Крыльевая система судна
Владельцы патента RU 2748811:
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. Предложена крыльевая система судна, которая содержит установленные на корпусе судна крылья-стабилизаторы, состоящие из снабженных упругими элементами заслонок, закрепленных при помощи шарниров и опирающихся в закрытом состоянии на упоры. За счет уменьшения заливаемости палубы снижается гидродинамическая нагрузка, действующая на носовую оконечность судна на развитом встречном волнении, а также обеспечивается ходкость судна и предотвращается потеря управляемости, 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.
Известен 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 г.).
Недостатком данного успокоителя качки является то, что он лишь позволяет уменьшить продольную качку судна и заливаемость палубы, однако не может предотвратить падение скорости судна на развитом встречном волнении, в результате чего скорость судна может снизиться практически до нуля, что приведет к потере управляемости, развороту судна лагом к волне и его опрокидыванию под действием волн.
В качестве ближайшего аналога приняты 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. П.Н. Крылова, 2011, с. 4-6), позволяющие снижать амплитуды килевой, вертикальной и бортовой качки судна, повышая тем самым его мореходные качества.
Существенным 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. Кроме того, на развитом встречном волнении скорость хода судна будет уменьшаться и может достичь нулевых значений. В этом случае судно может быть развернуто лагом к волне и опрокинуто.
Изобретение решает задачу повышения безопасности мореплавания, исключая захват волной носовой оконечности судна при сильном волнении, за счет создания облегченных условий при всплытии носовой оконечности путем снижения гидродинамической силы, действующей на носовую оконечность при всплытии.
Для получения необходимого технического результата в крыльевой системе судна, содержащей крылья-стабилизаторы, закрепленные на корпусе судна, предлагается поверхность каждого крыла-стабилизатора оснастить установленными в ряд заслонками, причем один конец каждой заслонки шарнирно закрепить с возможностью поворота и установки заслонки в вертикальное положение при всплытии судна. Кроме того, заслонку предлагается снабдить упругими элементами, поджимающими заслонку к упорам на крыле-стабилизаторе при погружении судна.
На прилагаемых графических материалах изображено:
на фиг. 1 - общий вид корпуса судна с установленными крыльями-стабилизаторами;
на фиг 2 - крыло-стабилизатор с заслонками в закрытом состоянии;
на фиг. 3 - крыло-стабилизатор с заслонками в открытом состоянии.
На графических материалах приняты следующие обозначения:
1 - корпус судна;
2 - крыло-стабилизатор;
3 - заслонка;
4 - шарнир;
5 - упор;
6 - упругий элемент;
Рх - горизонтальная составляющая гидродинамической силы, действующей на крыло-стабилизатор при движении носовой оконечности вниз;
Pz - вертикальная составляющая гидродинамической силы, действующей на крыло-стабилизатор при движении носовой оконечности вниз.
Конструкция крыльевой системы судна состоит из установленных на корпусе судна 1 крыльев-стабилизаторов 2, поверхность которых сформирована снабженными упругими элементами 6 заслонками 3, закрепленных при помощи шарниров 4 и опирающихся на упоры 5.
Крыльевая система судна работает следующим образом. На тихой воде заслонки 3 прижимаются к упорам 5 упругими элементами 6. При движении судна в условиях сильного встречного волнения происходит погружение в воду носовой оконечности корпуса судна 1, при этом на крыло-стабилизатор 2 действует сила, направленная вверх. Эта сила вместе с упругими элементами 6 прижимает заслонки 3 к упорам 5, что представлено на фиг. 2. В результате этого создается дополнительная сила сопротивления, действующая на носовую оконечность и препятствующая ее погружению в воду. Если носовая оконечность корпуса судна 1 начинает всплывать, то под действием гидродинамической силы, направленной вниз, заслонки 3 поворачиваются в шарнирах 4, преодолевая сопротивление упругих элементов 6, в результате чего уменьшается обтекаемая потоком жидкости площадь крыльев-стабилизаторов 2. Это приводит к снижению сопротивления воды всплытию носовой оконечности корпуса судна 1 и уменьшению гидродинамической силы, действующей на носовую оконечность корпуса судна 1.
За счет установки крыльев-стабилизаторов 2 под некоторым углом к основной плоскости судна можно добиться того, что при движении носовой оконечности вниз в процессе вертикальной качки на крылья-стабилизаторы будет действовать гидродинамическая сила, имеющая вертикальную составляющую Pz и горизонтальную составляющую Рх. Действие горизонтальной составляющей Рх позволит предотвратить падение скорости судна на развитом встречном волнении и потерю управляемости, что даст возможность избежать разворота судна лагом к волне и его опрокидывание. Вследствие того, что при движении носовой оконечности вверх заслонки 3 открываются, гидродинамическая сила, действующая на крылья-стабилизаторы 2 мала, поэтому горизонтальная составляющая Рх, действующая против направления движения судна, незначительна.
Таким образом, предлагаемая конструкция способствует уменьшению качки судна и заливаемости палубы при одновременном снижении гидродинамической силы, действующей на носовую оконечность корпуса судна при ее обтекании, что позволяет избежать захвата судна волной и его гибели. Кроме того, горизонтальная составляющая гидродинамической силы, возникающей при обтекании крыльев-стабилизаторов 2 потоком жидкости, позволяет сохранить ход судна на развитом встречном волнении, что предотвращает разворот судна лагом к волне и его опрокидывание. Следовательно, предлагаемая крыльевая система судна позволяет повысить существенно безопасность мореплавания в условиях шторма.
Крыльевая система судна, содержащая крылья-стабилизаторы, закрепленные на корпусе судна, отличающаяся тем, что поверхность каждого крыла-стабилизатора оснащена установленными в ряд заслонками, причем один конец каждой заслонки шарнирно закреплен с возможностью поворота и установки заслонки в вертикальное положение при всплытии судна, кроме того, заслонка снабжена упругими элементами, поджимающими заслонку к упорам на крыле-стабилизаторе при погружении судна.
