Морское судно

 

Изобретение относится к судостроению и водному транспорту и касается конструирования морских судов, имеющих корпус тримаранного типа. Сущность изобретения состоит в том, что у морского судна, содержащего один центральный и два боковых корпуса, поддерживающих грузовую платформу, от днищ корпусов проходят вниз соответствующие стабилизаторы, причем судно содержит основной движитель и элементы управления, и согласно изобретению, вертикальное продольное сечение грузовой платформы имеет профиль крыла для создания аэродинамической подъемной силы при движении судна, а в нижней части упомянутых стабилизаторов установлены соответствующие веретенообразные гондолы, поддерживающие основной движитель и элементы управления. Грузовая платформа может быть снабжена выступающими частями, расположенными с двух ее боковых сторон, которые также имеют профиль крыла. Эти части целесообразно выполнять с возможностью сложения в направлении центральной части судна для уменьшения поперечных размеров судна. Элементами управления могут являться вертикальные и горизонтальные рули. Стабилизаторы целесообразно выполнять убирающимися или складывающими для уменьшения осадки водоизмещяющего судна, которое может иметь турбины или иные двигатели для привода гребных винтов, водометных или других движителей. В боковых корпусах может размещаться вспомогательная силовая установка для маневрирования или аварийного движения судна. Технический результат от реализации изобретения состоит в уменьшении водоизмещения погруженных частей судна почти полной поддержкой его аэродинамической подъемной силой. 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к морскому или военному судну, имеющему корпус тримаранного типа.

Известны военные судна типа тримаран, содержащие три корпуса, один из которых расположен посередине, а два других с каждой боковой стороны от него, при этом продольные оси всех корпусов параллельны друг другу, что позволяет выполнять их более длинными и узкими по сравнению с одним корпусом такого же водоизмещения. Корпуса таких судов имеют сравнительно небольшое общее лобовое сопротивление при высокой скорости движения судна в результате снижения остаточного сопротивления за счет уменьшения числа Фруда. Поперечная устойчивость таких судов, которая недостижима для судов, имеющих один очень узкий корпус, обеспечивается в этом случае с помощью двух боковых корпусов, которые расположены на значительном расстоянии от продольной плоскости симметрии судна, так что они создают большие стабилизирующие моменты. Однако, поскольку тримараны являются судами водоизмещающего или полуводоизмещающего типа, уменьшение их общего лобового сопротивления является относительным, т. к. уменьшение остаточного сопротивления сопровождается увеличением вязкостного сопротивления вследствие того, что при разделении полного водоизмещения более чем на один корпус увеличивается смоченная поверхность (см. EP-A-0495722).

Известны также наземные и водные транспортные средства, называемые экранопланами, которые имеют несущие профили (крылья) соответствующих размеров, обеспечивающие поддержания массы экраноплана над поверхностью земли или воды за счет аэродинамического эффекта. Экранопланы имеют меньшее лобовое сопротивление по сравнению с обычными водными или наземными транспортными средствами той же массы и скорости движения, поскольку применительно, например, к морскому судну, гидродинамическое сопротивление, вода имеет плотность 1,026 кг/м³ (морская вода) и даже более высокое значение, заменяется аэродинамическим сопротивлением - плотность воздуха 1,29 кг/м³. Однако экранопланы, не имеющие физического контакта с поверхностью воды, подъемная сила которых зависит исключительно от вышеупомянутых несущих профилей, создают хорошо известные, но нерешенные до сих пор проблемы, которые предотвращают их практическое применение. Среди этих проблем или недостатков основными являются низкая скорость реакции органов управления в воздухе, что делает крайне опасным полет экранопланов на малой высоте от поверхности воды, которая необходима для адекватного использования эффекта близости поверхности воды или земли (обычно эта высота на 5% меньше размаха крыла), плохая поперечная устойчивость и низкий тяговый КПД вследствие сравнительно низкой скорости движения, даже если используются очень большие, тяжелые и шумные винты.

В патенте WO 93/21060 описано двухкорпусное судно, содержащее грузовую платформу, имеющую профиль крыла, и два подводных корпуса, которые при эксплуатационной скорости судна также остаются погруженными в воду и содействуют созданию подъемной силы.

Известно морское судно водоизмещающего типа, снабженное стабилизаторами, создающими гидродинамическую подъемную силу, которая является ничтожно малой по сравнению с водоизмещением судна.

Существенные отличительные признаки заявленного судна изложены в прилагаемом п.1 формулы изобретения.

