Гидродинамическое судно

Гидродинамическое судно

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к области судостроения и может найти применение в качестве морского иди речного судна.

Известно американское судно на подводных крыльях типа "Джетфоил", содержащее корпус, внутри которого размещены водометные движители, приводимые в действие главным двигателем, установленным в моторном отсеке, переднее подводное крыло, установленное на поворотной стойке, заднее подводное крыло, закрепленное на двух стойках и имеющее водозаборник. Длина судна 27,4 м, ширина 9,5 м, пассажировместимость 250 чел., мощность двигателя 4850 кВт, скорость 40 уз., масса 112 т [Р. Шенкнехт, Ю. Люш и др. Суда и судоходство будущего, пер. с немецкого. Л., Судостроение, 1981, с.107-112, 168, рис.82; Морской энциклопедический словарь под ред. д.т.н. В.B. Дмитриева, т.2. СПб., Судостроение, 1993, с.160-161].

Недостатками известного американского судна "Джетфоил" являются кавитационное воздействие на крылья, малая грузоподъемность (не более 15%), непригодность для перевозки грузов, малая автономность плавания и большая мощность, приходящаяся на 1 т массы.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией судна.

Известно также американское многокорпусное судно с малой площадью ватерлинии "Трисек", содержащее два сигарообразных подводных корпуса с двумя главными двигателями, установленными внутри и соединенными механически с гребными винтами, надводную грузовую платформу, на которой расположены грузовые и поссажирские помещения, две вертикальные стойки, соединяющие подводные корпуса с грузовой платформой там же, с.102-105, рис.76; Морской энциклопедический словарь, ред. д.т.н. В.В. Дмитриев, т.3., СПб., Судостроение, 1994, с. 209-210].

Известное американское судно "Трисек", как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому полезному результату, принято за прототип.

Недостатками известного американского судна "Трисек", принятого за прототип, являются значительная осадка, повышенный расход материалов, большое сопротивление воды, сложность погрузочно-разгрузочных работ, невозможность движения при повреждении подводных корпусов.

Указанные недостатки обусловлены большими геометрическими размерами подводных корпусов и их большой смачиваемой поверхностью, неспособностью платформы двигаться в водоизмещающем режиме, низким расположением главных двигателей.

Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств многокорпусного судна.

Технический результат обеспечивается тем, что в гидродинамическом судне, содержащем подводный корпус, соединенный стойками с надводным корпусом, внутри которого размещены рубка управления, пассажирское отделение, трюм, моторный отсек, в котором установлен двигатель, кинематически связанный с гребным винтом, руль, механизмы управления, согласно изобретению подводный корпус выполнен в форме плоского понтона, заостренного спереди и сзади, имеющего сверху ровную и гладкую поверхность, в нижней части которого выполнены глухие внутренние каналы, открывающиеся наружу, размещенные рядами в продольном и поперечном направлениях, прямоугольного сечения, продольная ось каждого из которых наклонена назад под углом 40 градусов к вертикали, причем противоположные стенки каждого из каналов равны по площади, а высота каждого из них равна ширине его трех стенок.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фигуре 1 изображен общий вид гидродинамического судна;

на фигуре 2 - вид на гидродинамическое судно спереди;

на фигуре 3 - вид на гидродинамическое судно сзади;

на фигуре 4 - вид на подводный корпус сверху;

на фигуре 5 - вид на подводный корпус снизу;

на фигуре 6 - вид на подводный корпус сбоку в разрезе;

на фигуре 7 - схема силовой установки судна;

на фигуре 8 - схема возникновения подъемной силы на подводном корпусе;

на фигуре 9 - схема движения судна в гидродинамическом режиме с поднятым над поверхностью воды надводным корпусом;

на фигуре 10 - схема движения судна в глиссирующем режиме при максимальной скорости.

Гидродинамическое судно содержит подводный корпус 1, который посредством стоек 2 соединен с надводным корпусом 3, выполненным водоизмещающим с обводами скоростного судна, внутри которого размещены рубка управления, пассажирское отделение, трюм для багажа пассажиров, моторное отделение, в котором установлен двигатель 4 с разобщительной муфтой 5 и редуктором переднего и заднего хода 6. Посредством соединительных муфт 7 и валов двигатель соединен с верхним поворотным редуктором 8 и нижним поворотным редуктором 9, а последний посредством дейдвудного вала 10 соединен с гребным винтом 11, в водяном потоке которого установлен руль 12. Подводный корпус выполнен в форме плоского понтона, заостренного спереди и сзади, имеющего сверху ровную и гладкую поверхность. В низшей части подводного корпуса выполнены глухие внутренние каналы 13, открывающиеся наружу вниз, размещенные рядами в продольном и поперечном направлениях. Продольная ось каждого из каналов наклонена назад под углом 40 градусов к вертикали. Противоположные стенки каждого из каналов равны по площади S=S₁ и S₂=S₃. Высота каждого из каналов равна ширине его трех сторон h=3ℓ.

