Корпус судна, имеющий центральный киль и бортовые скулы

Изобретение относится к судостроению и касается профилирования обводов моно-катамаранной конструкции. Корпус судна имеет центральный киль и бортовые скулы, переднюю часть, характеризующуюся наличием по глубине V-образного обвода. При этом V-образность обвода передней части корпуса судна выполнена с постепенным увеличением угла в направлении спереди назад между бортовыми скулами от некоторой величины до 180° в задней части корпуса судна, имеющей бортовые скулы, выполненные с простиранием в соответствии с боковыми обводами корпуса. Бортовые скулы, начиная от кормы, имеют нижнюю кромку, расположенную под ватерлинией сзади от миделевого сечения с последующим подъемом и плавным слиянием с передней частью корпуса судна. Центральный киль может иметь подъем вверх сзади от миделевого сечения. Бортовые скулы задней части корпуса судна могут быть параллельными или расходящимися от днища к палубе. Бортовые части задней части корпуса могут быть вертикальными или сходящимися книзу по всей длине. Изобретение позволяет переводить носовую волновую систему к днищевой части корпуса судна и с последующей рекуперацией части энергии, израсходованной при формировании волновой системы с целью увеличения гидродинамического подпора корпуса судна. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к корпусу судна, имеющему центральный киль и бортовые скулы.

Предпосылки создания изобретения

Заявитель является владельцем итальянских патентов № 1299454 и 1306755, а также соответствующей патентной заявки РСТ/IТ99/00101, поданной 11 ноября 1999 года и озаглавленной «Корпус судна с конструкцией моно-три-катамарана» ("Hull for shipping with a mono-three-catamaran architecture"). Как в патентах, так и в патентной заявке указанных выше описывается судно с параллельными бортами, имеющее пару бортовых скул, при этом нижняя кромка каждой скулы начинается под ватерлинией от поперечного сечения вблизи носа судна. Судно имеет центральный киль, выполненный с простиранием на длину, меньшую, чем расстояние между носовым поперечным сечением и миделевым сечением. В днищевой части корпуса судна между бортовыми скулами, а также между каждой из бортовых скул и центральным килем (там, где этот центральный киль присутствует) выполнены выпуклые донные структуры, образующие перевернутые продольные донные каналы.

Целью создания такого корпуса судна является переведение носовой волновой системы к днищевой части корпуса судна с последующей рекуперацией части энергии, израсходованной при формировании волновой системы, с целью увеличения гидродинамического подпора корпуса судна.

Однако эта цель достигается только в тех случаях, когда скорость судна очень невелика, например для барж или подобных судов. При более высоких скоростях угол, образуемый носовой волновой системой, меньше, чем при движении судна с малой скоростью. Для судов, движущихся с высокими скоростями, скулы, очень сильно выдвинутые вперед, для целей переведения носовой волновой системы к днищевой части корпуса судна бесполезны. Кроме того, корпус судна по более ранним изобретениям заявителя, на которые выданы вышеуказанные патенты, имеет слишком большую ширину по КВЛ (аббревиатура от «конструктивная ватерлиния») при шпангоуте наибольшего сечения и это наибольшее сечение имеет слишком переднее расположение. Учитывая этот факт совместно с большой протяженностью скул, которые полностью погружены в воду вблизи носа судна, следует сделать вывод, что площадь смачиваемой поверхности велика и, как результат, велико сопротивление движению судна.

Еще один недостаток известных из предшествующего уровня техники судовых корпусов такого типа, связанный с большой протяженностью полностью погруженных в воду скул, - это в целом в высшей степени затрудненная маневренность судна.

Кроме того, у известных из предшествующего уровня техники корпусов судна по более ранним изобретениям заявителя увеличение скорости судна вызвало бы избыточный гидродинамический подпор в носовой части судна. Этот избыточный гидродинамический подпор не был бы достаточно уравновешен в задней части корпуса судна давлением в упоминавшихся выше перевернутых продольных донных каналах, даже если бы это давление было повышено путем увеличения сечения канала между разнесенными бортовыми скулами и выполнением днища с повышением по направлению к корме. Таким образом, дифферент судна не был бы постоянным, обеспечение чего является как раз одной из целей изобретений заявителя, описанных в патентах и патентной заявке, упоминавшихся выше.

