Способ снижения сопротивления трения обшивки корпуса судна Российский патент 2023 года по МПК B63B1/38 

Изобретение относится к водному транспорту, а именно к способам снижения сопротивления трения наружной обшивки подводной части корпуса водоизмещающего судна за счет снижения плотности пограничного с ней слоя водной среды, и предназначено для уменьшения потребления горюче - смазочных материалов и сокращения вредных выбросов в атмосферу двигателем внутреннего сгорания, а также повышения скорости судна.

Известен, например, способ снижения лобового сопротивления судна с помощью такого его носа, который содержит выступающую вперед подводную часть в виде горизонтально расположенного крыла с отверстиями для истечения газа и с полостью, сообщающуюся с нагнетателем газа [патент RU №2318693 С1, МПК В63В 1/38 (2006.01) публикация патента 10.03.2008 Бюл. №7]. При этом данное крыло может быть установлено с возможностью его поворота относительно оси шарнира, неподвижно закрепленного в верхней части носа, или с возможностью вертикального его перемещения. Данное изобретение, несмотря на его оригинальность, имеет малую практическую применимость: для морских судов в условиях волнения моря на выступающую вперед подводную часть будут действовать значительные усилия даже в том случае, если крыло разделено на скрепленные между собой перемычками продольные элементы. Это приведет, во-первых, к необходимости закрепления этого крыла к корпусу судна прочными, массивными ребрами жесткости и/или иными элементами крепежа, а во-вторых, к усилению килевой качки, которая, в свою очередь, негативно отражается на мореходности судна. Наличие этих массивных ребер жесткости и/или иных элементов за пределами корпуса судна перед его носом приводит к соответствующему уменьшению обтекаемости и к росту сопротивления воды движению судна, которое, как известно, определяется суммой составляющих:

R=R_T+R_Ф+R_В, где

R - сопротивление воды движению судна;

R_Т - сопротивление трения;

R_Ф - сопротивление формы (вихревое сопротивление);

R_В - волновое сопротивление.

Возрастание этого сопротивления трения также обусловлено тем обстоятельством, что ламинарный характер обтекания близ форштевня все больше становится турбулентным, при котором вода совершает вихревые движения, направленные поперек пограничного слоя. При этом возникает обмен кинетической энергией между соседними слоями, вследствие чего скорость частиц воды вблизи поверхности корпуса судна возрастает в большей степени, чем при ламинарном потоке, возрастает и перепад скоростей между соседними слоями, и соответственно, увеличивается сопротивление формы.

А к вредным последствиям качки, в том числе килевой, также относят:

- уменьшение скорости судна из-за увеличения сопротивления воды его движению и ухудшения режима работы движителей (гребных винтов);

- возникновение добавочных усилий, вызванных силами инерции и ударами волн, что может привести к местным разрушениям корпуса и отдельных устройств судна;

- заливание палубы, затрудняющее обслуживание расположенных на ней и выше нее механизмов и устройств;

- ухудшение условий обитаемости судна, вредное физиологическое воздействие на экипаж и пассажиров, находящихся на судне.

Данное изобретение больше подходит для речных судов, но и в этом случае оно не лишено недостатков. Форштевень носа таких судов имеет, как правило, наклонную форму, т.к. нередко они подходят "носом в берег", врезаясь им в грунт берега. Поэтому для избегания поломки крыла возникает необходимость своевременного его (выступающей вперед подводной части) подъема каждый раз при подходе к берегу на достаточную высоту. Установка данного крыла с его элементами крепежа на речное судно, также как и на морское судно, приводит к некоторому увеличению суммарной площади смоченной поверхности, уменьшению обтекаемости, турбулентным режимам движения воды вблизи форштевня, и, в конечном итоге, к росту сопротивления воды движению судна. Поэтому, несмотря на создание с помощью этого крыла искусственного воздушно-водного "кипящего" слоя, обладающего существенно меньшей плотностью и, следовательно, меньшим сопротивлением трения, чем слой воды, суммарный эффект снижения сопротивления воды движению судна невелик.

