РЕШЕТЧАТЫЙ СКУЛОВОЙ КИЛЬ ДЛЯ СУДОВ ВОДОИЗМЕЩАЮЩЕГО И ПЕРЕХОДНОГО РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК B63B3/44 B63B39/06 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к успокоителям бортовой и килевой качки с помощью решетчатых скуловых килей для судов водоизмещающего и переходного режимов движения. Скуловые кили умеряют бортовую качку за счет демпфирования на величину всего 25-30%, при этом с ростом скорости эффективность скуловых килей падает (смотри издание [1] стр. 196, 197). Поэтому постоянно ведутся поиски конструктивных решений для повышения эффективности скуловых килей.

Известны конструктивные решения, повышающие эффективность скуловых килей, например изобретение по а.с. СССР №745764 и по патенту RU №2238214 С2.

Однако скуловые кили таких конструкций повышают демпфирование бортовой качки за счет дополнительных элементов, которые увеличивают габариты скуловых килей и, следовательно, повышают гидродинамическое сопротивление судна. Отметим, что даже без дополнительных элементов на скуловых килях они уменьшают скорость судна на 2-3% (смотри [2] стр. 273).

Таким образом задача стоит в увеличении эффективности скуловых килей по умерению качки с возможно минимальным дополнительным гидродинамическим сопротивлением или даже в уменьшении гидродинамического сопротивления корпуса судна за счет изменения посадки судна скуловыми килями, обладающими несущей способностью, то есть подъемной силой, которая оптимально удифферентовывает судно на ходу.

Наиболее перспективными для усовершенствования считаются разрезные или решетчатые скуловые кили. Например, в работе [1] на стр. 197 имеется информация о разработке в 1939 году голландским инженером Розингом разрезных скуловых килей. Однако, как указывается в этом издании, такие кили не дали ожидаемого эффекта из-за интерференции крыльев, расположенных на одной линии тока с интервалом 3-4 хорды. На стр. 16, Рис. 4 этого издания [1] показана схема разрезного скулового киля Розинга. Из рисунка видно, что удлинение λ каждого крыла приближенно равно 4-5, что обуславливает малые углы атаки срыва потока, поэтому на них не обеспечивается достаточная подъемная сила при качке судна. Кроме того, большое расстояние между крыльями предопределило малую общую площадь скуловых килей. Так можно охарактеризовать несовершенство приведенной схемы. Отметим, что на схеме не показаны сечения профилей отдельных крыльев скулового киля, которые играют важную роль в несущих свойствах скулового киля и во взаимовлиянии крыльев, то есть в интерференции потока в системе крыльев.

Несмотря на неудачный опыт разрезные кили различных конструкций предлагались еще неоднократно. В частности, Gadd G.E. «… в 1965 году предложил заменить сплошные кили пластинками, имеющими форму прямоугольных треугольников, обращенных гипотенузой к носу судна» (смотри [1] стр. 197).

Учитывая то, что в тексте работы [1] не указаны профили сечения пластинок и отсутствуют другие технические данные по этому варианту разрезных скуловых килей, нельзя установить причину отрицательного результата, который не позволил применять такие кили в судостроении.

Изобретение по патенту СССР №506283 также является аналогом предлагаемого изобретения. На Фиг. 7 этого патента показано продольное сечение скулового киля, представляющего собой разрезной или решетчатый киль. Однако такая конструкция не нашла широкого применения из-за сложности изготовления пластин, требующих большого объема механической обработки металла и ввиду сложности судовых сборочных работ.

Кроме того, большая толщина пластин плохо обтекаемой формы создает дополнительное гидродинамическое сопротивление движению судна, что уменьшает его скорость.

Из всех перечисленных аналогов скуловых килей для успокоения бортовой качки прототипом предлагаемого изобретения является разрезной или решетчатый киль Розинга. Его недостаточная эффективность и низкая надежность могут быть улучшены.

Целью предлагаемого изобретения является существенное повышение эффективности и надежности решетчатого скулового киля.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом изобретении пластины, из которых сформирован скуловой киль, выполнены в виде прямоугольных крыльев малого удлинения где l - высота (ширина) киля, b - хорда крыла.

