Корпус судна

Изобретение относится к области судостроения, в частности к проектированию корпусов судов. Предложен корпус судна, представляющий собой непроницаемую оболочку, состоящую из тонких листов, которые подкреплены балками, выполненными из прокатных или составных сварных профилей, состоящий из основной части корпуса и булей. Буль с каждого борта выполнен из отдельных частей, а суммарная длина частей буля составляет не менее одной четверти длины судна. Отдельные части булей установлены на закрепленных на носовой оконечности корпуса осях с возможностью одновременного попарного поворота оппозитно расположенных частей булей. За счет ограничения величины гидродинамической силы, действующей на носовую оконечность корпуса судна в условиях шторма на встречном волнении, и предотвращения отрыва булей с возникновением кренящего момента исключается возможность опрокидывания судна, что повышает безопасность мореплавания. 5 ил.

 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к проектированию корпусов судов.

Известна конструкция передней части судна вытеснительного типа (RU 2374120, МПК В63В 1/06, опубл. 27.11.2009 г.) с поперечной симметрией относительно центральной оси, причем образующие линии корпуса увеличиваются по ширине от базовой линии. Низ является плоским или имеет килеватость и переходит в днище с заданным радиусом днища. От днища и до заданной высоты образующие линии немного наклонены наружу. На уровне палубы бака форма наклонной наружу линии прекращается и проходит вверх в виде изогнутой линии обратно в направлении центральной оси.

Данная конструкция обладает следующими недостатками:

• судно имеет большую парусность;

• рулевая рубка удалена от машинного отделения, что затрудняет прокладку кабельных трасс;

• плохие условия обитаемости;

• удары волн могут выбить иллюминаторы в рубке и привести к повреждению навигационного оборудования;

• при большой высоте волн они могут перехлестнуться через надстройку, при этом плоские поверхности палубы будут способствовать захвату носа судна волной [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е. Некоторые проблемы обеспечения общей прочности судов в чрезвычайных ситуациях // Труды Крыловского государственного научного центра - Вып. 82(366), 2014 - С. 21-30];

• плохая всхожесть на волну, т.к. из-за стройности ватерлинии судно врезается в волну, и она скручивается над носом и в сторону, в результате чего нос судна может быть захвачен волной, что приведет к гибели судна.

Известен корпус судна с завалом борта и обратным наклоном форштевня (US 6601529, В63В 3/00, опубл. 05.08.2003 г.).

Недостатком данной конструкции является низкая остойчивость судна, что может привести к его опрокидыванию и гибели экипажа. Это объясняется уменьшенной по сравнению с традиционной конструкцией площадью ватерлинии, особенно при прохождении гребней волн, а также невысокими значениями восстанавливающего момента, действующего на судно при его накренении, что обусловлено малой величиной погружаемых в воду объемов судна при наклонении.

Известен корпус судна, представляющий собой непроницаемую оболочку, состоящую из тонких листов, которые подкреплены балками, выполненными из прокатных или составных сварных профилей (Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. Л., Судостроение, 1981. - 552 с., с. 9-11, рисунок 1).

Данная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в возможности захвата носовой оконечности волной, что обусловлено наличием плоских поверхностей палубы и надстройки бака, вследствие чего может произойти падение метацентрической высоты и опрокидывание судна либо разрушение его корпуса [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е. Некоторые проблемы обеспечения общей прочности судов в чрезвычайных ситуациях // Труды Крыловского государственного научного центра - Вып. 82(366), 2014 - С. 21-30]. 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. Это обтекание неустойчиво, в результате чего равнодействующая может в любой момент сместиться в сторону от диаметральной плоскости и вызвать сильный крен или опрокидывание судна, а также разрушение его корпуса. Под действием равнодействующей гидродинамических сил дифферент судна растет, при этом наблюдается резкое снижение поперечной метацентрической высоты, что способствует опрокидыванию судна.

