Успокоитель качки судна
Владельцы патента RU 2621407:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области судостроения, в частности к проектированию успокоителей продольной и бортовой качки судов. Предложен успокоитель качки судна, содержащий крылья-стабилизаторы, закрепленные на выполненном с выемками на носовой оконечности корпусе судна, снабженные упругими элементами для прижима к корпусу при всплытии и закрепленные над выемками с образованием сообщающихся с внешней средой объемов с возможностью отклонения от корпуса под действием гидродинамической силы, возникающей при погружении носовой оконечности корпуса, при этом объемы в выемках на носовой оконечности выполнены сообщающимися между собой, а сообщение объемов в выемках с внешней средой установлено через обратные клапаны. За счет обеспечения синхронности открытия крыльев-стабилизаторов предотвращается возникновение кренящего момента и опрокидывание судна, что повышает безопасность мореплавания. 3 ил.
Изобретение относится к области судостроения и касается успокоителей продольной и бортовой качки судов.
Известны пассивные успокоители качки, включающие установленное на скуловом закруглении корпуса судна крыльевое устройство малого удлинения в виде скулового (бокового) киля, представляющего наружные продольные листовые или профильные связи (А.Н. Холодилин, А.Н. Шмырев. Мореходность и стабилизация судов на волнении. Справочник, Л.: Судостроение, 1976, с. 157-169). Эти связи образуют стенку киля, к свободной кромке которой прикрепляются обделки в виде трубчатого, пруткового или полособульбового профилей (по ОСТ5Р. 1194-95), либо в виде гнутой пластины с поперечным сечением в форме равнобокого угольника. Последняя жестко прикреплена к стенке киля. Обычно протяженность в поперечном направлении (высота стенки) успокоителя качки назначается максимально возможной, при которой успокоитель не выходит за габариты судна.
Недостатком данных успокоителей качки является то, что они не препятствуют погружению в воду носовой оконечности судна вследствие килевой качки.
Известны успокоители качки, выполняемые в виде крыльев-стабилизаторов, устанавливаемых на корпусе по бортам (В.В. Ишков. Метод расчета нагрузок, определяющих прочность скоростных судов с крыльями-стабилизаторами качки. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.08.01 - Теория корабля и строительная механика. - СПб.: ЦНИИ им. Акад. А.Н. Крылова, 2011, с. 4-6), позволяющие снижать амплитуды килевой, вертикальной и бортовой качки судна, повышая тем самым его мореходные качества.
Недостатком данных успокоителей качки является то, что они препятствуют как погружению в воду носовой оконечности судна, так и ее всплытию, что может в штормовых условиях на встречном волнении привести к захвату носа судна волной и падению метацентрической высоты [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И., Прохнич В.П. Управление и принятие решений при контроле эксплуатационной прочности судна на основе современной теории катастроф // Морские интеллектуальные технологии. - №1(19), 2013. - С. 7-14]. Захват носовой оконечности волной означает, что при сильном заливании палубы она работает в подводном положении как крыло, обтекаемое потоком жидкости, в результате чего на плоских поверхностях возникает равнодействующая сил давления, определяющаяся углом атаки и скоростью набегающей жидкости. При этом положение усугубляется дополнительно установленными крыльями-стабилизаторами, увеличивающими площадь обтекаемой поверхности. Это обтекание неустойчиво, в результате чего равнодействующая может в любой момент сместиться в сторону от диаметральной плоскости и вызвать сильный крен или опрокидывание судна, либо вызвать разрушение корпуса в случае отсутствия смещения равнодействующей из диаметральной плоскости.
В качестве ближайшего аналога принят успокоитель качки судна, содержащий крылья-стабилизаторы, закрепленные на корпусе судна, причем корпус выполнен с выемками на носовой оконечности, а каждое крыло-стабилизатор закреплено над выемкой с образованием сообщающегося с внешней средой объема, и с возможностью отклонения от корпуса под действием гидродинамической силы, возникающей при погружении носовой оконечности корпуса, кроме того, крыло-стабилизатор снабжено упругим элементом для прижима к корпусу при всплытии (Патент РФ на изобретение №2582328, МПК В63В 39/06, В63В 1/16, В63В 3/44, опубл. 20.04.2016).
Существенным недостатком данного успокоителя качки является то, что из-за несимметричности обтекания корпуса при погружении носовой оконечности в воду возможно возникновение ситуации, при которой открытие крыла-стабилизатора осуществляется лишь с одной стороны корпуса, а крыло-стабилизатор с другой стороны корпуса остается прижатым к нему. В этом случае на корпус судна со стороны открытого крыла-стабилизатора будет действовать кренящий момент, который может опрокинуть судно.
Изобретение решает задачу повышения безопасности мореплавания, исключая появление дополнительного кренящего момента за счет синхронизации открытия крыльев-стабилизаторов при погружении носовой оконечности в воду путем выравнивания давления в выемках на носовой оконечности в начальной фазе открытия крыла-стабилизатора.