Крылья в составе скулового киля расположены в два ряда, разнесенных по высоте так, что хорды верхнего ряда крыльев размещены по длине скулового киля, между хордами нижнего ряда крыльев. Корневые сечения обоих рядов крыльев приварены к корпусу, а концевые сечения к продольному Т-образному ребру, связывающему крылья в единую конструкцию, полка которого выполняет роль концевых шайб крыльев решетчатого скулового киля.

Сущность изобретения заключается в том, что для повышения эффективности и надежности работы скулового киля он выполнен в виде двухрядной решетки крыльев, сформированной в жесткую ферменную конструкцию. При этом расстояния между соседними, по длине скулового киля, крыльями составляет величину а=0,5÷1,5 b, а выпукло-вогнутый сегментный профиль каждого крыла имеет большую относительную кривизну средней линии и малую относительную толщину

Обозначения:

- а - расстояние между соседними крыльями по длине скулового киля, независимо в каком ряду, верхнем или нижнем, они находятся;

- b - хорда крыла;

- f - стрелка прогиба средней линии профиля крыла;

- с - максимальная толщина профиля крыла.

Полезность существа изобретения подтверждается монографией [3] стр. 4 «… Планы решетчатых крыльев, соответствующим образом спрофилированные, позволяют получить плавное обтекание до углов атаки 40-50° …», а также (смотри [3] стр. 5) «… Анализ показал, что основная особенность решетчатых крыльев как несущей конструкции, принципиально отличающая их от традиционных монопланных, заключается в рациональном пространственном распределении силовых элементов крыла …».

Технический результат при реализации изобретения состоит в повышении эффективности бортового успокоителя качки за счет того, что на крыльях предлагаемого решетчатого скулового киля при качке судна возникает демпфирующая сила, существенно большая, чем на классическом скуловом киле, имеющем относительное удлинение смотри [2] стр. 273. Это объясняется тем, что на классическом скуловом киле коэффициент подъемной силы С_у пренебрежимо мал из-за меньшего на два порядка относительного удлинения, чем на крыльях решетчатого скулового киля, а также меньше волно- и вихреобразование ввиду меньшей протяженности свободных кромок классического скулового киля по сравнению с решетчатым скуловым килем.

К этому нужно добавить, что крылья решетчатого скулового киля с выпукло-вогнутым сегментным профилем, имеющим большую кривизну средней линии, обеспечивают наличие на них подъемной силы при движении судна даже на спокойной воде (без качки). Таким образом, подъемная сила на обоих скуловых килях с бортов судна дифферентует судно на нос и тем самым увеличивает его гидродинамическое качество. То есть решетчатые скуловые кили проявляют эффект и в улучшении ходкости судна.

Уменьшение ходового дифферента судна за счет скуловых решетчатых килей происходит от того, что большая часть скуловых килей с подъемной гидродинамической силой расположена кормовее миделя корпуса, то есть кормовее центра масс судна.

Уменьшение ходового дифферента попутно влияет на улучшение мореходности судна, так как при уменьшенном ходовом дифференте реже происходит оголение носовой части над подошвами волн, что предотвращает удары волн в носовую часть корпуса.

Предлагаемые решетчатые скуловые кили, обладающие гидродинамической подъемной силой крыльев (в составе скулового киля), умеряют также продольную качку судна, так как при вертикальных скоростях кормовой части судна относительно воды, из-за угловых скоростей килевой качки ± $$\dot{\Psi }$$ , возникает демпфирующая сила на крыльях скуловых килей обоих бортов, пропорциональная угловым скоростям килевой качки $$\dot{\Psi }$$ .