Кроме того, еще одним недостатком судовых корпусов этого типа, известных из предшествующего уровня техники, является плохая способность к автоматическому корректированию крена, так как конструкция, условно названная «моно-три-катамаран», работает как опертая балка без выраженного восстанавливающего момента.

Поэтому одной из целей предлагаемого изобретения является преодоление вышеуказанных недостатков, которые больше всего проявляются в случае увеличения скорости движения судна.

Еще одна из целей предлагаемого изобретения состоит в создании корпуса судна, приспособленного для движения со скоростями, более высокими, чем это обеспечивается для упоминавшихся выше судов, имеющих корпус, известный из предшествующего уровня техники.

Еще одна из целей предлагаемого изобретения состоит в создании корпуса судна, конструкция которого обеспечивает более низкое сопротивление при движении судна вперед.

Еще одна из целей предлагаемого изобретения состоит в создании корпуса судна, обеспечивающего неизменность дифферента при эксплуатационных скоростях.

Еще одна из целей предлагаемого изобретения состоит в создании корпуса судна, конструкция которого обеспечивает хорошую маневренность.

Еще одна из целей предлагаемого изобретения состоит в создании корпуса судна, обладающего улучшенной способностью к автоматическому корректированию крена.

Краткое описание предлагаемого изобретения

Исходя из вышеизложенного предметом предлагаемого изобретения согласно пункту 1 формулы изобретения является корпус судна, имеющий центральный киль и бортовые скулы, в котором миделевое сечение на ватерлинии делит корпус судна на переднюю часть корпуса судна, включающую центральный киль, и заднюю часть корпуса судна, имеющую бортовые части, снабженные бортовыми скулами, выполненными с заданной максимальной глубиной и с простиранием в соответствии с бортовыми обводами корпуса судна, днищевую часть задней части корпуса судна, выполненную с постепенным повышением от центрального киля назад по ватерлинии, при этом вышеупомянутая передняя часть корпуса судна имеет по глубине V-образный обвод, а центральный киль выполнен с простиранием в заднем направлении с постепенным понижением до глубины, большей, чем вышеупомянутая максимальная глубина бортовых скул, и конечным поднятием в заднем направлении, при этом V-образность обвода передней части корпуса судна выполнена с постепенным увеличением угла в направлении спереди назад между бортовыми скулами от некоторой величины до 180°; при этом вышеупомянутые бортовые скулы, начинающиеся от кормы, имеют нижнюю кромку, которая расположена под ватерлинией кзади от миделевого сечения с последующим плавным поднятием со слиянием с передней частью корпуса судна.

Краткое описание прилагаемых чертежей

Дальнейшее описание предлагаемого изобретения будет проводиться на примере одного из предпочтительных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 изображен корпус судна по предлагаемому изобретению (один из вариантов осуществления), вид сбоку.

На фиг.2 - то же, вид снизу, при этом показаны центральный киль и бортовые скулы, а также ватерлинии.

На фиг.3 - то же, вид спереди, при этом показаны обводы по семи теоретическим шпангоутам, из которых два самых задних не видны.

На фиг.4 тот же корпус судна показан на виде сзади, при этом в целом показаны обводы по задним теоретическим шпангоутам.

На фиг.5А, фиг.5В, фиг.5С, фиг.5D, фиг.5Е, фиг.5F и фиг.5G показаны поперечные сечения того же корпуса судна по линиям (теоретическим шпангоутам) А-А, В-В, С-С, D-D, Е-Е, F-F и G-G, показанным на фиг.1 и 2.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления предлагаемого изобретения

Сначала описание будет проводиться со ссылками на фиг.1 и 2, на которых изображен корпус судна по предлагаемому изобретению на виде сбоку и виде снизу соответственно и на которых показаны семь пронумерованных теоретических шпангоутов и ватерлинии.

