Корпус морского судна и морское судно
Изобретение относится к области судостроения и касается конструкции корпуса судна. Предложен корпус морского судна, содержащий обшивку (2) корпуса из металла, продольные и поперечные усиливающие элементы, причем по меньшей мере один продольный усиливающий элемент (3) размещен между обшивкой (2) корпуса и по меньшей мере одним поперечным усиливающим элементом (4) и соединен с внутренней частью (5) обшивки (2) корпуса, при этом обшивка (2) корпуса имеет толщину, которая меньше 10 мм, указанный продольный усиливающий элемент (3) изготовлен из того же металла, что и указанная обшивка (2) корпуса, и содержит по меньшей мере один упругий сегмент (6), предусмотренный для работы в качестве пружины в направлении, поперечном относительно толщины обшивки (2) корпуса, указанный упругий сегмент (6) предусмотрен так, чтобы достигать нижней части при сжатии, которое больше 10 мм и меньше 50 мм. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик корпуса судна, который выполнен из легковесной конструкции и одновременно имеет большое сопротивление постоянной деформации при внешней нагрузке/давлении. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится, в общем, к корпусу морского судна, изготовленному из металла в виде легковесной конструкции для морских судов. В частности, настоящее изобретение относится к корпусу морского судна, содержащему обшивку корпуса, изготовленную из металла, группу продольных усиливающих элементов и группу поперечных усиливающих элементов. По меньшей мере один продольный усиливающий элемент из указанной группы продольных усиливающих элементов размещен между обшивкой корпуса и по меньшей мере одним поперечным усиливающим элементом из указанной группы поперечных усиливающих элементов, и соединен с внутренней частью обшивки корпуса. Во втором аспекте настоящее изобретение относится к морскому судну, содержащему такой корпус морского судна.
Предшествующий уровень техники
В соответствии с традицией и привычкой корпус морских судов, имеющих требования низкого веса, например планирующих катеров для частного, гражданского или военного использования, изготавливаются из алюминия или пластика. Однако большие (больше 10 м), а также малые (меньше 10 м) катера такой легковесной конструкции страдают от определенных недостатков. Большой недостаток пластиковых катеров заключается в том, что они являются относительно хрупкими относительно размера и веса, и тем самым корпус рискует треснуть при сильных касаниях о грунт или если катер натолкнется на скалы при швартовке в естественной гавани. Другой недостаток пластиковых катеров заключается в том, что они требуют большого ухода и технического обслуживания, например очистки, окрашивания под водой, нанесения воска, полировки и т.д., для предохранения пластика от старения и растрескивания. Однако старение пластика не может быть полностью предотвращено, и воздух, вода, УФ-излучение и водные организмы ухудшают свойства пластика уже после нескольких лет. Корпусы морских судов из пластика имеют относительно большие допуски, приблизительно ±1% в длине и ширине, а также имеют непостоянную форму; это влечет за собой дорогостоящую и очень времязатратную работу по подгонке креплений и других конструкций морского судна. Большой недостаток катеров, изготовленных из легкого металла, такого как алюминий, заключается в том, что корпусы этих катеров подлежат сварке друг с другом из нескольких панелей, обычно панелей с одним изгибом, что ограничивает гидродинамические свойства морского судна. Соединения или сварочные швы между панелями являются слабой точкой корпуса, и нередко трещины и протечки возникают в сварочных швах исключительно вследствие внешнего давления от воды при движении катера. Сварочные швы также рискуют треснуть при касании с грунтом или тому подобным. Алюминиевые катера также имеют недостаток, заключающийся в том, что со временем возникает общая усталость материала. Кроме того, на катерах с корпусами из легкого металла легко появляются вмятины вследствие внешнего давления, так как обшивка корпуса имеет низкий предел критической нагрузки, одновременно каркас или группа продольных усиливающих элементов и поперечных усиливающих элементов катера, который поддерживает обшивку судна, является полностью жестким и неподатливым. Эти деформации влекут за собой не только эстетическую проблему, но также гидродинамическую проблему с уменьшением максимальной скорости и маневренности, как следствие. Аналогично корпусам морских судов, изготовленным из пластика, корпусы морских судов, изготовленные из алюминия, также имеют относительно большие допуски, приблизительно ±1% в длине и ширине, что влечет за собой дорогостоящую и очень времязатратную работу по подгонке креплений и других конструкций морского судна.
