КОРМОВАЯ ОКОНЕЧНОСТЬ ПОЛУПОГРУЖНОГО КРУПНОТОННАЖНОГО СУДНА Российский патент 2015 года по МПК B63B1/08 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к проектированию обводов кормовой оконечности подводного корпуса полупогружных крупнотоннажных судов с выступающими частями и конструктивной компоновки ее, включая грузовой объем, энергетическую установку и винто-рулевой комплекс.

Назначение крупнотоннажного полупогружного судна состоит в обеспечении рентабельности грузоперевозок, поэтому подводный (грузовой) корпус для большей вместимости в поперечном сечении имеет форму прямоугольника со скругленными углами, у которого из условий эксплуатации таких судов в районах арктического шельфа с ограниченными глубинами отношение ширины к высоте B/H 4,3-4,5, а отношение L/B - 5,5-6,0. При этом сопротивление воды движению подводного корпуса, слагаемое из сопротивления трения и сопротивления формы (волновое сопротивление исключается), может быть снижено за счет именно сопротивления формы, на что и направлено настоящее изобретение.

Известна конструкция кормовой оконечности подводной лодки пр. 941 «Акула», как самой большой по водоизмещению, принятая за прототип («Машиностроение энциклопедия», том IV-20, книга 2, стр.371, рис.49, СПб «Политехника», 2004 г., так же сайт http://www.rg.ru/pril/article/25/60/24/lodka.gif). Срединная ватерлиния по высоте разделяет корпус АПЛ на верхнюю и нижнюю симметричные половины, при этом кормовая оконечность наружного (легкого) корпуса этой АПЛ имеет овальную с большой горизонтальной осью форму, площадь поперечных сечений которой в направлении кормы постепенно убывает и на 1/11 части длины корпуса со стороны кормы оконечность раздваивается на два конуса, заканчивающиеся выходом гребных валов с винтами в насадках. Поверхности конусов сопряжены с плоскостью (поверхностью) горизонтального кормового оперения (горизонтального стабилизатора), размещенного в плоскости срединной ватерлинии. Между конусами расположены верхний и нижний стабилизаторы с вертикальными рулями

Такое совокупное взаиморасположение и сопрягаемость указанных конструкций обусловлены требованиями снижения шумности, улучшения ходкости и управляемости при выполнении боевых задач подводной лодкой, однако исполнение описанной конструкции является технологически сложным и весьма трудоемким в исполнении.

Кроме этого, известны различные формы кормовой оконечности подводного корпуса полупогружных судов, которые могут рассматриваться как аналоги настоящему изобретению. Например, в статье журнала «Терминал» №6 (48) за 2004 г. на рисунке приведены практически прямоугольные в плане очертания кормовой оконечности подводного танкера, ширина корпуса которого равна 40,0 м, а высота 20,0 м.

В журнале «Судостроение» №3 за 2004 г. в статье С.Н. Климашевского «К вопросу о расчетном определении водоизмещения подводных транспортных судов на ранних стадиях проектирования» показан вид кормовой оконечности подводного контейнеровоза, в целом подобный описанной оконечности АПЛ пр. 941, отличающийся нераздвоенной конусной частью из-за наличия одного гребного винта, при этом вертикальные рули расположены впереди винта, что является важным фактором снижения эффективности их работы и управляемости судна.

В технических решениях, изложенных в патентах РФ №№2378150 и 2389640, у полупогружного судна грузовой подводный корпус при отношении ширины корпуса к его высоте порядка B/H 4,3-4,5, а отношение L/B - 5,5-6,0 имеет форму кормовой оконечности в плане, в виде прямоугольника с небольшими закруглениями в углах правого и левого бортов. На боковом виде очертания кормовой оконечности подобны очертаниям кормы у надводного судна, корпус которого имеет кормовой подзор, форма обводов которого является плохо обтекаемой, вызывает возникновение вихрей, т.е. способствует повышенному сопротивлению формы.

Целью изобретения является конструкция кормовой оконечности подводных грузовых корпусов полупогружных судов, преимущественно для крупнотоннажных танкеров, газовозов и контейнеровозов длиной около 300,0 м, шириной до 60,0 м и высотой около 14,0 м, обеспечивающая снижение сопротивления формы (вихревого) движению судна, повышенный коэффициент использования грузового объема, оптимальное размещение ЭУ и винто-рулевого комплекса для улучшения управляемости.

Указанная цель достигается за счет того, что при отношении максимальной ширины подводного корпуса к его максимальной высоте B/H в диапазоне, как B/H 4,3-4,5 в первом частном случае технического решения, на боковой проекции теоретического чертежа подводный корпус и его кормовая оконечность по высоте разделены срединной ватерлинией на верхнюю и нижнюю симметричные половины, образованные поверхностью палубы с половинами высоты бортов и поверхностью днища с половинами бортов соответственно.