В общих чертах корпус судна можно рассматривать в миделевом сечении, взятом на середине длины ватерлинии. Ватерлиния обозначена позицией 1. Миделевое сечение находится вблизи теоретического шпангоута (поперечного сечения) 2D и отделяет переднюю часть 3 корпуса судна (который является монокорпусом), имеющую бортовые части 4 и 5 и центральный киль 6, от задней части 7 корпуса судна, имеющей бортовые части 8 и 9, днищевую часть 10 и бортовые скулы 11 и 12.

Бортовые скулы 11 и 12 соединяют бортовые части 8 и 9 соответственно с днищевой частью 10, как это можно видеть на фиг.3.

Как станет понятно из последующего описания, передняя часть 3 корпуса судна плавно по обводу соединена с задней частью 7 корпуса судна. Это можно видеть также на фиг.3 и 4, на которых корпус судна по предлагаемому изобретению показан на виде спереди и виде сзади соответственно, и на фиг.5А, фиг.5В, фиг.5С, фиг.5D, фиг.5Е, фиг.5F и фиг.5G, на которых показаны обводы корпуса судна по предлагаемому изобретению в разных поперечных сечениях: 2А, 2В, 2С, 2D, 2Е, 2F и 2G.

Передняя часть 3 корпуса судна имеет бортовые части 4 и 5, которые совместно с центральным килем 6 образуют V-образную конструкцию. В продольном направлении от носа к корме, как можно наблюдать на поперечных сечениях, показанных на прилагаемых чертежах фиг.5, рассматривая их от фиг.5G к фиг.5А, корпусный угол, то есть угол между бортовыми частями 4 и 5, увеличивается, становясь развернутым (180°) вблизи кормы. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения обводы киля принимают вогнутую и/или выпуклую форму, однако это не является существенным признаком и эти обводы могут иметь прямую форму. В этом случае изготовление корпуса судна облегчается - могут быть использованы плоские металлические листы.

В продольном направлении центральный киль 6, скругляющийся на форштевень 13, имеет свою максимальную глубину в передней части 3 корпуса судна, которая уменьшается за миделевым сечением. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения эта максимальная глубина поддерживается постоянной из соображений простоты изготовления.

Центральный киль 6 выполнен с подъемом кзади, оставаясь на транце 14 немного ниже ватерлинии 1 (когда судно находится в состоянии покоя).

На фиг.2 (вид снизу) линия 1 соответствует ватерлинии 1 на фиг.1, аналогично линии 15 и 16 соответствуют ватерлиниям 15 и 16 на фиг.1.

В верхней части корпуса судна при увеличении корпусного угла (то есть угла между бортовыми частями 4 и 5) в продольном направлении бортовые части 4 и 5 передней части 3 корпуса судна выполнены расходящимися в месте слияния с задней частью 7 корпуса судна, предпочтительно за миделевым сечением 2D, в частности перед поперечным сечением 2Е. В этой точке начинаются также бортовые скулы 11 и 12, которые скругляют бортовые части 8 и 9 с днищем 10.

Бортовые скулы 11 и 12 соединяются с днищем 10 не непосредственно, а через посредство небольших внутренних контрбортов 17 и 18 соответственно, которые выполнены с наклоном и простиранием вверх до линий пересечения 19 и 20 соответственно.

Должно быть понятно, что при движении судна в воде в направлении вперед рабочей частью корпуса судна является его передняя часть 3, снабженная центральным килем 6. При движении всякого судна, не относящегося к типу так называемых «глиссирующих» судов, происходит передача энергии воде. Для ясности будем считать, что эта передача энергии осуществляется через волновую систему, которая может быть видна в виде гребня волны в районе носа судна, за которым следует впадина, после чего снова следует подъем. В рассматриваемом примере осуществления предлагаемого изобретения этот подъем имеет место кзади от миделевого сечения при движении судна на эксплуатационной скорости, предпочтительно в той области, где днище становится плоским. В этой области кинетическая энергия воды благодаря форме днища, которое образует как бы канал, возвращается к корпусу судна в виде энергии давления. Эта энергия давления идет на поддержание желаемого дифферента корпуса судна при его движении на эксплуатационной скорости.

В результате этого корпус судна по предлагаемому изобретению приобретает способность к автоматическому корректированию своего крена благодаря объемному распределению энергии давления. Восстанавливающий момент может быть усилен с помощью балласта в случае спасательных катеров или с помощью шверца в случае парусных судов.