Надежность предлагаемого решетчатого скулового киля существенно повышается за счет рациональной ферменной конструкции, в которую конструктивно включены крылья малого удлинения с профилем определенной относительной кривизны средней линии.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Фиг. 1 - фрагмент средней части решетчатого скулового киля при виде в плане;

Фиг.2 - сечение А-А на Фиг. 1;

Фиг. 3 - вид Б на Фиг. 1;

Фиг. 4 - сечение В-В на Фиг. 1, профиль крыла для решетчатого скулового киля, когда Су_mах не превышает числа кавитации æ на крыле при качке судна, то есть вариант по пункту 1 формулы изобретения;

Фиг. 5 - сечение В - В на Фиг. 1, профиль крыла для решетчатого скулового киля, когда Су_mах превышает число кавитации æ на крыле при качке судна, то есть вариант по пункту 2 формулы изобретения;

Фиг. 6 - носовая часть скулового киля при виде в плане;

Фиг. 7 - вид Г на Фиг. 6;

Фиг. 8 - кормовая часть решетчатого скулового киля при виде в плане;

Фиг. 9 - вид Д на Фиг. 8.

То есть на Фиг. 6-9 показаны носовая и кормовая оконечности решетчатого скулового киля по пункту 3 формулы изобретения.

Фиг. 10 - фрагмент средней части решетчатого скулового киля по пункту 4 формулы изобретения с дополнительными крыльями в верхнем и нижнем рядах, служащих упрочнению решетчатого скулового киля и способствующих выравниванию потока в решетке крыльев, уменьшая этим отрицательное влияние расположенных впереди крыльев;

Фиг. 11 - вид Ε на Фиг. 10.

В соответствии с настоящим изобретением решетчатый скуловой киль состоит из двух рядов плоских гидродинамических решеток, разнесенных по высоте, смотри справочник [4] стр. 133. Крылья 1 и 2 решеток расположены вдоль линий тока на расчетной скорости в районе скулового скругления корпуса 3 судна с обоих его бортов. Для обеспечения прочности и надежности конструкции скулового киля крылья 1 верхнего ряда приварены к корпусу 3 с помощью подкладной планки 5, а крылья 2 нижнего ряда приварены к корпусу 3 с помощью уголкового профиля 4, который здесь играет роль подкладной планки, смотри Фиг. 3.

Концевые сечения крыльев 1 и 2 приварены к полке 6 продольного Τ-образного ребра. В этом случае полка 6 выполняет роль концевых шайб, повышающих гидродинамическое качество обоих рядов крыльев, смотри Фиг. 1-3.

Стенка 7 Τ-образного продольного ребра расположена в плоскости, близкой к плоскости хорд верхнего ряда крыльев 1, и поэтому повышает демпфирующие свойства решетчатого скулового киля за счет волно- и вихреобразования при качке судна. При этом лобовое гидродинамическое сопротивление стенки 7 чрезвычайно мало ввиду его существенно меньшей площади по сравнению с суммарной площадью крыльев 1 и 2, смотри Фиг. 1, но для жесткости скулового киля и для волно- и вихреобразования при качке судна стенка 7 играет значительную роль.

На Фиг. 2 показано продольное сечение А-А решетчатого скулового киля, где приведено расположение верхнего ряда крыльев 1 и нижнего ряда крыльев 2 на стенке 6 продольного Τ-образного ребра.

Обозначения на сечении А - А:

b - хорда крыла;

а - расстояния между крыльями, а=0,5+1,5 b;

h - высота стенки 6 продольного Τ-образного ребра скулового киля, h=0,5÷0,8 b;

h₁ - расстояние по высоте между хордами верхнего ряда крыльев 1 и нижнего ряда крыльев 2, h₁=0,2÷0,4 b.

Из рассмотрения чертежей Фиг. 1-3 видно, что конструктивная схема предлагаемого решетчатого скулового киля представляет собой жесткую ферменную конструкцию, в которой крылья 1 и 2 играют роль поперечного набора. По форме поперечного сечения предлагаемый решетчатый скуловой киль близок к треугольнику, смотри Фиг. 3. Это придает ему хорошие прочностные характеристики. Его поперечное сечение также близко к поперечному сечению скулового киля типа 2.1, смотри OCT 5Р.1194-95 на стр. 14 [5]. Однако предлагаемый решетчатый скуловой киль обладает повышенной эффективностью демпфирования за счет двойного ряда крыльев с определенной кривизной средней линии выпукло-вогнутого сегментного профиля.