При продвижении частиц жидкости вдоль поверхности корпуса в пограничном слое, изменение обводов в кормовой оконечности может вызвать потерю частицами жидкости энергии движения, образование завихрений и даже возникновение их обратного движения, которое оттеснит пограничный слой от корпуса.

Чтобы точку отрыва ламинарного пограничного слоя отнести как можно дальше в корму необходимо кормовой части корпуса придать хорошую обтекаемость, по возможности с необходимым минимумом выступающих частей, для чего кормовым обводам придана заостренная форма, когда очертания верхней и нижней половин корпуса на боковой проекции теоретического чертежа плавно смыкаются в плоскости срединной ватерлинии на кормовой кромке подводного корпуса по всей его ширине, без образования кормового подзора. Кормовая оконечность имеет длину, равную 1/10 длины подводного корпуса (1/10 L), а в плане линии бортов сопрягаются с кормовой кромкой корпуса по дуге окружности радиусом около 5,0 м.

В продольном сечении очертания обводов палубы и днища кормовой оконечности определяются геометрическим местом концевых точек m…m₅ ординат z=0,5 H, z₁=0,46 H, z₂=0,4 H, z₃=0,33 H, z₄=0,23 H, z₅=0,11 H восстановленных в точках a, a₁…a₅ условных шпангоутов при шпации, равной ^l/₆, соединенных лекальными кривыми симметрично относительно срединной ватерлинии и плавно сопряженными с линией палубы и линией днища цилиндрической вставки подводного корпуса (Фиг.1). Такие очертания обводов кормы подводного корпуса позволят поддержать ламинарную структуру пограничного слоя до точки его отрыва, практически, на 95% его длины и снизить, тем самым, сопротивление формы (вихревое).

В частном случае технического решения на палубе в ДП размещен верхний кормовой пилон, являющийся необходимым конструктивным минимумом выступающих частей, длиной около 0,07-0,08 L (длины подводного корпуса), шириной около 0,125 В (ширины подводного корпуса) (Фиг.2), обводы которого по высоте сформированы ватерлиниями лекальных симметричных каплеобразных очертаний большой полноты и в вертикальном направлении образуют поверхность, сопрягаемую посредством обтекателя по периметру с палубой, при этом по длине, в плане, пилон имеет носовое заострение длиной 0,04 L, цилиндрическую вставку длиной 0,03 L и кормовое заострение со свесом, а при проектировании очертаний ватерлиний пилона для носового заострения их форма определяется геометрическим местом точек, лежащих на лекальной кривой, проведенной касательно лучам из точек K₁, K₂, K₃, каждая из которых расположена на 1/5 части длины носового заострения в нос от цилиндрической вставки пилона, для кормового заострения также на лекальной кривой, касательной лучам из точек C₁, C₂, C₃, каждая из которых расположена на 1/10 части длины кормового заострения в корму от цилиндрической вставки (Фиг.3).

Во втором частном случае технического решения на днище кормовой оконечности в ДП размещен нижний пилон шириной около 4 м, контур которого в продольном сечении является продолжением контура днища цилиндрической части подводного корпуса, а конструктивно выполнен, как усиленная конструкция, являющаяся продолжением килевой дорожки в ДП и предназначенная вместе с двумя бортовыми килевыми дорожками, для восприятия массовой нагрузки всей кормовой оконечности при постановке судна на стапель при доковании. Со стороны кормы верхний и нижний пилоны заканчиваются рудерпостом вертикального руля.

В следующем частном случае технического решения для улучшения управляемости судна за счет изменения числа оборотов винтов, повышения коэффициента использования грузового объема, максимального сокращения длины валопроводов машинные отделения (МО) правого и левого бортов отнесены на достаточно большое, технически обоснованное расстояние от ДП к двойным бортам. При этом со стороны ДП, с кормовой и носовой стороны они выделены в грузовом объеме подводного корпуса непроницаемыми коффердамами, во-вторых МО, размещены на максимально возможном, удалении в корму, с учетом оперативного пространства в вертикальном направлении, определяемого лекальным изменением контура палубы в направлении кормы (Фиг.4).

В следующем частном случае технического решения с кормовой стороны, по осям гребных валов, лежащих в плоскости СВЛ на расстоянии около 35-37% ширины корпуса от ДП на левый и правый борт, корпус имеет две ниши с размещенными в них гребными винтами, диски которых разделяются плоскостью СВЛ на верхнюю и нижнюю симметричные половины для обеспечения равных параметров давления засасываемого потока воды с палубы, днища и бортов подводного корпуса.