Коэффициент полезного действия (КПД) данного изобретения также невелик, т.к. эффект снижения сопротивления воды движущемуся в ней судну, обусловленный вязкостью воды, появляется только том случае, если вокруг всей подводной части корпуса судна или его части образован воздушный пузырь (воздушная прослойка), значительно уменьшающий сопротивление трения наружной обшивки, аналогично воздушному пузырю суперкавитирующей торпеды «Шквал». Пузырьки воздуха, которые под давлением нагнетателя выходят из многочисленных отверстий горизонтально расположенного крыла, мгновенно устремляются к поверхности воды, т.к. действующая на пузырек сила тяжести примерно в 10³ раз меньше веса вытесняемой им воды (при соответствующем отличии плотностей воздуха и воды в 10³ раз), не успевая, таким образом, образовать воздушную прослойку между внешней поверхностью наружной обшивки подводной части носа судна и водой (водной средой).

Известно, например, устройство для снижения гидродинамического сопротивления корпуса судна [патент RU 2303550 С1, МПК В63В 1/00 (2006.01), опубл. 27.07.2007 Бюл. №21], содержащее расположенные по периметру подводной части его части многочисленные сквозные отверстия или щели с гибким обтекателем, соединенные посредством трубопроводов (с дозирующим устройством) через коллектор с выходом смесителя, первый вход которого соединен через дозирующее устройство с источником воды, а второй его вход соединен трубопроводом (с дозирующим устройством) с источником газа, воды или пара. Недостатком данного изобретения является невысокая его эффективность вследствие того, что здесь используется газоводяная (пароводяная) двухфазная смесь с микроскопическими газовыми (паровыми, воздушными) включениями с плотностью значительно большей, чем плотность воздуха, необходимость ее приготовления, затраты энергии на ее приготовление и транспортировку по трубопроводам, наличие дозаторов для каждого компонента. В том случае, если для приготовления смеси используется забортная (морская) вода, то неизбежно с течением времени засорение трубопроводов, дозирующих устройств и сквозных отверстий или щелей всевозможными частичками мусора (остатками пищи, бытовыми отходами, частицами моющих веществ и пр.), а также их коррозия, что влечет за собой выход из строя данного устройства. Поэтому оно требует постоянного обслуживания и периодического ремонта. Химическое (коррозионное) воздействие морской воды на трубопроводы и трубопроводную арматуру обусловлено наличием растворенных в ней солей (сульфатов и хлоридов) кальция, натрия, калия и магния. Для уменьшения этого коррозионного воздействия трубопроводы и трубопроводная арматура могут быть выполнены, например, из стойкой к воздействию морской воды нержавеющей стали. Однако такое решение приводит к значительному удорожанию стоимости реализации данного устройства. Еще одним недостатком данного изобретения является наличие расположенных по всему периметру подводной части судна возле каждого отверстия или щели многочисленных обтекателей, выполненных из твердых или гибких материалов. Установка этих обтекателей приводит к существенному росту сопротивления воды движению судна по следующим причинам:

- уменьшается обтекаемость подводной части корпуса судна;

- увеличивается суммарная площадь смоченной поверхности;

- появляются турбулентные потоки воды вблизи корпуса с этими обтекателями.

При функционировании системы подачи газоводяной (пароводяной) двухфазной смеси к сквозным отверстиям или щелям в штатном режиме все же можно допустить получение незначительного эффекта уменьшения сопротивления трения наружной обшивки корпуса судна о воду. При возникновении же в этой системе подачи газоводяной (пароводяной) двухфазной смеси неисправностей, а в предельном случае при выходе ее из строя, сопротивление трения наружной обшивки корпуса судна о воду из-за обтекателей значительно возрастет. Очевидно, что при этом снизится и скорость судна при том же расходе топлива главными его двигателями.

