Корпус судна - RU2243127C2
Код документа: RU2243127C2
Чертежи
Описание
Предлагаемое изобретение относится к корпусу судна с конструкцией, которую условно можно назвать моно-три-катамаран.
Когда судно движется вперед, общее сопротивление его движению складывается в основном из поверхностного трения (оно вычисляется путем интегрирования тангенциального напряжения по всей поверхности в направлении движения судна), вязкостного сопротивления (оно связано с рассеиванием энергии в результате вязкостных эффектов) и так называемого остаточного сопротивления. Это остаточное сопротивление в значительной мере обусловлено волновым сопротивлением, которое связано с рассеиванием энергии корпусом судна при создании гравитационных волн.
Когда судно движется вперед, имеет место некоторое результирующее волнообразование, которое может быть разложено на две отдельные, но взаимодействующие между собой волновые системы: расходящуюся волновую систему и поперечную волновую систему. Результирующая волновая система содержит в себе две линии, которые называются граничными линиями расходящейся волновой системы. Каждая из этих граничных линий образует с продольной осью симметрии судна в плане угол 19,5°. Гребневые линии поперечных волн перпендикулярны направлению движения корпуса судна вблизи этого корпуса и отклоняются назад по мере достижения расходящимися волнами поперечных волн до тех пор, пока они не сольются с этой расходящейся волновой системой. Перед носовой частью движущегося судна образуется зона повышенного давления, которая создает выступающий волновой фронт, являющийся частью системы расходящихся и поперечных волн. Волновые системы образуются также у носовых и кормовых участков бортов судна.
Результирующую волновую систему часто рассматривают как состоящую из следующих четырех волновых систем:
- носовая волновая система, обязанная своим существованием зоне повышенного давления, которая образуется вблизи носа судна во время его движения вперед;
- волновая система спереди от носовых участков бортов судна, обязанная своим существованием зоне пониженного давления, которая образуется вблизи этой части корпуса судна;
- волновая система, которая образуется вдоль кормовых участков бортов судна, обязанная своим существованием зоне пониженного давления, которая образуется в этой части корпуса судна;
- кормовая волновая система, обязанная своим существованием зоне повышенного давления, которая образуется в зоне кормы судна.
Очень трудно предвидеть точное положение гребня носовой и кормовой волновых систем. Трудно также предвидеть положение подошв волновых систем, образующихся у носовых и кормовых участков бортов судна от пиков повышенного давления, которые образуются у этих носовых и кормовых участков бортов судна.
Вышеуказанные четыре волновых системы, которые образуют результирующую волновую систему, могут взаимодействовать друг с другом с более или менее благоприятными последствиями с точки зрения сопротивления движению судна вперед. Однако, поскольку вклад волнового сопротивления в общее сопротивление весьма велик, целесообразно воздействовать именно на волновое сопротивление и принять меры, направленные на уменьшение этого волнового сопротивления, благодаря чему стало бы возможным уменьшить тяговую мощность силовой установки судна при обеспечении той же скорости судна.
В последние годы проектировщики ставят целью сведение до минимума волнообразования при движении корпуса судна вперед.
С другой стороны, существуют разработки, у которых улучшение условий сопротивления при движении судна вперед достигается путем использования носового волнообразования, подавления его в днищевой части корпуса судна и создания более выпуклой результирующей кормовой волновой системы. Среди прочих источников следует упомянуть патент США №5.402.743, выданный 04 апреля 1995 года Холдерману (Holderman) и озаглавленный "Deep chine hull design" ("Конструкция корпуса судна с глубокой скулой"), в котором раскрывается корпус судна, конструкция днища которого образует два продольных канала, простирающихся вдоль всего корпуса судна. В конструкции по упомянутому патенту носовая волна, чередующемуся движению которой оказывается содействие и на чередующееся движение которой оказывается управляющее воздействие с помощью определенных средств, отклоняется в эти каналы. На носовую волну оказывается управляющее воздействие благодаря тому, что этим каналам придана такая форма, что они действуют как трубки Вентури. При этом изобретатель, помимо прочего, ставит условие, чтобы воздух от носа судна отбрасывался до того, как он может попасть внутрь этих каналов. Налагаются также ограничения на форму корпуса судна: его борта должны быть криволинейными, то есть поперечное сечение корпуса судна должно быть сходящимся к носу и к корме, и вдоль всей длины корпуса парой перевернутых (обращенных кверху доньями) каналов, которые ограничивают непрерывный киль по всей длине судна, должна обеспечиваться структура трубки Вентури.
