Корпус водоизмещающего судна-полутримарана



Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана
Корпус водоизмещающего судна-полутримарана

 


Владельцы патента RU 2566804:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области судостроения и касается конструирования обводов корпусов водоизмещающих судов, сочетающих элементы, характерные для обводов однокорпусных судов и тримаранов. Корпус водоизмещающего судна-полутримарана имеет носовую оконечность с обводами водоизмещающего однокорпусного судна и кормовую оконечность с обводами тримарана, включающую средний основной корпус и два сравнительно узких боковых корпуса - аутригеры. Указанные элементы тримаранной кормовой оконечности образуют между собой два туннеля. Внешние борта и палуба (палубы) носовой оконечности плавно переходят во внешние борта аутригеров тримарана и палубу (палубы) кормовой оконечности. В целом корпус судна имеет плавные обводы, соответствующие водоизмещающему режиму движения. Между носовой и кормовой оконечностями имеется зона плавного взаимного перехода их обводов, включающая два симметрично расположенных относительно диаметральной плоскости корпуса судна боковых участка днища, плавно поднимающихся по длине судна от однокорпусной носовой оконечности к действующей ватерлинии в туннелях между элементами тримаранной кормовой оконечности. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик судна, включая его мореходные качества. 5 з.п. ф-лы, 16 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к судостроению и касается конструирования обводов корпусов водоизмещающих судов, сочетающих элементы, характерные для обводов однокорпусных судов и тримаранов.

Известно весьма большое количество технических решений по совершенствованию обводов традиционных однокорпусных водоизмещающих судов. Однако во всем мире специалисты, интенсивно исследуя возможности улучшения основных технических характеристик водоизмещающих судов и кораблей, уже давно пришли к выводу, что их совершенствование при традиционной однокорпусной архитектуре в значительной степени исчерпано и осуществляется главным образом в области частичной оптимизации обводов для конкретных условий (например, патенты US 5129343 от 14.07.1992 г., US 5701835 от 30.12.1997 г., US 6311635 от 06.11.2001 г., RU 2129505 от 27.04.1999 г., RU 2155693 от 10.09.2000 г., RU 2169680 от 27.06.2001 г., RU 2249529 от 10.04.2005 г., RU 2302971 от 10.09.2006 г., RU 2443591 от 20.09.2010 г.), без достижения прорывных положительных результатов. В течение около трех последних десятилетий основные усилия специалистов сосредоточены на разработке альтернативных архитектурных форм корпусов, прежде всего многокорпусных - катамаранов, тримаранов, в том числе полупогруженных, с малой площадью ватерлинии, а также гибридных форм корпусов.

Известно также значительное количество технических решений по созданию таких сравнительно новых по архитектурной форме многокорпусных судов, как водоизмещающие тримараны (например, патенты SU 1631381 от 05.11.1978 г., U 895789 от 07.01.1982 г., SU 1221028 от 30.03.1986 г., RU 2300478 от 10.06 2007 г., US 6912965 от 05.07 2005 г., US 7237500 от 03.07.2007 г., DE 4127939 от 03.04.1993 г.). В настоящий период основная часть этих решений направлена на совершенствование ходкости, остойчивости, обеспечение стабильности эксплуатации в условиях развитого морского волнения и других характеристик таких судов. Уже построены и эксплуатируются достаточно большое количество экспериментальных и серийных тримаранов как гражданского, так и военного назначения (крупные автомобильно-пассажирские паромы австралийской постройки, опытовый корабль "Triton" английской постройки, американские боевые корабли типа "Independence" для действий в прибрежной зоне и др.).

Указанным архитектурным формам корпусов - традиционным однокорпусным и сравнительно новым тримаранным свойственны как положительные, так и отрицательные особенности. При этом к основным преимуществам однокорпусных судов относят возможность обеспечения минимизации массы корпуса, надежности, прочности и сравнительно высокой стабильности хода в условиях значительного морского волнения, к основным преимуществам тримаранов - меньшее сопротивление движению в воде на высоких относительных скоростях, возможность достижения более высоких скоростей хода при тех же мощностях энергетической установки, меньшую потерю скорости в условиях развитого морского волнения, однако до определенной его балльности. К основным недостаткам однокорпусных судов относят относительно большее сопротивление на высоких скоростях хода, к основным недостаткам тримаранов - возникновение при определенной балльности волнения слеминга на мостах, соединяющих основной и боковые корпуса, а также возможность зарывания острых носовых оконечностей в крутую волну.

Как известно, по сравнению с водоизмещающими однокорпусными судами тримаранная архитектура корпуса обеспечивает повышенные ходкость и остойчивость при движении судна в определенном диапазоне состояний морского волнения, а также большие площади палуб, что необходимо, например, для таких судов, как автомобильно-пассажирские паромы или авианесущие корабли. Имеющие большое удлинение основной средний корпус (типично отношение длины к ширине корпуса по конструктивной ватерлинии - КВЛ равно 10÷14) и боковые корпуса - аутригеры (типично удлинение 15÷20) тримаранов обусловливают сравнительно малую потерю скорости хода на волнении. Однако при увеличении волнения наступает состояние, при котором возникают удары волн (слеминг) в мост между этими корпусами и их носовые оконечности начинают зарываться в воду, что заставляет значительно снижать скорость и ограничивать маневрирование тримарана для обеспечения его безопасности по условиям прочности корпуса судна и величины ускорений. К недостаткам тримаранов также относятся большая масса корпуса (на 15÷20%) и несколько большее сопротивление движению на сравнительно малых скоростях (как правило, до чисел Фруда по длине Fn=0,25) за счет увеличенной смоченной поверхности корпуса. Вследствие возникновения значительных скручивающих сил на развитом морском волнении на тримаранах сложнее, чем на однокорпусных судах, обеспечивается необходимая прочность корпуса - прежде всего за счет конструкции соединительного моста, связывающего корпуса тримарана. Повышенная начальная поперечная остойчивость тримаранов при их относительно узких основных корпусах и аутригеров обеспечивается за счет сравнительно большой общей ширины всего корпуса и соответственно момента инерции действующей ватерлинии. Существенное увеличение высоты мостов для обеспечения большего клиренса по отношению к поверхности воды и исключения слеминга, как правило, приводит к потере преимуществ тримарана в части его остойчивости, возникновению проблем с обеспечением прочности корпуса при скручивающих моментах на волнении, существенному увеличению массы корпуса и соответствующему уменьшению полезной нагрузки, уменьшению скорости хода при большем водоизмещении и к другим отрицательным последствиям.