В следующем частном случае технического решения конструктивные параметры, в том числе внутренний объем и площадь палуб верхнего пилона, позволяют разместить технические средства, обслуживающие работу ГЭУ (забор воздуха, газовыхлоп, вспомогательные механизмы и др.) и жилые помещения машинной команды. На палубе свеса пилона, внутри, размещено румпельное отделение с рулевой машиной и приводом руля и смонтирован верхний подшипник баллера руля, а под свесом размещен вертикальный руль шириной, равной длине свеса. Вынесение и размещение указанных технических средств внутрь пилона так же способствует повышению коэффициента использования грузового объема подводного корпуса.

Описание дополнено рисунками:

- Фиг.1, на которой показаны следующие позиции: 1 - носовая кромка кормовой оконечности, 2 - грузовые танки, 3 - танки изолированного балласта (ТИБ), 4 - наружный борт, 5 - внутренний борт, 6 - коффердам машинного отделения, 7 - машинное отделение (МО), 8 - дейдвудный подшипник, 9 - винт фиксированного шага, 10 - ахтерпиковая переборка, 11 - контур верхнего пилона, 12 - румпельное отделение (РО), 13 - вертикальный руль;

- Фиг.2, на которой показаны позиции: 1 - цилиндрическая вставка подводного корпуса, 2 - контур лекального обвода палубы кормовой оконечности, 3 - обтекатель пилона, 4 - верхний кормовой пилон, 5 - надстройка, 6 - румпельное отделение (РО), 7 - свес кормового пилона, 8 - рудерпост вертикального руля, 9 - вертикальный руль, 10 - нижний пилон, 11 - «пятка» нижнего пилона с подшипником руля, 12 - ахтерпиковая переборка, 13 - дейдвудная труба, 14 - машинное отделение (МО), 15 - цистерны топлива и масла, 16 - коффердам;

- Фиг.3, на которой показаны следующие значения: 0,1 L - длина кормового пилона, 0,03 L - длина носового и кормового заострений, 0,02 L - длина цилиндрической вставки, 0,125 В - полуширина кормового пилона, α_1,=10°, α₂=20°_, α₃=30° - угол исхода лучей из точек k₁, k₂, k₃ для построения контура ватерлиний носового заострения и из точек c₁, c₂, c₃ - соответственно для кормового;

- Фиг.4, на которой показаны следующие позиции: 1 - цилиндрическая вставка подводного корпуса, 2 - срединная ватерлиния (СВЛ), 3 - контур палубы, l - длина кормовой оконечности, a-a₁-а₅-а₆ условная шпация, равная ^l/₆, z…z₅ - координаты точек m…m₅, m-m₅ - точки лекального обвода палубы кормовой оконечности, H/2-полувысота подводного корпуса.

Осуществление заявляемого изобретения может быть реализовано путем формирования укрупненного блока кормовой оконечности из четырех полноразмерных основных блоков, ограниченных плоскостями: плоскость сечения сопряжения с цилиндрической вставкой корпуса, плоскость СВЛ, плоскость ДП. Блоки будут изготовлены на индивидуальных постелях из объемных секций. На отдельных площадках будут изготовлены блоки верхнего и нижнего пилонов. Формирование кормовой оконечности в целом будет выполнено на стапельном месте в последовательности: 1 - на стапель устанавливаются стапельные устройства (кильблоки, клетки, стапельные балки), 2 - на стапель устанавливается блок нижнего пилона, закрепляется, 3 - устанавливается нижний блок одного из бортов (1/4 всей кормовой оконечности), стыкуется с нижним пилоном, 4 - устанавливается нижний блок второго борта, стыкуется и сваривается с нижним пилоном и первым блоком, 5 - загружаются технические средства и механизмы, 6 - грузится верхний блок одного из бортов, стыкуется и сваривается с нижним блоком, 7 - устанавливается, стыкуется и сваривается со смежными четвертый блок, 8 - устанавливается на верхнюю палубу блок верхнего пилона, изготовленный на отдельной рабочей площадке и насыщенный техническими средствами в соответствии с технологическим процессом, стыкуется и приваривается. После этого кормовая оконечность готова к соединению с цилиндрической частью подводного корпуса.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к проектированию обводов полупогружных крупнотоннажных судов, преимущественно крупнотоннажных танкеров, газовозов и контейнеровозов. Предложены обводы и конструктивная компоновка кормовой оконечности подводного корпуса полупогружного крупнотоннажного судна с выступающими частями, обеспечивающие снижение сопротивления формы (вихревого) движению судна, повышенный коэффициент использования грузового объема, оптимальное размещение ЭУ и винто-рулевого комплекса для улучшения управляемости. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Кормовая оконечность подводного корпуса полупогружного крупнотоннажного судна, в вертикальной плоскости разделенная срединной ватерлинией на симметричные верхнюю и нижнюю половины, обводы которых в носу плавно сопрягаются с палубой, днищем и бортами цилиндрической части этого корпуса, несущая на палубе и днище выступающие части, оборудованная винто-рулевым комплексом и размещенными внутри машинным и румпельным отделениями, отличающаяся тем, что она имеет длину, равную 1/10 длины подводного корпуса (1/10L), а поперечные сечения имеют прямоугольную форму со скругленными углами, при этом их площадь в кормовом направлении, начиная от носовой кромки, уменьшается вплоть до полного смыкания поверхности палубы и днища на перпендикулярной ДП кромке, в плане сопрягаемой с линиями бортов по дуге окружности радиусом около 5,0 м, а в продольном сечении очертания батоксов определяются геометрическим местом соединенных лекальными кривыми концевых точек m…m₅ координат z=0,5H, z₁=0,46H, z₂=0,4H, z₃=0,33H, Z₄=0,23H, z₅=0,11H, восстановленных вниз и вверх от СВЛ в точках a, a₁…a₅ при шпации, равной , интегрированные по всей ширине подводного корпуса батоксы таких очертаний образуют поверхности палубы и днища, при этом кормовым обводам придана заостренная форма, а очертания верхней и нижней половин корпуса на боковой проекции теоретического чертежа плавно смыкаются в плоскости срединной ватерлинии на кормовой кромке подводного корпуса по всей его ширине, в плане сопрягаемой с линиями бортов по дуге окружности радиусом около 5,0 м.

