Способ использования судна на погруженных опорах
Изобретение относится к судостроению и касается технологии использования многокорпусных, типа катамаран, судов на водоизмещающих погруженных опорах. Способ использования судна на погруженных опорах заключается в том, что приводимое движителем многокорпусное судно имеет надводный корпус, установленный с помощью стоек на погруженных опорах, состоящих по крайней мере из двух обтекаемых водоизмещающих корпусов, и размещенную между корпусами, отделенную от окружающей атмосферы стенками свободную полость, в которую при использовании судна подают сжатый воздух и создают в ней избыточное давление и действующую на судно подъемную силу. Стенки свободной полости размещают ниже погруженных опор на глубину, при которой стенки на волне не выходят из воды. Величину скорости судна регулируют путем изменения тяги движителя и/или избыточного давления в свободной полости. Использование изобретения позволяет обеспечить высокую грузоподъемность, скорость хода многокорпусных судов, а также улучшить их мореходные, конструкторские и технологические характеристики.
Изобретение относится к судостроению и касается способа использования многокорпусных судов на погруженных опорах. Такие суда состоят из надводного корпуса, опирающегося через стержневые или трубные стойки по крайней мере на одну пару опор в виде двух водоизмещающих корпусов, погруженных в воду и имеющих обтекаемую удлиненную форму.
Так, известно Судно на подводных крыльях по патенту РФ №2046050. Судно при наборе скорости развивает подъемную силу, выходит из воды, оставляя под водой погруженные опоры с подводными крыльями. Однако на волне в обоих положениях судно подвержено существенному силовому воздействию волн.
Известно также Полуподводное судно по патенту РФ №2088462. Надводный корпус судна опирается через стойки на сдвоенный подводный корпус, располагаемый под поверхностью воды. При разгоне судна подводный корпус остается погруженным в воду.
Известен Волноход по патенту РФ №2089433, имеющий надводный корпус и поплавковые корпуса со сложным механизмом поддержания на волне горизонтального положения надводной части. Волноход не изменяет осадку судна.
Известно также Морское судно по патенту РФ №2124451, имеющее надводный корпус, поддерживаемый при движении аэродинамическими силами, и три подводных стабилизатора движения. Придание крылового профиля надводному корпусу судна и дополнительное окрыление его не могут существенно облегчить судно, так как при низких скоростях движения судна аэродинамические силы незначительны.
Известно Судно с разделенным корпусом по патенту РФ №2152328. Судно имеет надводный корпус, опирающийся на два погруженных корпуса с помощью стоек, закрепленных с возможностью изменения высоты судна. Такое судно при движении не изменяет своей осадки.
Известно также Многокорпусное полупогруженное судно по патенту РФ №2287448. Надводный корпус судна опирается через множество вертикальных стоек на систему модулей, каждый из которых состоит из пары полностью погруженных обтекаемых удлиненных корпусов. Осадка этого судна может уменьшаться только за счет присоединения надувных гондол.
Известен также Способ использования судна на погруженных опорах по патентной заявке №2008112556, по которому судно, имеющее надводный корпус, установленный по крайней мере на одной паре обтекаемых погруженных опор, при волнении воды догружают балластом.
Указанное судно и способ его использования приняты за прототип предлагаемого.
Недостатком судов катамаранного типа является их повышенная масса по сравнению с традиционными однокорпусными судами. Так как качка судна на волне вызывает повышенное нагружение отдельных стоек и опор, в результате последнего конструкция судна должна быть перетяжелена. Поэтому катамаран будет отличаться от обычных судов более низким коэффициентом утилизации по полезной нагрузке.
Целью изобретения является устранение указанного недостатка и повышение экономической эффективности судов на погруженных опорах. Достижению поставленной цели способствует пониженное гидросопротивление погруженных опор. Благодаря хорошей обтекаемости опор и меньшей относительной смачиваемой поверхности скорости движения катамарана заметно выше, чем у однокорпусных судов. Это компенсирует перетяжеление корпуса катамарана. Уже сегодня известны катамараны, развивающие скорость хода до 70 узлов и более. Так, например, австралийский паром «САТ» водоизмещением 700 т имеет такую скорость под грузом (по телевизионной информации). При таких скоростях становятся заметными аэродинамические силы воздушных потоков. Так, воздушный поток, обтекающий снизу надводный корпус, попадая в сужающуюся свободную полость между корпусами судна, вызывает разрежение в полости, увеличивающее нагрузку на опоры и снижающее его грузоподъемность и скорость хода.