Корпусы высокоскоростных непланирующих или водоизмещающих катеров, таких как высокоскоростные военные корабли, подобные фрегатам и эсминцам, наиболее часто изготавливаются из соединенных, толстых стальных пластин. Типичная толщина таких пластин корпуса составляет 15-30 мм, которые взаимно соединяются посредством сварки. Даже если указанные катера выдерживают большие внешние давления, они рискуют аналогично алюминиевым катерам приобретать постоянные деформации. Другой большой недостаток этого типа стальных катеров заключается в том, что они имеют большой вес относительно их размера и тем самым потребляют много топлива при движении, что делает их менее подходящими для частного использования.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение стремится устранить вышеупомянутые недостатки и нарушения ранее известных корпусов морских судов и обеспечить усовершенствованный корпус морского судна. Главной задачей изобретения является обеспечение усовершенствованного корпуса морского судна типа, который определен в качестве введения и который выполнен из легковесной конструкции и одновременно имеет большое сопротивление постоянной деформации при внешней нагрузке/давлении.
В соответствии с изобретением по меньшей мере главная задача достигается посредством корпуса морского судна и морского судна, которые определены в качестве введения и имеют признаки, заданные в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно заданы в зависимых пунктах формулы изобретения.
Таким образом, в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечен корпус морского судна, типа, который определен в качестве введения и отличается тем, что обшивка корпуса имеет толщину, которая меньше 10 мм, и что по меньшей мере один продольный усиливающий элемент корпуса изготовлен из того же металла, что и указанная обшивка корпуса, и содержит по меньшей мере один упругий сегмент, предусмотренный для работы в качестве пружины в направлении, поперечном относительно толщины обшивки корпуса, и что указанный упругий сегмент предусмотрен так, чтобы достигать нижней части при сжатии, которое больше 10 мм и меньше 50 мм.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения обеспечено морское судно, содержащее такой корпус морского судна.
Таким образом, настоящее изобретение основано на понимании того, что посредством изготовления части каркаса корпуса по меньшей мере одного продольного усиливающего элемента упругим образом она будет поглощать сильную внешнюю нагрузку без получения обшивкой корпуса постоянных деформаций.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один упругий сегмент указанного по меньшей мере одного продольного усиливающего элемента предусмотрен для инициирования работы в качестве пружины при прикладывающемся внешнем усилии, которое соответствует более 70% критической нагрузки обшивки корпуса, предпочтительно более 80%.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления по меньшей мере один упругий сегмент указанного по меньшей мере одного продольного усиливающего элемента предусмотрен так, чтобы достигать нижней части при прикладывающемся внешнем усилии, которое соответствует более 95% критической нагрузки обшивки корпуса, предпочтительно более 98%.
Предпочтительно указанный по меньшей мере один продольный усиливающий элемент содержит жесткий сегмент, который соединен с и отделяет два указанных упругих сегмента. Это влечет за собой то, что продольный усиливающий элемент обеспечивает функцию распорки и является одновременно упругим.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления жесткий сегмент продольного усиливающего элемента соединен с указанным по меньшей мере одним поперечным усиливающим элементом, и в котором каждый из двух упругих сегментов продольного усиливающего элемента соединен с внутренней частью обшивки корпуса.
Еще более предпочтительно указанный по меньшей мере один продольный усиливающий элемент содержит пластину, имеющую продольные изгибы, причем пластина образует, по меньшей мере, часть жесткого сегмента, а также указанных двух упругих сегментов.
Дополнительные преимущества и признаки изобретения представлены в других зависимых пунктах формулы изобретения, а также в следующем подробном описании предпочтительных вариантов осуществления.
Краткое описание чертежей
Более полное понимание вышеупомянутых и других признаков и преимуществ настоящего изобретения будет ясным из следующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления, при этом ссылка делается на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет собой схематичный поперечный разрез части корпуса морского судна в соответствии с изобретением и показывающий множество продольных усиливающих элементов,
Фиг. 2 представляет собой схематичный поперечный разрез части корпуса морского судна в соответствии с изобретением и показывающий продольный усиливающий элемент в соответствии с первым вариантом осуществления в ненагруженном состоянии,
Фиг. 3 представляет собой схематичный поперечный разрез, соответствующий Фиг. 2 и показывающий продольный усиливающий элемент в частично сжатом состоянии, и
Фиг. 4 представляет собой схематичный поперечный разрез части корпуса морского судна в соответствии с изобретением и показывающий продольный усиливающий элемент в соответствии со вторым вариантом осуществления в ненагруженном состоянии.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к корпусу морского судна, в целом обозначенному 1, и в соответствии со вторым аспектом к морскому судну, содержащему такой корпус. Корпус 1 принадлежит к группе легковесных корпусов, которые, в частности, являются подходящими для использования в высокоскоростных, планирующих морских суднах, или катерах, даже если большие преимущества также возникают при использовании в высокоскоростных, водоизмещающих катерах.
