Корпус судна (варианты)

Корпус судна (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области судостроения и касается конструирования обводов корпуса судна, имеющего водометные движители с поворотными насадками.

Известен корпус судна (патент US №4823722, кл. В63G 8/22, 1989), содержащий надводный корпус и подводный корпус, имеющий днище с продольным аркообразным в поперечном сечении каналом, простирающимся вдоль всего корпуса судна, и криволинейные борта ниже конструктивной ватерлинии, сходящиеся к носу, при этом продольный канал расположен ниже конструктивной ватерлинии и выполнен с образующими, параллельными диаметральной плоскости. Это устройство принято в качестве прототипа.

Как следует из описания к устройству-прототипу, движитель располагают посередине за продольным каналом для улучшения эффективного водозабора движителем. Посредством водозабора движителем осуществляется увеличение скорости протекания воды через продольный канал и управление пограничным слоем на поверхности подводного корпуса судна в продольном канале.

Целью предлагаемого изобретения является повышение мореходных качеств судна путем снижения волнового сопротивления воды при движении судна с относительно большими скоростями хода, а также повышения пропульсивных качеств и управляемости на любых скоростях хода судна, в том числе на стопе.

Другой целью предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик за счет увеличения водоизмещающего объема судна.

Цели достигаются тем, что в корпусе судна, содержащем надводный корпус и подводный корпус, имеющий днище с продольным аркообразным в поперечном сечении каналом, простирающимся вдоль всего корпуса судна, и криволинейные борта ниже конструктивной ватерлинии, сходящиеся к носу, при этом продольный канал расположен ниже конструктивной ватерлинии и выполнен с образующими, параллельными диаметральной плоскости, согласно предлагаемому техническому решению профиль сечения подводного корпуса по конструктивной ватерлинии имеет максимальную ширину в районе кормы, а днищевые поверхности побортно между стенками бортов и канала выполнены в виде двух полуконусов с вершинами в носовой и основаниями в кормовой оконечностях корпуса, при этом в кормовой оконечности подводного корпуса в его полуконические образования встроены неподвижные насадки движителей.

Целесообразно за каждой неподвижной насадкой движителя установить поворотную насадку.

В другом варианте в продольном канале установлен центральный днищевой обтекаемый киль, начинающийся вблизи носовой оконечности корпуса с нижней кромкой в районе основной плоскости и заканчивающийся в кормовой оконечности корпуса в районе конструктивной ватерлинии, причем киль выполнен с сужением вниз и имеет боковые поверхности, сопряженные с упомянутым продольным каналом.

В третьем варианте в корпусе судна, содержащем надводный корпус и подводный корпус, имеющий днище, и криволинейные борта ниже конструктивной ватерлинии, сходящиеся к носу, согласно предлагаемому техническому решению днище выполнено с двумя симметричными относительно диаметральной плоскости продольными аркообразными в поперечном сечении каналами, простирающимися вдоль всего корпуса судна, при этом продольные каналы расположены ниже конструктивной ватерлинии и выполнены с образующими, параллельными диаметральной плоскости, при этом профиль сечения подводного корпуса по конструктивной ватерлинии имеет максимальную ширину в районе кормы, а днищевые поверхности побортно между стенками бортов и канала выполнены в виде двух полуконусов с вершинами в носовой и основаниями в кормовой оконечностях корпуса, при этом в кормовой оконечности подводного корпуса в его полуконические образования встроены неподвижные насадки движителей.

