Способ переворачивания судна

 

Изобретение может быть использовано на флоте для аварийного ремонта судна ниже ватерлинии, для спасения судна, груза и его экипажа, для задержания судна-нарушителя, для нейтрализации боевых возможностей корабля противника с сохранением жизни членам его экипажа и целостности судна. Способ переворачивания судна включает в себя создание опрокидывающего момента, действующего на это судно, путем замещения воды под участком корпуса судна шириной от диаметральной плоскости до ватерлинии борта, через который переворачивают судно, и длиной от носа до кормы пеной, подаваемой из расположенной на глубине под судном подводной лодки и направляемой под корпус судна в течение времени, достаточного для его переворота из положения килем вниз в положение килем вверх или наоборот. Пена может быть образована вспениванием воды подаваемым из подводной лодки сжатым газом. Изобретение позволяет расширить арсенал технических средств для переворачивания судов. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

Предлагаемый способ может быть использован на флоте для аварийного ремонта корпуса судна ниже ватерлинии, спасения экипажа, груза и судна, получившего течь, задержания судна-нарушителя, нейтрализации боевого корабля противника с сохранением жизни членам экипажа.

Для ремонта корпуса судна, получившего течь ниже ватерлинии, его извлекают из воды краном, лебедками или судоподъемным сооружением (см. Большая советская энциклопедия, 3 изд. , 1973, т.25, с.52). Однако такие операции проводят в портах, имеющих необходимое оборудование. Несвоевременное устранение течи приводит к потере судна, груза и гибели экипажа.

Известен способ спасения судна, включающий в себя сохранение положительной плавучести после аварии, отличающийся тем, что создают опрокидывающий момент и переворачивают судно вверх килем, удерживают его в этом положении, а затем транспортируют судном-спасателем в порт (см. описание к патенту RU 2127691, В 63 С 7/00). Опрокидывающий момент, переворачивающий судно предлагается создавать двигателем ракет, закрепленных на одном борту. Недостаток способа - отсутствие ракет на судах.

Известны многочисленные случаи переворачивания судов вверх килем из-за бокового ветра, боковой качки, смещения центра тяжести перевозимого груза, не симметричном, относительно диаметральной плоскости, затоплении отсеков судна и т.д. Перевернутое судно определенное время сохраняет положительную плавучесть. Экипаж, груз и само судно могут быть спасены переворачиванием судна в исходное положение - килем вниз. Отсутствие способа переворачивания судна в исходное положение приводит к гибели экипажа, потере груза и судна.

Предлагаемый способ позволяет осуществить переворачивание судна из положения килем вниз в положение килем вверх или наоборот.

Поперечная остойчивость судна намного меньше продольной остойчивости. Поперечную остойчивость судна обеспечивают восстанавливающим моментом, возникающим при наклоне судна на некоторый угол крена под действием опрокидывающего момента (см. Большая советская энциклопедия, 3 изд., 1973, т.18, с. 584). Перевернуть судно можно, создав под судном в водной среде условия для появления опрокидывающего момента, превышающего по величине восстанавливающий момент.

Техническая задача переворачивания судна достигается замещением воды пеной под участком судна по ширине от диаметральной плоскости до ватерлинии борта, через который планируют переворачивание, а по длине от носа до кормы. Под корпусом судна, на участке от диаметральной плоскости до ватерлинии борта, через который планируют переворачивание, воду замещают пеной, плотность которой меньше плотности воды. Этим согласно закону Архимеда уменьшают выталкивающую силу, действующую на часть корпуса, погруженную в пену и, относительно диаметральной плоскости судна, создают дисбаланс выталкивающих сил, действующих на его правую и левую половины и опрокидывающий момент, вызывающий боковой крен судна. При крене борт судна погружается не в воду, а в пену, что уменьшает величину восстанавливающего момента. Когда величина опрокидывающего момента будет меньше величины восстанавливающего момента, судно перевернется.

Эффективность переворота судна, например, сохранение положительной плавучести судна, сохранение жизни экипажа, груза, нейтрализация боевых возможностей судна противника и т.д., регулируют плотностью пены, глубиной, с которой ее подают, расходом пены в единицу времени и временем ее подачи.