Предлагаемое изобретение сближается с вышеуказанным патентом только в части отклонения под корпусом судна носовой волны, образующейся при движении судна вперед.
Но в отличие от вышеуказанного патента задачей предлагаемого изобретения является создание корпуса судна, обеспечивающего использование некоторой части энергии, затрачиваемой на образование носовой волновой системы, для повышения гидродинамической поддержки корпуса судна.
Еще одной задачей предлагаемого изобретения является создание корпуса судна с уменьшенным рассеянием энергии, связанным с явлениями трения и вязкости.
Еще одной задачей предлагаемого изобретения является создание корпуса судна, у которого результирующее кормовое волнообразование, а следовательно, и связанное с ним рассеивание энергии, ограничено.
Еще одной задачей предлагаемого изобретения является создание корпуса судна, имеющего форму, способствующую стабилизации, благодаря которой судно всегда бы стремилось занять положение равновесия при любой скорости движения и в широких пределах условий мореплавания.
Еще одной задачей предлагаемого изобретения является создание корпуса судна, имеющего длину, меньшую, чем корпуса других судов равной грузоподъемности.
Для осуществления вышеуказанных задач предлагаемым изобретением предусматривается корпус судна с глубокой скулой, с конструкцией, условно названной моно-три-катамаран, включающий:
- носовую часть, т.е. форштевень, сопряженный с бортами судна, расположенными в параллельных вертикальных плоскостях напротив друг друга симметрично относительно осевой линии и оканчивающимися на корме;
- пару скул, расположенных по бокам от осевой линии, при этом каждая скула выполнена сначала с образованием нижней кромки соответствующего борта судна, начало которой (кромки) расположено в желаемом поперечном сечении вблизи форштевня под ватерлинией, а затем упомянутая нижняя кромка борта, образованная каждой из скул, описывает непрерывную продольную линию, идущую назад по направлению к корме;
- киль, начинающийся вблизи форштевня и продолжающийся вдоль осевой линии на нижней части корпуса с простиранием в сторону кормы на длину, меньшую, чем расстояние между форштевнем и миделевым сечением;
- днище, выполненное с простиранием по бокам от осевой линии между скулами, а также между каждой из скул и килем на участке, где расположен киль, при этом поверхность днища выполнена такой формы в поперечных сечениях, проведенных под прямым углом к осевой линии, что эти сечения образуют семейство выпуклых кверху кривых, при этом пара перевернутых кверху днищами продольных днищевых каналов выполнена с простиранием по бокам от киля и со слиянием за килем в единый продольный днищевой канал, боковые стенки которого выполнены с увеличением крутизны кормовых поперечных сечений, при этом для преобразования кинетической энергии потока в энергию давления днищу корпуса судна придана такая форма диффузора, что площадь поперечного сечения сначала обоих продольных днищевых каналов в сумме, а затем единого продольного днищевого канала от форштевня к корме непрерывно увеличивается.
Киль может быть выполнен с сужением книзу и может иметь выпуклые боковые поверхности, а также переднюю кромку и заднюю кромку.
Киль может иметь максимальную толщину на расстоянии двух третей его длины, считая от форштевня, или на середине его длины.
Корпус судна по предлагаемому изобретению, имеющий такую форму, можно условно назвать моно-три-катамараном, т.к. если рассматривать корпус судна, начиная с носа, то сначала он состоит только из участка центрального киля (как монокорпус), затем пара скул и остальная часть киля (тримаран), и, когда центральный киль заканчивается, оставшаяся часть корпуса представляет собой только пару скул (катамаран).