В предлагаемом решетчатом скуловом киле крылья выполнены в виде прямоугольных пластин малого удлинения с выпукло-вогнутым сегментным профилем с большой кривизной средней линии профиля в диапазоне f=0,03÷0,1 b и малой толщиной профиля с=0,05÷0,1 b. Применение профиля крыльев с большой кривизной средней линии f=0,03÷0,1 b добавляет преимущество каждому крылу тем, что увеличивает момент сопротивления w сечения крыла по сравнению с плоской или мало изогнутой пластиной. Тем самым увеличивается прочность конструкции всего решетчатого скулового киля.

Малая относительная толщина профиля крыльев минимизирует гидродинамическое сопротивление скулового киля, так как оно зависит от относительной толщины профиля крыла, смотри в работе [1] Рис. 109 на стр. 182.

На Фиг. 4 показан профиль крыльев 1 и 2 со скругленной передней кромкой по радиусу R и с заостренной задней кромкой по пункту 1 формулы изобретения. Его рекомендуется применять, когда на крыльях решетчатого скулового киля не возникает кавитации согласно выполненным расчетам при проектировании решетчатого скулового киля.

На Фиг. 5 показан профиль крыльев 1 и 2 с заостренными передней и задней кромками по пункту 2 формулы изобретения. Его рекомендуется применять когда на крыльях решетчатого скулового киля возможно возникновение кавитации на максимальных углах атаки α при качке судна.

Кавитация возможна, когда Су_mах≥ æ, где æ - число кавитаций.

где - статическое давление в жидкости на глубине h, то есть в районе скулового киля, смотри [7] стр. 115, 116.

Крылья с обоими вариантами профилей, показанных на Фиг. 4 и 5, имеют простую технологию изготовления, так как представляют собой гнутый стальной лист, обработанный в носовой и кормовой частях.

Применение в решетчатом скуловом киле крыльев малого удлинения λ=1,0÷2,5 в сочетании с небольшим расстоянием между крыльями гидродинамической решетки а=0,5÷1,5 b (смотри Фиг. 1 и 2) также повышает жесткость и прочность скулового киля.

В совокупности значения приведенных выше параметров: с=0,05÷0,1 b и λ=1,0÷2,5 обеспечивают необходимые высокие значения Cу_max ≈ 0,9 и α_крит ≈ 25-35°, повышающих демпфирующие свойства решетчатого скулового киля. Смотри, например, [1] стр. 425, 428. Здесь Сy_max и α_крит - значения коэффициента подъемной силы крыла и угла атаки при наступлении срывного обтекания. На графиках стр. 425 и 428 значения Су_mах и соответствующие им α_крит необходимо рассматривать при нулевом положении закрылка δ_з=0. Отметим, что большие углы атаки α крыльев решетки как раз возникают из-за бортовой качки при ходе судна на волнении.

На Фиг. 6 и 7 показана конструкция носовой части решетчатого скулового киля по пункту 3 формулы изобретения. Для обеспечения жесткости конструкции и безотрывного обтекания переднее крыло 8 решетчатого скулового киля выполнено с углом стреловидности γ по передней кромке не менее 50°.

На Фиг. 8 и 9 показана конструкция кормовой части решетчатого скулового киля по пункту 3 формулы изобретения, в которой последнее крыло 9 решетчатого скулового киля выполнено с отрицательным углом стреловидности β по задней кромке не менее 40°.

Для повышения прочности решетчатого скулового киля и для создания положительной интерференции потока между крыльями двух рядов, разнесенных по высоте крыльев, в конструкцию решетчатого скулового киля введены дополнительные крылья 10 и 11 с плосковыпуклым сегментным профилем.

На Фиг. 10 показан фрагмент средней части решетчатого скулового киля по пункту 4 формулы изобретения с дополнительными крыльями 10 в верхнем ряду решетчатых крыльев и дополнительными крыльями 11 в нижнем ряду решетчатых крыльев.

