Быстроходное судно

Быстроходное судно

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к судостроению и касается создания быстроходных судов. Судно имеет корпус со скулообразными обводами, килеватым днищем и носовым днищевым и бортовым реданами. За днищевым реданом установлены автоматически управляемые интерцепторы с возможностью выдвига их вниз за обводы днища путем поворота рычагов подвески интерцепторов в опорах подвески, шарнирно закрепленных на днищевых опорах кормовее редана. От носа судна до реданов на скуле или выше нее побортно установлены брызгоотражатели шириной 60-140% от высоты редана. В плоскости шпангоута, проходящей через днищевой редан, выполнен также бортовой редан, высота которого уменьшается до нуля на сломе борта. Сбоку от интерцептора под брызгоотражателем установлена шайба-кавитатор, выполненная в виде трехгранной пирамиды и с вершиной, обращенной в нос. Первая верхняя треугольная грань пирамиды закреплена под брызгоотражателем и имеет основание, не превышающее ширину брызгоотражателя. Вторая треугольная грань пирамиды, обращенная к диаметральной плоскости судна, параллельна плоскости перемещения боковой кромки интерцептора при его выдвиге и отстоит от нее на расстоянии 1-5 мм, при этом грань выходит за линию основания пирамиды и полностью перекрывает не менее, чем на 5 мм проекцию на нее хорды выпуклой цилиндрической поверхности интерцептора в его крайнем нижнем положении. Основание пирамиды лежит в плоскости шпангоута или под углом к ней и выступает не менее, чем на 4-15 мм в сторону от скулы за ребро-основание третьей грани пирамиды. При этом выступ имеет острую кромку с углом заострения 10-60° и с вершиной, лежащей на носовой стороне основания. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении эффективности интерцепторов за счет дополнительного подтормаживания набегающего потока и в снижении общего сопротивления движению за счет расширения каверны и отрыва потока от скулы, расположенной за реданом, а также за счет увеличения площади, через которую атмосферный воздух поступает в каверну за интерцептором.

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования комплексов автоматически управляемых интерцепторов, устанавливаемых на быстроходных судах, движущихся в переходных режимах и в режиме глиссирования.

В настоящее время быстроходные суда с комплексами автоматически управляемых интерцепторов, которые повышают скорость движения и умеряют качку, находят все большее применение в судостроении. Так, например, из авторского свидетельства СССР №1054180 (Быстроходное судно, В63В 1/18, 27.07.82, БИ №42 - 15.11.83) /1/ известно быстроходное судно, содержащее корпус, в килеватом днище которого выполнены поперечные щелевидные пазы с размещенными в них интерцепторами, при этом выгородка с интерцепторами расположена по всей ширине корпуса и связана с бортовыми воздухозаборниками, каждый из которых выполнен в виде прорезей в бортовой обшивке между верхним перекрытием выгородки и линией скулы. Кроме того, судно снабжено скуловыми шайбами, установленными побортно на участке днища между интерцепторами и транцем и имеющими высоту, равную трем высотам интерцепторов. Хотя данное техническое решение и позволяет снизить сопротивление движению судна за счет сохранения большего объема каверны за интерцепторами, оно неприемлемо с конструктивной точки зрения, поскольку установка шайб и оборудование пазов в днище и на бортах требуют существенных весовых затрат для обеспечения прочности корпуса судна.