Упомянутые выше днищевые инвертированные структуры имеют ватерлинии, ограничивающие подводную часть корпуса судна, которой придана форма некоего диффузора с увеличивающимися по всей длине корпуса судна от форштевня к корме площадями поперечного сечения сначала упоминавшейся выше пары каналов, а затем единого продольного днищевого канала, при этом кинетическая энергия потока, поступающего от носа, в этом диффузоре преобразуется в энергию давления.
Такой корпус судна обеспечивает уменьшение рассеивания энергии, связанного с явлениями трения и вязкости, так как в каналы, то есть под корпус судна, затягивается воздух - не для создания сплошного воздушного слоя, что позволило бы использовать эффект оверкрафта, а для смешения с водой и образования пограничного пенистого слоя. Создание пограничного пенистого слоя важно в силу следующих соображений:
i) если бы происходило создание сплошного воздушного слоя, то имела бы место оптимальная ситуация с точки зрения уменьшения трения; однако скорость судов за исключением гоночных катеров не столь высока, чтобы воздух сжимался до такой степени, чтобы возникала аэродинамическая подъемная сила;
ii) если бы поверхность днищ каналов находилась в непосредственном контакте с водой, то имела бы место оптимальная ситуация с точки зрения гидродинамической поддержки корпуса судна, но наихудшая ситуация с точки зрения сопротивления движению судна вперед ввиду возрастания сил трения и вязкого сопротивления по причине увеличения смачиваемой поверхности;
iii) созданием пенистого слоя достигается такое состояние, когда уменьшается трение, но остается возможность использования гидродинамической поддержки. Поскольку в таком пенистом слое воздух или другой газ (например, выхлопные газы) присутствует в виде очень мелких пузырьков, этот пенистый слой оказывается достаточно жестким для создания удовлетворительной гидродинамической поддержки, передаваемой со скоростью судна при уменьшенном сопротивлении движению судна вперед.
Подходящий пенистый слой можно создать путем передачи носовых волн, порождаемых как килем, так и скулами, в каналы при надлежащем выборе и расположении гребных винтов.
Что касается реакции корпуса судна по предлагаемому изобретению на волновую систему, порождаемую при движении судна вперед, то такой корпус создает на носу область повышенного давления, связанную с гребнем волны, а кзади от киля выше точки максимальной осадки подводной части корпуса судна образуется область пониженного давления. Когда скорость судна изменяется, центр водоизмещения, положение которого определяется вышеописанным распределением давлений, может сместиться вперед или назад относительно центра тяжести судна. Однако при этом продольная ориентация судна изменится только на очень короткое время, так как при изменении осадки носа и бортов судна произойдут изменения области повышенного давления и следующей за ней области пониженного давления, в результате чего гидродинамическое равновесие очень быстро восстановится. При более низкой осадке кормы будут изменяться поперечные сечения эффузора, образуемого поднимающимся плоским днищем кзади от киля вместе с боками скул, что будет способствовать сохранению равновесия. Плоское днище обеспечивает постоянное поддержание корпуса судна. Наконец, корпус судна по предлагаемому изобретению находится постоянно "на своей волне", которая удерживается между скулами корпуса на участке кзади от киля к корме и которую ведут перед собой форштевень и киль.
Кроме того, благодаря имеющей место картине распределения давления вдоль продольных днищевых каналов от носа к задней части киля поток воды носовой волны подвергается спиральному закручиванию вправо в левом продольном днищевом канале и влево в правом продольном днищевом канале, что способствует образованию воздушных пузырьков и увеличению пенистого слоя и уменьшению вязкостного сопротивления.
Один или два движителя могут изменить картину распределения давления под корпусом судна, а значит и положение центра водоизмещения и упоминавшегося выше спирального закручивания потоков в продольных днищевых каналах.
Корпус судна по предлагаемому изобретению благодаря своей форме вызывает образование носовой волны, которая передается таким образом, что отдает корпусу судна обратно часть своей энергии в виде увеличения гидродинамической поддержки. Кроме того, корпус судна такой формы при надлежащем выборе размеров между его скулами и надлежащем расположении движителя (движителей) позволяет регулировать результирующую высоту волны, образующейся в результате взаимодействия волновых систем, порождаемых движением судна. Эта результирующая высота волны зависит также от демпфирующего эффекта пенистого слоя.