Первоначально ссылка делается на Фиг. 1, на которой показан поперечный разрез части корпуса 1 морского судна в соответствии с изобретением. Корпус 1 содержит в обычном порядке обшивку 2 корпуса, изготовленную из металла, которая может состоять из одного или более соединенных сегментов, а также каркас, который состоит из группы продольных усиливающих элементов и группы поперечных усиливающих элементов. Группа продольных усиливающих элементов содержит множество продольных усиливающих элементов, которые могут иметь одинаковые или разные форму/функцию, и группа поперечных усиливающих элементов содержит множество поперечных усиливающих элементов, которые могут иметь одинаковые или разные форму/функцию. Например, каждый поперечный усиливающий элемент 4 может представлять собой поперечную раму или поперечную переборку.
Указанная группа продольных усиливающих элементов содержит по меньшей мере один продольный усиливающий элемент, в целом обозначенный 3, и указанная группа поперечных усиливающих элементов содержит по меньшей мере один поперечный усиливающий элемент 4, при этом указанный по меньшей мере один продольный усиливающий элемент 3 размещен между обшивкой 2 корпуса и указанным по меньшей мере одним поперечным усиливающим элементом 4. Указанный по меньшей мере один продольный усиливающий элемент 3 проходит полностью или частично от носовой части корпуса 1 к его корме и соединяется с внутренней частью 5 обшивки 2 корпуса, а также с внешней частью указанного по меньшей мере одного поперечного усиливающего элемента 4. Предпочтительно группа продольных усиливающих элементов содержит множество, или исключительно, продольных усиливающих элементов 3 в соответствии с изобретением.
Группа поперечных усиливающих элементов состоит из поперечных рам или поперечных переборок, или их комбинации, которые имеют устойчивую форму и тем самым обеспечивают четко определенную внутреннюю область взаимодействия относительно креплений и других конструкций морского судна.
В соответствии с настоящим изобретением обшивка 2 корпуса должна изготавливаться из металла и иметь толщину, которая меньше 10 мм. Предпочтительно обшивка 2 корпуса состоит из множества сегментов, которые размещаются край к краю и соединяются друг с другом посредством сварки/сплавления и последующей тепловой обработки. Результат этой обработки обеспечивает корпус 1 морского судна с гомогенной конструкцией без ослабляющих соединений. Сегменты обшивки 2 корпуса предпочтительно разрезаются лазером на основе модели данных для того, чтобы получить наиболее возможную точность. Более того, сегменты обшивки 2 корпуса предпочтительно формуются под давлением посредством гидроформования. Предпочтительное изготовление обшивки корпуса, описанной выше, предусматривает, что форма обшивки 2 корпуса задается с определенной формой с очень высокой точностью, и тем самым необходимость индивидуальной подгонки креплений и других составных частей морского судна будет существенно уменьшена или полностью исключена.
Предпочтительно толщина обшивки 2 корпуса больше 1 мм и меньше 5 мм. Наиболее предпочтительно толщина обшивки 2 корпуса меньше 3 мм.
Предпочтительно обшивка 2 корпуса изготавливается из ферритно-аустенитной нержавеющей стали, которая является устойчивой к коррозии и которая является прочной, а также податливой, что обеспечивает оптимальную обрабатываемость и свариваемость. Более того, продольный усиливающий элемент 3 должен изготавливаться из того же металла, что и обшивка 2 корпуса, для того, чтобы получить наилучшее возможное соединение между обшивкой 2 корпуса и продольным усиливающим элементом 3, и наилучшую возможную работу изобретения.
Теперь ссылка делается на Фиг. 2 и 3, на которых показан схематичный поперечный разрез части корпуса 1 морского судна в соответствии с изобретением, имеющего продольный усиливающий элемент 3 в соответствии с первым вариантом осуществления в ненагруженном и частично сжатом состоянии соответственно.
Продольный усиливающий элемент 3 содержит по меньшей мере один упругий сегмент 6, предусмотренный для работы в качестве пружины в направлении, поперечном относительно толщины обшивки 2 корпуса, при этом указанный упругий сегмент 6 предпочтительно является продольным вдоль продольного усиливающего элемента 3. В показанном варианте осуществления упругий элемент 6 имеет растянутую S-образную форму. Указанный упругий сегмент 6 или продольный усиливающий элемент 3 предусмотрен так, чтобы достигать нижней части при сжатии, которое больше 10 мм и меньше 50 мм. Другими словами, при прикладывающемся внешнем усилии обшивка 2 корпуса прижимается внутрь, одновременно упругий сегмент 6 работает в качестве пружины для поглощения прикладывающегося внешнего усилия, и тем самым предотвращается постоянная деформация обшивки 2 корпуса.