Известно, например, устройство для снижения сопротивления трения воды движению судна за счет подачи воздуха под его днище через расположенные в шахматном порядке на этом днище судна выступы с отверстиями, за счет образующегося при движении судна в данных отверстиях разряжения [А.С. SU №1273292 А1, МПК В63В 1/38 (1985.01), B60V 3/06 (1985.01) Бюл. от 30.11.86]. Недостатком данного технического решения является существенно худшая обтекаемость подводной части корпуса судна из-за наличия на ней этих выступов, приводящая к результату, противоположному ожидаемому, а именно к росту сопротивления воды движению судна. Поэтому представляется сомнительной эффективность данного устройства.

Известно, например, устройство для снижения сопротивления воды движению судна [полезная модель к патенту RU №77246 U1, МПК В63В 1/38 (2006.01), опубл. 20.10.2008 Бюл. №29] за счет создания воздушной прослойки (воздушной смазки) между днищем судна и водой (водной средой), содержащее смонтированную на подводной части корпуса воздушную систему, включающую по первому варианту один или несколько воздуховодов, содержащих основание, на котором закреплена крышка с отверстиями и полимерная эластичная мембрана с микроотверстиями. А по второму варианту воздушная система включает одну или несколько труб с отверстиями и закрепленной на них такой же мембраной с микроотверстиями. При этом воздуховоды и трубы соединены в обоих данных вариантах с источником сжатого воздуха. Данное изобретение характеризуется рядом недостатков. Во-первых, наличие на подводной части корпуса дополнительного устройства в виде воздушной системы с ее элементами приводит к существенному росту сопротивления воды движению судна по таким же причинам, как и в перечисленном выше изобретении (патент RU 2303550 С1):

- уменьшается обтекаемость подводной части корпуса судна;

- увеличивается суммарная площадь смоченной поверхности;

- появляются турбулентные потоки воды вблизи корпуса с этими элементами.

Во-вторых, ввиду работы полимерных мембран в достаточно тяжелых условиях переменного давления морской воды, зависящего от скорости судна, его осадки, волнения моря, а также периодического их сжатия внешним давлением и периодического их раздувания сжатым потоком воздуха, при котором компенсируется достаточно сильное внешнее давление воды, их долговечность невелика. Под действием этих периодических сжатий и раздуваний, а также под действием агрессивных свойств морской воды неизбежно изменение физических свойств мембран, их деформация, снижение прочности, эластичности и изменение размеров микроотверстий, при котором диаметры одних микроотверстий уменьшаются, а других - увеличивается. Таким образом, долговечность данного изобретения невелика, а создание устойчивой воздушной прослойки между днищем судна и водой (водной средой), ввиду изменения размеров микроотверстий мембран и изменения их физических свойств с течением времени, невозможно.

Аналогичными недостатками:

- меньшая обтекаемость подводной части корпуса судна;

- увеличенная суммарная площадь смоченной поверхности;

- появление турбулентных потоков воды вблизи корпуса,

характеризуется и способ создания воздушной смазки на поверхности плоского днища судна [А.С. SU №288576 А1, МПК В63В 1/38, опубл. 03.12. 1970 Бюл. №36], в котором подаваемый под днище воздух удерживают при помощи укрепленных на днище поперечных насадок и продольных килей.

Также известны способы снижения сопротивления трения обшивки корпуса водо-измещающего судна с помощью следующих систем (https://www.wartsila.com/encyclopedia/term/air-lubrication):

- система ALS (Air lubrication Ships), в которой с помощью компрессоров нагнетают постоянный поток воздуха под плоское днище судна;

- система ACS (Air Cavity Ships), в которой с помощью компрессоров нагнетают постоянный поток воздуха в полости днища судна;

- система ACES (Air Chamber Energy Savings) - подобна системе ALS с тем отличием от нее, что здесь нагнетание воздуха производят в многочисленные, разделенные между собой переборками, большие углубления днища судна.

Недостаток первой системы ALS заключается в отсутствии возможности регулирования подачи сжатого воздуха под днище судна, поэтому она характеризуется низкой эффективностью. При этом эту систему располагают, как правило, на судах с плоским днищем, что ограничивает область ее применения.

