Нос судна

 

Изобретение относится к гидродинамике и может быть использовано для увеличения скорости движения судов. Нос судна содержит щиты, установленные ниже ватерлинии с двух его сторон. Передняя часть щитов параллельна направлению движения судна, а нижние и верхние горизонтальные кромки щитов соединены пластинами с обшивкой. Образуемые каналы имеют гидродинамическую форму в продольном направлении вдоль щитов и носовой обшивки судна. Угол между хордой поверхности носовой обшивки гидродинамической формы и диаметральной плоскостью должен составлять не менее 35^o. Изобретение позволяет увеличить силу тяги судна без повышения мощности энергетических установок или снизить мощность (экономия топлива) при расчетной скорости судна. 2 ил.

Изобретение относится к гидродинамике и может быть использовано для увеличения скорости движения судов без повышения мощности энергетических установок или для снижения мощности (экономии топлива) судов при расчетной скорости хода.

Известно устройство для повышения силы тяги, содержащее щиты, установленные ниже ватерлинии с двух сторон носа судна и закрепленные к его обшивке, а также вращаемые цилиндрические роторы, размещаемые в пространстве между обшивкой носа и щитами (авт. свидет. 19479, В 63 В 1/4, СССР, публ. 1931 г.).

Известен способ увеличения скорости движения в водной среде, заключающийся в создании колебаний рабочего органа в виде жесткого обтекателя в носу поступательно движущегося в воде судна, осуществляемых подпружиненным толкателем от источника колебаний (патент 2006415, В 63 В 1/36, Россия, 1994 г.).

Известно устройство для увеличения силы тяги в виде колеблющегося носового крыльевого профиля, установленного впереди корпуса судна (патент США 5090352, В 63 В 1/36, 1993 г.).

Общие недостатки перечисленных устройств - наличие крупногабаритных, массивных колеблющихся (или вращаемых) деталей, конструкций и необходимость существенных затрат дополнительной энергии.

Известен нос судна, содержащий щиты, установленные ниже ватерлинии с двух его сторон, причем передняя часть щитов параллельна направлению движения судна, нижние и верхние горизонтальные кромки щитов соединены с обшивкой пластинами, при этом образуемые каналы имеют гидродинамическую форму в продольном направлении вдоль щитов и обшивки борта судна (патент 2131374, В 63 В 1/40, Россия, опубл. 10.06.1999 г.).

Недостаток этого устройства, принятого за прототип, заключается в отсутствии такого признака, как угол между хордой поверхности носовой обшивки гидродинамической формы и диаметральной плоскостью судна. От указанного угла в конечном счете зависит достижение технического результата предлагаемого изобретения - увеличение силы тяги.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем щиты, установленные ниже ватерлинии с двух сторон носа судна, передняя часть щитов параллельна направлению движения судна, причем нижние и верхние горизонтальные кромки щитов соединены с обшивкой пластинами, а образуемые при этом каналы имеют гидродинамическую форму в продольном направлении вдоль щитов и обшивки борта судна, угол между хордой поверхности носовой обшивки гидродинамической формы и диаметральной плоскостью судна должен быть не менее 35 градусов.

Для оценки величины указанного угла рассмотрим каналы, в которых часть обшивки корпуса судна выполнена в виде выпуклой крыльевой поверхности, а противолежащая ей внутренняя поверхность щитов параллельна хорде обшивки и имеет искусственную шероховатость. Скорость обтекания потоком обшивки будет выше скорости обтекания поверхности щита, а оказываемые на них давления со стороны потока наоборот. В результате разности этих давлений появляется гидродинамическая сила Ркр, приложенная перпендикулярно хорде и щиту и направленная в сторону от судна. Проекция этой силы на направление движения судна Ткр = Ркр sinα представляет собой дополнительную силу тяги. Очевидно, что величина ее зависит от угла α между хордой поверхности носовой обшивки судна гидродинамической формы и диаметральной плоскостью судна. Чем этот угол больше, тем дополнительная сила тяги выше.

Размещение пластинчатого интерцептора на задней кромке щита тормозит поток и также вызывает повышение давления потока на внутреннюю поверхность щитов, результирующая которого перпендикулярна щиту и равна Ринт, и появление еще одной дополнительной силы тяги Тинт = Ринт sinα, зависящей от угла между щитом и диаметральной плоскостью судна. Кроме этого, интерцептор вносит дополнительно сопротивление Rинт, которое снижает силу тяги на величину Тсопр = Rинт cosα.

Таким образом, в случае применения трех разных устройств суммарная дополнительная сила тяги судна будет равна Из (1) найдем значение угла α, при котором дополнительная сила тяги имеет наибольшую величину, α = arctgPинт/(Ркр + Рш + Ринт). (2) Выполненные расчеты показали, что в пределах реальных изменений геометрических параметров крыльевой поверхности обшивки, интерцепторов и искусственной шероховатости щитов существенная величина дополнительной силы тяги возникает при угле α не менее 35 градусов.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 - общий вид устройства при сечении корпуса судна горизонтальной плоскостью; фиг.2 - сечение А - А на фиг. 1.

Устройство содержит размещаемые в носу судна 1 ниже ватерлинии щиты 2, участки носовой обшивки судна в виде крыльевого профиля 3, пластинчатые интерцепторы 4, нижние и верхние пластины 5.

Устройство работает следующим образом. При движении судна набегающий на нос судна поток воды поступает в каналы, образованные обшивкой носа судна 1, щитами 2 и горизонтальными пластинами 5. При этом скорость потока на крыльевой поверхности обшивки 3 оказывается выше, чем на противолежащей внутренней поверхности щита 2. К тому же обтекание последней тормозится искусственной шероховатостью и наличием интерцептора 4. Разность скоростей потока на крыльевой поверхности 3 и поверхности щита 2 приводит к разности давлений на них и, как результат, к результирующей гидродинамической силе, перпендикулярной хорде крыльевой поверхности и щиту. Проекция ее на направление движения судна дает дополнительную силу тяги к основной силе тяги.

Устройство не имеет каких-либо движущих частей, не требует специальных затрат энергии. При этом дополнительная сила тяги может достигать 20% и более от основной силы тяги судна.

Формула изобретения

Hoc судна, содержащий щиты, установленные ниже ватерлинии с двух его сторон, причем передняя часть щитов параллельна направлению движения судна, нижние и верхние горизонтальные кромки щитов соединены с обшивкой пластинами, при этом образуемые каналы имеют гидродинамическую форму в продольном направлении вдоль щитов и носовой обшивки, отличающийся тем, что угол между хордой поверхности носовой обшивки гидродинамической формы и диаметральной плоскостью составляет не менее 35^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2