Универсальное транспортное судно

Изобретение относится к области судостроения и судоходства в сложных и штормовых условиях мореходства на дальних океанских линиях. Объектом изобретения является универсальное транспортное судно для условий всесезонного и всепогодного мореходства в дальневосточных морях России, способного к всесезонному и всепогодному обслуживанию не обустроенных морских и океанских коммуникаций на Дальнем Востоке и в полярных регионах России. Обводы, форма корпуса и общеархитектурный облик универсального транспортного судна сформированы в результате анализа результатов ходовых и мореходных испытаний моделей судов. Изобретение направлено на минимизацию внешнего силового воздействия на судно со стороны ураганных ветров и штормового волнения, достижение минимальности всех видов качки и поддержание заданной скорости хода на любых курсах относительно ураганного ветра и гребней штормовых волн. 2 ил.

 

Изобретение относится к судостроению и судовождению в сложных, штормовых и ледовых условиях дальневосточных морей России.

Назначение

Настоящим изобретением определяются перспективный проект универсального транспортного судна для генеральных грузов с возможностью автономной грузообработки с помощью парных стрел, а также с использованием горизонтальной погрузки через кормовую аппарель, в том числе с возможностью задействования плашкоутов.

Назначением судна определяется всесезонная и всепогодная навигация на каботажных линиях дальневосточных морей России, включая возможность рейдовой разгрузки снабжения и тяжелого оборудования для прибрежных поселков и удаленных таежных постов, а также прием на борт в кормовую надстройку пассажиров, где обеспечиваются наиболее комфортные условия по качке в штормовом море, а также доступ к грузовым отсекам при необходимости обслуживания транспортируемых механизмов или сложного оборудования в походных условиях.

Уровень техники

В соответствии с концепцией целевого проектирования для не обустроенных морских и океанских каботажных линий и прибрежных акваторий Дальнего Востока России, в цикле многолетних опытовых и вычислительных экспериментов [4] разработан специальный комплекс инженерно-технических решений по форме корпуса и общекорабельной архитектуре тяжелого транспортного судна повышенной штормовой мореходности для всесезонной и всепогодной навигации в штормовых приполярных широтах Мирового океана. Настоящее универсальное транспортное судно создавалось в ходе реализации и по результатам серии мореходных испытаний в опытовом бассейне с гравитационной буксировочной системой в Ленинградском кораблестроительном институте при непосредственном участии и под руководством профессора кафедры теории корабля Александра Николаевича Холодилина в 1984-1986 гг.

Основные инженерно-технические решения создавались при участии авторитетных дальневосточных капитанов и судоводителей в дискуссиях на ходовом мостике в дальних тихоокеанских походах, что в настоящем изобретении составляет основу построений непротиворечивого проектирования судна, в должной мере согласованного с настоящей морской практикой в конкретных общегеографических условиях с заданными навигационными особенностями дальневосточных коммуникаций России. В новом проектном решении использован комплексный подход для согласования ключевых аспектов эксплуатации судна в соответствии с наставлениями и техническими требованиями судоводителей и судовладельцев, несущих реальную ответственность за поддержание всепогодной и всесезонной навигации на конкретных морских путях и в заданных прибрежных акваториях Дальнего Востока и полярных регионов России.

Настоящим изобретением устанавливается вариант оптимизированных инженерно-технических решений для достижения минимальной качки универсального транспортного судна, что требуется для бережной и безопасной транспортировки грузов самого различного назначения, в том числе находящихся под непрерывным наземным техническим или эксплуатационным контролем, для осуществления которого столь же востребованы повышенные критерии обитаемости на борту судна для специалистов без особого опыта морской практики в сложных навигационных и штормовых условиях дальнего и океанского каботажного плавания в штормовых северных морях.