На Фиг. 11 показан вид Ε на Фиг. 10. На Фиг. 11 видно взаимное расположение основных 1 и 2 крыльев и дополнительных 10 и 11 крыльев решетчатого скулового киля. Дополнительные крылья 10 верхнего ряда крыльев закреплены над основными крыльями 2 нижнего ряда решетчатых крыльев, а дополнительные крылья 11 нижнего ряда крыльев закреплены под основными крыльями 1 верхнего ряда решетчатых крыльев.

Хорды b₁ дополнительных крыльев 10 и 11 составляют 0,3÷0,4 b - хорды основных крыльев 1 и 2, а толщина с₁ профиля дополнительных крыльев 10 и 11 не менее 0,1 b₁.

Из чертежей Фиг. 10 и 11 видно, что взаимное расположение основных крыльев 1 и 2 и дополнительных крыльев 10 и 11 повышают жесткость и прочность решетчатого скулового киля по сравнению с решетчатым скуловым килем без дополнительных крыльев 10 и 11.

Из чертежа Фиг. 11 наглядно представляется, что дополнительные крылья 10 и 11, имея небольшие хорды, несут небольшую нагрузку и, следовательно, выравнивают (уменьшают) угол скоса потока перед последующими основными крыльями 1 и 2, то есть уменьшают отрицательное влияние впереди расположенных крыльев 1 и 2.

Применение в решетчатом скуловом киле крыльев с большой относительной кривизной профиля $$\overline{f}$$ и малой относительной толщиной $$\overline{c}$$ придает скуловому килю достаточную подъемную силу при умеренном сопротивлении при ходе судна на спокойной воде. Это обеспечивает динамическое поддержание судна за счет скуловых килей с обоих бортов и уменьшает ходовой дифферент, что повышает гидродинамическое качество судна.

Выполнен расчет несущих и демпфирующих сил, действующих на решетчатый скуловой киль, для гипотетического судна водоизмещением 1000 тонн при скорости хода 20 узлов. На рассматриваемом в расчете судне решетчатый скуловой киль состоит из крыльев с удлинением с профилем относительной толщиной $$\overline{c}$$ =0,05 и относительной кривизной средней линии $$\overline{f}$$ =0,03. Суммарная площадь двух скуловых килей составляет S_к=16 м² (3% от площади действующей ватерлинии).

Несущая сила и гидродинамическое сопротивление рассчитаны при условии, что хорды всех крыльев решетчатого киля имеют установочный угол α_уст=0° (хорды расположены вдоль линий тока). Согласно формуле (смотри работу [7] стр. 106) получен угол нулевой подъемной силы α₀=0,0522 рад (3,0°). Далее по формулам (3.15), (3.17), (3.18) и (3.19) из работы [6] стр. 198, 199 определены коэффициенты подъемной силы С_уо и гидродинамического сопротивления С_хо решетчатого скулового киля на спокойной воде (без бортовой качки).

Нужно отметить, что в расчетах взаимовлияние крыльев в решетке учитывается изменением скоса потока за каждым крылом. Смотри работу [4] стр. 124, формула (362).

Скос потока

где - полуразмах присоединенного вихря, отнесенный к средней хорде.

В нашем расчете получено:

Так как скос потока β₁ за каждым крылом незначительный (всего 5,7% от угла нулевой подъемной силы α₀), понизим искусственно Су_о на 5,7% и получим Су_ор.с.к. ≈ 0,148×0,943 ≈ 0,139.

В результате расчета получено:

Здесь обозначено:

Су_ор.с.к. и Сх_ор.с.к. - коэффициенты подъемной силы и сопротивления решетчатого скулового киля на спокойной воде.

У_ор.с.к. и Х_о р.с.к. - подъемная сила и сопротивление решетчатого скулового киля одного борта (S_p.c.к.=8 м²) на спокойной воде при скорости хода судна 20 узлов.

По формуле (3.19) из работы [6] стр. 199 выполнен расчет гидродинамического сопротивления классического скулового киля типа 2.1 (смотри OCT 5Р. 1194-95 [5] стр. 14). При этом индуктивное сопротивление скулового киля типа 2.1 пренебрежимо мало $$C_{x_i}\to 0$$ ввиду его расположения вдоль линий тока. Расчет сопротивления выполнялся для скорости хода 20 узлов, как и для решетчатого скулового киля.

