Носовая часть корпуса быстроходного судна

Носовая часть корпуса быстроходного судна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к судостроению и касается быстроходных водоизмещающих однокорпусных и многокорпусных судов, эксплуатирующихся на относительных скоростях полного хода в диапазоне чисел Фруда F r = V g L = 0 , 3 5 ÷ 0 , 6 5 , где V - скорость судна, L - длина судна, g - ускорение свободного падения и касается вопросов снижения сопротивления движению и уменьшения интенсивности качки на значительном морском волнении.

Известен корпус по патенту №2094290, кл. B63B 1/04, 1993 г. с U-образными шпангоутами и носовой оконечностью, которая на участке от 2 до 0 теоретического шпангоута в зоне расчетных ватерлиний и ниже выполнена с монотонно возрастающим значением угла между касательной к ватерлинии корпуса и диаметральной плоскостью, при этом ватерлинии на линии форштевня примыкают к диаметральной плоскости под углами 30-90°. Однако носовые обводы такого корпуса при эксплуатации на умеренном и значительном волнении не обеспечивают минимально возможную килевую качку судна и поэтому судно приобретает дополнительное волновое сопротивление и существенную потерю скорости. Это происходит вследствие того, что в процессе хода судна при погружении носовой части в волну дифферент существенно возрастает от архимедовой силы на носовой части корпуса и от динамического воздействия волны на носовую оконечность. При выходе носовой части на подошву волны происходит обратное: дифферент резко уменьшается из-за уменьшения архимедовой силы и от прекращения динамического воздействия волны. В результате значительной килевой качки все части корпуса обтекаются водой не по расчетным ватерлиниям и, кроме того, площади замыва корпуса набегающей волной увеличиваются, ввиду чего увеличивается гидродинамическое сопротивление. Учитывая, что при движении судна на значительном волнении при косых курсовых углах происходит периодическое оголение нижней части носовой оконечности, приводящее к зарыскиванию судна, ввиду прекращения бокового воздействия волны на нос судна, возможно возникновение слеминга при последующем погружении носовой оконечности в волну. При этом увеличивается сопротивление движению судна.

Для уменьшения влияния волнения на качку судна и предотвращения слеминга носовой оконечности применяют, например, корпус с конструктивным дифферентом (см. ГОСТ 1062-80, стр.8, черт.3). Опущенная на определенную величину ниже основной плоскости килевая линия носовой части корпуса исключает оголения носовой оконечности при ходе на заданной балльности волнения и скорости хода ввиду большего начального заглубления, что существенно уменьшает зарыскивание и предотвращает слеминг, который возможен при обычных обводах носовой оконечности.

Однако формирование оптимальных обводов корпуса с отрицательным конструктивным дифферентом и технология постройки судна усложнены и применяются очень редко.

Технический результат предлагаемого изобретения по пункту 1 формулы изобретения заключается в уменьшении перепадов бокового воздействия волнения на носовую оконечность за счет исключения оголения нижней носовой части корпуса при заданных скорости хода и балльности волнения, в предотвращении слеминга и в уменьшении сопротивления движению за счет уменьшения углов рыскания.

Для уменьшения гидродинамического сопротивления и уменьшения интенсивности качки судна при ходе на волнении применяют также носовой бульб, размеры и форма которого определяются расчетным путем с последующей отработкой в опытовых бассейнах.

Известны корпуса судов с носовым бульбом, эксплуатирующихся в диапазоне чисел Фруда Fr≈0,3-0,8, например по патенту №2155693 C1, кл. B63B 1/04. На рисунках к патенту (Фиг.1, 2 и 3) показан бульб 1, который имеет округлые обводы с плавными ватерлиниями в кормовой части и расположен существенно ниже ходовой ватерлинии. Это обеспечивает использование пониженного давления на бульбе для уменьшения гидродинамического сопротивления корпуса и умерение продольной качки за счет демпфирования бульбом вертикальных перемещений носовой оконечности.