Водоизмещающие однокорпусные суда не имеют столь резких ограничений по мореходности на развитом морском волнении, они лучше переносят удары крупных волн в носовую оконечность. Практически все суда, не имеющие ограничений по условиям плавания, являются водоизмещающими однокорпусными. Вместе с тем для обеспечения высокой мореходности они должны иметь достаточную поперечную остойчивость, обеспечиваемую соответствующим увеличением ширины корпуса в ущерб оптимальному в отношении сопротивления движению его удлинению, а также должны иметь относительно высокий надводный борт, особенно в носовой оконечности. Таким образом, на обеспечение необходимой мореходности однокорпусных судов затрачивается существенная часть их водоизмещения.

Целью настоящего технического решения является разработка новой формы корпуса, позволяющей объединить преимущества и исключить недостатки традиционных однокорпусных судов и тримаранов. Для достижения этой цели решена задача по разработке корпуса, включающего однокорпусную носовую и тримаранную кормовую оконечности, геометрическая форма которого обеспечивает исключение перечисленных недостатков формы корпуса рассмотренных выше аналогов - водоизмещающих однокорпусных судов и судов-тримаранов при движении в водоизмещающем режиме скоростей. Произведенный обширный патентный поиск не позволил обнаружить прототипа, обладающего указанными основными отличительными признаками одновременно, поэтому сопоставление характеристик разработанной гибридной формы корпуса производится лишь с указанными аналогами - однокорпусными судами и тримаранами в целом как типами судовой архитектуры. Разработанной форме корпуса судов присвоено наименование «полутримаранной», соответственно судну с такой формой корпуса - «судно-полутримаран». Фактически полутримаранная форма корпуса водоизмещающих судов является новым типом их архитектуры, обеспечивающей в ряде случаев достижение эффективных компоновочных и эксплуатационных характеристик.

Конкретно в предлагаемом техническом решении предложена форма корпуса судна, включающая близкие по протяженности однокорпусную носовую и тримаранную кормовую оконечности. Последняя включает средний основной корпус и два побортно расположенных аутригера. Объединение указанных оконечностей в единый корпус обеспечено за счет образования между ними зоны плавного взаимного перехода их обводов. В целом корпус имеет плавные обводы, соответствующие водоизмещающему режиму движения.

К числу преимуществ разработанной полутримаранной формы корпуса по отношению к рассматриваемым аналогам относятся:

- исключение ограничений по мореходности, присущих тримаранам;

- обеспечение преимуществ в части общего расположения оборудования и помещений за счет возможности некоторого увеличения главных размерений и площади палуб при существенно меньшем коэффициенте общей полноты и равном объеме корпуса с традиционными однокорпусными судами;

- обеспечение возможности при необходимости распределить элементы энергетической установки и движители между основным средним корпусом и аутригерами кормовой оконечности, что снижает ограничение максимальной мощности энергетической установки при расположении ее в корпусе традиционного однокорпусного судна и увеличивает эффективность маневрирования;

- обеспечение возможности создания водоизмещающих судов с предлагаемой формой корпуса без ограничений по их размерам, связанным с обеспечением необходимой прочности соединительного моста, что характерно для тримаранов;

- снижение остаточного сопротивления корпусов с предлагаемой формой при движении в водоизмещающем режиме с относительно высокими скоростями (при числах Фруда по длине более Fn=0,25) по сравнению с традиционными однокорпусными судами;

- обеспечение при необходимости возможности различного функционального использования туннелей в тримаранной кормовой оконечности корпуса (по сравнению с однокорпусными судами).

Соответствующие поставленным целям и задачам технические результаты достигаются тем, что предлагаемый корпус судна (фиг. 1) выполнен с:

- характерной для однокорпусных водоизмещающих судов носовой оконечностью, имеющей в поперечном сечении плавные обводы, оптимальные для водоизмещающего режима движения;

- характерной для водоизмещающих тримаранов кормовой оконечностью;

- зоной плавного перехода от обводов носовой оконечности к обводам кормовой оконечности, включающей не только плавное сочетание их внешних бортов и палубы (палуб), но и плавное сочетание остальных элементов корпуса, в частности, днищевой части носовой оконечности и туннелей между корпусами тримаранной кормовой оконечности.

Кроме отмеченных выше преимуществ разработанной формы корпуса необходимо также отметить, что объединение в одном корпусе элементов водоизмещающих однокорпусных судов и тримаранов, конкретно - однокорпусной носовой оконечности и тримаранной кормовой оконечности, также позволяет:

- обеспечить взаимодействие носовой оконечности судна с морскими волнами и в целом его качку и заливаемость, характерные для однокорпусных судов и более благоприятные при значительном волнении, чем для тримаранов;

- при одинаковых соотношениях главных размерений улучшить ходкость такого судна по сравнению с однокорпусным судном на скоростях, при которых основной вклад в сопротивление корпуса вносится волновым сопротивлением, за счет более благоприятного обтекания тримаранной кормовой оконечности;

- использовать по сравнению с однокорпусными судами более эффективную в отношении обеспечения поперечной остойчивости форму действующей ватерлинии, необходимый момент инерции площади которой достаточно легко может быть увеличен за счет некоторого увеличения площади действующей ватерлинии аутригеров или небольшого увеличения общей ширины корпуса судна с увеличением отстояния аутригеров от основного среднего корпуса;

- более эффективно по сравнению с однокорпусными судами разместить необходимое оборудование, характеризующееся сравнительно малым удельным показателем «масса/площадь палубы» (например, автомобили и помещения для пассажиров на паромах, летательные аппараты на авианесущих кораблях) на увеличенной площади палуб и в ряде случаев в существенной степени компенсировать некоторое увеличение водоизмещения, связанное со спецификой предлагаемой формы корпуса.