Кроме того, донной поверхности продольных днищевых каналов, которая, как упоминалось выше, имеет выпуклые поперечные сечения, может быть придана такая форма, что результирующий вектор давления от гидродинамической поддержки будет проходить приблизительно через центр водоизмещения, благодаря чему можно избежать возникновения колебаний дифферента как во время стоянки судна или во время его движения путем вытеснения водной массы, так и при движении судна путем глиссирования на волне.
Предлагаемое изобретение будет лучше понято, если его дальнейшее объяснение будет осуществляться со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 показан корпус судна по первому варианту осуществления предлагаемого изобретения, вид сбоку.
На фиг.2 показан тот же корпус судна, который показан на фиг.1, вид снизу, при этом на верхней половине показана конструкция киля и скул, а на нижней половине изображены ватерлинии.
На фиг.3 показано поперечное сечение корпуса судна по первому варианту осуществления предлагаемого изобретения, при этом показаны все девять теоретических шпангоутов.
На фиг.4А, 4В, 4С и 4D показаны поперечные сечения корпуса судна по первому варианту осуществления предлагаемого изобретения по линиям А-А, В-В, С-С и на D-D на фиг.1 и 2 соответственно.
На фиг.5 показан корпус судна по второму варианту осуществления предлагаемого изобретения, вид сбоку.
На фиг.6 показан тот же корпус судна, который показан на фиг.5, вид снизу, при этом на верхней половине показана конструкция киля и скул, на нижней половине показаны ватерлинии.
На фиг.7 и 8 показаны поперечные сечения корпуса судна по второму варианту осуществления предлагаемого изобретения, при этом показаны все десять теоретических шпангоутов.
На фиг.9Е, 9F, 9G, 9Н и 91 изображены поперечные сечения корпуса судна по второму варианту осуществления предлагаемого изобретения по показанным линиям Е-Е, F-F, G-G, Н-Н и I-I на фиг.5 и 6 соответственно.
Перейдем к рассмотрению чертежей, относящихся к первому варианту осуществления предлагаемого изобретения. На фиг.1 и 2 обозначены поперечное сечение по краю кормы (0) и десять пронумерованных линий поперечных сечений или теоретических шпангоутов, проходящих через корпус (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10). Корпус судна по предлагаемому изобретению имеет носовую часть 11, например, в виде форштевня, корму, например, в виде транца 12, киль 13, борта 14 и 15, днище 16, скулы 17 и 18. Скулы 17 и 18 представляют собой линии, по которым борта 14 и 15 соответственно стыкуются с днищем 16. Ватерлиния при статическом положении судна (статическая ватерлиния) обозначена линией 19.
Как показано на фиг.1 - 3, носовая часть, т.е. форштевень 11, сопрягается с бортами 14 и 15 через посредство поверхности выпуклой формы. Борта 14 и 15 лежат в параллельных вертикальных плоскостях, которые расположены напротив друг друга симметрично относительно диаметральной плоскости, обозначенной осевой линией Х-X, и оканчиваются сзади кормой 12. Корма 12 в рассматриваемом варианте является плоской. Однако в общем случае корма корпуса судна по предлагаемому изобретению может иметь разную форму.
Внизу борта 14 и 15 оканчиваются скулами 17 и 18 соответственно, которые расположены по бокам от диаметральной плоскости и образуют нижние кромки бортов 14 и 15. Каждая из скул 17 и 18 начинается вблизи форштевня 11 в поперечном сечении 20, которое расположено между теоретическими шпангоутами 9 и 10, описывает непрерывную продольную кривую линию, непрерывно идущую по направлению к корме 12 и заканчивающуюся в точке 21.