Наиболее близким аналогом изобретения из числа известных судов является быстроходное судно, описанное в авторском свидетельстве СССР №1039793 (Глиссирующее судно. В63В 1/18, 20.05.82, БИ №33 - 07.09.83) /2/. В этом изобретении глиссирующее судно содержит шарнирно закрепленные в поперечных днищевых пазах изогнутые относительно оси поворота выдвижные интерцепторы с заостренной нижней кромкой. При этом перед пазами интерцепторов установлены скуловые шайбы, высота которых находится в пределах от высоты интерцептора до величины, равной 0,02 ширины судна по скуле. Задние кромки этих шайб совпадают с плоскостью шпангоута, проходящего через передние кромки поперечных днищевых пазов, а передние кромки упомянутых шайб заострены и выполнены со скосом в сторону кормы судна. Расположение интерцепторов в днищевых пазах, как уже отмечалось выше, нежелательно с конструктивной точки зрения и из-за дополнительных весовых затрат. Кроме того, шайбы, установленные неперпендикулярно нижней кромке интерцептора, не обеспечивают дополнительного повышения давления перед интерцептором в районе шайбы при всех положениях интерцепторов.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков, а также на снижение сопротивления судна движению за счет расширения объема каверны. Данные технические результаты обеспечиваются тем, что быстроходное судно содержит скулообразный корпус с килеватым днищем, носовым днищевым и бортовым реданами. При этом за днищевым реданом установлены автоматически управляемые интерцепторы с возможностью выдвига их вниз за обводы днища путем поворота рычагов подвески интерцепторов, шарнирно закрепленных в опорах подвески на днищевых опорах кормовее редана. От носа судна до реданов на скуле или выше нее побортно установлены брызгоотражатели. Сбоку от интерцептора под каждым брызгоотражателем установлена шайба-кавитатор, выполненная в виде трехгранной пирамиды и с вершиной, обращенной в нос. Одна грань, обращенная к диаметральной плоскости судна, выполняет роль шайбы, которая не дает беспрепятственно набегающему потоку стекать в сторону борта в районе шайбы и тем самым повышает давление перед интерцептором. Одна из кромок основания пирамиды, наиболее удаленная от скулы, выступает на 4-15 мм за основание другой боковой грани и имеет заострение с углом 10-60°. Она выполняет роль кавитатора, который формирует боковую поверхность каверны за интерцептором, облегчая доступ в нее атмосферного воздуха и отрывая поток от скулы, расположенной за реданами.

Патентуемое изобретение поясняется примером конкретного выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - вид на носовую часть днища судна, на которой имеется редан и установлены брызгоотражатели, интерцепторы и шайбы-кавитаторы;

на фиг.2 - кинематическая схема привода интерцептора;

на фиг.3 - поперечный вид по стрелке А на фиг.1;

на фиг.4 - трехмерное схематическое изображение шайбы-кавитатора.

