Крыльевое устройство судов на подводных крыльях

 

Изобретение относится к судостроению и касается проектирования крыльевых устройств судов на подводных крыльях. Крыльевое устройство имеет несущую гидродинамическую поверхность. Несущая гидродинамическая поверхность жестко прикреплена к корпусу судна посредством стоек и разделена на близкие по размерам верхнюю и нижнюю несущие поверхности, которые жестко соединены по размаху внутренними вертикальными стойками с образованием в конструктивном отношении безраскосной фермы. Расстояние между верхней и нижней несущими поверхностями составляет 0,3 - 1,5 хорды по вертикали и 0 - 1,5 хорды по горизонтали с возможным выносом нижней поверхности в нос или в корму относительно верхней. Технический результат от реализации изобретения заключается в повышении жесткости и прочности безраскосной фермы по сравнению с обычной балочной конструкцией и как следствие в снижении массы крыльевого устройства с большой гидродинамической площадью, что позволяет реализовать суда на подводных крыльях большого водоизмещения. 4 ил.

Изобретение относится к судостроению и касается проектирования крыльевого устройства (КУ) судов на подводных крыльях (СПК).

Подробное описание конструкции КУ построенных СПК имеется в монографиях Зайцева Н.А., Маскалика А.И. "Отечественные суда на подводных крыльях", Л.: Судостроение, 1967 и Блюмина В.И., Иванова Л.А., Масеева М.Б. "Транспортные суда на подводных крыльях", М.: Речной транспорт, 1961. Классификация конструктивных схем КУ с силовой точки зрения приводится в работе Вахитова М.Б, Сафариева М.С., Снигирева В.Ф. "Расчет крыльевых устройств судов на прочность", Казань: Татарское книжное издательство, 1975 в табл.2 на стр. 10. Консольные одностоечные КУ с разрезными и неразрезными монокрыльями применяются для СПК с глубокопогруженными крыльями. Многостоечные КУ с неразрезными крыльями применяются для СПК с малопогруженными крыльями. Многостоечные КУ с разрезными крыльями применяются для СПК с полупогруженными крыльями. Имеются проекты СПК с этажерочными КУ.

Существующие в настоящее время усовершенствования КУ направлены на улучшение гидродинамических характеристик или эксплуатационных свойств судна. В Патенте Российской Федерации N 2006413, МПК В 63 В 1/24, В 63 H 11/04, опубликован 30.01.94, для обеспечения безотрывного обтекания профиля Е. Н. Бойцовым разработано крыло, верхняя засасывающая поверхность которого имеет систему щелевых сопел, связанных с полостью внутри крыла, соединенной с гидравлическим нагнетателем при помощи каналов, выполненных в стойках. В Патенте Российской Федерации N 2053156, МПК В 63 В 1/24, опубликован 27.01.96, предлагается разная крутка по размаху крыла. Из Патента СССР N 262640А, опубликован 26.01.70, известно КУ, в котором центральная часть несущей поверхности разделена на две: верхнюю и нижнюю поверхности. В КУ, защищенном Патентом Российской Федерации N 2057674, МПК В 63 В 1/26, опубликован 10.04.96, выполнена несимметричная профилировка бортовых стоек кормового крыла выше ватерлинии эксплуатационной скорости, что повышает мореходные качества. Патент Российской Федерации N 2059513, МПК В 63 В 1/28, опубликован 10.05.96, предусматривает выполнение каждого КУ с дополнительной стойкой с присоединенным к ней горизонтальным крылом, что улучшает эксплуатационные качества.

Жесткость несущей гидродинамической поверхности всех рассмотренных типов КУ на изгиб мала ввиду малой толщины профиля. Крыло и стойки не создают единую силовую конструкцию, воспринимают нагрузку раздельно. Увеличение водоизмещения при ограниченной скорости хода судна приводит к неприемлемому возрастанию относительной массы КУ и нерентабельности СПК как транспортного средства. В монографии Зиганченко Н. Н., Кузовенкова Б.П., Тарасова И.К. "Суда на подводных крыльях", Л. : Судостроение, 1981 на рис. 1.5 стр. 17 показана статистическая зависимость относительной массы КУ от полного водоизмещения судна. Водоизмещению 400 т соответствует относительная масса КУ 25%. Экстраполяция зависимости для водоизмещения 1000 т приводит к результату 50%.

