ПЛАВУЧЕЕ СРЕДСТВО Российский патент 2003 года по МПК B63B1/34 

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования самоходных судов.

Известно плавучее средство (патент 2013306, МПК В 63 Н 5/16, заявл. 16.11.90, опубл. 30.05.94, БИ 10), содержащее корпус с плоскими вертикальными бортами и подднищевым каналом переменного сечения, в котором размещены движители. Подднищевой канал в этом плавучем средстве выполнен с плавно изменяющимся по его длине сечением, максимальным на входе в канал и выходе из него и минимальным в средней части. При этом, по крайней мере, один из движителей размещен в районе сечения канала. Выполнение канала суживающимся в центральной части, а также размещение в районе минимального сечения канала движителя позволяет создать в нем дополнительные скорости воды, за счет чего уменьшаются или полностью уничтожаются перепады скоростей и давлений в воде вокруг средства при его движении. Это позволяет частично или полностью исключить волновую и вихревую составляющие сопротивления воды движению судна, особенно при движении на мелководье и в узких реках и каналах, и тем самым повысить его пропульсивные качества.

Недостатком известной конструкции является то, что из-за увеличения скорости протекания воды по каналу увеличивается сопротивление трения в канале, что не исключает возможности появления вихревого сопротивления в кормовой и носовой части канала.

Основной задачей автора при создании изобретения является уменьшение сопротивления трения и вихревого сопротивления средства за счет изменения формы днища и подднищевого канала.

Поставленная задача достигается тем, что в конструкции плавучего средства, содержащей корпус с бортами и подднищевой канал переменного сечения с установленными в нем движителями, этот канал образован плоскими пластинами, расположенными вдоль потока воды, и снабжен кавитаторами, размещенными в местах стыка пластин. При этом поперечные сечения канала по всей его длине имеют П-образную форму. Кроме того, углы взаимного излома смежных пластин в кормовой и носовой частях канала не превышают 14^o. Из источников (Справочник по теории корабля, т. 1, под. ред. Я.И. Войткунского. - Л.: Судостроение, 1985 г. , А.Н. Иванов. Гибродинамика развитых кавитационных течений. - Л.: Судостроение, 1980 г. и А. М. Латышенков. Основы гидравлики. - Л.: Гидрометиздат, 1971 г. ) известно, что эффективным путем снижения сопротивления трения является создание вдоль обтекаемой поверхности стабильной тонкой воздушной прослойки - искусственной каверны, отделяющей поток воды от твердой границы (воздушная смазка, "вентиляция").

Введение плоских пластин в канал позволяет создать вдоль подводной части обшивки плавучего средства тонкую воздушную прослойку, так называемую "смазку", и таким образом существенно уменьшить сопротивления трения. Введение кавитаторов, в частности клиновидных, позволяет наилучшим образом решить эту проблему, в частности отделить путем создания каверны поток воды от твердой границы. Для этого кавитаторы устанавливают поперек потока воды в местах стыка пластин. Туда подают или естественным путем подается воздух или газ. Наибольший эффект при этом достигается на нижней поверхности горизонтальных пластин и меньший - на наклонных и вертикальных пластинах и стойках. Длина каверны должна быть пропорциональная квадрату скорости потока воды, что делает этот способ особенно выгодным в канале, где скорость воды значительно выше скорости судна. Достаточно одного-двух кавитаторов, чтобы вентилировать весь канал, поскольку эффект получается за счет разности между сопротивлением трения пластин обшивки и сопротивлением кавитаторов.

Безвихревое обтекание плоских пластин в кормовой и носовой части канала возможно в том случае, если углы относительного расхождения (излома) смежных по ходу потока воды плоских пластин (углы "С" на фиг.1 и 2) не будут превосходить 10-20^o.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено судно, горизонтальное сечение судна в подводной части по каналу; на фиг.2 - среднее продольное диаметральное сечение; на фиг.3 - среднее поперечное сечение.