Морское или военное судно по настоящему изобретению содержит три корпуса - один центральный основной корпус и два боковых вспомогательных корпуса, которые поддерживают грузовую платформу, имеющую форму аэродинамической поверхности, которая при движении судна создает значительную подъемную силу, почти полностью поддерживающую его (судно), и три стабилизатора, проходящих вниз от трех выше упомянутых корпусов. Стабилизаторы, когда судно достигает скорости, при которой оно почти самоподдерживается (находится в режиме парения), так что его корпуса больше не контактируют с водой, остаются частично погруженными в воду, выступая из ее свободной поверхности, вследствие чего поддерживается контакт между судном и водой, чтобы обеспечить выполнение некоторых функций, типичных для этого судна, которые более подробно излагаются ниже.

Если описать очень кратко, то судно по настоящему изобретению представляет собой гибрид двух транспортных средств - тримарана (трехкорпусное судно) и экраноплана.

Новое судно по настоящему изобретению устраняет недостатки, присущие вышеупомянутым известным судам, имеет небольшое гидродинамическое лобовое сопротивление за счет уменьшения до минимума объемов его корпусов и смоченных поверхностей и значительно меньшее общее сопротивление, чем морское судно той же массы, поскольку оно в основном поддерживается аэродинамической подъемной силой, что предопределяет сравнительно небольшое лобовое сопротивление, особенно при высоких скоростях движения судна. Наличие погруженных выступов позволяет использовать высокочастотную систему управления подводными крыльями, имеющими очень короткое время реакции (срабатывания), обычное для поверхностей управления в воде, а также использовать обычную судовую двигательную установку с гребными винтами, водометными движителями или другими высокоэффективными движителями.

Друга характерная черта нового судна, которая отличает его от существующих водоизмещающих, глиссирующих или полуглиссирующих морских судов, заключается в том, что в то время как эффективность последних, т.е. отношение массы судна к лобовому сопротивлению стремится к нулю с увеличением скорости движения, эффективность судна по настоящему изобретению остается практически постоянной, поскольку она зависит от отношения коэффициентов подъемной силы и лобового сопротивления (CL/CD), которое является практически постоянным для определенного угла атаки несущего профиля.

Цель изобретения - уменьшение на рабочих скоростях водоизмещения погруженных частей за счет поддержки транспортного средства почти целиком с помощью аэродинамической подъемной силы.

Поставленная цель достигается тем, что вертикальное продольное сечение грузовой платформы имеет профиль крыла для создания аэродинамической подъемной силы при движении судна, а в нижней части упомянутых стабилизаторов установлены соответствующие веретенообразные гондолы, поддерживающие основной движитель и элементы управления. Кроме того, грузовая платформа снабжена выступающими частями, расположенными с двух ее боковых сторон, которые также имеют профиль крыла, а выступающие части выполнены с возможностью сложения в направлении центральной части судна для уменьшения поперечных размеров судна.

Элементами управления являются горизонтальные рули для управления угловым пространственным положением, высотой и креном судна при поддержании его, в основном, аэродинамической подъемной силы и вертикальные рули для управления курсом судна во всех его положениях.

Для уменьшения осадки водоизмещающего судна стабилизаторы установлены под килем центрального и боковых корпусов и выполнены убирающимися или складывающимися. Кроме этого, морское судно имеет турбины или двигатели других типов для привода в действие гребных винтов, водометных или других движителей, а в боковых корпусах расположена вспомогательная силовая установка для маневрирования или аварийного движения судна.

Другие цели, отличительные признаки и преимущества судна по настоящему изобретению станут очевидны из нижеследующего описания предпочтительного примера его выполнения, проиллюстрированного прилагаемыми чертежами, на которых: - на фиг. 1 показан вид спереди морского или военного судна, выполненного в соответствии с предпочтительным примером осуществления изобретения; - на фиг. 2 - боковой вид того же примера выполнения, показанного на предыдущей фигуре, при этом для простоты некоторые части судна не показаны; - на фиг. 3 - вид сверху примера выполнения судна, показанного на фиг. 1 и 2, при этом для простоты некоторые части судна на этой фигуре не показаны.

На этих фигурах позицией L1 обозначено положение ватерлинии, когда судно неподвижно или перемещается с низкой скоростью, и позицией L2 положение ватерлинии, когда судно перемещается с эксплуатационной скоростью. При статической ватерлинии L1 масса военного судна уравновешивается водоизмещением корпусов тримарана, два боковых из которых обозначены позицией 3 и один центральный, основной позицией 4.

Все три вышеупомянутых корпуса поддерживают грузовую платформу 5, которая может быть использована, также как и корпуса, для перевозки пассажиров или коммерческих грузов. Упомянутые конструкции 3, 4 и 5, представляющие собой три водоизмещающих корпуса, поддерживающих грузовую платформу, по существу образуют обычное известное морское судно, называемое тримараном, эксплуатационные характеристики которого описаны ранее.

Из днища корпусов 3 и 4 выступают соответственно два боковых стабилизатора 6 и один центральный стабилизатор 7, на нижних концах которых закреплены соответственно веретенообразные гондолы 8 и 9.