Расчет показал, что сопротивление классического киля вдвое меньше, чем у рассматриваемого решетчатого скулового киля.

Однако ввиду создания дифферентующего момента на нос решетчатыми скуловыми килями с обоих бортов судна ходовой дифферент уменьшается и гидродинамическое качество корпуса возрастает, достигая значения качества, практически равного гидродинамическому качеству корпуса без скуловых килей. Расчетом подтверждено улучшение ходкости судна за счет решетчатых скуловых килей при ходе судна на спокойной воде.

Заметим, что у классического скулового киля типа 2.1 подъемная сила при ходе судна на спокойной воде практически отсутствует ввиду его расположения вдоль линий тока и малого относительного удлинения (λ≈0,01).

Ниже приведены результаты расчета демпфирующих сил, создающихся решетчатыми скуловыми килями и скуловыми килями типа 2.1 при качке судна в режиме дрейфа (без хода) и при скорости хода судна 20 узлов, применительно к рассматриваемому гипотетическому судну водоизмещением 1000 тонн.

Расчеты выполнялись по формулам (3.27) и (3.28) из работы [6] стр. 201, 202 с условием, что максимальная угловая скорость бортовой качки судна с обоими вариантами скуловых килей одинакова То есть вертикальная скорость скуловых килей относительно воды в нашем примере U_max=0,77 м/с.

В режиме дрейфа коэффициент нормальной силы С_х отр на решетчатом скуловом киле при отрывном обтекании примерно в 2,5 раза больше, чем на классическом скуловом киле типа 2.1, так как на решетчатом скуловом киле протяженность свободных кромок увеличена в 3-4 раза за счет передних и задних кромок крыльев решетки, которые являются (без хода судна) волно- и вихреобразователями при бортовой качке, так же как внешняя продольная кромка у классических скуловых килей. Смотри Фиг. 1 и 2, на которых видна увеличенная протяженность свободных кромок решетчатого скулового киля за счет большого числа крыльев. Поэтому в режиме дрейфа нормальная демпфирующая сила на решетчатом скуловом киле Np.c.к. примерно в 2,5 раза больше, чем нормальная демпфирующая сила Nк.c.к. на классическом скуловом киле типа 2.1.

При расчете демпфирующих сил сравниваемых вариантов скуловых килей при скорости гипотетического судна 20 узлов воспользовались формулами из работы [6]:

- для классического скулового киля типа 2.1 - формула (3.27) на стр. 201;

- для решетчатого скулового киля - формула (3.28) на стр. 202.

Расчеты показали, что при скорости хода 20 узлов нормальная демпфирующая сила на решетчатом скуловом киле N р.с.к. примерно в 10 раз больше, чем нормальная демпфирующая сила N к.с.к. на классическом скуловом киле типа 2.1.

Резюмируя приведенные выше результаты расчетов, можно сделать вывод о превышении эффективности решетчатых скуловых килей по сравнению с классическими скуловыми килями примерно в 2,5 раза в режиме дрейфа судна и примерно в 10 раз на ходу судна. Разумеется, что эффективность решетчатого скулового киля зависит от качественного выбора геометрических параметров крыльевой решетки.

Следует отметить, что увеличение демпфирующей силы на решетчатом скуловом киле в указанное выше число раз по сравнению с классическим скуловым килем не означает уменьшение размахов бортовой качки в такое же число раз. Для определения коэффициента умерения бортовой качки судна с решетчатыми скуловыми килями необходимо экспериментально определить изменение (для корпуса судна с решетчатыми скуловыми килями) безразмерного коэффициента сопротивления воды бортовой качке и выполнить расчеты бортовой качки судна с решетчатыми скуловыми килями и без скуловых килей.

Достижение технического результата с помощью решетчатых скуловых килей, установленных на обоих бортах судна, осуществляется следующим образом.