Вторая и третья системы (ACS и ACES) во-первых, требуют значительного конструктивного изменения формы днища судна, а во-вторых, являются эффективными только при относительно спокойном состоянии моря. При наличии волн и качки судна воздух из полостей (углублений) днища неконтролируемо уходит с разных сторон (бортов, носа или кормы) судна, что приводит, помимо увеличения сопротивления трения, к ухудшению его управляемости.

Воздушная прослойка на судне, оборудованном одной из таких систем, создается примерно на 2/3 длины его днища (в средней и кормовой части). А носовая часть, а именно ее оконечность, играющая первостепенную роль в формировании полного сопротивления трения корпуса как в установившемся режиме движения, так и при разгоне судна (т.к. нос судна раздвигает водную среду в стороны, образуя носовую волну, и часть водной среды при этом смещается вверх, освобождая пространство, которое занимает корпус судна), оказывается не задействованной. Т.о., данные системы не создают устойчивую воздушную прослойку на носовой оконечности судна (между внешней поверхностью носовой оконечности и водой (водной средой)), которая испытывает наибольшие силы сопротивления как при движении судна, так и при его разгоне, а эффективность таких систем оказывается достаточно низкой, что является их общим недостатком.

Известен, также способ создания прослойки воздуха под днищем судна [патент RU 2682373 С1, МПК В63В 1/38 (2006.01), опубл. 19.03.2019 Бюл. №8], включающий подачу воздуха по воздухопроводам, направление поданного воздуха вдоль днища при помощи продольных направляющих, распределение воздуха по ширине судна и создание каверн воздуха. Для создания под днищем тонкостенной воздушной прослойки воздушный поток по всей длине днища разбивают и измельчают на более мелкие пузырьки воздуха и равномерно распределяют их по ширине каждой части днища между продольными направляющими-ограничителями при помощи канавок-углублений, выполненных полуовальной формы поперечными рядами на днище судна. Данный известный способ характеризуется следующими недостатками. Наличие на подводной части корпуса судна дополнительных элементов в виде продольных направляющих-ограничителей, канавок-углублений и трубопроводов приводит к увеличению суммарной смоченной поверхности судна и появлению вблизи этих элементов турбулентных потоков воды, что приводит, в свою очередь, и к росту сопротивления воды движению судна. Кроме того, большая суммарная смоченная поверхность судна и ее специфическая форма способствуют ее обрастанию различными микроорганизмами (бактериями, водорослями, беспозвоночными животными, минеральными частицами), которое приводит к уменьшению скорости судна и возрастанию расхода топлива. Проблематичным является и задача очистки такого днища от этого обрастания.

Известен, например, способ снижения сопротивления трения воды движению судна [заявка РФ №2012147418/11, МПК B60K 13/04 (2006.01), опубл. 10.05.2013 Бюл. №13] (Способ маскировки подводной лодки, патент RU №2507108 С2, МПК B63G 8/34(2006.01), В63В 1/34 (2006.01), опубл. 20.02.2014 Бюл. №5), принятый за прототип, в котором производят снижение плотности воды (водной среды) за счет создания по курсу движения судна облака взвешенных в забортной воде пузырьков воздуха или пузырьков отработавших газов (газоводной среды) судового двигателя внутреннего сгорания. Для реализации данного способа в одном из вариантов используют обычный компрессор, который через герметичные воздухопроводы подает под давлением сжатый воздух к сквозным отверстиям, выполненным в наружной обшивке носовой части корпуса судна ниже его ватерлинии, и наклоненным под углом вниз от горизонтали. В других вариантах вместо воздуха используют перегретый пар или дополнительный выдвижной форштевень.

