Стабилизирующее устройство судна

 

Использование: судостроение. Сущность изобретения: на корпусе 1 судна установлены крыльевые элементы 2 выше ватерлинии с отрицательным углом атаки. Крыльевые элементы 2 имеют отношение размаха крыла к его хорде меньше единицы и прямолинейную, ромбическую или эллиптическую форму в плоскости шпангоутов. При движении на тихой воде крыльевые элементы работают как брызгоотбойники. На волнении они работают, в зависимости от характера обтекания, как несущие поверхности, либо как демпфирующие пластины, препятствующие развитию вертикальной и килевой качки. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к области стабилизирующих устройств, умеряющих качку судна.

Известно устройство для уменьшения волнового сопротивления, состоящее из носового крыла, установленного перед носовой оконечностью судна ниже ватерлинии, которое является и успокоителем килевой качки судна (см. заявку Японии 59140192, кл. В 63 В 1/40, опубл. 1984 г.). Недостатком такой конструкции является то, что, уменьшая сопротивление корпуса, оно само является источником сопротивления, и для быстроходных судов этот фактор может оказать большее влияние, чем положительный эффект уменьшения сопротивления корпуса. Кроме того, увеличиваются габаритные размеры судна. Как уже было отмечено, сложно обеспечить прочность такой конструкции при слемминге.

В качестве прототипа выбрано подводное крыло-успокоитель качки, установленное на катамаранах "Эксперимент", "Эксперимент-2" (см. Л.М. Беленький и др. Катамараны "Эксперимент". Ленинград, Судостроение, 1979, с.23, рис.5, с. 81, рис.43, с.58, рис.28).

Это крыло с профилем NАСА 0010 с размахом 11,7 и хордой 3,5 м установлено в носовой части катамарана между корпусами.

Хотя крыло в этом случае работает как жестко заделанная с двух концов балка и способно выдерживать большие изгибные воздействия, проблемы обеспечения прочности не снижаются. Потребовались обширные натурные испытания не только крыла, но и других корпусных конструкций. Существенно возрастает стоимость эксплуатации судна с таким успокоителем, так как требуется частый осмотр водолазами и подводными техническими средствами.

Как успокоитель килевой качки такое крыло работает достаточно эффективно, однако это достигается только для катамаранов, где можно обеспечить опоры крылу с обоих концов.

Ожидаемым техническим результатом изобретения является повышение ходовых качеств судна на волнении, без ухудшения ходкости на тихой воде, а также улучшение эксплуатационных качеств устройства.

Технический результат достигается тем, что в известном стабилизирующем устройстве, содержащем по крайней мере один крыльевой элемент, установленный в носовой части судна, крыльевой элемент установлен выше ватерлинии судна с отрицательным углом атаки. Кроме того, крыльевой элемент имеет отношение размаха крыла к его хорде меньше единицы.

Кроме того, крыльевые элементы расположены по крайней мере в два яруса относительно ватерлинии судна.

На фиг. 1 изображено стабилизирующее устройство, установленное на носу судна, в трех проекциях, на фиг.2 то же установленное на носу судна конструктивное поперечное сечение, на фиг.3 схема сил при движении судна на тихой воде, на фиг.4 схема сил при движении судна на умеренном волнении, на фиг.5 схема сил при движении судна на интенсивном волнении, на фиг.6 - варианты использования устройства (а-решетка крыльев, б-ромбическое крыло, в-эллипническое крыло, г-стреловидное ромбическое крыло).

Стабилизирующее устройство содержит установленные на корпусе 1 судна крыльевые элементы 2, установленные выше ватерлинии с отрицательным углом атаки.

Данное устройство является динамическим по принципу действия, поэтому рассмотрим три случая: 1. Судно движется на тихой воде (фиг.3). В этом случае у форштевня корпуса 1 образуется носовая отходящая волна, и бризговая струя, которые омывают нижнюю кромку крыльевых элементов 2 устройства. В этом случае крыльевой элемент 2 работает как брызгоотбойник. Примененный в изобретении отрицательный угол атаки α создает дополнительный эффект: горизонтальная составляющая F_x гидродинамической реакции F будет направлена в сторону направления движения и не только компенсирует потери от замыва крыльевых элементов 2, но и несколько уменьшит сопротивление корпуса 1.

2. Судно движется на волнении (фиг.4) средней интенсивности.

В данном случае под волнением средней интенсивности понимается такое, при котором выполняется отношение: l_max/L ≅ 0,5 где λ_max максимальная длина волны, L длина судна.

При взаимодействии с волной судна крыльевые элементы 2 работают как несущие поверхности. На элементе с отрицательным углом атаки α возникает гидродинамическая реакция с вертикальной составляющей, направленной вниз, которая не позволяет всплыть носовой оконечности корпуса 1 судна под воздействием гидростатической возмущающей силы.

Корпус 1 судна движется по взволнованной поверхности с малыми (или вовсе без них) амплитудами килевой и вертикальной качки, а потери тяги от сопротивления на крыльевых элементах 2 существенно меньше потерь от расхода энергии на образование волн качающимся судном. Уменьшаются потери скорости от набегающего волнения, амплитуды качки, судно имеет лучшие мореходные качества.

3. Судно движется на интенсивном волнении (фиг.5). В этом случае скорости частиц жидкости таковы, что крыльевой элемент 2 работает в закритическом режиме. Происходит срыв потока, становится интенсивным поперечное обтекание, которое носит срывной характер. Гидродинамическое качество крыльевого элемента падает, но благодаря развитым срывным вихрям проявляются демфирующие свойства крыльевого элемента 2, препятствующие интенсивным вертикальной и килевой видам качки. И в этом случае уменьшаются потери на волнообразование качающимся судном, но в данном случае более важным является то, что уменьшаются ударные воздействия на корпусе 1 судна вследствие малого удлинения крыльевых элементов 2, что повышает его живучесть в условиях шторма.

На фиг.6 представлены основные варианты исполнения устройства. Возможны и комбинированные (решетки эллиптических крыльевых элементов 2, стреловидно-ромбическое) варианты исполнения.

Предпочтительным местом расположения крыльевых элементов 2 следует считать носовую оконечность корпуса 1 судна. Для судов, предназначенных для экстремальных условий (спасательные суда) полезно использовать носовые и кормовые крыльевые элементы 2.

Формула изобретения

1. Стабилизирующее устройство судна, содержащее по крайней мере один крыльевой элемент, установленный в носовой части судна, отличающееся тем, что крыльевой элемент установлен выше ватерлинии судна с отрицательным углом атаки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что крыльевой элемент имеет отношение размаха крыла к его хорде меньше единицы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что крыльевые элементы расположены по крайней мере в два яруса относительно ватерлинии судна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6