Предпочтительно по меньшей мере один упругий сегмент 6 продольного усиливающего элемента 3 предусмотрен для инициирования работы в качестве пружины при прикладывающемся внешнем усилии, которое соответствует более 70% критической нагрузки обшивки 2 корпуса, более предпочтительно более 80%. Более того, является предпочтительным, что по меньшей мере один упругий сегмент 6 продольного усиливающего элемента 3 предусмотрен так, чтобы достигать нижней части при прикладывающемся внешнем усилии, которое соответствует более 95% критической нагрузки обшивки 2 корпуса, более предпочтительно более 98% и наиболее предпочтительно одновременно прикладывающееся внешнее усилие соответствует 100% критической нагрузки обшивки 2 корпуса. Касательно критической нагрузки здесь ссылка выполняется на нагрузку, где обшивка 2 корпуса получает постоянные деформации/вмятины.
Продольный усиливающий элемент 3 предпочтительно содержит два упругих элемента 6, а также жесткий сегмент 7, который соединен с и отделяет указанные два упругих элемента 6. Другими словами, жесткий сегмент 7 расположен по центру, и продольный усиливающий элемент 3 является симметричным вокруг воображаемой плоскости, которая проходит параллельно относительно продольного усиливающего элемента 3 и под прямым углом относительно обшивки 2 корпуса. Жесткий сегмент 7 обеспечивает функцию традиционной распорки. В предпочтительном варианте осуществления жесткий сегмент содержит в поперечном разрезе волнообразный или извилистый пластинчатый сегмент 8, который предпочтительно соединен с плоской полосообразной пластиной 9. Полосообразная пластина 9 соединена с гребнями волн имеющего в поперечном разрезе волнообразную форму пластинчатого сегмента 8 и соответствующим образом представляет собой часть продольного усиливающего элемента 3, который соединен с указанным по меньшей мере одним поперечным усиливающим элементом 4.
Жесткий сегмент 7 продольного усиливающего элемента 3 соединен с указанным по меньшей мере одним поперечным усиливающим элементом 4, и каждый из двух упругих сегментов 6 продольного усиливающего элемента 3 соединен с внутренней частью 5 обшивки 2 корпуса. Предпочтительно продольный усиливающий элемент 3 изготавливается из пластины, имеющей продольные изгибы, причем пластина составляет главную часть продольного усиливающего элемента 3, т.е. представляет собой, по меньшей мере, часть жесткого сегмента 7, а также двух упругих сегментов 6. Предпочтительно толщина пластины, которая составляет продольный усиливающий элемент 3, меньше толщины обшивки 2 корпуса. В предпочтительном варианте осуществления продольный усиливающий элемент 3 достигает нижней части, когда жесткий сегмент 7 контактирует с внутренней частью 5 обшивки 2 корпуса.
Теперь ссылка делается на Фиг. 4, на которой показан альтернативный, второй вариант осуществления продольного усиливающего элемента 3 в ненагруженном состоянии.
В этом варианте осуществления жесткий сегмент 7 содержит таким же образом, что и в первом варианте осуществления, в поперечном разрезе волнообразный или извилистый пластинчатый сегмент 8, который предпочтительно соединен с плоской полосообразной пластиной 9. Однако с той разницей, что имеющий в поперечном разрезе волнообразную форму пластинчатый сегмент 8 не составляет часть пластины, имеющей продольные изгибы, которая представляет собой главную часть продольного усиливающего элемента 3. Взамен два упругих сегмента 6 объединены посредством прямой промежуточной секции 10, при этом впадины волн имеющего в поперечном разрезе волнообразную форму пластинчатого сегмента 8 соединены с указанной промежуточной секцией 10.
Продольный усиливающий элемент 3 предпочтительно должен иметь такую форму, что нет риска скапливания возможного конденсата на внутренней части 5 обшивки 2 корпуса.
Возможные модификации изобретения
Изобретение не ограничено только на вариантах осуществления, описанных выше и показанных на чертежах, которые имеют только иллюстративную и пояснительную цель. Эта заявка на патент предусматривает охватывать все модификации и варианты предпочтительных вариантов осуществления, описанных здесь, и, следовательно, настоящее изобретение определено формулировками прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентами. Соответственно оборудование может быть модифицировано всеми возможными способами в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.