Осуществление изобретения

Вычислительные эксперименты по моделированию корабельного волнообразования [5] на всех скоростях хода, по результатам анализа компонент интеграла Мичелла [6, Michell J.Н. 1898], позволяют обосновать необходимость предельного уменьшения ширины действующей ватерлинии, что для тяжелого транспортного судно возможно за счет исключения из запаса плавучести избыточного надводного объема грузовых твиндеков, с устройством развитых булей в подводной части корпуса. Аналогичное техническое решение получается по требованиям о необходимости минимизации интенсивности воздействия и силовых откликов для отражаемого от корпуса суммарного волнообразования, усиливаемого внешним силовым воздействием от гребней штормовых волн в условиях глубокого моря и обрушающихся девятых валов трохоидальной природы (кноидальные гребни одиночных волн на мелководье в настоящих технических разработках не рассматривались, из чего следует необходимость предупредительных наставлений судоводителям об особой опасности штормового плавания в условиях прибрежного мелководья или на мелководных банках в открытом море).

На диаграммах статической остойчивости (фиг. 2, слева) показан огромный запас, до 1,5 м плеча остойчивости при накренении 60-70°, даже в случае нулевой метацентрической высоты, а при любом изменении посадки немедленно проявляется весьма значимая начальная остойчивость с метацентрической высотой порядка 0,5 м, что в целом способствует абсолютной штормовой остойчивости, которая в данном случае характеризуется нелинейными законами динамической остойчивости с сильным положительным эффектом, и особенно на больших углах крена и дифферента. Настоящим проектом предусматривается возможность эксплуатации транспортного судна с нулевой поперечной остойчивостью, что делает период бортовой качки максимально большим. Недостатком такого состояния судна является опасность появления больших углов крена при малых кренящих моментах, например под воздействием бортового ветра или кренящих моментов на быстрой циркуляции, что одновременно служит реальной возможности для эффективной работы активных успокоителей качки, которые могут создавать длительные по времени стабилизирующие моменты при установке крыльевых систем в потоке за гребными винтами [7].

В обводах корпуса использованы геометрические построения для уменьшения продольного момента инерции площади действующей ватерлинии (относительно поперечной оси ординат), что требуется как для уменьшения внешних дифферентующих моментов при воздействии на судно внешнего штормового волнения, так и для вовлечения в практическую работу активных крыльевых систем для стабилизации килевой качки, эффективное воздействие которых не является особо мощным, а эффект даже от малого стабилизирующего действия крайне важен для устойчивости на курсе и для поддержания приемлемой ходкости произвольным курсом в условиях интенсивного штормового волнения.

Двухостровная схема судовых надстроек не способствует проявлению опасных силовых моментов от ураганных ветров, разворачивающих судно и реально препятствующих выбору и удержанию произвольно избранного курса и скорости относительно штормового волнения. В то же время асимметрия обводов корпуса относительно мидельшпангоута определяет возможность неуправляемого приведения судна на безопасный курс навстречу ветру и волнению в случае аварийной остановки главных машин или повреждения рулевого устройства. Для ускоренного вывода судна на штормовой курс носом на волну на гафеле кормовой бизань мачты может подниматься штормовой парус.

Громоздкий носовой бульб служит созданию винтовой поверхности на уровнях переменных ватерлиний, что служит стабилизации ходового дифферента и стабилизации килевой качки в условиях интенсивного волнения; а избыточные полнота и масса в носовой оконечности могут быть полезны для размещения различных переменных грузов, судовых запасов и снабжения, которые будут увеличивать продольный момент инерции массы корпуса и способствовать увеличению периода собственных продольных колебаний корпуса судна. Развитый носовой бульб также затрудняет рыскание, а снижение высоты форштевня и палубы бака предотвращает развитие интенсивной килевой и вертикальной качки в носовой оконечности, отчего низкая носовая палуба становится подверженной ударным воздействиям мощных потоков воды из обрушающихся гребней штормовых волн. Чтобы потоки воды на верхней палубе не останавливали и не уводили судно со штормового курса, носовая надстройка должна быть по возможности низкой, зауженной и обтекаемой для ветра и волн.