Киль 13 простирается вдоль осевой линии Х-Х по низу корпуса вдоль него на участке между форштевнем 11 и теоретическим шпангоутом 6. Киль 13 преимущественно сужается книзу, образуя симметричную двояковыпуклую фигуру, ограниченную боковыми поверхностями 22 и 23, передней кромкой 24 и задней кромкой 25 (обе эти кромки должным образом соединены с телом киля). Двояковыпуклая фигура, ограниченная боковыми поверхностями 22 и 23, имеет максимальную толщину в сечении, отстоящем от форштевня 11 на две трети длины киля 13. Однако следует заметить, что в целях оптимизации параметров может быть выбрана и другая форма киля 13. Что касается расположения киля 13, то подходящим будет такое его расположение, когда передняя кромка 24 проходит через носовую часть 11, а его задняя кромка 25 находится в поперечном сечении теоретического шпангоута 6 впереди теоретического шпангоута 5 (который является миделевым сечением) примерно на десятую часть длины корпуса судна по ватерлинии. Однако следует заметить, что положение задней кромки 25 в зависимости от конкретных требований может быть и другим. В рассматриваемом варианте нижний конец киля 13 расположен горизонтально, в одной плоскости с точкой 21 скул 17 и 18. Однако следует заметить, что другая конструкция может потребовать другой осадки.
Днище 16, то есть низ корпуса судна по предлагаемому изобретению, имеет поверхность, расположенную между скулами 17 и 18 на участке между теоретическими шпангоутами 0 и 6 и между каждой из скул 17 и 18 и килем 13 на участке между теоретическим шпангоутом 6 и носовой частью 11. Поперечные сечения поверхности днища 16, выполненные под прямым углом к осевой линии Х-X, образуют семейство выпуклых кверху кривых, соединяющих скулы 17 и 18 между собой и с килем 13. Это семейство выпуклых кверху кривых образует как бы пару перевернутых кверху днищами продольных днищевых каналов 26 и 27, простирающихся вдоль обеих боковых поверхностей 22 и 23 киля 13. Как показано на фиг.4D, каждый из продольных днищевых каналов 26 и 27 имеет такой профиль, что его боковые стенки вблизи начальной точки 20 скул 17 и 18 выполнены с выступанием в глубину. Далее назад от этой точки, как можно видеть на фиг.4С, боковые стенки этих продольных днищевых каналов наклонены под углом, причем та боковая стенка каждого продольного днищевого канала, которая находится у борта судна, выполнена с меньшей крутизной, чем та, которая образована боковой поверхностью киля 13. В сечении С-С днища каналов 26 и 27 сливаются воедино и кзади от киля образуется как бы единый перевернутый (кверху дном) продольный днищевой канал 28. Как показано на фиг.4В, у этого единого продольного днищевого канала 28 боковые стенки в поперечном сечении с приближением к корме становятся все менее наклонными. На корме 12 боковые стенки этого единого продольного днищевого канала становятся параллельными бортам 14 и 15, образуя прямые углы с поверхностью днища 16.
На фиг.2 и 3 позицией 29 обозначено геометрическое место точек наибольшей кривизны боковых стенок продольных днищевых каналов. Поверхность днища 16 имеет такую форму, что площадь поперечного сечения сначала обоих продольных днищевых каналов 26 и 27 в сумме, а затем единого продольного днищевого канала 28 от форштевня к корме непрерывно увеличивается.
Таким образом достигается одна из целей предлагаемого изобретения, а именно ограничение носовой волновой системы, порождаемой прохождением киля через толщу спокойной воды. Эта волновая система направляется между бортами 14 и 15, уходя на глубину под ватерлинией 19 на приемлемом расстоянии от носовой части 11.
Перейдем к рассмотрению чертежей, относящихся к корпусу судна с конструкцией моно-три-катамарана по второму варианту осуществления предлагаемого изобретения: фиг.5, 6, 7, 8, 9Е, 9F, 9G, 9Н, 9G и 9I. На этих чертежах элементы, сходные с элементами корпуса судна по первому варианту осуществления предлагаемого изобретения, иллюстрируемомому на фиг.1 - 4D, имеют сходные обозначения.
Как показано на фиг.5 - 7, борта 14' и 15' аналогично тому, как это имеет место в первом варианте осуществления предлагаемого изобретения, лежат в параллельных вертикальных плоскостях, которые расположены симметрично относительно диаметральной плоскости, обозначенной осевой линией Х-X. Форштевень 11' сопрягается с бортами 14' и 15' посредством сначала выпуклой, а затем вогнутой поверхности, при этом носовая часть в рассматриваемом варианте шире, чем в ранее рассмотренном первом варианте осуществления предлагаемого изобретения.