В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения бортовые части 8 и 9 задней части 7 корпуса судна практически параллельны. Однако в других вариантах они могут быть выполнены с расхождением от днища к палубе. В альтернативном варианте осуществления предлагаемого изобретения эти бортовые части 8 и 9 задней части 7 корпуса судна могут быть выполнены не вертикальными, а сходящимися книзу по всей длине.

V-образная форма центрального киля 6 дает ряд преимуществ. Волны, образуемые вокруг киля, оптимальным образом воспринимаются бортовыми скулами 11 и 12, при этом отличие от прототипа состоит в том, что не происходит уменьшения энергии из-за ее растрачивания на пенообразование, а это - существенные потери ввиду нарушения ламинарного характера граничного слоя.

Для увеличения диффузорного действия корпуса судна бортовые части 8 и 9 задней части 7 корпуса судна могут быть выполнены расходящимися, что обеспечивает преимущество, однако, решение следует принимать в зависимости от выбранной конструкции и целевого назначения судна, а также надо иметь в виду важность обеспечения непрерывности водного потока под корпусом судна.

Бортовые скулы 11 и 12 в общем случае начинаются вблизи миделевого сечения, благодаря чему переднюю часть 3 корпуса судна и заднюю часть 7 корпуса судна можно рассматривать как две массы, имеющие отдельные моменты инерции. При большом наклоне продольной оси судна происходит центральное падение на носу судна в силу большой массы передней части 3 корпуса судна.

Также и в случае избыточного крена, немного больше 90°, благодаря резерву плавучести погруженной бортовой скулы обеспечивается поворот с движением передней части 3 корпуса судна вниз, вследствие чего происходит стабилизация.

Если применено техническое решение, при котором бортовые скулы 11 и 12 начинаются ниже ватерлинии, то этим обеспечивается преимущество, так как имеет место более легкое проведение дополнительного количества воздуха в дополнение к тому, что обусловлено носовой волновой системой.

При построении корпуса судна по возможности без изогнутых частей обеспечивается преимущество, состоящее в облегчении изготовления корпуса судна как цельнометаллической конструкции. С конструкторской точки зрения очевидно, что для изготовления корпуса судна изогнутой формы более подходящими являются другие материалы, например пластмасса, усиленная стекловолокном.

1. Корпус судна, имеющий центральный киль и бортовые скулы, в котором миделевое сечение на ватерлинии делит корпус судна на переднюю часть корпуса судна, включающую центральный киль, и заднюю часть корпуса судна, имеющую бортовые части, снабженные бортовыми скулами, выполненными с заданной максимальной глубиной и с простиранием в соответствии с боковыми обводами корпуса, днищевую часть задней части корпуса судна, выполненную с постепенным повышением от центрального киля назад по ватерлинии, характеризующийся тем, что передняя часть корпуса судна имеет по глубине V-образный обвод, а центральный киль выполнен с простиранием в заднем направлении с постепенным понижением до глубины большей, чем максимальная глубина бортовых скул, и конечным поднятием в заднем направлении, при этом V-образность обвода передней части корпуса судна выполнена с постепенным увеличением угла в направлении спереди назад между бортовыми скулами от некоторой величины до 180°, при этом бортовые скулы, начиная от кормы, имеют нижнюю кромку, которая расположена под ватерлинией сзади от миделевого сечения с последующим плавным слиянием с передней частью корпуса судна.

2. Корпус судна по п.1, характеризующийся тем, что центральный киль выполнен с подъемом вверх сзади от миделевого сечения.

3. Корпус судна по п.1, характеризующийся тем, что боковые скулы задней части корпуса судна параллельны.

4. Корпус судна по п.1, характеризующийся тем, что боковые скулы задней части корпуса судна выполнены расходящимися от днища к палубе.

5. Корпус судна по п.1, характеризующийся тем, что бортовые части задней части корпуса судна вертикальны.

6. Корпус судна по п.1, характеризующийся тем, что бортовые части задней части корпуса судна выполнены сходящимися книзу по всей длине.