В качестве ближайшего аналога принят корпус судна, выполненный в виде непроницаемой оболочки, сформированной из наружной обшивки и балок набора, причем непроницаемая оболочка выполнена в виде основной части корпуса, имеющей в носовой оконечности завал борта и обратный наклон форштевня, и булей, формирующих плоскую поверхность палубы и обеспечивающих развал борта в носовой оконечности, кроме того, в носовой оконечности основной части корпуса размещены гидроцилиндры, штоки которых связаны с булями, установленными с возможностью смещения по направлению к миделю судна (RU 2672225, МПК В63В 1/06, В63В 43/02, опубл. 12.11.2018 г.).

Данная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что на плоские поверхности булей в условиях штормового моря на развитом волнении будут действовать значительные гидродинамические нагрузки, что может привести к их отрыву от основной части корпуса. При этом в случае отрыва одного из булей корпус судна станет несимметричным относительно диаметральной плоскости, в результате чего на судно будет действовать дополнительный кренящий момент, что может привести к его опрокидыванию.

Изобретение решает задачу повышения безопасности мореплавания в условиях развитого волнения, путем исключения ситуации, при которой может возникнуть дополнительный кренящий момент из-за отрыва одного из булей от основной части корпуса, за счет изменения конструкции булей и их крепления, а также использования оптимальной длины булей с возможностью избегать увеличения гидродинамических нагрузок.

Для решения поставленной задачи в корпусе судна, выполненном в виде непроницаемой оболочки, сформированной из наружной обшивки и балок набора, в котором непроницаемая оболочка выполнена в виде основной части корпуса, имеющей в носовой оконечности завал борта и обратный наклон форштевня, и булей, формирующих плоскую поверхность палубы, обеспечивающих развал борта в носовой оконечности и установленных с возможностью изменения положения относительно основной части корпуса, предлагается буль с каждого борта выполнить из отдельных частей, а суммарную длину частей буля выполнить не менее одной четверти длины судна. Отдельные части булей предлагается установить на закрепленных на носовой оконечности корпуса осях с возможностью одновременного попарного поворота оппозитно расположенных частей булей.

В предлагаемом техническом решении при попадании судна в неблагоприятные погодные условия, сопровождающиеся заливанием палубы в носовой оконечности и возникновением опасности захвата волной носовой оконечности, происходит попарный поворот оппозитных частей булей относительно осей на угол 90°, в результате чего уменьшается нагрузка, действующая на носовую оконечность, за счет резкого сокращения площади палубы и за счет увеличения сил сопротивления при движении носовой оконечности вниз уменьшается зарывание судна носом в волну, что также способствует снижению гидродинамических нагрузок, действующих на палубу в носовой оконечности.

На прилагаемых графических материалах изображено:

на фиг. 1 - общий вид корпуса судна в режиме нормальной эксплуатации;

на фиг. 2 - общий вид корпуса судна при повороте частей булей для предотвращения захвата волной носовой оконечности судна;

на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1;

на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2;

на фиг.5 - зависимость от времени погруженной в воду длины носовой оконечности корпуса судна длиной 168 м при высоте волны 5,6 м и высоте надводного борта 2,9 м в условиях захвата волной носовой оконечности согласно [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е. К вопросу об определении нагрузки, действующей на палубу судна в носовой оконечности при ее заливании на встречном волнении // Морские интеллектуальные технологии - 2018 - №4(42), т. 3. - С. 19-25].

На графических материалах приняты следующие обозначения:

1 - основная часть корпуса;

2 - часть буля;

3 - ось;

L - длина корпуса судна, м;

а - длина погруженной в воду носовой оконечности корпуса судна, м;

t - время, с.

Конструкция корпуса судна состоит из наружной обшивки и балок набора, формирующих основную часть корпуса 1 и части 2 булей, которые закреплены на осях 3 с возможностью поворота.