Борта 14' и 15' внизу оканчиваются скулами 17' и 18' соответственно, которые начинаются в поперечном сечении 20', расположенном несколько кзади от теоретического шпангоута 8' (см. фиг.5), после которого скулы 17' и 18' образуют непрерывную продольную линию, которая продолжается назад до кормы 12' и заканчивается в точке 21'. Функция такой расширенной носовой части будет объяснена ниже.
Киль 13' простирается вдоль осевой линии Х-Х по низу корпуса. Киль 13' преимущественно сужается книзу и имеет две симметричные выпуклые боковые поверхности 22' и 23', переднюю кромку 24' и заднюю кромку 25'. Поперечные сечения киля 13' имеют веретенообразную форму.
Двояковыпуклая фигура, образованная боковыми поверхностями 22' и 23', имеет максимальную толщину примерно на середине длины киля 13'. Что касается расположения киля 13', то подходящим будет такое его расположение, когда его передняя кромка 24' расположена вблизи форштевня 11', а его задняя кромка 25' в поперечном сечении расположена между теоретическим шпангоутом 6' и теоретическим шпангоутом 5' (который является миделевым сечением), впереди последнего примерно на двадцатую часть длины судна по ватерлинии. Однако следует заметить, что положение задней кромки 25' может изменяться в зависимости от конкретных требований. В рассматриваемом втором варианте осуществления предлагаемого изобретения у киля 13' нижний конец лежит в горизонтальной плоскости, в которой лежит также точка 21' скул 17' и 18'. Однако следует заметить, что другая конструкция может потребовать другой, большей или меньшей осадки.
В рассматриваемом втором варианте осуществления предлагаемого изобретения днище 16' имеет поверхность, простирающуюся между скулами 17' и 18' на участке между теоретическим шпангоутом 0' корпуса судна и задней кромкой 25' киля 13', между каждой из скул 17' и 18' и килем 13' на участке между задней кромкой 25' и теоретическим шпангоутом 8' корпуса судна и до носа в непосредственной близости к килю.
Такая конструкция днища 16' образует как бы пару перевернутых вверх днищами продольных днищевых каналов 26' и 27', простирающихся вдоль боковых поверхностей 22' и 23' киля 13'. Как показано на фиг.9I, каждый из продольных днищевых каналов 26' и 27' вначале имеет профиль с очень пологими боковыми стенками. Далее по направлению к корме, начиная от теоретического шпангоута 8', как можно видеть на фиг.9Н, резко выступают вниз борта 14' и 15' и скулы 17' и 18' сразу приобретают максимальную осадку. От сечения Н-Н до сечения G-G (см. фиг.9G) днище имеет изгиб вниз, который продолжается до поперечного сечения в месте расположения задней кромки 25' киля, а боковые стороны продольных днищевых каналов, противоположные их вогнутым сторонам, образованным боковыми поверхностями киля 13', выполнены сопрягающимися с бортами судна посредством поверхности со все большей выпуклостью. Начиная с поперечного сечения в месте расположения задней кромки 25' днище 16' снова выполнено с постепенным повышением до достижения уровня ватерлинии 19' на теоретическом шпангоуте 0'. В том же поперечном сечении в месте расположения задней кромки 25' киля 13' днища продольных днищевых каналов 26' и 27' соединяются, в результате чего образуется как бы единый перевернутый вверх дном продольный днищевой канал 28'.
Как показано на на фиг.9G (поперечное сечение по линии G-G), профиль продольного днищевого канала 28' от наружного края до диаметральной плоскости можно охарактеризовать как состоящий из секций в последовательности, выпуклая-плоская-вогнутая-плоская. Начиная от теоретического шпангоута 4', днище корпуса судна выполнено уплощенным с подъемом кверху, а боковые стенки продольного днищевого канала 28' выполнены с постепенным увеличением наклона до принятия положения параллельно бортам судна 14' и 15' под прямым углом к поверхности днища 16'. На фиг.5 и 6 геометрическое место точек наибольшей кривизны боковых стенок продольных днищевых каналов обозначено линией 29'.