Также целесообразно за каждой неподвижной насадкой движителя установить поворотную насадку.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где

фиг.1 - изометрическое изображение корпуса судна по первому варианту;

фиг.2 - вид сверху на корпус по первому варианту;

фиг.3 - вид в корму на корпус по первому варианту;

фигуры 4, 5 и 6 - соответственно сечения А-А, В-В и С-С на фиг.2;

фиг.7 - поперечное сечение корпуса по первому варианту с днищевыми поверхностями побортно между стенками бортов и канала, выполненными в виде двух полуконусов;

фиг.8 - продольный разрез корпуса по второму варианту с центральным днищевым обтекаемым килем;

фиг.9 - вид в корму корпуса по второму варианту с центральным днищевым обтекаемым килем;

фиг.10 - вид в корму корпуса по третьему варианту с двумя продольными каналами;

фиг.11 - изометрическое изображение корпуса судна по третьему варианту;

фиг.12 - схематическое изображение кормовой оконечности корпуса по первому варианту со встроенными в корпус неподвижными насадками водометных движителей;

фиг.13 - схематическое изображение установки поворотных насадок за неподвижными насадками водометных движителей;

фиг.14 - вид в корму корпуса по третьему варианту с тремя водометными движителями;

фиг.15 - схематическое изображение корпуса судна.

Корпус судна содержит надводный корпус 1 выше конструктивной ватерлинии 2 и подводный корпус 3 ниже конструктивной ватерлинии 2. Надводный корпус 1 может быть любой формы в зависимости от назначения судна, как, например, показанный на фиг.15. Подводный корпус 3 имеет днище 4 с продольным каналом 5 и криволинейные борта 6, сходящиеся к носу. Продольный канал 5 расположен ниже конструктивной ватерлинии 2 и выполнен аркообразной формы в поперечном сечении (фигуры 3÷6) с образующими параллельными диаметральной плоскости 7 судна. Борта 6 в горизонтальных сечениях выполнены в виде выпуклых или прямых линий. Профиль сечения 8 подводного корпуса 3 по конструктивной ватерлинии 2 представляет собой половину сегмента или равнобедренный треугольник с острой кромкой в носовой оконечности и максимальной шириной в районе кормы. На фиг.7 представлено поперечное сечение подводного корпуса 3 с поверхностями днища 4 побортно между стенками бортов 6 и канала 5, выполненными в виде двух полуконусов с вершинами в носовой и основаниями в кормовой оконечностях подводного корпуса 3. На фиг.8 и 9 представлен подводный корпус 3 по второму варианту, когда в продольном канале 5 установлен центральный днищевой обтекаемый киль 9, выполненный с сужением вниз и имеющий боковые поверхности, сопряженные со стенками канала 5. Киль 9 начинается вблизи носовой оконечности подводного корпуса 3 с нижней кромкой в районе основной плоскости 10 и заканчивается в кормовой оконечности подводного корпуса 3 в районе конструктивной ватерлинии 2. На фиг.10 и 11 представлен подводный корпус 3 по третьему варианту, в днище 4 которого выполнены два продольных канала 5, симметричных диаметральной плоскости 7 судна. На фиг.12 изображен подводный корпус 3 с установленными в кормовой оконечности водометными движителями (не показаны) со встроенными в подводный корпус 3 неподвижными насадками 11. На фиг.13 изображен подводный корпус 3 с установленными поворотными насадками 12 за неподвижными насадками 11 водометных движителей.

При движении судна со стороны окружающей среды на подводный корпус 3 действует сопротивление воды. Одной из главных составляющих сопротивления воды при движении судна с относительно большими скоростями хода является волновое сопротивление, связанное с возрастанием давления в носу и разрежения в корме подводного корпуса 3. Рост доли волнового сопротивления от общего сопротивления воды движению подводного корпуса 3 существенно возрастает как с ростом скорости судна, так и при увеличении полноты обводов подводного корпуса 3. При этом для водоизмещающих судов максимальная величина волнового сопротивления обычно реализуется при максимальной высоте волны в районе носовой оконечности (сопротивление волнового давления) и одновременно максимальной волновой впадине в районе его кормовой оконечности (сопротивление волнового разрежения).

Для снятия негативного перепада волнового давления на подводном корпусе 3 в днище 4 ниже конструктивной ватерлинии 2 выполняется продольный канал 5 аркообразной формы в поперечном сечении с образующими параллельными диаметральной плоскости 7 судна. Борта 6 подводного корпуса 3 выполняются в горизонтальных плоскостях в виде выпуклых или прямых линий.