Большую жесткость на изгиб имеет выбранный прототип - КУ, описанное в патенте Великобритании N 572413, МПК В 63 В 1/30, опубликован 08.10.45. Это КУ содержит разрезные крылья, прикрепленные к корпусу судна при помощи амортизирующих устройств, причем гидродинамическая поверхность каждого крыла разделена на две: верхнюю и нижнюю несущие поверхности, жестко соединенные по концам и в промежуточных точках внутренними вертикальными крыльевыми элементами с образованием в конструктивном отношении безраскосной фермы. Прототип имеет следующие недостатки: крепление крыльев предусмотрено только через амортизирующие устройства, что может привести к резонансным явлениям при некоторых сочетаниях скорости СПК и высоты волны, - разрезные крылья, существенно выступающие за габариты корпуса неприемлемы для многих компоновочных решений СПК, особенно большого водоизмещения.

Задачей настоящего изобретения является разработка КУ, которое можно реализовать для СПК большого водоизмещения, свободное от указанных недостатков прототипа. Технический результат от использования КУ заключается в повышении жесткости и прочности безраскосной фермы по сравнению с обычной конструкцией и как следствие снижении массы КУ с большой гидродинамической площадью. Указанный результат достигается тем, что в КУ, содержащем несущую гидродинамическую поверхность, жестко прикрепленную стойками к корпусу судна, эта гидродинамическая поверхность разделена на две близкие по размерам верхнюю и нижнюю несущие поверхности, жестко соединенные по размаху внутренними вертикальными стойками с образованием в конструктивном отношении безраскосной фермы, причем расстояние между верхней и нижней несущими поверхностями составляет 0.3-1.5 хорды по вертикали и 0-1.5 хорды по горизонтали с возможным выносом нижней поверхности в нос или в корму относительно верхней.

Предлагаемое КУ иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема типового КУ, на фиг. 2 - расположение верхней и нижней несущих поверхностей без смещения друг относительно друга по горизонтали, на фиг. 3 - с выносом нижней несущей поверхности в нос, а на фиг. 4 - в корму относительно верхней несущей поверхности.

К корпусу судна 1 при помощи стоек 2 крепится бипланное крыло 3. Верхняя 4 и нижняя 5 несущие поверхности имеют крыльевой профиль, установленный под углом атаки, и соединяются друг с другом внутренними вертикальными стойками 6. Приняты следующие обозначения: α - установочный угол несущей поверхности, H - высота безраскосной фермы, а - вынос нижней несущей поверхности 5 относительно верхней 4.

Высота H может варьироваться в пределах 0.3 - 1.5 хорды, вынос а - в пределах 0-1.5 хорды. Бипланное крыло может иметь стреловидность и/или килеватость.

При выходе на крейсерский режим судно полностью удерживается подъемной силой, возникающей на верхней 4 и нижней 5 несущих поверхностях крыла 3 в виде распределенной по размаху гидродинамической нагрузки. Эта распределенная нагрузка вызывает изгиб безраскосной фермы между стойками 2, жестко соединяющими крыло 3 и корпус судна 1, реализуемый в виде продольных сил в верхней 4 и нижней 5 несущих поверхностях, и местный изгиб верхней 4 и нижней 5 несущей поверхности между внутренними вертикальными стойками 6.

Для оценки эффективности предложенного КУ выполнены расчеты, позволяющие сравнить массу и сопротивление движению биплана и монокрыла, создающих одинаковую подъемную силу. Количество внутренних стоек для половины симметричного биплана менялось от одной до восьми, момент инерции сечения стоек принимался равным одному, десяти и ста моментам инерции каждой поверхности крыла. Максимальный изгибающий момент в биплане снижен до 7% от максимального момента в монокрыле, масса биплана до 50% от массы монокрыла. Гидродинамическое качество эквивалентного биплана с шестью внутренними стойками составляет 13, а монокрыла - 11.

Таким образом, предлагаемое КУ СПК обеспечивает повышение прочности и жесткости конструкции, соответствующее снижение массы КУ при сохранении высокого гидродинамического качества, что дает возможность создать СПК большого водоизмещения.

Формула изобретения

Крыльевое устройство судов на подводных крыльях, содержащее несущую гидродинамическую поверхность, жестко прикрепленную стойками к корпусу судна, причем эта гидродинамическая поверхность разделена на две близкие по размерам верхнюю и нижнюю несущие поверхности, жестко соединенные по размаху внутренними вертикальными стойками с образованием в конструктивном отношении безраскосной фермы, отличающееся тем, что расстояние между верхней и нижней несущими поверхностями составляет 0,3 - 1,5 хорды по вертикали и 0 - 1,5 хорды по горизонтали с возможным выносом нижней поверхности в нос или в корму относительно верхней.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4