Быстроходное судно

 

Изобретение относится к судостроению и касается проектирования обводов быстроходного судна с днищевой воздушной каверной. Судно имеет корпус с бортовыми скулами. Днище корпуса выполнено с глиссирующими обводами, сформированными батоксами и ватерлиниями, с выемкой, образованной бортовыми скегами. Скеги имеют срывообразующую кромку, а днище - свод и кормовую профилированную площадку. Вершина днищевой выемки расположена на носовой части днища. Ширина днища по скуле в плоскости шпангоута, проходящего через вершину выемки, меньше ширины днища по скуле в плоскости мидель-шпангоута. Срывообразующая кромка каждого скега расположена по линии каждого из n_i аппроксимируемых участков, выбираемых в пределах 10 ≅ n_i ≅ 10⁶, которые образуют с диаметральной плоскостью корпуса судна угол α_i, выбираемой в пределах 0 ≅ α_i≅ 90°. Батоксы глиссирующих обводов днища перед каждым элементарным участком срывообразующей кромки скегов выполнены прямыми на длине по крайней мере 0,05 длины выемки. Элементарные участки срывообразующей кромки могут быть плавно сопряжены. Угол α_i может постепенно уменьшаться в направлении от вершины днищевой выемки к корме. Часть n_i элементарных участков, расположенных друг за другом, могут иметь неизменяемый угол α_i. Технический результат реализации изобретения заключается в осуществлении оптимального формирования воздушной каверны при высоких мореходных качествах судна. 3 з.п.ф-лы. 4 ил.

Изобретение относится к судостроению и касается проектирования обводов быстроходного судна с днищевой воздушной каверной.

Известно быстроходное судно, корпус которого имеет днище с бортовыми скулами и вставку, расположенную перед срывообразующей кромкой днищевого редана, бортовые скеги со срывообразующими кромками, при этом корпус выполнен с зареданной выемкой, ограниченной срывообразующей кромкой редана, бортовыми скегами и нижней кромкой транца. Вставка днища выполнена цилиндрической или с углом расхождения ее образующей, доходящим до 5^o, причем длина вставки составляет 0,01-0,1 длины корпуса судна. Ширина зареданной выемки в плоскостях шпангоутов, проходящих по днищевому редану и бортовым скегам, не превышает ее величину в плоскости транца (RU 2047534 C1, 10.11.1995).

Благодаря цилиндрической вставке или близкой к цилиндрической достигается глиссирующая поверхность, которая позволяет сформировать устойчивую воздушную каверну со свободной поверхностью, плавно продолжающую смоченную поверхность днища корпуса судна перед реданом при относительно низких энергетических затратах на ее поддержание.

Однако недостатком данной конструкции является то, что распространяющаяся на всю ширину днища вставка уменьшает при проектировании обводов корпуса возможность плавного заострения ватерлиний носовой части корпуса, что в свою очередь приводит к низкой мореходности и повышению горизонтальных и вертикальных перегрузок при движении судна на волнении.

Известно судно, корпус которого имеет днище с бортовыми скулами, стреловидным реданом, бортовыми скегами, зареданной выемкой, ограниченной срывообразующей кромкой редана, переходящей в срывообразующие кромки бортовых скегов и днищевой кромкой транца. Перед зареданной выемкой расположена цилиндрическая вставка днища корпуса, имеющая в плане форму подковы, ограниченной со стороны носа и бортов линией, эквидистантной в направлении вдоль судна срывообразующим кромкам редана и бортовых скегов, а днищевые ветви шпангоутов, проходящих через цилиндрическую вставку днища корпуса слева и справа от нее выполнены с более интенсивным подъемом к бортовым скулам, чем в пределах цилиндрической вставки. При этом во всех случаях в любом поперечном сечении корпуса судна цилиндрическая вставка не занимает всю ширину днища и не доходит до его бортовых скул (RU 2153998 C1, 10.08.2000).

Благодаря непосредственному примыканию подковообразной цилиндрической вставки с параллельными образующими (с углом расхождения, равным нулю) по всей своей поверхности к срывообразующим кромкам стреловидного редана и бортовых скегов независимо от их протяженности по длине судна, вставка должна способствовать повышению площади поверхности днищевого свода зареданной выемки, покрытой воздушной каверной, а более интенсивный подъем днищевых ветвей шпангоутов слева и справа от цилиндрической вставки повышению заостренности ватерлиний носовой части корпуса судна и, за счет этого, снижению волнового сопротивления, а также перегрузок, испытываемых судном при движении на волнении.