Плавучее средство содержит корпус 1 с плоскими наружными бортами 2 и днищем 3 и подднищевой канал 4. Подднищевой канал 4 выполнен закрытым сверху по всей длине средства, находящейся под водой, и состоит по длине из трех частей: суживающейся 5 (конфузор), призматической 6 и расширяющейся 7 (диффузор).

Все части 5, 6, 7 канала 4 имеют плоские стенки и П-образные поперечные сечения. Стенки канала 4 в носу и корме выполнены примыкающими к наружным бортам 2, образуя два форштевня 8 и два ахтерштевня 9.

Верхняя кромка входного и выходного отверстий канала расположены не ниже грузовой ватерлинии.

На стенках канала 4, наружных бортах 2 и днище 3 устанавливаются кавитаторы, к которым подводят воздух или выхлопные газы от двигателей. В местах стыковых изломов плоских пластин, образующих подводную часть корпуса 1, размещены кавитаторы. Конкретную форму и размеры всех элементов корпуса 1 и канала 4 в каждом случае определяют в зависимости от заданного режима быстроходности и условий эксплуатации средства.

В конфузоре 5 канала 4 устанавливаются гидравлические движители, количество которых также определяется в зависимости от режима быстроходности средства, при этом по крайней мере один из движителей размещается в районе минимального сечения канала 4.

Работа осуществляется следующим образом.

При включении движителей 10 последние прогоняют воду по каналу 4. За счет появления в канале 4 дополнительных скоростей воды, вызванных работой движителей, значительно уменьшаются перепады скоростей и давлений в воде вокруг средства при движении последнего с заданной скоростью. Это происходит за счет того, что скорости воды вдоль бортов и по периметру выходного сечения канала выравниваются, а перепады скоростей и давлений в канале не вызывают волнообразования на поверхности воды, поскольку канал закрыт сверху по всей его длине.

Известно, что перепады скоростей и давлений являются причиной образования вихрей и волн на воде при движении судов и соответственно вихревого и волнового сопротивлений воды движению судов, которые достигают 75% от полного сопротивления, в особенности на мелководье и в узких акваториях.

Как показывают расчеты, при таком конструктивном исполнении плавучего средства его полное сопротивление воды без установки кавитаторов состоит на 80% из сопротивления трения, из которых 50% составляет сопротивление трения горизонтальных пластин призматической части канала и днища, которое может быть уменьшено при установке кавитаторов, т.е. общее сопротивление будет состоять в основном из лобового сопротивления корпуса и кавитаторов.

Таким образом, использование средства предлагаемой формы и конструкции, позволит установить кавитаторы, даст возможность значительно снизить полное сопротивление воды движению средства за счет снижения всех его составляющих: волнового, вихревого и трения. Это, в свою очередь, позволит еще более существенно снизить мощность энергетической установки, удельный расход топлива на единицу пути, стоимость постройки, а также улучшить остальные экономические показатели эксплуатации средства.

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования самоходных судов. Плавучее средство содержит корпус с бортами и подднищевой канал переменного сечения. В этом канале установлены движители. Подднищевой канал плавучего средства образован плоскими пластинами, расположенными вдоль потока воды. Этот канал снабжен кавитаторами, размещенными в местах стыка пластин. При этом поперечные сечения канала по всей его длине имеют П-образную форму. У плавучего средства углы взаимного излома смежных пластин в кормовой и носовой частях канала могут не превышать 14^o. Технический результат реализации изобретения заключается в уменьшении сопротивления трения и вихревого сопротивления плавучего средства с помощью изменения формы днища и подднищевого канала. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

1. Плавучее средство, содержащее корпус с бортами и подднищевой канал переменного сечения с установленными в нем движителями, отличающееся тем, что подднищевой канал плавучего средства образован плоскими пластинами, расположенными вдоль потока воды, и снабжен кавитаторами, размещенными в местах стыка пластин, при этом поперечные сечения канала по всей его длине имеют П-образную форму. 2. Плавучее средство по п. 1, отличающееся тем, что углы взаимного излома смежных пластин в кормовой и носовой частях канала не превышают 14^o.