В режиме дрейфа судна на волнении возникает бортовая и килевая качка, вызванная волнением. В районе скуловых скруглений корпуса появляются вертикальные составляющие скорости воды относительно корпуса судна. Решетчатый скуловой киль, имея повышенные протяженности свободных кромок (за счет наличия большого числа крыльев в своем составе) имеет повышенную интенсивность волно- и вихреобразования. При увеличивающемся крене, например на правый борт, повышенное волно- и вихреобразование решетчатого скулового киля правого борта эффективно препятствует дальнейшему увеличению крена на правый борт, то есть существенно повышает демпфирование бортовой качки.

Одновременно решетчатый скуловой киль левого борта также эффективно препятствует дополнительному увеличению крена на правый борт, так как вертикальная скорость воды на левом борту направлена сверху вниз, поэтому волно- и вихреобразование на решетчатом скуловом киле индуцируют нормальную силу, направленную вниз, то есть тоже препятствующую дополнительному увеличению крена на правый борт.

Аналогично происходит эффективное демпфирование килевой качки в режиме дрейфа судна за счет решетчатых скуловых килей, установленных с обоих бортов кормовее центра масс. При увеличивающемся дифференте движение кормовой части судна направлено вниз и повышенная интенсивность волно- и вихреобразования решетчатых скуловых килей обоих бортов препятствуют дальнейшему увеличению дифферента, то есть повышают эффективность умерения продольной качки судна по сравнению с классическими скуловыми килями.

Повышенная эффективность демпфирования бортовой качки во время хода судна на волнении (по сравнению с режимом дрейфа) объясняется тем, что поток воды, натекающий на решетчатый скуловой киль, имеет две составляющие скорости - продольную, направленную вдоль плоскости хорд крыльев решетчатого киля, и поперечную, направленную перпендикулярно плоскости хорд крыльев. Таким образом, на крыльях решетчатого скулового киля нормальная демпфирующая сила возникает за счет волно- и вихреобразования и дополнительно за счет изменения углов атаки крыльев во время бортовой качки, когда изменяются вертикальные составляющие скорости воды относительно плоскости хорд крыльев. Эта нормальная гидродинамическая демпфирующая сила на решетчатом скуловом киле значительно больше, чем нормальная сила, возникающая за счет волно- и вихреобразования, так как нормальная гидродинамическая сила на крыльях скуловых килей обоих бортов зависит от набегающего скоростного напора и от измененного угла атаки крыльев при наличии вертикальной составляющей скорости воды.

Уменьшенные с помощью решетчатых скуловых килей бортовая и килевая качки обеспечивают повышенную мореходность судну и некоторое увеличение скорости, так как уменьшаются замывы корпуса волнами как в носовой части, так и бортов. При этом обитаемость судна улучшается.

Предлагаемый решетчатый скуловой киль для судов водоизмещающего и переходного режимов движения имеет высокую надежность, так как сформирован в виде жесткой ферменной конструкции, приваренной к скуловым скруглениям корпуса. Крылья решетчатого скулового киля малого удлинения с большой кривизной средней линии профиля являются достаточно жестким поперечным набором ферменной конструкции, которая считается очень рациональной конструкцией.

Технология изготовления решетчатых скуловых килей достаточно проста, так как их конструкция состоит из листового металла и уголковых профилей. Крылья прямоугольной формы, входящие в скуловой киль, представляют собой листы, обработанные в носовой и кормовой частях и согнутые с помощью ролингов, не имеют технических проблем в изготовлении. Объем сварочных работ меньше, чем при изготовлении классических скуловых килей типа 2.1, так как отсутствуют бракеты и нет поперечных сварочных швов (крылья установлены с промежутками).

Источники информации

1. А.Н. Шмырев и другие. Успокоители качки судов. Ленинград: Изд-во «Судостроение», 1972 г.

2. В.В. Семенов-Тян-Шанский и другие. Качка корабля. Лентнград: Изд-во «Судостроение», 1969 г.

3. Решетчатые крылья. Под редакцией С.М. Белоцерковского. Москва: Изд-во «Машиностроение», 1985 г.

4. Я.И. Войткунский. Р.Я. Першиц, И.А. Титов. Справочник по теории корабля. Судпромгиз, 1960 г.