В результате предлагаемая полутримаранная форма корпуса обеспечивает максимальное использование преимуществ кораблей-аналогов - водоизмещающих однокорпусных судов и тримаранов и исключение присущих им недостатков. Применение предлагаемой формы корпуса предпочтительно для крупных и относительно широких водоизмещающих судов (удлинение по КВЛ - менее 7,5) с приоритетными скоростями хода при числах Фруда по длине Fn>0,25.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых схематически изображены:

- на фиг. 1 - принципиальный аксонометрический вид на корпус судна-полутримарана (вид снизу-сзади-сбоку), дающий общее представление об основных его элементах;

- на фиг. 2 - вид на корпус сбоку с продольным разрезом по диаметральной плоскости участка кормовой оконечности;

- на фиг. 3 - вид на корпус судна-полутримарана сверху с частично снятой палубой (палубами) на участке кормовой оконечности;

- на фиг. 4 - продольный разрез корпуса по диаметральной плоскости;

- на фиг. 5 - продольный разрез корпуса по средней части туннеля левого борта в тримаранной кормовой оконечности;

- на фиг. 6 - план корпуса по ватерлинии В-В - по верху туннеля;;

- на фиг. 7 - план корпуса по ватерлинии С-С;

- на фиг. 8 - план корпуса по ватерлинии D-D;

- на фиг. 9 - план корпуса по основной плоскости;

- на фиг. 10÷15 - принципиальные поперечные сечения корпуса судна-полутримарана в характерных зонах по плоскостям G-G, Н-Н, I-I, J-J, K-K, L-L;

- на фиг. 16 - вид на транец судна-полутримарана.

Корпус судна-полутримарана 1 по настоящему техническому решению включает по длине три зоны (фиг. 1, 2, 5):

- носовую оконечность 2 с плавными обводами, характерными для традиционных однокорпусных водоизмещающих судов;

- кормовую оконечность 4 с плавными обводами, характерными для водоизмещающих тримаранов, со средним основным тримаранным корпусом 5, двумя побортно расположенными аутригерами 6 и двумя туннелями 7 между этими корпусами;

- зону плавного перехода 3 от однокорпусных обводов носовой оконечности 2 к тримаранным обводам кормовой оконечности 4.

Плавный переход от однокорпусных обводов носовой оконечности 2 к тримаранным обводам кормовой оконечности 4 образован (фиг. 1-5) за счет непрерывности внешних бортов 8 и палубы (палуб) 9 судна, а также подъема двух симметрично расположенных относительно диаметральной плоскости судна боковых участков днищевой части зоны перехода обводов 3, образующих внутренние подзоры 10, от носовой оконечности 2 до уровня действующей ватерлинии 11 в каждом из туннелей 7. Внутренние подзоры 10 заканчиваются внутренними транцами 12 правого и левого бортов (фиг. 1, 2, 5).

Палуба (палубы) 9 судна в тримаранной кормовой оконечности 4 образует (образуют) соединительный мост 13 (фиг. 2, 4, 5, 15), конструктивно скрепляющий средний основной тримаранный корпус 5 и аутригеры 6. Туннели 7 тримаранной кормовой оконечности 4 (фиг. 1, 3, 6-8, 15) образованы внутренними бортами 14 аутригеров 6, бортами 15 среднего основного корпуса 5 и палубой (нижней из палуб) 9 судна. Внешние борта аутригеров 6 являются единой конструкцией с бортами 8 остальной части судна и плавным их продолжением, а килевые линии 16 аутригеров 6 плавно переходят в линии батоксов 17 в зоне перехода обводов 3, образованных пересечением вертикальной плоскости, проходящей через килевые линии 16 аутригеров 6, с обшивкой борта 8 (фиг. 2).

На представленной на фиг. 5 схеме продольного разреза корпуса судна 1 по средней части туннеля 7 левого борта в тримаранной кормовой оконечности 4 (по плоскости А-А на фиг. 3) показано, что сечение по внутреннему подзору 10 в зоне перехода обводов 3 на границе с однокорпусной носовой оконечностью 2 переходит в линию батокса 18 на обшивке борта 8 этой оконечности. На этой схеме также показано, что килевая линия 16 аутригера 6 плавно переходит в батокс 17 на обшивке борта 8 (изображен штрихпунктирной линией). В данном варианте судна заглубление аутригеров 6 ограничено - их килевая линия 16 расположена выше основной плоскости судна 19.

Представленные на фиг. 6-9 схемы сечений корпуса по ватерлиниям В-В, С-С, D-D и основной плоскости 19, на фиг. 10-15 схемы поперечных сечений G-G, Н-Н, I-I, J-J, K-K, и L-L и на фиг 16 вид на транец 20 корпуса 1 судна-полутримарана характеризуют изменение принципиальных форм обводов, соответствующих зонам 2-4, по его высоте и длине. Указанные поперечные сечения относятся к представленному на фиг. 2-5, 15 варианту судна с двумя палубами 9, образующими соединительный мост 13, конструктивно связывающий основной средний корпус 5 и аутригеры 6 тримаранной кормовой оконечности 4. Реально в кормовой оконечности 4 может быть другое количество палуб 9.