У корпуса судна по второму варианту осуществления предлагаемого изобретения специальный профиль днища, имеющий выпуклую, плоскую, вогнутую и снова плоскую секции, служит для создания точек разрыва непрерывности картины распределения давления под корпусом судна, что придает корпусу судна устойчивость, большую, чем у корпуса судна по первому варианту осуществления предлагаемого изобретения.
Кроме того, более длинный и более плоский, чем у корпуса судна по первому варианту предлагаемого изобретения, нос обеспечивает возможность направлять носовую волну с резким уклоном книзу. Входы продольных днищевых каналов 26' и 27' выполнены намного более узкими, чем у аналогичных продольных днищевых каналов у корпуса судна по первому варианту осуществления предлагаемого изобретения, так как киль 13' выполнен намного более толстым и занимает больше места на днище 16'. Это увеличивает эффект диффузора на днище корпуса судна. При сильном волнении такая форма носа заставляет носовую волну идти поверх носа, что приводит к увеличению остойчивости корпуса судна, так как волна, идущая поверх носа, уравновешивается гидростатическим давлением волны, проходящей под носом.
Такая конструкция позволяет разработать корпус судна для высоких скоростей, то есть от 15 до 25 узлов.
Естественно, борта корпуса судна по предлагаемому изобретению при движении также образуют свою систему расходящихся и поперечных носовых волн. Однако благодаря ассимметричной форме этих бортов в этой системе носовых волн те волны, которые отходят от судна в стороны, почти не представляют интереса, в то время как те волны, которые направляются к осевой линии, попадают в продольный днищевый канал, способствуя попаданию воздуха в воду, а значит, и образованию пенистого слоя, о котором говорилось ранее.
Кроме того, такая конфигурация днища, когда его поверхность образует два продольных днищевых канала, которые кзади от киля сливаются в единый продольный днищевой канал, вместе с образованием пенистого слоя позволяет часть энергии, затраченной на образование носовой волновой системы, использовать для увеличения гидродинимической поддержки, как говорилось выше.
Кроме того, поверхность днища, образующая два продольных днищевых канала, кзади от киля сливающихся в единый продольный днищевой канал, может быть выполнена таким образом, чтобы результирующий вектор давления, обусловленного гидродинамическим давлением, проходил приблизительно через центр водоизмещения, благодаря чему удалось бы избежать колебаний дифферента как при неподвижном положении судна или его движении с вытеснением водных масс, так и при движении судна путем глиссирования. И в том, и в другом случае, то есть как при перегрузке на нос, так и при перегрузке на корму положение судна останется неизменным. Когда судно начнет двигаться, единственное, что изменится, - это положение судна относительно ватерлинии: оно станет ниже.
Благодаря большей, чем ранее, остойчивости, килевая качка, а следовательно, и слеминг (удары корпуса судна о встречную волну), то есть ударное взаимодействие между нижней частью носа судна и водой, уменьшается. Давление, создаваемое под днищем, составляет препятствие для этого известного явления, которое проявляется как волна давления, отраженная от дна водоема на малых глубинах.
Как было описано выше, благодаря образованию демпфирующего пенистого слоя, такая форма корпуса способствует ослаблению волновой системы, остающейся позади движущегося судна.
В целях увеличения насыщенности пенистого слоя воздухом и его объема и для способствования прохождению воды по продольным днищевым каналам представляется целесообразным разместить один или более движителей в задней части киля. При этом в дополнение к вышеуказанному явлению образования воздушно-водной смеси на входе продольных днищевых каналов возникает эффект всасывания. Этот эффект всасывания ускоряет течение воды, не позволяя ей останавливаться, так как торможение воды привело бы к уменьшению пенистого слоя, а следовательно, и к неконтролируемому увеличению сопротивления движению судна вперед.
Движитель, расположенный под днищем судна, как упоминалось выше, увеличивая на входе продольных днищевых каналов зону пониженного давления, способствует протеканию волн, а следовательно, и благоприятно действует на навигацию в условиях значительного волнения.