Таким образом, полностью формируется носовой блок корпуса (фиг.1, шп. 1-4), где под верхней палубой размещаются бытовые и служебные помещения, машинное отделение с генераторами электроэнергии, и все судовые запасы и походное снабжение, и что позволяет предельно минимизировать объемы судовых отсеков в кормовой оконечности (фиг.1, шп. 16-20), где размещаются ходовые электродвигатели, рулевые машины и крыльевые устройства и механизмы для стабилизации килевой и бортовой качки.

В носовой части судна располагаются ходовая вахта, палубная и машинная команды, профессиональный уровень и морской опыт которых благоприятствуют комфортному обитанию в условиях умеренной качки, с должной подготовкой и навыками ведения морских работ на верхней палубе в неблагоприятных погодных условиях.

Наиболее комфортные условия обитания в любых погодных условиях создаются в кормовой надстройке, где размещаются пассажиры и специалисты, сопровождающие грузы, в том числе обязанные непрерывно проводить какие-либо регламентные работы или эксплуатационное обслуживание транспортируемой техники и сложного оборудования в течение всего морского похода. Все помещения под верхней палубой освобождаются для размещения грузов и проведения горизонтальной грузообработки с использованием поворотной аппарели, что практически возможно при условии использования компактных маршевых электродвигателей, размещаемых в зауженных кормовых отсеках под грузовыми трюмами.

Мореходные испытания телеуправляемой модели универсального транспортного судна в условиях интенсивного регулярного волнения в опытовом бассейне и на ветровом волнении в открытом море показали, что корпус судна вполне сносно уходит с курса лагом к волне в любое другое положение относительно волновых фронтов даже при самой малой тяге главных двигателей, при этом уровень комфортности обитания не нарушается, так как вертикальные ускорения в оконечностях корпуса не превышают 0,1·g÷0,15·g. На всех курсах навстречу крупному волнению на палубу бака обрушаются гребни волн, потоки воды из которых разбиваются о носовую надстройку и с легкостью перехлестывают через ходовую рубку, проникая по открытым шкафутам на верхнюю палубу в средней части корпуса. На курсе по волне, за счет относительно объемной кормовой раковины возникают условия для дельфинирования и саморазгона судна при соскальзывании с крутых гребней относительно длинных штормовых волн.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Проекции «бок» (сверху) и «полуширота» (снизу) с наложением проекции «корпус» теоретического чертежа на мидельшпангоут проекции «бок», с эскизной прорисовкой общеархитектурных решений и общего расположения универсального транспортного судна повышенной штормовой мореходности. В носовом бульбе и форпике (шп. - 1÷2) располагаются судовые запасы, пресная вода и топливо. Под ходовой рубкой - служебные и бытовые помещения экипажа и главная электрогенераторная энергетическая установка (шп. 1,5÷4). Четыре грузовых трюма (шп. 4÷15) и шесть пар грузовых стрел предназначены для автономной работы с генеральными грузами или 500-ми стандартными шестифутовыми морскими контейнерами. Кормовая надстройка с бытовыми помещениями для пассажиров и членов морских экспедиций располагаются в кормовой надстройке выше верхней палубы. Ахтерпик и зауженная часть кормовой скулы (шп. 15÷20) вмещают маршевые электродвигатели, рулевые машины и механизмы активных крыльевых стабилизаторов - пассивных штормовых аварийных движителей, над которыми сохраняется пространство для грузовых пролетов накатной техники и грузовых плашкоутов, включаемых в горизонтальную грузообработку с помощью кормовой поворотной аппарели.