Предлагаемая форма подводного корпуса 3 вплоть до конструктивной ватерлинии 2 имеет геометрию с минимальным волновым сопротивлением по трем основным причинам:

1) стенки канала 5 в днище 4 параллельны диаметральной плоскости 7 судна, следовательно, независимо от волнообразования (т.е. перепада уровня воды) проекция сил волнового давления в этой зоне на продольную ось равна нулю;

2) угол носового заострения подводного корпуса 3 в районе конструктивной ватерлинии 2 имеет относительно малую величину, и поэтому проекция сил волнового давления в этом районе на продольную ось подводного корпуса 3 мала, так как эта величина пропорциональна синусу половины угла носового заострения корпуса;

3) борта 6 в районе кормы подводного корпуса 3 практически параллельны продольной оси, и, следовательно, негативное разрежение, которое возникает на подводном корпусе 3 в этом районе по бортам 6 при движении судна, будет, по крайней мере, равно нулю.

Кроме того, формирование поверхностей днища 4 побортно между стенками бортов 6 и канала 5 в виде полуконусов с вершинами в носовой и основаниями в кормовой оконечностях подводного корпуса 3 позволит избежать на острых кромках скуловых вихрей, а следовательно, уменьшить суммарное сопротивление воды движению судна.

Следует отметить, что установка в продольном канале 5 центрального днищевого обтекаемого киля 9, как показано на фиг.8 и 9, начинающегося вблизи носовой оконечности подводного корпуса 3 по второму варианту в районе основной плоскости 10 и заканчивающегося в кормовой оконечности подводного корпуса 3 в районе конструктивной ватерлинии 3, причем киль 9, выполненный с сужением вниз и имеющий боковые поверхности, сопряженные со стенками продольного канала 5, позволит улучшить мореходные качества судна, в частности уменьшить продольную качку судна на встречном волнении, а также повысить эксплуатационные характеристики за счет увеличения водоизмещающего объема судна.

Также следует отметить, что выполнение в днище 4 двух продольных каналов 5 симметрично диаметральной плоскости 7 судна, как показано на фиг.10 и 11, позволит улучшить мореходные качества судна, в частности повысить управляемость судна и уменьшить бортовую качку на волнении за счет разнесения несущих подводных частей корпуса 3 с водометными движителями и поворотными насадками 12 к бортам 6 относительно диаметральной плоскости 7 судна, а также повысить эксплуатационные характеристики за счет увеличения водоизмещающего объема судна.

При этом установка в кормовой оконечности подводного корпуса 3 по крайней мере одного водометного движителя, предпочтительно насосного типа, со встроенной неподвижной насадкой 11 непосредственно в полуконические образования подводного корпуса 3 позволит достичь следующих основных результатов:

1. Конструкция подобных водометных движителей, имеющих относительно высокий коэффициент полезного действия, по сравнению с обычными винтовыми движителями, надежно защищена от повреждений при столкновении с посторонними плавающими предметами. При этом такое конструктивное исполнение водометных движителей существенно уменьшает их шумность и вибрацию подводного корпуса 3.

2. С точки зрения пропульсивных качеств работы этих движителей с учетом геометрии подводного корпуса 3 и места установки этих движителей в корме отмечаются два основных положительных фактора:

- за счет подсоса потока при работе водометных движителей в кормовой зоне продольного канала 5 будет уменьшаться толщина пограничного слоя в этом районе, а следовательно, уменьшается вероятность возникновения подпорной области в канале 5, которая при малой относительной ширине канала 5 может привести к увеличению сопротивления воды движению судна;

- учитывая расширяющуюся конусность подводного корпуса 3 от носа к корме, где установлены водометные движители с неподвижными насадками 11, негативного влияния разрежения в корме на подводном корпусе 3, связанного с работой водометных движителей, не будет, так как сила засасывания будет равна нулю или даже меньше нуля, что приведет к существенному увеличению пропульсивных качеств судна.