Работает гидродинамическое судно следующим образом.

После того как запущен двигатель 4 посредством рукояток редуктор переднего и заднего хода 6 переводится в положение "передний ход" и включается разобщительная муфта 5. Вращающийся момент от двигателя передается через верхний поворотный редуктор 8, нижний поворотный редуктор 9, дейдвудный вал 10 на гребной вал 11, приводя его во вращение. Судно приходит в движение. При этом подводный корпус 1 обтекается водяным потоком, который делится на две части (фиг.8). Первая часть водяного потока обтекает верхнюю ровную поверхность, а вторая часть водяного потока обтекает нижнюю поверхность подводного корпуса. При обтекании верхней поверхности на ней образуется движущийся пограничный слой воды. Из аэрогидродинамики известно, что давление внутри движущегося потока газа или воды меньше, чем в неподвижной среде. Поэтому на верхней поверхности подводного корпуса 1 будет создаваться разрежение Fp. Т.е. давление атмосферного воздуха и воды на нее будет меньше, чем когда она неподвижна. Вместе с этим часть водяного потока, обтекающего нижнюю поверхность подводного корпуса, будет двигаться внутрь глухих внутренних каналов 13 со скоростью V, создавая в них динамическое давление. Эту скорость можно вычислить по формуле V²=2gh, где g - земное ускорение, a h - высота, на которую поднимается вода при данной скорости потока. (Здесь и далее Роман Куркевич. Пять стихий Аристотеля, пер. с польского М. Дубравского, ред. русского издания С.В. Чумаков. Наша Ксенгарня. Варшава, 1977, с. 52-53).

Высота, на которую поднимется вода, может быть определена из формулы h = V 2 2 g . Попадая в глухие внутренние каналы, вода производит давление на стенки и дно. Давление в них определяется как Р=hγ - где γ - удельный вес воды. Так как площадь противоположных стенок глухих внутренних каналов 13 равны, то и давление на них одинаково. Силы, действующие на эти стенки взаимно уравновешивают друг друга F=F₁, как в продольном, так и в поперечном направлениях. Силы F₂, действующие на дно глухих внутренних каналов 13, ничем не уравновешены. Таким образом, на подводный корпус 1 будут действовать силы Fp+F₂. Равнодействующая этих сил Fобщ будет действовать в вертикальной плоскости против силы тяжести, поднимая надводный корпус 3 над поверхностью воды, величина подъема надводного корпуса 3 над водой будет зависить от скорости движения судна. Если скорость движения судна средняя, то надводный корпус 3 выйдет из воды и будет двигаться над поверхностью воды (фиг.9), а подводный корпус 1 будет оставаться под водой. При максимальной скорости движения сила Fобщ вытолкнет подводный корпус 1 на поверхность воды и судно будет совершать глиссирующее движение (фиг.10). В глиссирующем режиме, какой бы ни была скорость движения, подводный корпус 1 не сможет оторваться от поверхности воды, иначе сразу же уменьшается подъемная сила и подводный корпус 1 опускается вниз. Таким образом, поддержание судна на определенной высоте производится автоматически за счет определенной скорости движения. Для движения задним ходом при маневрировании рукоятка редуктора переднего и заднего хода 6 перемещается в положение "задний ход". А так как движение задним ходом происходит на малой скорости, то выталкивания надводного корпуса 3 не происходит.

Изобретение позволяет уменьшить мощность двигателя, экономить топливо, уменьшить сопротивление воды, повысить скорость движения и уменьшить вес судна.

Гидродинамическое судно, содержащее подводный корпус, соединенный стойками с надводным корпусом, внутри которого размещены рубка управления, пассажирское отделение, трюм, моторный отсек, в котором установлен двигатель, кинематически связанный с гребным винтом, руль, механизм управления, отличающееся тем, что подводный корпус выполнен в форме плоского понтона, заостренного спереди и сзади, имеющего сверху ровную и гладкую поверхность, в нижней части которого выполнены глухие внутренние каналы, открывающиеся наружу, размещенные рядами в продольном и поперечном направлениях, прямоугольного сечения, продольная ось каждого из которых наклонена назад под углом 40° к вертикали, причем противоположные стенки каждого из каналов равны по площади, а высота каждого из них равна ширине его трех стенок.