Как видно из схем на фиг. 6-8, в соответствии с наклоном подзоров 10 длина туннелей 7 в зоне плавного перехода обводов 3 по мере увеличения заглубления ватерлиний В-В и С-С увеличивается в носовом направлении; при этом, как видно из схем поперечных сечений корпуса 1 на фиг. 14-13, высота их в районе внутреннего подзора 10 в носовом направлении уменьшается, и туннели 7 заканчиваются в месте перехода килевых линий 16 аутригеров 6 в батокс 17 на внешних бортах 8 в зоне плавного перехода обводов 3 (фиг. 2, 5). При дальнейшем увеличении заглубления ватерлиний, например, по D-D (фиг. 8), они образуют уступ на внутренних подзорах 10, где последние имеют сравнительно малые углы наклона по отношению к основной плоскости судна 19; этот уступ уменьшается по ширине в связи с сужением корпуса в носовом направлении и увеличением килеватости по мере приближения к основной плоскости 19. В точке исчезновения уступа ватерлинии на границе однокорпусной носовой оконечности 2 и зоны плавного перехода обводов 3 внутренний подзор также пропадает (фиг. 2), и обводы среднего основного тримаранного корпуса 5 плавно сливаются с обводами однокорпусной носовой оконечности, т.е. проходящая через эту точку ватерлиния плавно переходит с борта 15 среднего основного тримаранного корпуса 5 на борт 8 однокорпусной носовой оконечности. На уровне основной плоскости 19 имеется плавная ватерлиния (фиг. 9), относящаяся к тем зонам корпуса, которые имеют опору на эту плоскость.

На фиг. 10-16 показан характер изменения принципиальных форм обводов полутримарана по длине его корпуса в поперечных сечениях. Как видно из схем поперечных сечений на фиг. 10-11 (по G-G и Н-Н) в пределах зоны 2 носовой оконечности, эти сечения соответствуют традиционным однокорпусным обводам. На фиг. 12, относящейся к началу зоны плавного перехода обводов 3 (сечение I-I), видны участки подзора 10 в той части, где туннели 7 еще не образовались, на фиг. 13 и 14 (сечения по J-J и K-K) показано постепенное образование туннелей 7 за счет появления участков аутригеров, а на фиг. 15 (сечение по L-L в зоне 4 тримаранной кормовой оконечности) туннели 7 образованы по высоте полностью. На фиг. 16 виден выход туннелей 7 на транец судна 20.

На фиг. 1-6, 16 представлен вариант тримаранной кормовой конечности 4 с единым транцем 20, расположенным в одной поперечной плоскости, однако средний основной корпус 5 и аутригеры 6 могут иметь разную протяженность и заканчиваться транцами, расположенными в разных поперечных плоскостях (этот вариант графически не представлен). В районе транца участки элементов тримаранной кормовой оконечности среднего основного корпуса 5 и аутригеров 6 имеют соответственно подзоры 21 и 22 для размещения движителей и обеспечения благоприятного схода с кормы потока воды.

Необходимость использовать туннели 7 для различного функционального назначения может потребовать обеспечения к ним доступа, что может быть реализовано с помощью соответствующих люковых закрытий в палубах 9 (на рисунках не показаны). При отсутствии необходимости использовать туннели 7 по какому-либо функциональному назначению палубы 9 в тримаранной кормовой оконечности 4 могут быть сплошными. Однокорпусная носовая оконечность 2 может иметь бульб 23, широко используемый на традиционных однокорпусных судах (на фиг. 2 и 4 показан условной штрихпунктирной линией).

Аутригеры 6, кроме отмеченной выше возможности размещения в них при необходимости движителей и их приводов, могут использоваться для размещения цистерн различного назначения (топливных, водяных).

Существенные положительные отличия полутримаранов от традиционных водоизмещающих однокорпусных судов и тримаранов при достижении сформулированных выше целей настоящего технического предложения в части мореходности, общего расположения оборудования и помещений, остойчивости и ходкости обеспечиваются при длине тримаранной части корпуса 4 не менее 25% от длины судна по КВЛ и не меньшей длине зоны плавного перехода 3. При этом в типичном случае ширина основного среднего корпуса 5 составляет 55-64% (но не менее 50%), аутригеров 6-10% (но не менее 5%), туннелей 7 - по 10-15% (но не менее 8%), каждый от ширины корпуса судна по КВЛ.

Взаимодействие носовой оконечности 2 водоизмещающих судов-полутримаранов с волнами аналогично традиционным водоизмещающим однокорпусным судам, а обтекание водой кормовой оконечности 4 в существенной степени приближается к обтеканию элементов корпуса тримарана, имеющих большое удлинение. При этом использование в кормовой оконечности тримаранной формы при соответствующих геометрических характеристиках и разносе аутригеров 6 по ширине может обеспечить судну характерные для тримаранов повышенную остойчивость и благоприятные гидродинамические характеристики. Характер возмущающих сил, возникающих на корпусе судов-полутримаранов, обеспечивает более благоприятные, чем у тримаранов, периоды и амплитуды бортовой и килевой качек, более близкие к таковым у однокорпусных судов. Отсутствует слеминг соединительных мостов 13 при развитом волнении, что облегчает обеспечение прочности корпуса.

Особенностью полутримаранной формы обводов корпуса является их сравнительно малый коэффициент общей полноты, что позволяет обеспечить судам-полутримаранам ряд конструктивных преимуществ. Например, для среднескоростных и быстроходных традиционных водоизмещающих однокорпусных судов коэффициенты общей полноты δ обычно находятся в пределах 0,54÷0,47, а для полутримаранов с длиной тримаранной части корпуса 25÷30% от КВЛ, не меньшей по длине переходной частью и указанными выше типичными относительными ширинами тримаранных корпусов коэффициенты общей полноты находятся в пределах 0,38÷0,32 соответственно. При этом при относительно малом увеличении водоизмещения полутримаранов за счет особенностей их обводов существенно возрастают главные размерения их корпусов, особенно увеличивается площадь верхней и других палуб, что, как правило, является положительным конструктивным моментом для большинства судов и кораблей в отношении размещения их оборудования, перевозимых грузов, жилых помещений, постов управления и других помещений. Возможность увеличения осадки при меньшем коэффициенте общей полноты может явиться положительным моментом для судов с подкильными гидроакустическими средствами подводного поиска, при необходимости размещения движителей увеличенного диаметра и в некоторых других случаях.