Таким образом, поставленной целью является устранение указанных недостатков и повышение грузоподъемности и скорости движения судна.
Поставленная цель по заявленному способу достигается для судна на погруженных опорах, по которому приводимое движителем многокорпусное судно, имеющее надводный корпус, установленный с помощью стоек на погруженных опорах, состоящих по крайней мере из двух обтекаемых водоизмещающих корпусов, поддерживают на тихой воде и на волне за счет погружения опор.
Сущность изобретения состоит в том, что при использовании судна свободную полость между его корпусами отделяют от окружающей атмосферы стенками, которые на волне не выходят из воды, подают в свободную полость сжатый воздух и создают в ней избыточное давление и действующую на судно подъемную силу, а величину скорости судна регулируют путем изменения тяги движителя и/или избыточного давления в свободной полости.
Обычные удельные нагрузки на площадь надводного корпуса катамарана составляют от 300 кг/м2 до 500 кг/м2 и более. По предложенному способу можно значительно повысить эту нагрузку и грузоподъемность судна и/или значительно снизить нагрузку на его погруженные опоры. Так, при наддуве свободной полости до давления 400 кг/м2 можно увеличить несущую нагрузку от 500 кг/м2 до 700 кг/м2 и снизить нагрузку на опоры с 500 кг/м2 до 300 кг/м2, что позволит повысить скорость хода судна. Можно также, не увеличивая несущую нагрузку судна, разгрузить его опоры до 100 кг/м2 и существенно поднять скорость судна.
Скорость движения обычного судна регулируется изменением мощности и тяги движителя. По предложенному способу скорость хода судна можно дополнительно изменять путем изменения давления наддува свободной полости. Даже при больших объемах свободной полости расход воздуха на наддув остается незначительным: до 1% от объема свободной полости на 100 кг/м2 дополнительной несущей нагрузки.
Для поддержания избыточного давления в полости между корпусами судна необходимо перекрыть листовыми стенками промежутки между корпусами со стороны носа, по бортам и с кормы судна. Последняя стенка может отклоняться водой по движению и не создавать дополнительного сопротивления. Листы ограждения должны быть заглублены ниже нижних точек опор, если на волне опоры выходят из воды. Однако допускаемая высота волны устанавливается для каждого судна отдельно и может быть меньше минимальной осадки погруженных опор.
При скоростях выше 50 узлов следует учитывать и аэродинамическое сопротивление судна. Оно может быть существенно уменьшено за счет уменьшения миделя судна и заострения его носовой и кормовой частей.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение грузоподъемности скорости судна. Известные суда на погруженных опорах способны ходить с высокой скоростью по волне высотой до 3 м, не испытывая качки. Эта способность может быть увеличена при использовании предлагаемого способа. Весьма ценным результатом изобретения является повышение мореходности судна. Благодаря разгрузке водоизмещающих опор, уменьшению их смачиваемой поверхности уменьшается гидросопротивление судна и повышается его ходкость, а вместе с ней и все экономические и тактические характеристики судна: дальность действия, производительность, время в пути, гибкость гражданского и оборонного применения и другие.
Другим полезным результатом изобретения является возможность существенно облегчить конструкцию судна за счет сокращения статического и динамического нагружения его силовых элементов под действием груза, волн и качки всего судна.
В итоге становятся доступными многие преимущества судов на погруженных опорах: простота конструкции судна и всех его частей, ненужность сложнейших верфей, сокращение затрат и сроков строительства судов за счет упрощения и параллельного изготовления его частей.
Сущность изобретения поясняется на примерах.