2. Кормовая оконечность по п.1, отличающаяся тем, что снаружи, на ее палубе в ДП, размещен верхний кормовой пилон, длиной около 0,07-0,08 L (длины подводного корпуса), шириной около 0,125 В (ширины подводного корпуса), обводы которого по высоте сформированы ватерлиниями лекальных симметричных каплеобразных очертаний большой полноты и в вертикальном направлении образуют поверхность, сопрягаемую посредством обтекателя по периметру с палубой, при этом по длине в плане пилон имеет носовое заострение длиной 0,04 L, цилиндрическую вставку длиной 0,03 L и кормовое заострение со свесом длиной, равной ширине вертикального руля, а при проектировании очертаний ватерлиний пилона для носового заострения их форма определяется геометрическим местом точек, лежащих на лекальной кривой, проведенной касательно лучам из точек K₁, K₂, K₃ под углами α₁, α₂, α₃ - 10°, 20°, 30° соответственно, при этом каждая из точек расположена на 1/5 части длины носового заострения в нос от цилиндрической вставки пилона, для кормового заострения также на лекальной кривой, касательной лучам из точек C₁, C₂, C₃, под углами α₁, α₂, α₃ - 10°, 20°, 30° соответственно, при этом каждая из точек расположена на 1/10 части длины кормового заострения в корму от цилиндрической вставки.

3. Кормовая оконечность подводного корпуса полупогружного крупнотоннажного судна по п.1, отличающаяся тем, что на днище кормовой оконечности в ДП размещен нижний пилон шириной около 4 м, контур которого в продольном сечении является продолжением контура днища цилиндрической части подводного корпуса, а конструктивно он выполнен, как усиленная конструкция, воспринимающая реакцию стапеля от массовой нагрузки всей кормовой оконечности при доковании судна.

4. Кормовая оконечность подводного корпуса полупогружного крупнотоннажного судна по п.1, отличающаяся тем, что два машинных отделения размещены на максимальном технически обоснованном расстоянии от ДП на левый и правый борт и в корму с учетом оперативного пространства в вертикальном направлении, определяемого лекальным изменением контура палубы в направлении кормы и отделены от грузового пространства непроницаемыми коффердамами.

5. Кормовая оконечность подводного корпуса полупогружного крупнотоннажного судна по п.1, отличающаяся тем, что со стороны кормы, по осям гребных валов, лежащих в плоскости СВЛ, на расстоянии 35-37% ширины корпуса от ДП на левый и правый борт, в корпусе имеется два выреза, в которых размещены гребные винты, площадь дисков которых симметрично разделена СВЛ на две равные нижнюю и верхнюю части для обеспечения равных параметров давления в пограничном слое и сохранения ламинарной структуры засасываемого потока воды с палубы, днища и бортов подводного корпуса.

6. Кормовая оконечность подводного корпуса полупогружного крупнотоннажного судна по п.1, отличающаяся тем, что на палубе свеса верхнего пилона, внутри него, размещено румпельное отделение с рулевой машиной, приводом руля и верхним подшипником баллера руля, а под свесом верхнего пилона расположен рудерпост с вертикальным рулем, ширина которого равна длине свеса, а нижний подшипник его встроен в пятке нижнего пилона.