Для оценки влияния полутримаранной формы корпуса на изменение главных размерений по сравнению с традиционными водоизмещающими однокорпусными судами-аналогами примем, что для обеспечения размещения одинакового состава всех элементов оборудования и полезной нагрузки объемы корпусов сопоставляемых судов должны быть равны. При этом в нагрузке масс полутримарана учитывается некоторое увеличение массы корпуса с учетом специфики его обводов, которое для указанных выше относительных размеров характерных зон и элементов корпуса составляет 15-18%, что с учетом доли массы корпуса в общем весовом водоизмещении большинства судов приводит к увеличению водоизмещения не более чем на 7-9%:

где

Vn/m - объемное водоизмещение судна-полутримарана;

V1 - объемное водоизмещение судна-аналога с однокорпусной формой обводов;

Ln/m - длина корпуса полутримарана;

Bn/m - ширина корпуса полутримарана;

Tn/m - осадка корпуса полутримарана;

L1 - длина корпуса судна-аналога с однокорпусной формой обводов;

В1 - ширина корпуса судна-аналога с однокорпусной формой обводов;

Т1 - осадка корпуса судна-аналога с однокорпусной формой обводов;

δn/m - коэффициент общей полноты корпуса полутримарана;

δ1 - коэффициент общей полноты корпуса судна-аналога с однокорпусной формой обводов.

При условном сохранении равенства соотношений главных размерений корпуса судна-аналога с однокорпусной формой обводов и корпуса полутримарана:

где М - масштаб преобразования главных размерений полутримарана по сравнению с судном-аналогом, имеющим однокорпусную форму обводов. Тогда для формулы (1) получим выражение:

С учетом приведенных выше диапазонов коэффициентов общей полноты сопоставляемых среднескоростных и быстроходных водоизмещающих судов получим масштаб увеличения главных размерений полутримарана:

Таким образом, главные размерения полутримарана с объемом корпуса и соотношением главных размерений, равными таковым для среднескоростных и быстроходных водоизмещающих однокорпусных судов-аналогов, должны быть больше на 15÷17%. При этом площадь верхней и других палуб полутримарана для размещения оборудования и помещений увеличивается существенно (пропорционально квадрату масштаба М2) - на 32÷37%, а возможность заглубления гидроакустической станции увеличивается на 15÷17%. В результате на судне-полутримаране улучшаются возможности для размещения оборудования, что в ряде случаев может компенсировать сравнительно небольшое увеличение его водоизмещения в связи со спецификой обводов.

Оценку влияния полутримаранной формы корпуса на поперечную остойчивость судна выполним при тех же условиях в части равенства объемов и соотношения главных размерений корпуса с сопоставляемым однокорпусным судном-аналогом. Как показывают выполненные расчеты, при этом расстояние по вертикали между центром величины погруженного объема с аппликатой zc и центром тяжести корпуса с аппликатой zg для полутримарана по сравнению с однокорпусным судном изменится достаточно мало, поэтому поперечная остойчивость сопоставляемых судов в основном будет определяться соотношением поперечных метацентрических радиусов r. Известно, что поперечный метацентрический радиус может быть представлен выражением (см. С.Н. Благовещенский, А.Н. Холодилин. Справочник по статике и динамике корабля. - Л., «Судостроение», 1975 г., с. 59):

где

k - статистический коэффициент, зависящий от типа кормы;

α - коэффициент полноты действующей ватерлинии;

δ - коэффициент общей полноты корпуса по действующую ватерлинию.

Обозначим поперечные метацентрические радиусы судна-аналога с однокорпусными обводами и полутримарана соответственно r1 и rn/m, тогда с учетом формулы (2) и незначительного изменения коэффициентов k для сопоставляемых судов соотношение их метацентрических радиусов можно оценить по формуле:

где

r1 - поперечный метацентрический радиус однокорпусного судна-аналога;

rn/m - поперечный метацентрический радиус полутримарана;

I1 - момент инерции действующей ватерлинии однокорпусного судна-аналога;

Im - момент инерции действующей ватерлинии полутримарана;

α1 - коэффициент полноты действующей ватерлинии однокорпусного судна-аналога;

αn/m - коэффициент полноты действующей ватерлинии полутриамарана.

Исходя из условия о равенстве соотношений главных размерений корпусов сопоставляемых судов составляющие формулы (3) можно выразить:

,

Тогда для формулы (3) получим выражение:

Известно, что для среднескоростных и быстроходных водоизмещающих судов-аналогов с однокорпусной формой обводов соответственно α1=0,80÷0,74. Для близких по скоростным режимам полутримаранов, при принятых для них выше относительных протяженностях характерных зон, в зависимости от принимаемой ширины элементов тримаранных корпусов 5 и 6 кормовой оконечности 4 и расстояний между ними, обеспечивается соответственно αn/m=0,65÷0,58. С учетом приведенных выше диапазонов коэффициентов общей полноты δ1=0,54÷0,47 и δn/m=0,38÷0,32 для выражения (4) получим:

Таким образом, на данном примере показано, что при принятых условиях характеризующий поперечную остойчивость поперечный метацентрический радиус среднескоростных и быстроходных водоизмещающих полутримаранов будет несколько больше, чем у сопоставимых водоизмещающих однокорпусных судов-аналогов, рассчитанных для тех же диапазонов скоростей. При этом в связи с ограниченными размерами, большим удлинением и отсутствием самостоятельной носовой оконечности аутригеров 6 тримаранной кормовой оконечности 4 воздействующие на них в условиях хода на волнении возмущающие силы также будут сравнительно невелики, так что бортовая качка полутримаранов будет близка по характеристикам к бортовой качке однокорпусных судов-аналогов. Меньшие коэффициенты полноты действующей ватерлинии полутримаранов и характер распределения ее площади по длине также подтверждают, что возмущающие силы и определяемая ими продольная качка таких судов будут несколько меньше и в целом близки к таковым для однокорпусных судов.