Недостатком данного изобретения является то, что в нем полностью отсутствует возможность регулирования подачи сжатого воздуха (или отработавших газов, или перегретого пара) к упомянутым отверстиям. Поэтому создание непосредственно вблизи наружной обшивки корпуса судна газоводной среды, при котором наблюдается эффект снижения сопротивления трения воды о поверхность этой наружной обшивки корпуса судна, в данном способе возможно только при какой-то одной (расчетной) осадке и при какой-то одной (расчетной) скорости судна. А при других осадках и скоростях судна, и, очевидно, при других гидростатических силах давлениях на наружную обшивку подводной части корпуса судна, отличающихся от расчетных, этот эффект значительно слабее или отсутствует вовсе, т.к. упомянутая газоводная среда будет удалена от нее на некоторое расстояние. Таким образом, приводной двигатель компрессора, как правило асинхронный короткозамкнутый, будет работать фактически вхолостую, без совершения полезной работы, (т.к. эффект снижения сопротивления трения воды о поверхность наружной обшивки корпуса судна практически отсутствует), расходуя достаточно дорогую электроэнергию, получаемую от судовых дизель - генераторов или валогенератора, что также является недостатком данного изобретения. Слабо раскрыт в данной заявке и способ получения сжатого воздуха. В описании лишь сказано, что для его получения используется компрессор, при этом не указан ни принцип его действия, ни тип приводного двигателя. Этот элемент и его параметры в данном изобретении играют определяющую роль в снижении сопротивления окружающей водной среды, и от него в конечном итоге зависит экономичность, надежность и долговечность функционирования данного изобретения в целом.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в устранении указанных эксплуатационных, экономических и конструктивных недостатков, а именно: обеспечение такой устойчивой воздушной прослойки между подводной внешней поверхностью наружной обшивки корпуса водоизмещающего судна и водной средой, которая бы сохранялась независимо как от внешних условий - волнения моря или скорости морских течений, так и от скорости самого судна и его осадки.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе снижения сопротивления трения воды движению водоизмещающего судна, заключающемся в том, что осуществляют подачу сжатого под давлением воздуха к сквозным отверстиям, выполненным в наружной обшивке носовой подводной части корпуса судна, с помощью системы подачи сжатого воздуха (СПСВ), содержащей компрессор и распределительную систему герметичных воздухопроводов, в отличие от него, в заявляемом способе используют три такие идентичные раздельные друг от друга СПСВ, в каждой из которых установлен один или несколько компрессоров винтового типа с синхронным частотно - регулируемым приводом каждого из них на базе трехфазного синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных редкоземельных магнитов и полупроводникового частотного преобразователя, и одна или несколько распределительных систем герметичных воздухопроводов; причем с помощью первой упомянутой системы подают сжатый под автоматически регулируемым в функции скорости судна и его осадки давлением воздух к сквозным отверстиям наружной обшивки носовой подводной части корпуса судна, а с помощью второй и третьей упомянутой системы аналогичным образом подают сжатый под давлением воздух к сквозным отверстиям наружной обшивки бортовой подводной части и к сквозным отверстиям наружной обшивки днища соответственно, обеспечивая, таким образом, устойчивую воздушную прослойку во всем диапазоне скоростей судна и по всей шкале его осадок.

Полупроводниковый частотный преобразователь в частном случае используют двухзвенного типа с широтно-импульсной модуляцией на IGBT транзисторах.

Благодаря тому, что для получения сжатого воздуха используется компрессор винтового типа, срок службы которого составляет ориентировочно 40000 часов работы, достигается большой срок службы заявляемого изобретения.

Благодаря тому, что подачу сжатого воздуха в сквозные отверстия наружной обшивки носовой части судна, наружной обшивки бортовой части и наружной обшивки днища подают по трем независимым друг от друга СПСВ с синхронным частотно-регулируемым приводом каждого винтового компрессора по трем раздельным друг от друга системам герметичных воздухопроводов, обеспечивается высокая гибкость всей системы и возможность тонкой настройки такой воздушной прослойки, при которой достигается минимальное сопротивление трения воды (водной среды).

Благодаря тому, что для привода каждого компрессора используют индивидуальный синхронный электродвигатель с возбуждением от постоянных редкоземельных магнитов, обеспечивается наибольший КПД электропривода компрессора, т.к. отсутствуют потери на возбуждение и потери скольжения. Кроме того обеспечивается возможность работы электропривода с cos ϕ ≈ 1, т.е. практически без потребления реактивной мощности.