Однако введение не классической по судостроительным понятиям подковообразной в плане цилиндрической вставки не приводит к оптимальному формированию воздушной каверны, так как не формируется оптимальная глиссирующая поверхность днища судна.

Введение интенсивного подъема слева и справа от вставки по всей ее длине образует новую скулу на днище. Килеватость днища в пределах вставки не меняется по длине и в некоторых вариантах доходит до самой кормы, что также не способствует оптимальному формированию глиссирующей поверхности, так как в соответствии с общепринятыми данными о благоприятной поперечной профилировке глиссирующих судов килеватость днища в районе кормовой оконечности принимается всегда меньшей по сравнению с килеватостью на редане.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является быстроходное судно, содержащее корпус с бортовыми скулами, имеющий днищевую выемку, образованную бортовыми скегами со срывообразующими кромками, расширяющимися к носу, днищевым сводом и кормовой профилированной площадкой, с вершиной днищевой выемки, расположенной в носовой части днища, при этом ширина днища по скуле в плоскости шпангоута, проходящего через вершину днищевой выемки меньше ширины днища по скуле в плоскости мидель-шпангоута (RU 2041116 C1, 09.08.1995).

Данная форма корпуса судна за счет заостренной в носу конфигурации днищевой выемки для формирования воздушной каверны позволяет максимально заострить ватерлинии носовой части корпуса. Это способствует снижению величин горизонтальных и вертикальных перегрузок при движении судна на волнении.

Однако и при такой форме корпуса для поддержания необходимого избыточного давления воздуха в каверне требуются относительно большие затраты мощности, так как не обеспечивается оптимальное формирование глиссирующей поверхности перед днищевой выемкой, имеющей длину не менее половины длины корпуса, потому что не представляется возможным использовать классическую цилиндрическую вставку.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - повышение эксплуатационных качеств судна путем снижения энергетических затрат при высоких мореходных качествах.

Технический результат от использования изобретения заключается в осуществлении оптимального формирования воздушной каверны при высоких мореходных качествах судна.

Указанный технический результат достигается тем, что в быстроходном судне, содержащем корпус с бортовыми скулами, имеющий днище с глиссирующими обводами, сформированными батоксами и ватерлиниями, с выемкой, образованной бортовыми скегами со срывообразующими кромками, при этом срывообразующая кромка каждого скега расположена по линии каждого из n_i аппроксимируемых элементарных участков, выбираемых в пределах 10 ≅ n_i ≅ 10⁶, которые образуют с диаметральной плоскостью судна угол α_i, выбираемый в пределах 0 ≅ α_i≅ 90°, а батоксы глиссирующей поверхности перед каждым n_i элементарным участком срывообразующей кромки скегов выполнены прямыми на длине, по меньшей мере 0,05 длины выемки.

Целесообразно, чтобы элементарные участки срывообразующей кромки скегов имели плавное сопряжение.

Целесообразно, чтобы угол α_i уменьшался в направлении от места пересечения срывообразующих кромок в носовой части корпуса к кормовой его части.

Целесообразно, чтобы в некоторых вариантах исполнения корпуса судна часть n_i элементарных участков, расположенных друг за другом, имели неизменяемый угол α_i.

Аппроксимация каждого i-го элементарного участка срывообразующих кромок скегов, количество которых составляет 10 ≅ n_i ≅ 10⁶ и углы их образования в сочетании с глиссирующей поверхностью, перед срывообразующими кромками каждого участка, имеющей прямолинейный характер, позволяет получить устойчивую воздушную каверну со свободной поверхностью, которая плавно продолжает смоченную поверхность днища корпуса судна перед срывообразующими кромками, то есть удовлетворяющую условиям оптимального ее формирования, а следовательно, позволяет иметь относительно низкие энергетические затраты на ее поддержание и при этом максимально заострить ватерлинии носовой части корпуса, для обеспечения высокой мореходности.

На фиг. 1 показана аксонометрическая проекция корпуса судна в перевернутом положении, килем вверх; на фиг. 2, 3 - виды в плане на днище корпуса судна с различными конфигурациями днищевой выемки; на фиг. 4 схематично показан продольный разрез корпуса судна.