Оценки влияния полутримаранной формы корпуса на главные размерения и поперечную остойчивость, подобные выполненным выше, по сравнению с тихоходными водоизмещающими однокорпусными судами также показывают существенное увеличение площади верхней и других палуб, осадки и некоторое повышение поперечной остойчивости полутримаранов. При этом в связи с тем, что часть площади действующей ватерлинии, расположенная вблизи диаметральной плоскости корпуса судна, вносит в обеспечение его поперечной остойчивости незначительную долю, при характерной для полутримарана форме ватерлинии существенное повышение его поперечной остойчивости, при необходимости, может быть обеспечено значительно меньшим увеличением ширины его корпуса 1 по сравнению с обычным однокорпусным судном или увеличением ширины только аутригеров 6 тримаранной кормовой оконечности 4.

Из приведенных выше задач настоящего технического решения приоритетными являются задачи, решение которых по сравнению с аналогами - традиционными водоизмещающими однокорпусными судами и тримаранами обеспечивает судам с предлагаемой формой корпуса получение указанных выше преимуществ в части мореходности, новых компоновочных возможностей и различного функционального использования туннелей 7 между тримаранными корпусами кормовой оконечности 4. Однако предполагается также возможность обеспечения для полутримаранов некоторых преимуществ по ходкости по сравнению с традиционными однокорпусными судами сопоставимого водоизмещения и удлинения при указанных выше типичных протяженностях характерных зон 2, 3 и 4 и соотношениях размеров тримаранных корпусов 5 и 6 кормовой оконечности 4 на относительных скоростях хода с числами Фруда более определенного значения - предположительно Fn>0,25. До указанного предполагаемого значения относительной скорости сопротивление движению корпусов полутримаранов будет несколько выше, чем у сопоставимых однокорпусных судов, из-за большего сопротивления трения в связи с большей на 25-30% смоченной поверхностью обшивки. По мере возрастания скорости хода сопротивление полутримаранов движению станет меньше, чем у сопоставимых однокорпусных судов, благодаря сравнительно более низкому остаточному сопротивлению, прежде всего за счет меньшего волнового сопротивления.

Указанное снижение остаточного сопротивления соответствует увеличенному расчетному относительному удлинению полутримаранов по сравнению с однокорпусными судами при сохранении соотношения главных размерений и водоизмещения сопоставляемых судов:

, , где

ln/m - относительное удлинение корпуса полутримарана,

l1 - относительное удлинение однокорпусного судна.

. При равных объемах корпусов сопоставляемых судов с учетом выведенного выше соотношения объемных водоизмещении (1):

Увеличение расчетного относительного удлинения на около 13% позволяет ожидать снижение остаточного сопротивления полутримарана по сравнению с сопоставляемым однокорпусным судном на относительных скоростях при числах Фруда по длине корпуса Fn≈0,35-0,40 и более на 15-20%, что достаточно существенно. Кроме указанного сравнительного снижения остаточного сопротивления полутримарана за счет увеличения расчетного относительного удлинения корпуса, можно ожидать дополнительного уменьшения остаточного сопротивления за счет возможности перетекания воды из зоны повышенного давления в носовой однокорпусной оконечности 2 через зону плавного перехода обводов 3 в зону с меньшим давлением между тримаранными корпусами 5 и 6 по туннелям 7 кормовой оконечности 4. Положительный эффект от возможности перетекания воды из зоны с повышенным давлением в зону с пониженным давлением проявляется на всех скоростях, однако в связи с большей смоченной поверхностью корпуса полутримаранов их преимущество по отношению к сопоставимым однокорпусным судам по общему сопротивлению движению начинается с определенных скоростей лишь за счет сравнительно меньшего волнового сопротивления.

Таким образом, выполненные оценки характеристик судов-полутримаранов в части мореходности, ходкости на развитом волнении, остойчивости и размещения оборудования и помещений подтверждают потенциальные возможности достижения поставленных целей в части объединения преимуществ и исключения недостатков рассматриваемых аналогов - тримаранов и традиционных однокорпусных судов при использовании разработанной новой архитектуры корпуса. Кроме того, эта форма корпуса может оказаться целесообразной по отдельным эксплуатационным условиям, например, для обеспечения спуска на воду каких-либо забортных частей оборудования, подводных аппаратов различного назначения и других средств через защищенные от прямого воздействия волн туннели между тримаранными корпусами кормовой оконечности корпуса, которая при этом находится в зоне минимальных перемещений и ускорений, возникающих при качке.

Оценки потенциальных возможностей судов-полутримаранов в части мореходности и ходкости также показывают целесообразность определения экспериментальным путем области соотношений характеристик их формы, диапазонов относительных скоростей хода и параметров морского волнения, при которых разработанная форма обводов корпуса будет иметь преимущества по отношению к традиционным обводам соответствующих однокорпусных судов.

1. Корпус водоизмещающего судна-полутримарана, отличающийся тем, что он имеет однокорпусную носовую оконечность, тримаранную кормовую оконечность и зону взаимного перехода обводов этих оконечностей, причем элементы тримаранной кормовой оконечности включают средний основной корпус и два побортно расположенных аутригера, разделенные между собой туннелями, имеющие кормовые подзоры и заканчивающиеся транцем (транцами), однокорпусная носовая оконечность и указанные элементы тримаранной кормовой оконечности в своих поперечных сечениях имеют плавные обводы, соответствующие водоизмещающему режиму движения, в зоне взаимного перехода обводов указанных оконечностей обеспечено плавное сочетание их внешних бортов и палубы (палуб), а днище включает два симметрично расположенных относительно диаметральной плоскости корпуса судна боковых участка, плавно поднимающихся по длине судна от однокорпусной носовой оконечности к действующей ватерлинии в туннелях между элементами тримаранной кормовой оконечности и образующих внутренние подзоры днища, ограниченные внутренними транцами.

2. Корпус водоизмещающего судна-полутримарана по п. 1, отличающийся тем, что длины тримаранной кормовой оконечности и зоны перехода обводов составляют не менее 25% от длины действующей ватерлинии каждая, ширина основного среднего корпуса тримаранной кормовой оконечности составляет не менее 50%, аутригеров - не менее 5%, туннелей - не менее 8% каждый от ширины корпуса судна по конструктивной ватерлинии.