5. ОСТ5Р.1194-95. Кили скуловые. Нормы и правила проектирования.

6. А.Н. Шмырев и другие. Успокоители качки судов. Ленинград: Изд-во «Судостроение», 1961 г.

7. Б.А. Колызаев, А.И. Косоруков, В.А. Литвиненко. Справочник по проектированию судов с динамическими принципами поддержания. Ленинград: Изд-во «Судостроение», 1980 г.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к успокоителям бортовой и килевой качки. Предлагаемый решетчатый скуловой киль устанавливается на скуловом закруглении корпуса судна вдоль линий тока с обоих его бортов и состоит из двух рядов прямоугольных крыльев малого удлинения, расположенных друг за другом. Ряды крыльев разнесены по высоте. Корневые хорды крыльев приварены к корпусу судна, а концевые хорды приварены к продольному Τ-образному ребру, образуя жесткую ферменную конструкцию решетчатого скулового киля, в котором крылья верхнего ряда смещены по длине относительно крыльев нижнего ряда. Приведены соотношения параметров элементов решетчатого скулового киля в зависимости от хорды крыла. Технический результат заключается в снижении интенсивности килевой и бортовой качки за счет сил, возникающих на крыльях решетчатого скулового киля в результате качки, в снижении сопротивления воды движению судна за счет уменьшения размахов качки и в повышении надежности решетчатого скулового киля за счет жесткой ферменной конструкции. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Решетчатый скуловой киль для судов водоизмещающего и переходного режимов движения, устанавливаемый на скуловых закруглениях корпуса судна вдоль линий тока на расчетной скорости, по одному с каждого борта, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности умерения бортовой и килевой качки, а также для повышения надежности работы решетчатый скуловой киль выполнен в виде двух рядов разнесенных по высоте решетчатых крыльев, приваренных корневыми сечениями к корпусу судна с помощью подкладных планок (4) и (5), а концевыми сечениями приваренных к полке (6) продольного Т-образного ребра, связывающего крылья в единую конструкцию, с выполнением полкой (6) роли концевых шайб крыльев скулового киля, при этом крылья выполнены в виде прямоугольных пластин выпукло-вогнутого сегментного профиля с кривизной средней линии (ƒ), составляющей 0,03÷0,1(b), толщиной профиля (с), составляющей 0,05÷0,1(b), и удлинением крыльев (λ), составляющим 1,0÷2,5, где (b) - хорда крыльев решетчатого скулового киля, причем профиль крыльев (1) и (2) решетчатого скулового киля выполнен со скругленной по радиусу либо с заостренной передней кромкой и с заостренной задней кромкой, расстояние (а) между соседними крыльями по длине скулового киля, независимо в каком ряду, верхнем или нижнем, они находятся, составляет 0,5÷1,5(b), высота (h) полки (6) продольного Т-образного ребра составляет 0,5÷0,8(b), а высота (h₁) на полке (6) между хордами верхнего и нижнего рядов крыльев составляет 0,2÷0,4(b).

2. Решетчатый скуловой киль по п. 1, отличающийся тем, что переднее крыло (8) решетчатого скулового киля выполнено с углом стреловидности по передней кромке (γ) не менее 50°, а последнее крыло (9) решетчатого скулового киля выполнено с отрицательным углом стреловидности по задней кромке (β) не менее 40°.

3. Решетчатый скуловой киль по п. 1, отличающийся тем, что в конструкцию решетчатого скулового киля введены дополнительные прямоугольные крылья (10) и (11) плоско-выпуклого сегментного профиля с хордой (b₁), составляющей 0,3÷0,4(b) - хорды основных крыльев (1) и (2), толщина профиля (c₁) дополнительных крыльев (10) и (11) не менее 0,1 (b₁), при этом дополнительные крылья (10) верхнего ряда крыльев закреплены над основными крыльями (2) нижнего ряда решетчатых крыльев, а дополнительные крылья (11) нижнего ряда крыльев закреплены под основными крыльями (1) верхнего ряда решетчатых крыльев.