Фиг. 2. Результаты гидростатических расчетов по корпусу универсального транспортного судна повышенной штормовой мореходности. В диаграммах остойчивости аппликата центра тяжести фиксирована в положении метацентра на рабочей осадке (5-ВЛ), что сделано для подтверждения увеличения остойчивости при любом изменении посадки судна в условиях вертикальной качки. Остойчивость на больших углах крена всегда положительна и достигает максимума, когда судно ложится на борт (φ=60÷90°). На кривых элементов теоретического чертежа (справа) отчетливо выделяется значительное уменьшение поперечного и продольного моментов инерции площади действующей ватерлинии, что сказывается на минимальной аппликате метацентра и, как следствие, достижению плавности качки при значительном уменьшении кренящих и дифферентующих моментов под воздействием наклонов поверхности уровня моря.

Список использованных источников

1. Храмушин В.Н. Поисковые исследования штормовой мореходности корабля. Владивосток: Дальнаука, 2003. 172 с. (shipdesign.ru/Khram/History-II.pdf).

2. Храмушин В.Н. «Корабль без бортовой качки», патент России № RU 2360827 от 10.07.2009, бюл. №19 (shipdesign.ru/Invent/01.html).

3. Храмушин В.Н. Корабль, остойчивый в штормовом плавании. Патент №2487043 от 2013.07.10, Бюл. №19 (shipdesign.ru/Invent/06.html).

4. Кроленко С.И., Храмушин В.Н. Ключевые проектные решения и особенности штормового кораблевождения // Доклады научно-технической конференции: «Проблемы мореходных качеств судов, корабельной гидромеханики и освоения шельфа» (XLIV Крыловские чтения). СПб: ЦНИИ им. А.Н. Крылова, Центральное Правление РосНТО судостроителей им А.Н. Крылова, секция мореходных качеств судов. 15-16 ноября 2011 г., Санкт-Петербург. С. 72-85 (shipdesign.ru/Khram/Art/STAB2009-rus.html).

5. «Hull» - Построение аналитической формы корпуса корабля, расчеты волнового сопротивления, кривых элементов теоретического чертежа и диаграмм остойчивости морских судов. Программа для ЭВМ, Роспатент №2010615849 от 8.09.2010 г. (shipdesign.ru/SoftWare/2010615849.html).

6. Mr. J.Н. Michell on the Wave-Resistance of a Ship. Philosophical Magazine, 1898, vol. 45, Ser. 5, pp. 106-123 (shipdesign.ru/JHM-rus.html).

7. «Активный стабилизатор килевой и бортовой качки корабля - штормовой аварийный движитель», патент России № RU 2384457, бюл. №8 от 20.03.2010 (shipdesign.ru/Invent/04.html).

Универсальное транспортное судно, построенное по двухостровной схеме палубных надстроек с возможностью проведения грузовых операций спаренными грузовыми стрелами и посредством горизонтального наката через кормовую поворотную аппарель, отличающееся тем, что вместо твиндеков в надводной части корпуса устраивается завал надводного борта с образованием подводных булей и лишь верхние концы ветвей шпангоутов имеют малый развал для устройства прохода (шкафута) между комингсами грузовых люков и фальшбортом, в носовой оконечности - объемный подводный бульб, образующий винтовые поверхности в обводах переменных ватерлиний и носовой скулы для гидродинамической стабилизации килевой качки и который существенно увеличивает общую полноту и моменты инерции массы носовой оконечности, так же как и водоизмещение судна в целом, при сохранении плавности и остроты ватерлиний, кормовая раковина крейсерской кормы вмещает поворотно-угловую (осевую) аппарель горизонтальной грузообработки, которая по-походному укрывается подъемным закрытием, снижена высота форштевня и бака, свободно принимающих потоки из гребней штормовых волн на верхнюю палубу для частичной компенсации внешних сил и моментов со стороны штормового волнения, что способствует уменьшению вертикальной, килевой качки и рыскания на штормовом курсе и в едином комплексе технических решений определяет условия плавности качки и штормовой ходкости на заданных курсах в условиях ураганных ветров и интенсивного штормового волнения.