Однако на судах и кораблях, эксплуатирующихся при числах Фруда Fr≈0,3-0,8, редко применяют носовой бульб из-за нетехнологичности, ввиду сложных обводов. Поэтому в предлагаемом изобретении по пунктам 2 и 3 формулы изобретения предусматривается существенное упрощение обводов бульба с незначительным уменьшением его эффективности по сравнению с теоретически рассчитанными обводами бульба.

Технический результат по пунктам 2 и 3 формулы изобретения заключается в исключении оголения носовой части корпуса при движении на заданном волнении, следовательно, в уменьшении углов рыскания и в уменьшении сопротивления движению, а также в уменьшении размахов килевой качки и в уменьшении волнового сопротивления при применении в носовой части корпуса бульба с упрощенными технологичными обводами.

Сущность предложения по пункту 1 формулы изобретения заключается в отклонении килевой линии ниже основной плоскости в районе 5-1 теоретических шпангоутов и поясняется эскизами:

на Фиг.1 изображен боковой вид носовой части корпуса по пункту 1 формулы изобретения;

на Фиг.2 - проекция «корпус» носовой части корпуса на Фиг.1.

Сущность предложения по пунктам 2 и 3 формулы изобретения заключается в применении на носовой части корпуса по п.1 формулы изобретения носового бульба, сформированного поверхностями с одинарной кривизной со округлениями продольных ребер бульба.

На Фиг.3 показан боковой вид носовой части корпуса по пункту 2 формулы изобретения.

На Фиг.4 - проекция «корпус» носовой части корпуса на Фиг.3.

На Фиг 5 - боковой вид носовой части корпуса по пункту 3 формулы изобретения.

На Фиг 6 - сечение А-А на Фиг.3.

На Фиг.7 - сечение Б-Б на Фиг.5.

Для наглядности представления сущности изобретения на Фиг.1,3, 5 проекции изображены в меньшем масштабе, чем на Фиг.2, 4, 6, 7.

По пункту 1 формулы изобретения в корпусе быстроходного судна, спроектированного для заданных полезной нагрузки и скорости хода на волнении заданной балльности, в носовой части (см. Фиг.1, 2) в районе 4-5 теоретического шпангоута килевая линия 1 имеет отклонение вниз от основной плоскости (ОН) по прямой линии на величину ΔT_кл=0,25-0,5 от T на 1 теоретическом шпангоуте, где T - величина отстояния конструктивной ватерлинии (КВЛ) от основной плоскости. Это выполнено для увеличения осадки в носу, обеспечивающей исключение оголения нижней носовой части корпуса судна при ходе на волнении заданной балльности.

Переход килевой линии 1 в линию форштевня 2 выполнен носовее 1 теоретического шпангоута (см. Фиг.1) для создания положительного наклона форштевня, обеспечивающего дополнительные объемы в носовой части для предотвращения зарывания носа судна.

Обводы корпуса (см. Фиг.2) в носовой части выполнены с развалом шпангоутов, плавно увеличивающимся к бортовой линии 3, также для недопущения зарывания носовой части корпуса в волны.

По пунктам 2 и 3 формулы изобретения у корпуса быстроходного судна (см. Фиг.3, 4, 5) дополнительно к п.1 формулы изобретения нижняя носовая часть выполнена в виде носового бульба, сформированного плоскими, цилиндрическими и винтовыми поверхностями со округлением продольных ребер бульба по радиусу R. От 4-5 теоретического шпангоута по опускающейся килевой линии 1 ниже основной плоскости до 1 теоретического шпангоута смонтирована нижняя поверхность бульба, которая продолжает обвод днища от 4-5 теоретического шпангоута по винтовой поверхности, с каждой стороны от ДП, с увеличением угла килеватости к носу (см. Фиг.4), при этом полуширина бульба В составляет 0,15-0,3 от T на протяжении от 4-5 до 2 теоретического шпангоута и где от боковых торцов полученной нижней поверхности бульба вертикально вверх установлены плоские стенки 4 до пересечения с поверхностью корпуса (см. Фиг.4, 6, 7). От точек 5 пересечения вертикальных стенок 4 с поверхностью корпуса на 2 теоретическом шпангоуте вплоть до 1 теоретического шпангоута верхняя поверхность бульба сформирована цилиндрической поверхностью, перпендикулярной диаметральной плоскости с превышением h, составляющим величину примерно 0,1ΔL, где ΔL - теоретическая шпация (см. Фиг.3, 5).