Также целесообразно за каждой неподвижной насадкой 11 водометного движителя установить поворотную насадку 12. На прямом ходу судна профилированные непереложенные поворотные насадки 12 за счет эжекции в них могут увеличить эффективность водометных движителей. Перекладка поворотных насадок 12 вплоть до углов±90° обеспечит высокую управляемость судна при любых скоростях хода, в том числе на стопе.

Целесообразно поворотные насадки 12 выполнить поворачиваемыми не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости. Тогда поворотные насадки 12 могут работать как успокоители продольной качки судна.

Причем при установке трех водометных движителей, как, например, показаны на фиг.14, которые встроены в подводный корпус 3 по третьему варианту, можно использовать бортовые поворотные насадки 12 для управления судном, а центральную поворотную насадку 12 - как успокоитель продольной качки судна. При этом при такой конструктивной компоновке бортовых водометных движителей увеличивается расстояние между ними, что повысит управляемость судна.

В результате предложенный корпус судна за счет конструирования днищевых и бортовых обводов подводного корпуса, имеющего водометные движители с поворотными насадками, позволит повысить мореходные качества судна путем снижения волнового сопротивления воды при движении судна с относительно большими скоростями хода, а также повышения пропульсивных качеств и управляемости на любых скоростях хода судна, в том числе на стопе, при этом повысить эксплуатационные характеристики за счет увеличения водоизмещающего объема судна.

1. Корпус судна, содержащий надводный корпус и подводный корпус, имеющий днище с продольным аркообразным в поперечном сечении каналом, простирающимся вдоль всего корпуса судна, и криволинейные борта ниже конструктивной ватерлинии, сходящиеся к носу, при этом продольный канал расположен ниже конструктивной ватерлинии и выполнен с образующими, параллельными диаметральной плоскости, отличающийся тем, что профиль сечения подводного корпуса по конструктивной ватерлинии имеет максимальную ширину в районе кормы, а днищевые поверхности побортно между стенками бортов и канала выполнены в виде двух полуконусов с вершинами в носовой и основаниями в кормовой оконечностях корпуса, при этом в кормовой оконечности подводного корпуса в его полуконические образования встроены неподвижные насадки движителей.

2. Корпус судна по п.1, отличающийся тем, что за каждой неподвижной насадкой движителя установлена поворотная насадка.

3. Корпус судна по п.1 или 2, отличающийся тем, что в продольном канале установлен центральный обтекаемый киль, начинающийся вблизи носовой оконечности корпуса с нижней кромкой в районе основной плоскости и заканчивающийся в кормовой оконечности корпуса в районе конструктивной ватерлинии, причем киль выполнен с сужением вниз и имеет боковые поверхности, сопряженные с упомянутым продольным каналом.

4. Корпус судна, содержащий надводный корпус и подводный корпус, имеющий днище, и криволинейные борта ниже конструктивной ватерлинии, сходящиеся к носу, отличающийся тем, что днище выполнено с двумя симметричными относительно диаметральной плоскости продольными аркообразными в поперечном сечении каналами, простирающимися вдоль всего корпуса судна, при этом продольные каналы расположены ниже конструктивной ватерлинии и выполнены с образующими, параллельными диаметральной плоскости, при этом профиль сечения подводного корпуса по конструктивной ватерлинии имеет максимальную ширину в районе кормы, а днищевые поверхности побортно между стенками бортов и канала выполнены в виде двух полуконусов с вершинами в носовой и основаниями в кормовой оконечностях корпуса, при этом в кормовой оконечности подводного корпуса в его полуконическое образования встроены неподвижные насадки движителей.

5. Корпус судна по п.4, отличающийся тем, что за каждой неподвижной насадкой движителя установлена поворотная насадка.