Использование полупроводникового частотного преобразователя двухзвенного типа с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor ((биполярный транзистор с изолированным затвором)) транзисторах позволяет получить ряд известных преимуществ:

- плавная регулировка выходной частоты тока и напряжения независимо от входной частоты питающей сети;

- высокий коэффициент мощности (cos ϕ ≈ 0,99) на стороне питающей сети;

- практически синусоидальная форма выходного напряжения с минимальным ее искажением (благодаря ШИМ);

- низкий уровень высших гармоник в выходном напряжении благодаря высокой частоте переключения IGBT (10 кГц и выше), и соответственно, низкие добавочные потери в трехфазной обмотке и магнитопроводе питаемого синхронного электродвигателя;

- обеспечение защиты питаемого синхронного электродвигателя от бросков тока и от перенапряжения, что существенно снижает вероятность отказов и повреждений электропривода, благодаря чему достигается высокая его надежность.

Благодаря возможности плавной регулировки частоты вращения роторов винтового блока сжатия каждого компрессора, за счет плавной регулировки частоты вращения каждого приводного синхронного электродвигателя каждым соответствующим частотным преобразователем путем плавного изменения частоты тока и напряжения, подаваемого в трехфазную обмотку статора каждого из них, обеспечивается такое плавное изменение подачи сжатого воздуха каждой СПСВ к сквозным отверстиям наружной обшивки в зависимости от скорости судна и его осадки, при котором достигается минимальное сопротивление трения этой наружной обшивки корпуса судна.

Таким образом, благодаря снижению сопротивления трения наружной обшивки корпуса водоизмещающего судна о воду (водную среду), достигается повышение экономичности эксплуатации судна независимо от его скорости и осадки. Появляется возможность использовать главный двигатель меньшей мощности, а значит с меньшим потреблением горюче - смазочных материалов и с меньшими вредными выбросами в атмосферу. При прежней мощности главного двигателя судно способно развить большую скорость хода, что приводит к сокращению продолжительности рейса, меньшим затратам на его содержание, и к сокращению вредных выбросов в атмосферу. Дополнительным преимуществом заявляемого изобретения является тот факт, что наличие устойчивого воздушного пузыря (тонкостенной воздушной прослойки (искусственного воздушно-водного "кипящего" слоя)) на поверхности наружной обшивки подводной части корпуса способствует существенно меньшему ее обрастанию микроорганизмами, благодаря чему этой обшивке реже требуется дорогостоящая очистка, а судно меньше теряет скорость, что также способствует сокращению затрат на его эксплуатацию.

Заявленный способ с реализующей его системой может быть использован на самоходных морских и речных судах любого водоизмещения. Большие капитальные вложения в постройку реализующей заявленный способ системы являются окупаемыми вследствие того, что судно с подобной системой имеет более низкие эксплуатационные расходы. Это достигается в первую очередь благодаря тому, что используется меньший по мощности главный двигатель с меньшим расходом горюче-смазочных материалов.

Заявляемый способ снижения сопротивления трения корпуса судна иллюстрируется на фиг. 1, 2.

На фиг. 1 представлена схема питания электроприводов компрессоров.

На фиг. 2 изображено расположение сквозных отверстий по поверхности наружной обшивки подводной части корпуса судна.

Заявляемый способ снижения сопротивления трения обшивки корпуса судна реализуется посредством схемы, изображенной на фиг. 1. Данная схема содержит три идентичные СПСВ I, II и III, каждая из которых в свою очередь содержит по одному винтовому компрессору (1, 2, 3) с его соответствующим приводным трехфазным синхронным электродвигателем (4, 5, 6) с возбуждением от постоянных редкоземельных магнитов и полупроводниковым частотным преобразователем (7, 8, 9), и по одной распределительной системе герметичных воздухопроводов (не показано). СПСВ I связана посредством ее распределительной системы герметичных воздухопроводов (не показано) со сквозными отверстиями (10) наружной обшивки носовой подводной части (11) корпуса судна (фиг. 2). А СПСВ II и III связаны аналогичным образом, посредством их раздельных между собой распределительных систем герметичных воздухопроводов (не показано) со сквозными отверстиями наружной обшивки бортовой подводной части (12), и со сквозными отверстиям наружной обшивки днища (13) соответственно.