По пункту 2 формулы изобретения, начиная от 1 теоретического шпангоута в сторону носа, верхняя поверхность бульба сформирована горизонтальной поверхностью до точки пересечения с линией форштевня 2, от которой вертикально вниз установлена носовая кромка 6 бульба, протяженностью до основной плоскости (см. Фиг.3).

По пункту 3 формулы изобретения, начиная от 1 теоретического шпангоута в сторону носа, верхняя поверхность бульба сформирована горизонтальной поверхностью до носовой кромки 6 бульба, расположенной в районе 0 теоретического шпангоута носовее или кормовее его, при этом ребро, образованное между верхней поверхностью бульба и носовой кромкой 6, скруглено по радиусу R₁, а нижняя часть носовой кромки 6 доведена до основной плоскости (см. Фиг.5).

По пунктам 2 и 3 формулы изобретения нижняя поверхность бульба от нижней части носовой кромки 6 до 1 теоретического шпангоута выполнена с учетом плавности килевой линии и с учетом сопряжения с нижней поверхностью бульба на 1 теоретическом шпангоуте (см. Фиг.3, 5). Боковые вертикальные стенки бульба от носовой кромки 6 до 2 теоретического шпангоута образованы эллиптической поверхностью 7 с центром эллипса, находящимся на пересечении основной плоскости, диаметральной плоскости и 2 теоретического шпангоута с малой полуосью, равной полуширине бульба B, и с большой полуосью, равной расстоянию от 2 теоретического шпангоута до носовой кромки 6 бульба.

Корпус быстроходного судна с носовой частью по п.1 формулы изобретения (см. Фиг.1, 2) работает следующим образом.

При движении традиционного судна на значительном волнении любыми курсовыми углами к бегу волн носовая часть корпуса периодически погружается в гребень волны, получая при этом динамическое воздействие и увеличение водоизмещающей силы. Вследствие этого дифферент судна увеличивается и в последующие моменты времени носовая часть корпуса, оказавшись над подошвой волны, иногда полностью оголяется. Но благодаря применению в предлагаемом изобретении опущенной килевой линии 1 в носовой части корпуса ниже ОП на величину ΔT_кл=(0,25-0,5)T на 1 теоретическом шпангоуте, оголения носовой части не происходит. Величина ΔT_кл выбирается исходя от заданной высоты волнения для конкретного судна.

Вследствие отсутствия оголения носовой части корпуса на косых курсовых углах волн боковые силы от воздействия волн изменяются не резко и не вызывают зарыскивания судна, препятствуя тем самым возникновению слеминга носовой оконечности. Кроме того, уменьшение углов рыскания на волнении уменьшает гидродинамическое сопротивление движению, что приводит к увеличению скорости судна.

Корпус быстроходного судна с носовой частью по пунктам 2 и 3 формулы изобретения (см. Фиг.3, 4, 5) работает следующим образом.

Корпус судна с опущенной в носу килевой линией ниже ОП с бульбом, сформированным простыми поверхностями со округлением продольных ребер, при движении на значительном волнении менее подвержен влиянию изменяющихся боковых сил от волн, чем традиционный корпус, вследствие исключения оголения носовой оконечности над подошвами волн.