При нахождении судна в однородной по плотности водной среде на его левую, относительно диаметральной плоскости, и правую половину поверхности корпуса ниже ватерлинии в вертикальном направлении действуют две выталкивающие силы, которые равны друг другу по величине. Каждая из них по величине равна половине веса судна, который сосредоточен в центре тяжести и находится в его диаметральной плоскости. Точки приложения выталкивающих сил к корпусу судна смещены относительно его диаметральной плоскости на равные расстояния соответственно влево и вправо. Выталкивающие силы создают два равных по величине, но противоположно направленных момента, действующих на судно, что делает их сумму равной нулю, а судно остойчивым.

При боковом крене судно одной стороной корпуса поднимается над водой, а другой погружается в нее. Выталкивающая сила, действующая на часть корпуса, поднявшуюся из воды, уменьшится, а выталкивающая сила, действующая на часть корпуса, погруженную в воду, увеличится. Дисбаланс выталкивающих сил создает восстанавливающий момент, который возвращает судно в вертикальное положение. Выталкивающие силы, действующие на левую и правую половины корпуса, в сумме равны весу судна, что обеспечивает его положительную плавучесть.

Пример 1. Для подачи пены под переворачиваемое судно используют, например, подводную лодку с электрохимическим генератором водородно-кислородного типа для разложения воды на кислород и водород. С помощью технических средств подводной лодки проводят обнаружение судна и подводят ее к нему. Судно готовят к переворачиванию: стопорят ход, задраивают люки отсеков, иллюминаторы, снимают экипаж и т.д. Подводную лодку погружают под судно на требуемую глубину и ставят ее параллельно ему.

Размещают лодку с учетом гидрографической обстановки (подводного течения, его скорости, глубины и т.д.), направления и скорости движения судна так, чтобы пена, поднимаясь вверх, достигла корпуса судна на участке по ширине от диаметральной плоскости до ватерлинии борта, через который планируют переворачивание, а по длине от носа до кормы, и заместила воду. Из емкостей подводной лодки выпускают сжатый газ (воздух, водород и/или кислород), вспенивают им воду или смешивают его с водным раствором поверхностно активных веществ и получают пену требуемой плотности и кратности. Газ для вспенивания воды или готовую пену выпускают через специальные отверстия, размещенные по длине подводной лодки в ее верхней части от борта до борта.

Плотность пены меньше плотности воды, поэтому согласно закону Архимеда она поднимается вверх. Уменьшение давления водного столба приводит к увеличению объема ее пузырьков, увеличению ее кратности и уменьшению плотности. Кратность пены можно регулировать от нескольких единиц до нескольких десятков и даже сотен (см. Технические средства и способы тушения пожаров / Под ред. Б.П. Иванова. - М.: Энергоиздат, 1981, с.8, 9). Поэтому плотность пены может быть меньше плотности воды в десятки и сотни раз. Ее направляют под участок поверхности корпуса судна по ширине от диаметральной плоскости до ватерлинии борта, через который планируют переворачивать судно, а по длине от носа до кормы, и замещают ею находящийся там объем воды.

Под судном, относительно его диаметральной плоскости, создают неоднородную по плотности среду. Относительно диаметральной плоскости судна, одна его половина - от диаметральной плоскости до ватерлинии одного борта будет погружена в воду, а другая половина - от диаметральной плоскости до ватерлинии другого борта, через который планируют переворачивание, будет погружена в пену. Так как плотность пены меньше плотности воды, то величина выталкивающей силы, действующей на участок, погруженный в нее, согласно закону Архимеда уменьшится во столько раз, во сколько раз плотность воды больше плотности пены. Поэтому величина момента выталкивающей силы, действующего на корпус со стороны воды, во столько же раз превысит момент выталкивающей силы, действующий на корпус со стороны пены.