Быстроходное судно (фиг.1-4) содержит корпус 1 (фиг.1) с остроскулыми обводами 2, 3 и килеватым днищем, разделенным реданом 4 на носовую 5 и кормовую 6 части. От носа до редана 4 на корпусе побортно закреплены брызгоотражатели 7, и в конце их под ними перед реданом установлены шайбы-кавитаторы 8. В зареданном пространстве 9 (фиг.1, 2) установлено уплотнение 10, и за ним с минимальным зазором - носовые интерцепторы 11 (кормовые интерцепторы на фиг.1 не показаны, но надо иметь в виду, что наиболее целесообразным вариантом является вариант применения носовых и кормовых автоматически управляемых интерцепторов). Носовые интерцепторы 11 с помощью рычагов подвески 12 шарнирно установлены в опорах подвески 13, а те, в свою очередь, жестко закреплены на днищевых вертикальных опорах 14, подкрепленные сзади кницами 15. К интерцепторам 11 сзади между рычагами подвески 12 приварены кронштейны 16, к которым шарнирно присоединены тяги 17. Эти тяги вторым концом шарнирно закреплены на качалке, состоящей из вала 18 (фиг.3) с осью вращения Ж-Ж и двух рычагов 19 и 20, жестко закрепленных на этом валу. Вал 18 шарнирно закреплен в корпусе 21 и на концах снабжен регулируемыми гермоуплотнениями, исключающими попадание воды из внутреннего объема корпуса 21 качалки внутрь корпуса 1 судна. Внутренний объем корпуса 21 соединен с внешней средой через два стакана 22 и 23, соединенных между собой с помощью фланцев, и сверху герметично закрыт крышкой 24. Через внутренние полости стаканов 22 и 23 проходит тяга 17. Стакан 22 вварен в днище 6, а стакан 23 - в основание 25 корпуса 21 и привода 26, шток 27 которого соединен с внешним рычагом 20. Привод 26 шарнирно закреплен в вилке 28, приваренной к вертикальной стойке 29, подкрепленной спереди и сзади кницами. Стойка и кницы приварены к основанию 30, закрепленному на шпангоутах 31 (фиг.2). Ход штока 27 δ_шт привода 26 преобразуется в выдвиг интерцептора 11 δ_И (=ББ') с коэффициентом передачи n, равным n=(ЕЖ/ЗЖ)·(БВ/ГВ), где ЕЖ и ЗЖ - плечи рычагов 19 и 20 соответственно, БВ и ГВ - плечо нижней кромки интерцептора 11 и тяги 17 соответственно. Рабочая выпуклая цилиндрическая поверхность интерцептора обработана по радиусу БВ, а вогнутая цилиндрическая поверхность уплотнения 10, выполненного из электроизоляционного материала, например из фторопласта, - по радиусу (БВ+расчетный зазор). Наряду с днищевым реданом 4 корпус 1 имеет бортовой редан 32 (фиг.3), который улучшает доступ атмосферного воздуха в каверну, образующуюся за реданом 4 и интерцепторами 11. Редан 32 имеет переменную высоту, убывающую до нуля на сломе 33 борта, и расположен в плоскости шпангоута, проходящего через кромку Б уплотнения 10. Под брызгоотражателями 7, которые имеют подкрепления в виде книц 34, приварены шайбы-кавитаторы 8, выполненные в виде трехгранных пирамид с вершиной И, расположенной носовее основания КСЛ (фиг.4).Цифрой 7 на этой фигуре обозначен контур выше расположенного над первой верхней гранью ИМК пирамиды брызгоотражателя 7. При этом основание КМ грани ИМК не превышает ширину брызгоотражателя 7. Вторая треугольная грань ИКС пирамиды 8, обращенная к диаметральной плоскости (ДП) судна, параллельна плоскости ББ' (фиг.3), в которой перемещается боковая кромка интерцептора, и отстоит от нее на расстоянии 1÷5 мм. Следует отметить, что оси вращения В-В интерцепторов и Ж-Ж валов качалок должны быть строго параллельны нижней кромки Б-Б уплотнения и интерцептора, а упомянутые расстояния 1÷5 мм продиктованы допусками на сварочные работы, которые выполняются при креплении шайб-кавитаторов. Следует отметить, что эффективность шайбы падает с увеличением указанного расстояния, поэтому предпочтительным является минимальный зазор. Грань УКС выходит за линию КС основания КЛС пирамиды 8 и полностью перекрывает не менее чем на 5 мм (участки ТН и УР, фиг.4) проекцию на эту грань пирамиды хорды ТУ (прямая, соединяющая часть ТУ окружности с радиусом БВ, фиг.2) боковой кромки (ее цилиндрической части) интерцептора 11 в его крайнем нижнем положении (отмечено поз.11.1 на фиг.3). Основание КЛС пирамиды 8 лежит в плоскости шпангоута или под углом к ней и выступает на 4÷15 мм в сторону от скулы за основание МС третьей грани ИМС. Минимальный размер 4 мм продиктован катетом сварного шва, а максимальный размер - началом существенного увеличения сопротивления шайбы-кавитатора движению судна. При этом выступ МЛОС имеет острую кромку ЛО с углом заострения 10÷60°, вершина которого расположена на носовой стороне основания пирамиды (сечение I-I на фиг.4). Высота пирамиды выбирается по конструктивным соображениям и из условия ее минимального сопротивления движению. Ее целесообразно принимать равной шагу шпации или ширине брызгоотражателя 7, увеличенной в 3÷6 раз.