Для получения необходимого технического результата в успокоителе качки судна, содержащем крылья-стабилизаторы, закрепленные на выполненном с выемками на носовой оконечности корпусе судна, снабженные упругими элементами для прижима к корпусу при всплытии и закрепленные над выемками с образованием сообщающихся с внешней средой объемов с возможностью отклонения от корпуса под действием гидродинамической силы, возникающей при погружении носовой оконечности корпуса, предлагается объемы в выемках на носовой оконечности выполнить сообщающимися между собой, а сообщение объемов в выемках с внешней средой установить через обратные клапаны.
В предлагаемом техническом решении при погружении носовой оконечности в воду она заходит через шпигаты в выемку на носовой оконечности, давление в ней повышается и через трубопровод передается в выемку на носовой оконечности, расположенную на противоположном борту, причем обратные клапаны препятствуют выходу воды через шпигаты в окружающую среду, благодаря чему синхронизируется открытие крыльев-стабилизаторов на обоих бортах и исключается возникновение кренящего момента.
На прилагаемых графических материалах изображено:
на фиг. 1 - поперечный разрез корпуса судна с успокоителем качки в закрытом состоянии;
на фиг. 2 - поперечный разрез корпуса судна с успокоителем качки в открытом состоянии;
на фиг. 3 - узел I на фиг. 1.
На графических материалах приняты следующие обозначения:
1 - шпигат;
2 - крыло-стабилизатор;
3 - выемка на носовой оконечности;
4 - упругий элемент;
5 - шарнир;
6 - корпус судна;
7 - обратный клапан;
8 - трубопровод.
Конструкция успокоителя качки судна состоит из шпигатов 1, снабженных обратными клапанами 7, крыльев-стабилизаторов 2, оснащенных упругими элементами 4 и закрепленных при помощи шарниров 5 на корпусе судна 6, содержащем сообщающиеся между собой за счет трубопровода 8 выемки на носовой оконечности 3.
Успокоитель качки судна работает следующим образом. Если при движении судна в условиях сильного встречного волнения происходит погружение в воду носовой оконечности корпуса судна 6, то вода через шпигаты 1 поступает в выемку на носовой оконечности 3 корпуса судна 6, закрытую с внешней стороны крылом-стабилизатором 2. При этом обратные клапаны 7, установленные в шпигатах 1, позволяют воде беспрепятственно поступать в выемки на носовой оконечности 3, но препятствуют ее движению в обратном направлении. За счет поступления воды в выемке на носовой оконечности 3 создается избыточное давление, которое по трубопроводу 8 передается в выемку на носовой оконечности 3 с противоположного борта, что приводит к выравниваю давлений на крылья-стабилизаторы 2, расположенные на обоих бортах. Равное давление, действующее на крылья-стабилизаторы 2, синхронно отклоняет их от первоначального положения вследствие поворота в шарнирах 5 с преодолением сопротивления упругих элементов 4. При отклонении крыльев-стабилизаторов от первоначального положения и движении носовой оконечности корпуса судна 6 вниз на крылья-стабилизаторы 2 начинает действовать гидродинамическая сила, вызывающая их дальнейшее отклонение до тех пор, пока они не перейдет в крайнее положение, представленное на фиг. 2. Одновременное открытие крыльев-стабилизаторов левого и правого борта позволяет исключить появление кренящего момента, вызванного открытием крыла-стабилизатора лишь с одного борта, что может иметь место в конструкции ближайшего аналога вследствие несимметричности обтекания носовой оконечности при ее погружении в воду. Если носовая оконечность корпуса судна 6 начинает всплывать, то под действием гидродинамической силы, направленной вниз, а также из-за реакций упругих элементов 4, находящихся в растянутом состоянии, крылья-стабилизаторы 2 прижимаются к корпусу судна 6, в результате чего уменьшается сопротивление воды всплытию судна и гидродинамическая сила, действующая на носовую оконечность корпуса судна 6.
Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет уменьшить качку судна, снизить вероятность захвата волной носовой оконечности, и при этом предотвратить появление кренящего момента и опрокидывание судна, и, следовательно, повысить безопасность мореплавания.
Успокоитель качки судна, содержащий крылья-стабилизаторы, закрепленные на выполненном с выемками на носовой оконечности корпусе судна, снабженные упругими элементами для прижима к корпусу при всплытии и закрепленные над выемками с образованием сообщающихся с внешней средой объемов с возможностью отклонения от корпуса под действием гидродинамической силы, возникающей при погружении носовой оконечности корпуса, отличающийся тем, что объемы в выемках на носовой оконечности выполнены сообщающимися между собой, а сообщение объемов в выемках с внешней средой установлено через обратные клапаны.