Этим создают опрокидывающий момент, под действием которого судно получит крен на борт. При крене борт судна, через который планируют переворачивание, будет погружен в пену, плотность которой меньше плотности воды. Величина выталкивающей силы, действующей со стороны пены на этот борт судна, согласно закону Архимеда уменьшится во столько раз, во сколько раз плотность воды больше плотности пены, что приведет к пропорциональному уменьшению восстанавливающего момента и потере боковой остойчивости судна. Когда величина опрокидывающего момента превысит величину восстанавливающего момента, судно ляжет на борт, а затем перевернется и примет остойчивое положение - килем вверх. Затем буксируют судно в порт для ремонта.

Пример 2. Для переворачивания судна из положения килем вверх в положение килем вниз используют, например, подводную лодку, которую погружают на заданную глубину. Лодку ставят под перевернутым вверх килем судном параллельно ему так, чтобы с учетом гидрографической обстановки, направления и скорости его движения пена достигла судна и заместила воду на участке поверхности его корпуса по ширине от его диаметральной плоскости до борта, через который планируют переворачивание, а по длине от носа до кормы. Эффективность переворота регулируют плотностью пены, глубиной, с которой ее подают, расходом пены в единицу времени и временем ее подачи. Плотность пены должна обеспечить уменьшение плавучести судна в пределах положительного значения. Расход пены должен обеспечить ее поддержание в требуемом количестве под корпусом судна.

Вспенивание проводят в течение времени, необходимого для переворачивания судна. Направляют пену под участок поверхности судна перевернутого вверх килем по ширине от его диаметральной плоскости до борта, через который планируют переворачивание, а по длине от носа до кормы и замещают ею воду. Относительно диаметральной плоскости судна создают неоднородную по плотности среду и поддерживают ее в течение времени, необходимого для его переворачивания. Этим создают опрокидывающий момент, вызывающий боковой крен судна, и уменьшают восстанавливающий момент. Когда величина опрокидывающего момента превысит восстанавливающий момент, судно ляжет на борт, а затем перевернется в остойчивое положение - килем вниз.

Пример 3. Переворачивание судна противника, с целью его задержания или нейтрализации его боевых возможностей с сохранением жизни членам экипажа, проводят в следующей последовательности. С помощью технических средств подводной лодки обнаруживают судно противника, погружают подводную лодку на требуемую глубину и ставят ее по курсу его движения впереди с учетом гидрографической обстановки, скорости его движения и времени подъема пены до его корпуса. Устанавливают скорость движения лодки, вспенивают воду и направляют пену так, чтобы к времени ее подъема до судна, она заместила воду под участком его корпуса по ширине от диаметральной плоскости до ватерлинии борта, через который планируется переворачивание, а по длине от носа до кормы, в течение времени, необходимого для переворачивания судна. При движении судна одна его половина, относительно диаметральной плоскости находится в воде, а другая, в течение времени необходимого для переворачивания, будет находиться в пене. Выталкивающая сила, действующая на корпус со стороны пены, меньше выталкивающей силы, действующей на корпус судна со стороны воды, во столько раз, во сколько раз плотность воды больше плотности пены.

Этим создают опрокидывающий момент, вызывающий боковой крен судна и уменьшают восстанавливающий момент. Когда величина опрокидывающего момента превысит величину восстанавливающего момента, судно потеряет поперечную остойчивость, ляжет на борт, перевернется килем вверх, что нейтрализует его боевые возможности, сохранит его положительную плавучесть, а членам экипажа - жизнь. Эффективность переворота судна регулируют плотностью пены, глубиной, с которой ее подают, расходом пены в единицу времени и временем ее подачи.

Способ переворачивания судна поясняется на фиг.1...фиг.6.

Фиг.1 - силы, действующие на судно, находящееся в однородной среде.

Фиг.2 - восстанавливающий момент, действующий при крене судна в воде.

Фиг.3 - подача пены под судно и создание опрокидывающего момента.

Фиг. 4 - переворачивание судна из положения килем вниз в положение килем вверх.

Фиг. 5 - создание опрокидывающего момента для судна, перевернутого килем вверх.

Фиг.6 - переворачивание судна из положения килем вверх в положение килем вниз.