Корпус судна работает следующим образом. В режиме нормальной эксплуатации судна, когда волны не достигают палубы, части 2 буля находятся в исходном положении (фиг. 1, фиг. 3) и формируют в носовой оконечности плоскую поверхность палубы. При движении судна на сильном встречном волнении может происходить периодическое погружение в воду носовой оконечности, что ведет к появлению сложного режима обтекания палубы. В таких условиях возможно возникновение значительных нагрузок, действующих на палубе корпуса судна в носовой оконечности, вызванных обтеканием погруженной палубы, которую можно рассматривать как крыло сложной формы, расположенное под углом атаки к набегающему потоку жидкости. Под действием гидродинамической силы дифферент судна будет увеличиваться, а параметры его остойчивости резко снижаться. Кроме того, происходит рост напряжений от общего изгиба, что может привести к разрушению корпуса судна [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е. Некоторые проблемы обеспечения общей прочности судов в чрезвычайных ситуациях // Труды Крыловского государственного научного центра - Вып. 82(366), 2014 - С. 21-30]. При возникновении опасной ситуации в предлагаемой конструкции по команде судоводителя или бортовой интеллектуальной системы осуществляется попарно поворот оппозитных частей 2 булей (фиг. 2, фиг. 4). Длина корпуса судна, на которой устанавливаются части 2 булей, должна составлять не менее одной четверти длины судна, что определяется из условия захвата волной носовой оконечности судна. При меньшей длине корпуса, на которой установлены части 2 булей, их эффективность будет недостаточной, так как согласно результатам моделирования по методике [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е. К вопросу об определении нагрузки, действующей на палубу судна в носовой оконечности при ее заливании на встречном волнении // Морские интеллектуальные технологии - 2018 - №4(42), т. 3. - С. 19-25] при захвате волной носовой оконечности судна в воду погружается около четверти длины корпуса судна (фиг. 5). При этом увеличение длины буля в конструкции ближайшего аналога ограничивается тем, что с увеличением размеров на него будут действовать значительные гидродинамические нагрузки, поэтому с каждого борта следует устанавливать не менее двух частей 2 булей. Это позволит уменьшить действующие на каждый из них нагрузки и обеспечить надежное крепление частей 2 булей к основной части корпуса 1.

После поворота частей 2 булей гидродинамические нагрузки, действующие на носовую оконечность основной части корпуса 1, уменьшатся за счет разрезающей волны формы носовой оконечности основной части корпуса 1, которая характеризуется завалом борта и обратным наклоном форштевня. При этом поворот оппозитных частей 2 булей в предлагаемой конструкции сопровождается увеличением сил сопротивления, действующих на носовую оконечность при ее движении вниз, что способствует уменьшению зарывания судна носом в волну и, соответственно, еще более значительному снижению гидродинамических нагрузок, действующих на носовую оконечность при ее обтекании жидкостью.

Для идентификации опасной ситуации, при которой возникает вероятность захвата волной носовой оконечности судна, и, соответственно, необходимость поворота частей 2 булей, могут быть использованы подходы к контролю динамики судна, изложенные в [Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И. Построение алгоритма контроля ситуации захвата волной носовой оконечности судна методами современной теории катастроф // Известия КГТУ.- Калининград: ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2015 - №37. - С. 178-185]. При этом команда на поворот оппозитных частей 2 булей может отдаваться как судоводителем, так и бортовой интеллектуальной системой в автоматическом режиме.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет снизить гидродинамические нагрузки, действующие на палубу судна в носовой оконечности на развитом встречном волнении, кроме того, предотвращается отрыв булей, а также возникновение дополнительного кренящего моменты при отрыве буля с одного борта и опрокидывание судна при движении на встречном волнении в штормовых условиях, что способствует повышению безопасности мореплавания.

Корпус судна, выполненный в виде непроницаемой оболочки, сформированной из наружной обшивки и балок набора, в котором непроницаемая оболочка выполнена в виде основной части корпуса, имеющей в носовой оконечности завал борта и обратный наклон форштевня, и булей, формирующих плоскую поверхность палубы, обеспечивающих развал борта в носовой оконечности и установленных с возможностью изменения положения относительно основной части корпуса, отличающийся тем, что буль с каждого борта выполнен из отдельных частей, а суммарная длина частей буля составляет не менее одной четверти длины судна, причем отдельные части булей установлены на закрепленных на носовой оконечности корпуса осях с возможностью одновременного попарного поворота оппозитно расположенных частей булей.