Пример 1. Судно до использования предлагаемого способа имеет водоизмещение с полным грузом 600 т и состоит из надводного корпуса шириной 20 м и длиной 100 м и двух погруженных опор, соединенных с корпусом трубными стойками. Удельная нагрузка на площадь надводного корпуса составляет 300 кг/м2. Каждая опора водоизмещением 300 т выполнена в виде трубы с внутренним диаметром 2,5 м и длиной 100 м. Опоры соединены между собой связями. Стойки расположены равномерно по длине опор, образуя фермы. Надводный корпус соединен с опорами листовыми стенками ограждения, опирающимися на стойки. Нижний край стенок расположен ниже опоры на 1 м. Со стороны кормы между стойками опор внутреннее пространство судна закрыто стенкой с поворотной дверцей, закрепленной на уровне воды. В носовой части судна две стенки, установленные между опорами под углом к оси судна, образуют носовой обтекатель. При использовании судна по предлагаемому способу судно догружают грузом 1400 т, при этом судно опускается на жесткое дно. В свободную полость подают от бортового или внешнего источника сжатый воздух до повышения избыточного давления в полости до 800 кг/м2. Судно всплывает и устанавливается над водой выше начального положения, так как нагрузка на опоры уменьшилась до 200 кг/м2, в то время как водоизмещение судна составило 2000 т. Если исходное судно развивало скорость до 70 узлов, то разгруженное давлением судно должно получить большую скорость. При волне высотой до трех м судно сохраняет ходкость, но опоры во впадинах волн выходят из воды. Однако нижние края стенок ограждения судна остаются в воде и не выпускают воздух из полости судна.
Описанное судно может использоваться как грузовое или как быстроходный десантный корабль.
Пример 2. Исходное судно водоизмещением с полным грузом 60 т состоит из надводного корпуса шириной 6 м и длиной 40 м и двух погруженных опор, соединенных с корпусом трубными стойками. Удельная нагрузка на площадь надводного корпуса составляет 250 кг/м2. Каждая опора водоизмещением 30 т выполнена в виде трубы с внутренним диаметром 1,4 м и длиной 40 м. Устройство судна сходно с описанным в примере 1. Свободная полость судна ограждена листовыми стенками и составляет около 500 м3. При наддуве воздухом свободной полости до давления 200 кг/м2 опоры судна разгружаются и судно может получить скорость до 100 узлов. При волне высотой 2 м стенки ограждения с вылетом 1 м ниже опоры не выпускают воздух из полости судна.
Описанное судно может служить спасательным или торпедным катером.
Пример 3. Исходное судно водоизмещением с полным грузом 3000 т состоит из надводного корпуса шириной 30 м и длиной 200 м и двух погруженных опор, соединенных с корпусом трубными стойками. Удельная нагрузка на площадь надводного корпуса составляет 500 кг/м2. Каждая опора водоизмещением 1500 т выполнена в виде трубы с внутренним диаметром 3,5 м и длиной 200 м. Устройство судна сходно с описанным в примере 1. Огражденная свободная полость судна составляет около 20 тыс.м3. При ее наддуве до давления 1000 кг/м2 потребуется больше 2 т воздуха. После наддува общий вес судна с грузом может составить 9000 т. При этом судно сохранит свою начальную высокую скорость - 70 узлов. При такой скорости судно по производительности будет сравнимо с обычным судном со скоростью хода 20 узлов и водоизмещением более 30 тыс.т.
Описанное судно может служить коммерческим грузовым или военно-транспортным кораблем.
Предложенный способ может быть применен для судов и кораблей различных назначений и размерений. Корабли на погруженных опорах, используемые по предложенному способу, получают особые преимущества в виде быстроходности, ходкости, дальности действия и экономичности.
Предлагаемый способ скоростного движения по водной поверхности значительно отличается от традиционных решений по схеме, архитектуре, конструкции и параметрам судов, и поэтому суда этого типа могут быть выделены в отдельную группу с условным названием «акваплан». Аквапланы получают большую перспективу развития в связи с изобретением нового способа бескомпрессорного сжатия воздуха.
Способ использования судна на погруженных опорах, по которому приводимое движителем многокорпусное судно, имеющее надводный корпус, установленный с помощью стоек на погруженных опорах, состоящих по крайней мере из двух обтекаемых водоизмещающих корпусов, и размещенную между корпусами, отделенную от окружающей атмосферы стенками свободную полость, в которую при использовании судна подают сжатый воздух и создают в ней избыточное давление и действующую на судно подъемную силу, отличающийся тем, что стенки свободной полости размещают ниже погруженных опор на глубину, при которой стенки на волне не выходят из воды, а величину скорости судна регулируют путем изменения тяги движителя и/или избыточного давления в свободной полости.