Где: 1 - судно, которое требуется перевернуть; 2 - подводная лодка; 3 - пена; ДК - диаметральная плоскость судна; К - киль судна; О - центр тяжести судна; Р - сила веса судна; Рв - суммарная выталкивающая сила; Рл - выталкивающая сила, действующая на левую половину судна; Рп - выталкивающая сила, действующая на правую половину судна; Лл - плечо силы Рл; Л - плечо суммарной выталкивающей силы Рв относительно центра О тяжести судна; Мв - восстанавливающий момент; Мо - опрокидывающий момент; М - метацентр.

Сила Р веса судна 1 проходит через его диаметральную плоскость ДК, через точку О центра тяжести и направлена вертикально вниз (фиг.1). Когда судно находится в однородной по плотности водной среде, то на левую и правую половины его корпуса ниже ватерлинии, относительно диаметральной плоскости, действуют две одинаковые по величине выталкивающие силы Рл и Рп. Каждая из них по величине равна половине веса Р судна и половине суммарной выталкивающей силе Рв, обеспечивающей его положительную плавучесть. Сила Рп смещена относительно диаметральной плоскости ДК и центра О тяжести судна вправо на расстояние Лп, а сила Рл смещена на такое же расстояние Лл влево. Силы Рл и Рп в сумме равны весу Р судна, поэтому они обеспечивают ему положительную плавучесть и создают, относительно точки О центра тяжести судна, два равных по величине, но противоположно направленных момента, что делает их результирующую равным нулю, а судно остойчивым.

При крене судна в воде под действием внешних сил на правый борт (фиг.2) величина выталкивающей силы Рл уменьшается, так как левая половина судна выходит из воды. Величина выталкивающей силы Рп увеличивается, так как судно правой половиной погружается в воду. Однако сумма сил Рп и Рл остается равной суммарной выталкивающей силе Рв и весу Р судна, что обеспечивает его положительную плавучесть. Относительно центра О тяжести величина момента выталкивающей силы Рп больше величины момента выталкивающей силы Рл, что создает восстанавливающий момент Мв, который возвращает судно в вертикальное положение. Суммарная выталкивающая сила Рв пересекает диаметральную плоскость судна в точке М - метацентре, который расположен выше точки О - центра тяжести, что обеспечивает судну остойчивость.

Для переворачивания судна 1, например, из подводной лодки 2 вспенивают под ним воду газом или подают под него пену 3 так, чтобы она заместила воду под участком его корпуса, погруженным в воду, по ширине от диаметральной плоскости ДК до ватерлинии правого борта, через который планируют переворачивание судна, а по длине от носа до кормы. Эффективность переворота судна регулируют плотностью пены, глубиной, с которой ее подают, расходом пены в единицу времени и временем ее подачи. Плотность пены 3 должна обеспечить уменьшение плавучести судна 1 в пределах положительного значения. Расход пены должен обеспечить ее поддержание в требуемом количестве под корпусом судна 1. Воду замещают пеной, создают под судном, относительно его диаметральной плоскости, неоднородную по плотности среду и поддерживают ее в течение времени, необходимого для переворачивания (фиг.3).

Левая, относительно диаметральной плоскости, половина судна 1 погружена в воду, а правая половина погрузится в пену. Так как левая половина судна погружена в воду, то величина выталкивающей силы Рл останется равной половине силы веса судна 1. Момент силы Рл, относительно точки О - центра тяжести судна, так же не изменится. Плотность пены меньше плотности воды. Поэтому величина выталкивающей силы Рп, действующей на правую половину корпуса судна уменьшится во столько раз, во сколько раз плотность воды больше плотности пены (фиг. 3). Этим, относительно точки О центра тяжести судна, пропорционально уменьшают величину момента выталкивающей силы Рп. Когда величина момента от силы Рл превысит величину момента от силы Рп, возникнет опрокидывающий момент Мо.

