки; Н - высота перегородки в поперечном сечении; π - константа, равная 3,14159... Технический результат реализации изобретения заключается в повышении быстроходности судна. 4 ил. /

Надувной корпус разборного судна катамаранного типа, содержащий выпуклую профилированную гибкую оболочку с кормовой и носовой кромками, пару надувных камер, продольную разделительную перегородку, соединенную с упомянутой гибкой оболочкой по своим верхнему и нижнему краям, а также две полости, каждая из которых образована внутренней поверхностью гибкой оболочки и прилегающей к ней поверхностью разделительной перегородки, при этом упомянутые надувные камеры расположены напротив друг друга с обеих сторон от разделительной перегородки и размещены в упомянутых полостях с возможностью взаимодействия с гибкой оболочкой и разделительной перегородкой, отличающийся тем, что разделительная перегородка выполнена жесткой и соединена по своим боковым краям соответственно с кормовой и носовой кромками гибкой оболочки, при этом надувные камеры расположены по всей длине полостей, а профиль поперечного сечения корпуса выполнен по форме в виде двух дуг, соединенных общей хордой, причем хорда образована высотой перегородки в поперечном сечении, дуги образованы поперечным сечением гибкой оболочки так, что справедливо следующее соотношение: (s/H)<π, где s - периметр поперечного сечения гибкой оболочки; H - высота перегородки в поперечном сечении; π - константа, равная 3,14159.. .