3. Корпус водоизмещающего судна-полутримарана по п. 1, отличающийся тем, что палуба (палубы) тримаранной кормовой оконечности образует (образуют) мост, конструктивно соединяющий средний основной корпус и аутригеры.

4. Корпус водоизмещающего судна-полутримарана по п. 1, отличающийся тем, что средний основной корпус и аутригеры тримаранной кормовой оконечности имеют единый транец, расположенный в одной поперечной плоскости.

5. Корпус водоизмещающего судна-полутримарана по п. 1, отличающийся тем, что средний основной корпус и аутригеры тримаранной кормовой оконечности имеют транцы, расположенные в разных поперечных плоскостях.

6. Корпус водоизмещающего судна-полутримарана по п. 1, отличающийся тем, что однокорпусная носовая оконечность выполнена с бульбом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса создания разрушающих лед технических средств, работающих в сочетании с ледоколом, для формирования канала для сбора разливов нефти механическим способом.

Изобретение относится к области судостроения и касается конструирования бульбообразной носовой оконечности судна. Предлагается лидирующую оконечность носового бульба подводной части корпуса судна в горизонтальных продольных сечениях выполнять по дуге окружностей радиусом RГ и углом L кругового сектора полуконтакта, равным углу φВ внутреннего трения воды на глубине h (см) от свободной поверхности, L°=φ°В=arctg[1-Св/(γВ·h)]=arctg[1-(0,28/h)], где Св =274,642·10-6 (кг/см2) - удельное сцепление воды, γВ=981·10-6(кг/см3) - удельный вес воды, а в вертикальных продольных сечениях - по дуге окружностей радиусом Rв с углом β кругового сектора полуконтакта, равным углу φВ внутреннего трения воды на глубине h>80 см, β°=φ°В=45°.

Изобретение относится к средствам маскировки судов, преимущественно подводных. Для маскировки подводного аппарата изменяют плотность воды в следе аппарата.

Изобретение относится к области водного транспорта и может быть использовано при проектировании, строительстве и эксплуатации судов. Судно переднеприводное с аэродинамической разгрузкой выполнено продольно-сочлененным, двухкорпусным.

Изобретение относится к области судостроения и касается судов, имеющих подводные крылья. Предложен корпус судна, содержащий водонепроницаемую стенку с нанесенной ватерлинией, расположенные в его носовом и кормовом участках подводные крылья, которые прикреплены непосредственно к стенке, выполнены плоскими, имеют дугообразную/стреловидную/треугольную форму и расположены одно над другим/со смещением одного относительно другого.

Изобретение относится к области судостроения и касается проектирования обводов носовой оконечности грузовых судов с коэффициентом общей полноты около 0,94. Предложена носовая оконечность судна смешанного плавания, имеющая шпангоуты U-образной формы.

Изобретение относится к области судостроения и касается судов на подводных крыльях. Предложен корпус судна, содержащий водонепроницаемую стенку с нанесенной ватерлинией, разделяющей ее на надводную и подводную части, на стенке между носовым и кормовым участками с каждого борта установлено по меньшей мере одно расположенное наклонно по отношению к ватерлинии подводное крыло с возможностью его поворота из рабочего состояния в нерабочее и наоборот.

Изобретение относится к области судостроения и касается модульных плавучих конструкций для различного типа сооружений. Предложена модульная полупогружная конструкция 1, содержащая платформу для размещения на борту различных типов сооружений вблизи морского побережья или берегов озер и рек.

Изобретение относится к области судостроения и касается конструирования корпуса судна туннельно-скегового типа. Корпус судна имеет надводный корпус и подводный корпус, имеющий криволинейные борта ниже конструктивной ватерлинии, сходящиеся к носу.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к судам с лопастными гребными колёсами. Корма судна с лопастными гребными колёсами выполнена в виде двух сквозных водопроточных каналов, разделяющих днище на три водоизмещающих секции.

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов улучшения гидродинамических, технико-эксплуатационных и экологических качеств транспортных судов. Предложено водоизмещающее судно с воздушной каверной на днище, содержащее выемку в последнем, которая ограничена носовым реданом, бортовыми килями и кормовой наклонной пластиной, включающее систему образования каверны, состоящую из источника принудительной подачи воздуха и системы воздушных трактов. Воздушные тракты выполнены в поперечном сечении в форме трапеции, наклонные части которых оборудованы отверстиями с шагом t>=0,1 В, где B - ширина корпуса, обеспечивающими поперечную подачу воздуха от источника в полость выемки для создания сплошной воздушной каверны. Технический результат заключается в повышении надежности системы образования воздушной каверны и, соответственно, более эффективном снижении гидродинамического сопротивления движению судна. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области гидроавиации и касается конструкций корпусов для уменьшения сопротивления при движении высокоскоростных низкосидящих, повышенной килеватости морских судов по водной поверхности. Устройство для снижения гидродинамического сопротивления корпуса гидросамолета при взлете с водной поверхности содержит бортовые и днищевые скеги, расположенные за реданом, между которыми образуются воздушные полости. При этом бортовые скеги выполнены подвижными посредством установленных в корпусе гидросамолета планетарных электромеханизмов. Воздухопровод состоит из основного воздухопровода, расположенного внутри конструкции, и его наружной части - воздушного коллектора, который выполнен повторяющим форму днища. Достигается повышение эксплуатационных характеристик устройства путем снижения гидродинамического сопротивления корпуса гидросамолета, исключая влияние состояния водной поверхности за счет одновременного применения «воздушной смазки» и «воздушной подушки». 4 ил.