Также следует подчеркнуть, что всю информацию по/в отношении терминов, таких как над, ниже, верхний, нижний и т.д., необходимо интерпретировать/прочитывать вместе с оборудованием, ориентированным в соответствии с фигурами, вместе с чертежами, ориентированными таким образом, что ссылочные обозначения могут прочитываться надлежащим образом. Соответственно такие термины только обозначают взаимное расположение в показанных вариантах осуществления, причем расположения могут изменяться, если оборудование в соответствии с изобретением обеспечено с другой конструкцией/воплощением.
Следует подчеркнуть, что даже если явно не упомянуто, что признаки из одного конкретного варианта осуществления могут комбинироваться с признаками другого варианта осуществления, это должно рассматриваться как очевидное, где возможно.
1. Корпус морского судна, содержащий обшивку (2) корпуса, изготовленную из металла, группу продольных усиливающих элементов и группу поперечных усиливающих элементов, при этом по меньшей мере один продольный усиливающий элемент (3) из указанной группы продольных усиливающих элементов размещен между обшивкой (2) корпуса и по меньшей мере одним поперечным усиливающим элементом (4) из указанной группы поперечных усиливающих элементов и соединен с внутренней частью (5) обшивки (2) корпуса, отличающийся тем, что обшивка (2) корпуса имеет толщину, которая меньше 10 мм, при этом указанный по меньшей мере один продольный усиливающий элемент (3) изготовлен из того же металла, что и указанная обшивка (2) корпуса, и содержит по меньшей мере один упругий сегмент (6), предназначенный для работы в качестве пружины в направлении, поперечном относительно толщины обшивки (2) корпуса, при этом указанный упругий сегмент (6) выполнен так, чтобы достигать нижней части при сжатии, которое больше 10 мм и меньше 50 мм.
2. Корпус морского судна по п. 1, в котором толщина обшивки (2) корпуса больше 1 мм.
3. Корпус морского судна по п. 1 или 2, в котором толщина обшивки (2) корпуса меньше 5 мм, предпочтительно меньше 3 мм.
4. Корпус морского судна по п. 1, в котором по меньшей мере один упругий сегмент (6) указанного по меньшей мере одного продольного усиливающего элемента (3) предназначен для инициирования работы в качестве пружины при прикладывающемся внешнем усилии, которое соответствует более 70% критической нагрузки обшивки (2) корпуса, предпочтительно более 80%.
5. Корпус морского судна по п. 1, в котором по меньшей мере один упругий сегмент (6) указанного по меньшей мере одного продольного усиливающего элемента (3) выполнен так, чтобы достигать нижней части при прикладывающемся внешнем усилии, которое соответствует более 95% критической нагрузки обшивки (2) корпуса, предпочтительно более 98%.
6. Корпус морского судна по п. 1, в котором указанный по меньшей мере один продольный усиливающий элемент (3) содержит жесткий сегмент (7), который соединен с двумя указанными упругими сегментами (6) и определяет их.
7. Корпус морского судна по п. 6, в котором жесткий сегмент (7) продольного усиливающего элемента (3) соединен с указанным по меньшей мере одним поперечным усиливающим элементом (4), при этом каждый из двух упругих сегментов (6) продольного усиливающего элемента (3) соединен с внутренней частью (5) обшивки (2) корпуса.
8. Корпус морского судна по п. 6 или 7, в котором указанный по меньшей мере один продольный усиливающий элемент (3) содержит пластину, имеющую продольные изгибы, причем пластина образует, по меньшей мере, часть жесткого сегмента (7), а также указанных двух упругих сегментов (6).
9. Корпус морского судна по п. 8, в котором пластина продольного усиливающего элемента (3) имеет толщину, которая меньше толщины обшивки (2) корпуса.
10. Корпус морского судна по п. 1, в котором указанный по меньшей мере один поперечный усиливающий элемент (4) представляет собой поперечную переборку.
11. Корпус морского судна по п. 1, в котором указанный по меньшей мере один поперечный усиливающий элемент (4) представляет собой поперечную раму.
12. Корпус морского судна по п. 1, в котором обшивка (2) корпуса и указанный по меньшей мере один продольный усиливающий элемент (3) изготовлены из ферритно-аустенитной нержавеющей стали.
13. Корпус морского судна по п. 1, являющийся планирующим типом.
14. Морское судно, содержащее корпус морского судна по любому из пп. 1-13.