В отношении движителя следует заметить, что для судна среднего тоннажа подходящим движителем можно считать водно-реактивный движитель с водозаборником, в который вода поступает под действием напора и который расположен в продольных днищевых каналах между килем и бортами судна, благодаря чему усиливается эффект всасывания, то есть увеличивается зона пониженного давления на входе в области носа. Для выхода этого водно-реактивного движителя подходящим является расположение сразу же за килем, что, во-первых, способствовало бы образованию пенистого слоя, описанного выше, а во-вторых, увеличивало бы скорость воды в едином продольном днищевом канале между бортами судна с вытекающим из этого увеличением гидродинамической поддержки и увеличением скорости протекания воды по этому каналу.
Для судов большего тоннажа один или более движителей представляется целесообразным расположить также за килем с тем же воздействием на протекание воды, а следовательно, и на эффективность судовождения.
В том случае, когда движителем являются паруса, центральный киль имеет более глубокую осадку и ввиду ожидаемых низких скоростей киль может иметь в своей нижней части крылья, расположенные под прямым углом к заднему участку киля. Низ крыльев почти плоский, а верх выполнен вогнутым, для того чтобы способствовать расширению зоны пониженного давления по направлению к корме, позволяя волне легко преодолевать днище судна в точке его максимальной осадки.
Таким образом, некоторые преимущества предлагаемого изобретения можно охарактеризовать следующим образом. Одним из этих преимуществ является большая, чем раньше, универсальность при проектировании, то есть может быть разработан корпус для более широкого диапазона скоростей.
Кроме того, корпус с конструкцией моно-три-катамарана (принятый в данном описании неологизм) соединяет в себе, с точки зрения взаимодействия с волновыми системами, преимущества, свойственные трем типам конструкции: однокорпусной, катамарану и тримарану, будучи свободным от их недостатков. Корпус судна по предлагаемому изобретению не ведет себя, как поддерживаемая балка, что свойственно однокорпусной конструкции, но и не подвержен действию напряжений скручивания, как это имеет место в случае многокорпусных конструкций. Тем самым предлагаемым изобретением преодолеваются ограничения возможностей этих известных конструкций и обеспечивается увеличение несущей способности. Следовательно, конструкция корпуса, выполненная условно в виде моно-три-катамарана, будучи все-таки однокорпусной свободна от недостатков вышеупомянутых типов корпусов при сохранении их преимуществ в отношении гидродинамических характеристик.
Реферат
Изобретение относится к судостроению и может использоваться при профилировании обводов корпуса судна. Корпус судна содержит форштевень, сопряженный с бортами, находящимися в параллельных вертикальных плоскостях напротив друг друга симметрично относительно осевой линии и оканчивающимися на корме. Судно также выполнено с парой скул, расположенных по бокам от осевой линии. Каждая из скул сначала выполнена с образованием нижней кромки бортов. Начало кромки расположено вблизи форштевня под ватерлинией. Далее упомянутая нижняя кромка борта, образованная каждой из скул, описывает непрерывную продольную линию, непрерывно идущую по направлению к корме. Корпус судна имеет киль, начинающийся вблизи форштевня и продолжающийся вдоль осевой линии на нижней части корпуса с простиранием в сторону кормы на длину, меньшую, чем расстояние между форштевнем и миделевым сечением. Корпус судна содержит днище, выполненное с простиранием по бокам от осевой линии между скулами и между каждой из скул и килем на участке, где расположен киль. Поверхность днища выполнена такой формы в поперечных сечениях, проведенных под прямым углом к осевой линии, что эти сечения образуют семейство выпуклых кверху кривых. Пара перевернутых кверху днищами продольных днищевых каналов выполнена с простиранием по бокам от киля и со слиянием в единый продольный днищевой канал. Боковые стенки этого канала выполнены с увеличением крутизны кормовых поперечных сечений. Для преобразования кинетической энергии потока в энергию давления днищу корпуса судна придана такая форма диффузора, что площадь поперечного сечения сначала обоих продольных днищевых каналов в сумме, а затем единого продольного днищевого канала от форштевня к корме непрерывно увеличивается. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении эксплуатационных качеств судна. 3 з.п. ф-лы, 16 ил.