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса проектирования обводов носовой оконечности корпуса судна. Предложена форма надводной части носовой оконечности судна, образованной поверхностями правого и левого бортов, соединяющимися у форштевня, ограниченной снизу конструктивной ватерлинией судна, представляющей собой носовое заострение корпуса судна выше ватерлинии и имеющей полные носовые обводы. Борта носовой оконечности судна в его надводной части в интервале от конструктивной ватерлинии до уровня верхней кромки поверхности борта судна выполнены в виде симметричных относительно диаметральной плоскости поверхностей скоса борта, ватерлинии теоретического чертежа которых, начиная от половинного теоретического шпангоута и далее в корму на всем протяжении носовой оконечности, во всех своих точках имеют угол наклона к диаметральной плоскости судна не более 60о. Технический результат заключается в улучшении мореходных качеств судна с полными носовыми обводами в надводной части носовой оконечности в условиях интенсивного морского волнения при одновременном снижении интенсивности обледенения. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к системе транспортировки криогенной текучей среды на шельфе. Плавучая конструкция находится на поверхности моря и содержит установки для обработки. Плавучий танкер находится на поверхности моря и транспортирует криогенные текучие среды из одного месторасположения в другое. По меньшей мере одна криогенная линия перекачки проходит от кормы плавучей конструкции к носу плавучего танкера для переноса криогенных текучих сред от одной к другому. По меньшей мере одна линия возврата испарений проходит от кормы плавучей конструкции к носу плавучего танкера для переноса испарившегося газа от плавучего танкера к плавучей конструкции. Нос плавучего танкера снабжен дополнительным уровнем, содержащим палубу подключения текучей среды, размещенную сверху носовой верхней палубы. Плавучий танкер снабжен коффердамом. Достигается оптимизация расстояния между линиями перекачки и средством швартовки, использованным для швартовки судов в тандемной конфигурации. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к водному транспорту, а именно к судам с подводными крыльями. Средство водного транспорта содержит по меньшей мере одно подводное крыло, регулируемое по высоте. Предусмотрена выемка, которая принимает подводное крыло в положении, находящемся в области корпуса. Подводное крыло закреплено на рычаге с возможностью поворота вокруг продольной оси и/или расположено с возможностью телескопического выдвижения в аксиальном направлении. На рычаге расположен приводной элемент. Выемка принимает этот приводной элемент и имеет проточные каналы для притока и оттока приводного элемента. Достигается минимизация повреждений при вдвинутом крыле, увеличение надёжности, невосприимчивость конструкции в отношении возможных препятствий и увеличение манёвренности. 11 з.п. ф-лы, 38 ил.

Изобретение относится к области кораблестроения, в основном к сторожевым кораблям и эсминцам. Предложенный корабль представляет собой два корпуса с транцевой кормой, соединенные кормами с помощью управляемого временного крепления. Каждый корпус имеет вертикальный колодец с подвижно вставленным в него цилиндром, причем в цилиндре размещен двигатель/двигатели, двухступенчатый редуктор и плавник с гребным винтом. В качестве движителей для силовых установок полного хода используются водометы, или полупогруженные винты, или приводы Арнесона, или угловые колонки, или воздушные винты. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к водному судну, имеющему улучшенные характеристики для передвижения во льдах, в частности к ледоколу, судну снабжения, грузовому судну или соответствующему судну, имеющему корпус (1), содержащий в кормовой части установку, обеспечивающую продвижение и управление по курсу и содержащую по меньшей мере один выступ (8, 9), выполненный наподобие скега, в котором расположено по меньшей мере одно лопастное устройство (10, 11). Выступы (8, 9), выполненные наподобие скегов, содержат два узла, размещенные с различных сторон от центровой линии корпуса. Лопастное устройство (10, 11) расположено в кормовом конце выступа (8, 9), выполненного наподобие скега. Кроме того, выступ (8, 9), выполненный наподобие скега, имеет между лопастным устройством (10, 11) и корпусом водного судна, в продольном направлении на выступе, выполненном наподобие скега, одно или большее количество подруливающих устройств (12, 12', 12") для обеспечения потока воды в целом поперечно относительно корпуса (1). Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик судна в ледовых условиях. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Система для управления движением для скоростных судов содержит пульт индикации и управления с видеоконтроллером, две группы датчиков динамических перемещений судна положения органов управления, носовые и кормовые двухканальные исполнительные приводы рулевых поверхностей судна, два вычислителя нижнего управления, размещенные в пульте индикации и управления, неблокирующий коммутатор транзакций на основе программируемой пользователем вентильной матрицы FPGA, соединенные определенным образом радиальными каналами связи. Обеспечивается повышение безопасности, отказоустойчивости и живучести системы управления движением судна. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к амфибийным транспортным средствам и касается мореходных скоростных амфибий с изменяемой поверхностью глиссирования. Амфибийное транспортное средство содержит водоизмещающий корпус, силовую установку, трансмиссию, сухопутный и водоходный движители, установленные по бортам силовые цилиндры, связанные со средствами управления. При этом амфибийное транспортное средство также содержит два боковых щитка по бортам корпуса, выполненных с возможностью изменения своего положения относительно корпуса машины, и две управляемые гидродинамические поверхности на кормовых оконечностях боковых щитков, которые могут изменять свое положение относительно основной поверхности. Достигается уменьшение гидродинамического сопротивления, уменьшение потребной мощности при выходе на режим глиссирования, управление дифферентом и креном. 5 ил.

Изобретение относится к области судостроения и касается конструирования водоизмещающего судна с воздушной каверной на днище и гребным винтом, расположенным в диаметральной плоскости судна. Предложено самоходное судна с выемкой на днище, предназначенной для образования единой воздушной каверны, начинающейся с редана в носовой части и ограниченной скегами по бортам и кормовым сводом в виде наклонной плоскости. Полость выемки сообщена с источником воздуха повышенного давления, а внутри выемки размещены продольные кили для ограничения поперечного перемещения воздуха и поперек расположенные козырьки в виде наклонных пластин, следующих друг за другом вниз по потоку. В задней части кормового свода симметрично диаметральной плоскости судна установлена обтекаемая наделка стреловидной формы в плане, предназначенная для защиты гребного винта судна от проникновения на него воздуха, выходящего из единой воздушной каверны. Технический результат заключается в повышении эффективности судна с воздушной каверной на днище. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх