Скоростное судно с подводом воздуха под днище

Изобретение относится к судостроению и касается проектирования скоростных судов с воздушной каверной на днище и с улучшенными гидродинамическими и мореходными качествами. Скоростное судно с подводом воздуха под днище состоит из корпуса, имеющего килеватую носовую оконечность и бортовые глиссирующие скеги. Между скегами расположена днищевая выемка для формирования воздушной каверны, ограниченная сверху днищевым сводом и заканчивающаяся на уровне кормового транца. Бортовые скеги выполнены расширяющимися от мидель-шпангоута как в корму в направлении к транцу, так и в сторону носовой днищевой выемки под каверну. Линии срывообразующих кромок бортовых скег в носовой части свода каверны имеют С-образную кривизну. Точка пересечения срывообразующих кромок расположена в средней части корпуса кормовее плоскости мидель-шпангоута, где ширина днища по скуле больше или равна ширине днища в плоскости мидель-шпангоута. Технический результат реализации изобретения заключается в обеспечении повышенных показателей устойчивости судна при глиссировании и других эксплуатационных характеристик, особенно при движении на волнении. 3 ил.

 

Изобретение относится к судостроению, касается проектирования скоростного судна с воздушной каверной на днище и направлено на улучшение как гидродинамических, так и мореходных характеристик этих судов. Известны гидродинамические компоновки скоростных судов, содержащие килеватые обводы в носовой части и плоские или малокилеватые обводы в средней и кормовой частях. На судах с воздушной каверной на большей части длины днища располагается выемка, ограниченная двумя бортовыми скегами, соединяющимися в носовой части и образующими соответствующий объем, в который подается под давлением воздух. В кормовой части между скегами располагается гидродинамическая пята трапециевидной формы, образующая вторую гидродинамическую опору (в дополнение к первой - носовой), обеспечивающая балансировку судна на эксплуатационных скоростях движения в диапазоне углов ходового дифферента ϕ=1-5° и организующая установившийся переток воздуха между скегами и гидродинамической пятой. В одном или нескольких сечениях в носовой части выемки по длине, как правило, формируется подвод воздуха от одного или группы вентиляторов с избыточным давлением, позволяющим наряду с уменьшением осадки судна существенно снижать величину смоченной поверхности и тем самым уменьшить полное гидродинамическое сопротивление, приводящее к увеличению скоростей движения судна до 30÷40% при минимальных около 2÷3% затратах мощности главной силовой установки. Идея подачи воздуха под днище корпуса судна сама по себе не нова, известны и патенты на суда с каверной. Имеются патенты и авторские свидетельства, направленные на улучшение некоторых показателей судна с воздушной каверной. Так, например, в патенте РФ №2047534 регламентированы, в основном, параметры свода каверны, дальнейшие испытания моделей которой показали, что эффект от сложной формы свода каверны невелик, а его изготовление существенно усложняется, что увеличивает стоимость судна.

В патенте РФ №2041116 предложена форма каверны в плане, сужающаяся от транца к носовому редану, который выполняется по радиусу. При этом бортовые скеги имеют постоянное расширение в направлении к носовой оконечности. Предложенная форма не решает ряда задач по мореходности, снижает эффективность каверны, не позволяя реализовать все преимущества от использования каверны в условиях волнения.

В патенте РФ №2172271 предложена форма каверны в плане, сужающаяся от района цилиндрической вставки в нос по криволинейному обводу. При этом бортовые скеги переходят в криволинейные в плане, но плоские по батоксам участки с углами атаки α_i от 0 до 90°, длина таких участков предлагается по меньшей мере 0,05 длины выемки (каверны). Имеется раздел 4, который описывает выполнение плоских участков в виде последовательных элементарных участков, каждый из которых имеет неизменный угол атаки α_i. Предложенная форма очень сложна технологически для реализации при постройке, кроме того, большие плоские участки приведут к возникновению значительных ударов при движении с полной скоростью на волнении, ухудшат продольную и поперечную остойчивость судна.

В патенте США №4031841 патентуется обычное судно с каверной с подачей воздуха в зареданное пространство за счет разрежения за реданом, причем объем воздуха регулируется клапаном. Наши испытания показали, что для судов водоизмещением более 15 тонн и скоростью более 30 узлов эффективность подачи воздуха за счет разрежения очень невелика и не позволяет создавать суда с высокими скоростными и мореходными характеристиками. В патенте Франция №24602442 предложено судно на воздушной каверне, отличающееся тем, что предусматривается увеличение упора за счет выхода воздуха в корме. Расчеты показывают, что это увеличение очень невелико.