Конструктивно распределение сквозных отверстий (10) по площади поверхности наружной обшивки подводной части корпуса судна, форма (круглая, овальная, щелевая) и площадь поперечного их сечения зависят от ряда факторов: форм обводов подводной части корпуса судна, его осадки, участка подводной части наружной обшивки (нос судна, скула, днище), предполагаемого диапазона скоростей, простоты и дешевизны их выполнения с учетом установки распределительных систем герметичных воздухопроводов (не показано), а также обеспечения максимально возможного снижения сопротивления трения наружной обшивки при ограниченной мощности компрессоров (1, 2, 3) (не является объектом притязаний). Таким образом, распределение сквозных отверстий (10) по площади поверхности наружной обшивки подводной части корпуса судна в общем случае может быть любым, однако предпочтительнее выполнять их в шахматном порядке неравномерно с увеличивающимся их числом на единицу площади поверхности по мере приближения к носу и к килю судна, учитывая, таким образом, рост давления воды (водной среды) на наружную обшивку подводной части корпуса судна, и обеспечивая возможность большей подачи к этим участкам наружной обшивки сжатого под давлением воздуха (не является объектом притязаний).

Способ снижения сопротивления трения обшивки корпуса судна на примере схемы фиг. 1, с одним компрессором и с одной распределительной системой герметичных воздухопроводов в каждой СПСВ осуществляют следующим образом.

Судно (фиг. 2) приводят в движение посредством главной его энергетической установки (не показано). Подают от судовой сети переменного тока ~380 В питание к трехфазным синхронным электродвигателям (4, 5, 6) через их соответствующие частотные преобразователи (7, 8, 9) СПСВ I, II и III (фиг.1). Направляют посредством распределительных систем герметичных воздухопроводов (не показано) этих систем I, II и III сжатый под давлением винтовых компрессоров (1, 2, 3) воздух к сквозным отверстиям (10) наружной обшивки носовой подводной части (11) корпуса судна, к сквозным отверстиям наружной обшивки бортовой подводной части (12) и к сквозным отверстиям наружной обшивки днища (13) соответственно (фиг. 2).

Автоматически посредством частотных преобразователей (7, 8, 9) в функции скорости судна и его осадки регулируют производительность каждых соответствующих компрессоров (1, 2, 3), и, соответственно, подачу сжатого под давлением воздуха каждой СПСВ I, II и III к сквозным отверстиям (10) наружной обшивки носовой подводной части (11) корпуса судна, к сквозным отверстиям наружной обшивки бортовой подводной части (12) и к сквозным отверстиям наружной обшивки днища (13) посредством каждых распределительных систем герметичных воздухопроводов (не показано) таким путем, при котором обеспечивается устойчивая воздушная прослойка и достигается минимальное сопротивление трения наружной обшивки корпуса судна. Очевидно, что благодаря снижению этого сопротивления трения наружной обшивки корпуса судна о воду при таком автоматическом регулировании производительности компрессоров (1, 2, 3), достигается и увеличение скорости судна, что приводит, в свою очередь, к увеличению КПД гребного винта, т.к. его скольжение снижается, что является дополнительным положительным эффектом заявляемого изобретения.

При значительной осадке и длине судна каждая из СПСВ I, II и III может содержать несколько не связанных конструктивно между собой винтовых компрессоров с их соответствующими приводными трехфазными синхронными электродвигателями с возбуждением от постоянных редкоземельных магнитов и полупроводниковыми частотными преобразователями, и несколько распределительных систем герметичных воздухопроводов. В этом случае с увеличением / уменьшением осадки судна автоматически подключают / отключают часть из этих винтовых компрессоров с синхронным частотно - регулируемым приводом каждого из них и с их распределительными системами герметичных воздухопроводов, обеспечивая тем самым, во-первых, большую / меньшую подачу сжатого под давлением воздуха к сквозным отверстиям наружной обшивки увеличившейся / уменьшившейся подводной части корпуса судна, а во-вторых, больший коэффициент загрузки используемого оборудования - компрессоров, синхронных электродвигателей и частотных преобразователей, что приводит к увеличению КПД этого оборудования. Такое решение несколько усложняет автоматическое управление данными системами СПСВ и, соответственно, удорожает стоимость реализации данного изобретения, однако позволяет достичь большей гибкости и адаптивности всей системы в целом, и обеспечить максимально возможное снижение трения наружной обшивки подводной части корпуса судна с наибольшим КПД и минимальным потреблением электроэнергии независимо как от внешних условий, так и от скорости и от осадки самого судна.