Поскольку шайбы-кавитаторы изготовляют полыми из листовых материалов, то при движении в воде с большими скоростями они начинают вибрировать и издавать звуковые сигналы с частотой 12-20 тысяч герц. Для устранения этих вибраций достаточно заполнить внутреннюю полость шайб-кавитаторов пеноматериалом, например пенополиуретаном Макрофлекс фирмы Хенкель. Для этого на брызгоотражателях и первых гранях пирамид или на основании пирамиды выполняют резьбовые отверстия с пробками и через них под давлением подают пеноматериал (на фигурах не показаны).

Предлагаемое изобретение используют следующим образом.

С помощью двигательно-движительного комплекса обеспечивают движение судна со скоростью, при которой интерцепторы становятся эффективными и могут влиять на угловое положение судна. Затем включают комплекс автоматически управляемых интерцепторов, состоящий из устройств интерцепторов, комплекта следящих приводов и системы управления (СУ). Датчики СУ измеряют углы крена, курса и дифферента и их угловые скорости, сравнивают углы с заданными или программными значениями и выдают управляющие сигналы на следящий привод каждого интерцептора. Предварительно эти сигналы усиливаются по мощности и поступают на исполнительные механизмы 26, которые начинают выдвигать интерцепторы в заданное положение. Перед интерцептором возникает зона повышенного давления, простирающаяся вперед на величину, равную 20-25 выдвигам интерцептора. Появляется дополнительная подъемная сила (величина ее зависит от выдвига интерцептора), и под ее воздействием судно меняет свое угловое положение и посадку. На фиг.1 позициями 35 и 36 отмечены границы глиссирующих поверхностей при скоростях хода 0,7V_max и V_max соответственно. Вследствие килеватости днища набегающий на интерцептор поток воды имеет поперечную составляющую. Шайбы-кавитаторы 8 тормозят этот поперечный поток, повышают давление перед интерцептором и тем самым увеличивают его эффективность. Кроме того, набегающий на пирамиду 8 поток срывается с острой кромки ЛО (фиг.4) основания пирамиды и формирует боковую поверхность каверны за интерцепторами, увеличивая ее по ширине (на величину КЛ) и по длине (за счет увеличения ее ширины и объема и улучшения условий поступления атмосферного воздуха в каверну через ее боковую поверхность). Поскольку увеличиваются размеры каверны, то больший участок днища 6 освобождается от воды, и уменьшается сопротивление движению судна.

Предлагаемые технические решения успешно прошли апробацию в натурных условиях и заложены в проектно-конструкторскую документацию быстроходных судов проектов 12200 и 14310.

1. Быстроходное судно, содержащее скулообразный корпус с килеватым днищем, носовым днищевым и бортовым реданами и носовыми брызгоотражателями, побортно установленными выше скулы перед реданами, при этом за днищевым реданом размещены автоматически управляемые интерцепторы с высотой менее днищевого редана, отличающееся тем, что под брызгоотражателями в районе носового редана по каждому борту закреплена шайба-кавитатор в виде трехгранной пирамиды, основание которой расположено кормовее вершины, первая верхняя треугольная грань пирамиды закреплена под брызгоотражателем и имеет основание, не превышающее ширину брызгоотражателя, вторая треугольная грань пирамиды, обращенная к диаметральной плоскости судна, параллельна плоскости, в которой перемещается боковая кромка интерцептора, и отстоит от нее на расстоянии 1-5 мм, при этом грань выходит за линию основания пирамиды и полностью перекрывает не менее чем на 5 мм проекцию на нее хорды выпуклой цилиндрической поверхности интерцептора в его крайнем нижнем положении, кроме того, основание пирамиды лежит в плоскости шпангоута или под углом к ней и выступает на 4-15 мм в сторону от скулы за ребро-основание третьей треугольной грани пирамиды, при этом выступ имеет острую кромку с углом заострения 10-60°, вершина которого расположена на носовой стороне основания пирамиды.

2. Быстроходное судно по п.1, отличающееся тем, что внутренний объем шайбы-кавитатора заполнен полимерным пенообразующим составом.