В соответствии с настоящим изобретением вертикальное продольное сечение грузовой платформы 5 имеет профиль крыла, как это схематично показано штриховкой на фиг. 2. В предпочтительном примере выполнения судна грузовая платформа имеет две боковые выступающие части 10, которые в поперечном сечении также имеют профиль крыла. Когда судно движется с неограниченной скоростью, конструкции 5 и 10 создают подъемную силу 11 и лобовое сопротивление 12, образующие результирующую силу 13. Подъемная сила 11 при выборе соответствующих размеров несущей поверхности и ее профиля и в заданном диапазоне скоростей уравновешивает большую часть массы судна. Поэтому водоизмещение погруженных частей судна, которое на ватерлинии L2, соответствующей эксплуатационной скорости, характеризуется водоизмещением боковых 6 и центрального 7 стабилизаторов и веретенообразных гондол 8, 9, расположенных под ними, может быть уменьшено до минимума, что одновременно уменьшает, при выполнении и стабилизаторами и гондолами функций, возложенных на них, погруженную поверхность, создающую вязкостную составляющую гидродинамического сопротивления. При такой конфигурации уменьшается также остаточная составляющая гидродинамического сопротивления вследствие узкости судна, характеризуемой горизонтальным сечением стабилизаторов на уровне ватерлинии 12, соответствующей эксплуатационной скорости судна.

В предпочтительном примере выполнения, показанном на фиг. 1, 2 и 3, в центральном корпусе судна размещена силовая установка, которая через соответствующую передачу вращает винт 14, расположенный в заднем конце веретенообразной гондолы 9. В случае использования водометного движителя приемные патрубки для морской воды располагаются на веретенообразной гондоле 9, в то время как питающие насосы и эжекторы могут быть расположены в центральном корпусе 4 с сзади силовой установки.

В соответствии с предпочтительным примером выполнения, в боковых корпусах 3 расположены вспомогательные силовые установки, которые вращают гребные винты 15 и используются для швартовки, прибрежных маневрах и аварийного перемещения судна на малой скорости в положении, в котором оно погружено на ватерлинии 11, т.е. в положении тримарана. В таком положении, когда при малой скорости движения судно является водоизмещающим, его боковые части 10 могут быть повернуты вверх в положение 16, показанное на фиг. 1, или во всяком случае расположены так, чтобы уменьшить поперечные размеры судна и облегчить, например, его швартовку и подход к борту другого судна. Для той же цели и особенно, когда судну приходится подходить к причалу на мелководье, может быть использована система для убирания или складывания стабилизаторов 6 и 7, чтобы уменьшить осадку судна, когда оно находится в положении тримарана.

В соответствии с описываемым предпочтительным примером выполнения, на веретенообразных гондолах 8 и 9 установлены горизонтальные рули 17 для управления положением судна в продольной плоскости, его высотой и креном при нормальной эксплуатационной скорости движения, когда судно поддерживается в основном аэродинамической подъемной силой. На боковых стабилизаторах 6 с их задней стороны установлены рули 18 для управления курсом судна при всех условиях эксплуатации.

На всех фигурах позицией 19 обозначен ходовой мостик и позицией 20 мачта, на которой монтируются радиолокационная антенна и другие воспринимающие приборы.

Формула изобретения

1. Морское судно, содержащее один центральный и два боковых корпуса, поддерживающих грузовую платформу, причем от днищ корпусов проходят вниз соответствующие стабилизаторы, а также содержащее основной движитель и элементы управления, отличающееся тем, что вертикальное продольное сечение грузовой платформы имеет профиль крыла для создания аэродинамической подъемной силы при движении судна, а в нижней части упомянутых стабилизаторов установлены соответствующие веретенообразные гондолы, поддерживающие основной движитель и элементы управления.

2. Судно по п.1, отличающееся тем, что грузовая платформа снабжена выступающими частями, расположенными с двух ее боковых сторон, которые также имеют профиль крыла.

3. Судно по п. 2, отличающееся тем, что выступающие части выполнены с возможностью сложения в направлении центральной части судна для уменьшения поперечных размеров судна.

4. Судно по п.1, отличающееся тем, что элементами управления являются горизонтальные рули для управления угловым пространственным положением, высотой и креном судна при поддержании в основном аэродинамической подъемной силой и вертикальные рули для управления курсом судна во всех его положениях.

5. Судно по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что упомянутые стабилизаторы установлены под килем центрального и боковых корпусов и выполнены убирающимися или складывающимися для уменьшения осадки водоизмещающего судна.

6. Судно по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что оно имеет турбины или двигатели других типов для привода в действие гребных винтов, водометных или других движителей.

7. Судно по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что в боковых корпусах расположена вспомогательная силовая установка для маневрирования или аварийного движения судна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3