Быстроходное судно, содержащее корпус 1 с бортовыми скулами 2, имеющий днище 3 с глиссирующими обводами, сформированными батоксами 4 и ватерлиниями 5, с выемкой 6 длиной L_в, образованной бортовыми скегами 7 со срывообразующими кромками 8, днищевым сводом 9 и кормовой профилированной площадкой 10. Вершина 11 днищевой выемки 6 находится в носовой части днища 12. Ширина днища 3 по скуле 2 в плоскости шпангоута, проходящего через вершину 11 днищевой выемки 6 меньше ширины днища 3 по скуле 2 в плоскости мидель-шпангоута. Срывообразующая кромка 8 каждого скега 7 расположена по линии каждого из n_i, аппроксимируемых элементарных участков, которые образуют с диаметральной плоскостью корпуса судна угол α_i, выбираемый в пределах 0 ≅ α_i≅ 90°, который в некоторых случаях может уменьшаться в направлении от вершины днищевой выемки к корме. Батоксы 4 глиссирующей поверхности днища 3 перед каждым n_i элементарным участком срывообразующей кромки 8 скегов 7 выполнены прямыми на длине по меньшей мере 0,05 длины выемки 6 (участки глиссирующей поверхности днища с прямолинейными батоксами заштрихованы). Целесообразно, чтобы n_i элементарные участки срывообразующих кромок скегов имели плавное сопряжение.

Экспериментально и теоретически установлено, что минимальная длина прямолинейных участков глиссирующей поверхности перед срывообразующей кромкой для формирования оптимальной каверны должна составлять не менее 0,05 длины выемки 6.

Особенно важно это реализовать для носовых обводов днища, чтобы максимально заострить ватерлинии его носовой части.

При движении на режимах эксплуатационных скоростей быстроходное судно глиссирует по свободной поверхности воды участками днища 3, расположенными между его бортовыми скулами 2. Поступающий от установленных на судне средств 13 по каналам 14 через отверстия 15 под днищевой свод 9 газ или воздух под избыточным давлением заполняет днищевую выемку 6 и образует в ней искусственную воздушную каверну, нижняя поверхность которой имеет своими границами срывообразующие кромки 8 бортовых скегов 7 и является плавным продолжением глиссирующих поверхностей с прямолинейными участками, батоксы 4 которых не имеют кривизны.

В кормовой части выемки 6 воздушная каверна ограничивается замкнутым участком профилированной площадки 10 днищевого свода 9.

Благодаря такой продольной профилировке глиссирующих поверхностей и срывообразующих кромок перед выемкой формируется воздушная каверна, удовлетворяющая оптимальным условиям ее формирования, а также позволяет придать днищевой выемке форму, наиболее близко приближающуюся к форме в плане носовой границы смоченной поверхности перед выемкой, что целесообразно для уменьшения смоченной поверхности днища.

При встрече с волной, благодаря острым носовым образованиям, нос судна прорезает волну, не испытывая значительных ударных нагрузок.

Промышленная применимость очевидна.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что предлагаемое судно обладает хорошей мореходностью при высоком гидродинамическом качестве на скоростях хода, соответствующих числам Фруда по водоизмещению Fr_Δ больше 1,0, где V - скорость судна; g - ускорение свободного падения; Δ - водоизмещение.

Предлагаемое решение может быть использовано как при проектировании новых судов с воздушной каверной, так и при модернизации ранее построенных судов.

Перечисленные признаки отличают предлагаемое техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям изобретения.

Формула изобретения

1. Быстроходное судно, содержащее корпус с бортовыми скулами, имеющий днище с глиссирующими обводами, сформированными батоксами и ватерлиниями, с выемкой, образованной бортовыми скегами со срывообразующими кромками, днищевым сводом и кормовой профилированной площадкой, причем вершина днищевой выемки расположена в носовой части днища, а ширина днища по скуле в плоскости шпангоута, проходящего через вершину днищевой выемки, меньше ширины днища по скуле в плоскости мидель-шпангоута, отличающееся тем, что срывообразующая кромка каждого скега расположена по линии каждого из n_i аппроксимируемых участков, выбираемых в пределах 10 ≅ n_i ≅ 10⁶, которые образуют с диаметральной плоскостью корпуса судна угол α_i, выбираемый в пределах 0 ≅ α_i≅ 90°, а батоксы глиссирующих обводов днища перед каждым n_i элементарным участком срывообразующей кромки скегов выполнены прямыми на длине, по меньшей мере, 0,05 длины выемки.

2. Быстроходное судно по п.1, отличающееся тем, что n_i элементарные участки срывообразующей кромки скегов имеют плавное сопряжение.

3. Быстроходное судно по п.1 или 2, отличающееся тем, что угол α_i постепенно уменьшается в направлении от вершины днищевой выемки к корме.

4. Быстроходное судно по любому из предшествующих пп. 1-3, отличающееся тем, что часть n_i элементарных участков, расположенных друг за другом, имеет неизменяемый угол α_i.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4