Таким образом, благодаря раздельной, автоматически регулируемой в функции скорости судна и его осадки подаче сжатого под давлением воздуха винтовыми компрессорами (1, 2, 3) к сквозным отверстиям (10) наружной обшивки носовой подводной части (11) корпуса судна, к сквозным отверстиям (10) наружной обшивки бортовой подводной части (12) и к сквозным отверстиям (10) наружной обшивки днища (13), обеспечивается образование практически по всей поверхности наружной обшивки корпуса судна тонкостенной воздушной прослойки, благодаря чему достигается существенное снижение сопротивление воды движению судна. А затраты на электроэнергию, расходуемую синхронными частотно - регулируемыми приводами компрессоров (1, 2, 3), невелики.

Изобретение относится к области водного транспорта. Предлагается способ снижения сопротивления трения обшивки корпуса судна, согласно которому три идентичные раздельные друг от друга системы подачи сжатого воздуха подают под давлением воздух к сквозным отверстиям, выполненным в наружной обшивке носовой подводной части корпуса судна, в каждой из которых установлен один или несколько компрессоров винтового типа с синхронным частотно-регулируемым приводом каждого из них на базе трехфазного синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных редкоземельных магнитов и полупроводникового частотного преобразователя, и одна или несколько распределительных систем герметичных воздухопроводов. С помощью первой упомянутой системы подают сжатый под автоматически регулируемым в функции скорости судна и его осадки давлением воздух к сквозным отверстиям наружной обшивки носовой подводной части корпуса судна, а с помощью второй и третьей упомянутых систем аналогичным образом подают сжатый под давлением воздух к сквозным отверстиям наружной обшивки бортовой подводной части и к сквозным отверстиям наружной обшивки днища соответственно, обеспечивая, таким образом, устойчивую воздушную прослойку во всем диапазоне скоростей судна и по всей шкале его осадок. Обеспечивается снижение сопротивления трения обшивки корпуса судна. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ снижения сопротивления трения обшивки корпуса судна, заключающийся в том, что подают сжатый под давлением воздух к сквозным отверстиям, выполненным в наружной обшивке носовой подводной части корпуса судна, с помощью системы подачи сжатого воздуха, содержащей компрессор и распределительную систему герметичных воздухопроводов, отличающийся тем, что в заявляемом способе используют три такие идентичные раздельные друг от друга системы подачи сжатого воздуха, в каждой из которых установлен один или несколько компрессоров винтового типа с синхронным частотно-регулируемым приводом каждого из них на базе трехфазного синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных редкоземельных магнитов и полупроводникового частотного преобразователя, и одна или несколько распределительных систем герметичных воздухопроводов; причем с помощью первой упомянутой системы подают сжатый под автоматически регулируемым в функции скорости судна и его осадки давлением воздух к сквозным отверстиям наружной обшивки носовой подводной части корпуса судна, а с помощью второй и третьей упомянутых систем аналогичным образом подают сжатый под давлением воздух к сквозным отверстиям наружной обшивки бортовой подводной части и к сквозным отверстиям наружной обшивки днища соответственно, обеспечивая, таким образом, устойчивую воздушную прослойку во всем диапазоне скоростей судна и по всей шкале его осадок.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полупроводниковый частотный преобразователь в частном случае используют двухзвенного типа с широтно-импульсной модуляцией на IGBT-транзисторах.