В патенте Австралия, зарегистрированном в Европейском патентном бюро за №95901996.9-2312, принципиально новым является использование глиссирующих сил, возникающих перед реданом, на скегах и гидродинамической пяте в корме, кроме того, рассмотрены многосекционный подвод воздуха в каверну, специальные устройства, регулирующие выход воздуха из каверны, организация регулируемого перетока воздуха между секциями для управления качкой судна. В целом изобретение эффективно для большегрузных судов. Для судов малого и среднего тоннажа изобретение приводит к усложнению конструкции корпуса и может быть в наших условиях экономически не эффективным.

На преодоление всех отмеченных выше недостатков и противоречий в существующих патентах и на построенных судах направлено настоящее изобретение, которое должно повысить не только гидродинамическое качество судов на воздушной каверне, но и улучшить устойчивость глиссирования и обеспечить повышенные эксплуатационные качества. Особенно это важно в условиях развитого волнения, когда на первое место выходят вопросы стабилизации как продольной, так и поперечной качки.

Поставленная цель достигается тем, что обводы конструкции судна под воздушную каверну имеют в плане следующие очертания (см. фиг.1): корпус (1) судна представляет из себя килеватую носовую оконечность и переменные по ширине бортовые глиссирующие скеги (2), между которыми располагается днищевая выемка для воздушной каверны, ограниченная сверху днищевым сводом (3) и оканчивающаяся на уровне кормового транца (4). В носовой части выемки срывообразующие кромки (5) бортовых скег с С-образным профилем в плане образуют лыжеобразный выступ (6), сужающийся по ширине в корму и существенно, как показали многочисленные экспериментальные проработки, снижающий ударные нагрузки на судно при движении в условиях развитого волнения, и тем самым улучшающий его мореходные качества. Точка пересечения срывообразующих кромок бортовых скег расположена в средней части корпуса, кормовее плоскости мидель-шпангоута (8), где ширина днища по скуле больше или равна ширине днища в плоскости мидель-шпангоута. Увеличенная в районе транца по ширине глиссирующая поверхность бортовых скег (2) в сочетании с развитыми носовыми глиссирующими элементами и расположение вертикальных стенок (7) под углом к ДП по сравнению с этими элементами в районе мидель-шпангоута (8) позволяют стабилизировать поток выходящего воздуха, существенно улучшить параметры по качке и тем самым повысить эксплуатационное качество судов с каверной на крейсерских скоростях движения не только на тихой воде, но и, что особенно важно, на волнении. А расположенный в районе кормовой части корпуса (см. фиг.2) трапециевидный выступ (9), как дополнительный элемент, также обеспечивает требуемые балансировочные характеристики судна при выдерживании углов ходового дифферента в диапазоне ϕ=1-5°.

Через расположенные в лыжеобразном выступе (6), например, по схеме «елочка» (см. фиг.3) сопла (10) или щелевидные отверстия (возможны и другие варианты расположения сопел и отверстий) воздух от одного или группы вентиляторов (11) по специально спрофилированным воздушным каналам (12) подается под днище судна в его днищевую выемку, заполняя отведенные для этих целей объемы и образуя тем самым воздушную каверну. С началом движения судна и с подачей воздуха в днищевую выемку уменьшается смоченная поверхность днищевой части корпуса, за счет чего резко снижается полное гидродинамическое сопротивление на эксплуатационных скоростях движения при практически постоянной мощности силовой установки (затраты на подачу воздуха составляют 2÷3%), чем достигается существенный прирост скорости хода и реализуется эффект воздушной каверны. При этом С-образная кривизна срывообразующих кромок бортовых скег и расширяющиеся от мидель-шпангоута в нос и в корму глиссирующие поверхности бортовых скег, как показали многочисленные эксперименты с динамически-подобными моделями, оснащенными системой подачи воздуха в каверну, улучшают мореходные характеристики и существенно снижают параметры килевой и бортовой качки при движении судна в условиях волнения.

Скоростное судно с подводом воздуха под днище, состоящее из корпуса, имеющего килеватую носовую оконечность и бортовые глиссирующие скеги, между которыми расположена днищевая выемка для формирования воздушной каверны, ограниченная сверху днищевым сводом и заканчивающаяся на уровне кормового транца, отличающееся тем, что бортовые скеги выполнены расширяющимися от мидель-шпангоута как в корму в направлении к транцу, так и в сторону носовой днищевой выемки под каверну, при этом линии срывообразующих кромок бортовых скег в носовой части свода каверны имеют С-образную кривизну, а точка их пересечения расположена в средней части корпуса кормовее плоскости мидель-шпангоута, где ширина днища по скуле больше или равна ширине днища в плоскости мидель-шпангоута.