Опрокидывающий момент Мо вызовет боковой крен судна 1 на правый борт (фиг.4). Меньшая, чем у воды, плотность пены уменьшит величину выталкивающей силы Рп, величину суммарной выталкивающей сила Рв и плавучесть судна в пределах положительного значения. В результате судно 1 получит крен и начнет погружаться до тех пор, пока вес вытесненной им воды и пены снова не достигнет его веса. В связи с замещением воды на пену, плотность которой меньше плотности воды, метацентр М судна 1 сместится ниже точки О центра тяжести, и оно потеряет остойчивость.

При боковом крене правая половина судна 1 погрузится в пену. Это вызовет восстанавливающий момент Мв, однако его величина, в сравнении с восстанавливающим моментом при погружении этой половины в воду (фиг.2), уменьшится во столько раз, во сколько раз плотность воды больше плотности пены. Под действием опрокидывающего момента судно 1 ляжет на правый борт, а затем перевернется и примет остойчивое положение килем вверх (фиг.5). К концу переворачивания вся пена поднимется на водную поверхность и разрушится. Судно вновь окажется в однородной водной среде, что восстановит его положительную плавучесть и остойчивость.

Для переворачивания судна 1 из положения килем вверх в положение килем вниз используют, например, подводную лодку 2 (фиг.5). Лодку в подводном положении устанавливают параллельно судну 1 с учетом гидрографической обстановки, направления и скорости его движения так, чтобы пена заместила воду под участком судна по ширине от его диаметральной плоскости до левого борта, через который планируют переворачивание, а по длине от носа до кормы. Пену 3 направляют под участок судна 1 по ширине от диаметральной плоскости до левого борта, через который планируют переворачивание, а по длине от носа до кормы. При достижении пеной судна 1, перевернутого в положение килем вверх, воду замещают пеной на участке от диаметральной плоскости до ватерлинии левого борта, через который планируют переворачивание. Создают под ним неоднородную по плотности среду, поддерживают ее в течение времени, необходимого для переворачивания. Несимметричное, относительно диаметральной плоскости судна и центра его тяжести, замещение воды на пену создаст опрокидывающий момент Мо.

Под действием опрокидывающего момента Мо судно 1 получит крен на левый борт (фиг. 6). Так как величина выталкивающей силы Рл уменьшится, в сравнении, если бы левая половина была бы погружена в воду, то уменьшится и суммарная выталкивающая сила Рв. Плотность пены устанавливают меньше плотности воды настолько, чтобы уменьшить его плавучесть, но в пределах положительной плавучести. Поэтому судно 1 получит крен и начнет погружаться до тех пор, пока вес вытесненной им воды и пены вновь не достигнет его веса.

Погружение левой половины корпуса в пену при крене судна вызовет появление восстанавливающего момента Мв. Однако его величина, в сравнении, если бы левая половина была бы погружена в воду, уменьшится во столько раз, во сколько раз плотность воды больше плотности пены. Метацентр М переместится ниже центра тяжести О, и судно 1 потеряет поперечную остойчивость. Под действием опрокидывающего момента Мо судно 1 ляжет на левый борт и перевернется в остойчивое положение килем вниз (фиг. 1). К этому моменту времени вся пена поднимется из глубины на водную поверхность и разрушится, что восстановит под судном однородную по плотности водную среду. Судно сохранит свою положительную плавучесть, восстановит поперечную остойчивость и всплывет на водную поверхность килем вниз. Эффективность переворота судна регулируют плотностью пены, глубиной, с которой ее подают, расходом пены в единицу времени и временем ее подачи.

Формула изобретения

1. Способ переворачивания судна, включающий в себя создание опрокидывающего момента, действующего на это судно, отличающийся тем, что опрокидывающий момент создают путем замещения воды под участком корпуса судна, шириной от диаметральной плоскости до ватерлинии борта, через который переворачивают судно, и длиной от носа до кормы, пеной, подаваемой из расположенной на глубине под судном подводной лодки или образуемой вспениваем воды подаваемым из этой лодки сжатым газом и направляемой под корпус судна в течение времени, достаточного для его переворота из положения килем вниз в положение килем вверх или наоборот.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что эффективность переворота регулируют плотностью пены, глубиной, с которой ее подают, расходом пены в единицу времени и временем ее подачи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6