Ввиду того что обводы бульба имеют почти плоскостные грани со скругленными ребрами и скругленную носовую часть, бульб более эффективно препятствует боковым и вертикальным перемещениям носовой оконечности судна, чем полностью скругленный классический бульб при ходе на волнении. Например, носовая часть корпуса, получив вертикальное ускорение вверх от воздействия волны, будет «тормозиться» почти плоской верхней частью бульба от дальнейшего перемещения, что уменьшает амплитуду качки. Поэтому качка судна и сопротивление движению уменьшаются. С другой стороны, наличие пониженного давления на носовой части бульба с упрощенными обводами остается практически таким же, как и у полностью скругленного бульба. То есть, остается его положительное влияние на уменьшение давления в носовой части корпуса и, следовательно, на уменьшение сопротивления судна. Что касается вихреобразования на скругленных продольных ребрах бульба, оно на два порядка меньше по сравнению с вихреобразованием на скуловых килях, имеющихся практически на всех судах с рассматриваемыми скоростями хода. Таким образом, в целом имеется положительный эффект от применения бульба, сформированного поверхностями с одинарной кривизной со скругленными продольными ребрами, и достигнута технологичность изготовления бульба.

Величина эффективности такого бульба зависит от точности расчетов по определению геометрических параметров бульба и от степени отработки корпуса с бульбом в опытовом бассейне.

Упрощенные обводы бульба позволят более широко применять корпуса с носовым бульбом с улучшенными мореходными качествами.

1. Носовая часть корпуса однокорпусного или многокорпусного быстроходного судна с V-образными или U-образными шпангоутами, с килевой линией и с форштевнем, отличающаяся тем, что на участке начиная с 4-5 теоретического шпангоута к носу килевая линия отклонена вниз от основной плоскости на величину 0,25-0,5 от (Т) на 1 теоретическом шпангоуте, где (Т) - величина отстояния конструктивной ватерлинии от основной плоскости, а переход килевой линии в линию форштевня выполнен носовее 1 теоретического шпангоута, причем обводы корпуса в этой части выполнены с развалом шпангоутов, плавно увеличивающимся к бортовой линии корпуса.

2. Носовая часть корпуса судна по п.1, отличающаяся тем, что нижняя носовая часть корпуса выполнена в виде носового бульба, сформированного плоскими, цилиндрическими и винтовыми поверхностями; - от 4-5 теоретического шпангоута по отклоненной килевой линии ниже основной плоскости до 1 теоретического шпангоута смонтирована нижняя поверхность бульба, продолжающая обвод днища от 4-5 теоретического шпангоута по винтовой поверхности, с каждой стороны от ДП, с увеличением угла килеватости к носу, при этом полуширина бульба (В) составляет 0,15-0,3 от (Т) на протяжении от 4-5 до 2 теоретического шпангоута и где от боковых торцов полученной нижней поверхности бульба вертикально вверх установлены плоские стенки (4) до пересечения с поверхностью корпуса, при этом от точек пересечения вертикальных стенок с поверхностью корпуса на 2 теоретическом шпангоуте до 1 теоретического шпангоута верхняя поверхность бульба сформирована цилиндрической поверхностью, перпендикулярной диаметральной плоскости судна, с превышением (h), составляющим величину примерно 0,1 от (ΔL), где (ΔL) - теоретическая шпация, а далее в сторону носа от 1 теоретического шпангоута верхняя поверхность бульба сформирована горизонтальной поверхностью до точки пересечения с линией форштевня, от которой вертикально вниз установлена носовая кромка (6) бульба протяженностью до основной плоскости, при этом нижняя поверхность бульба от нижней части носовой кромки до 1 теоретического шпангоута выполнена с учетом плавности килевой линии бульба и сопряжения с нижней поверхностью бульба на 1 теоретическом шпангоуте, а боковые вертикальные стенки (7) бульба от носовой кромки (6) до 2 теоретического шпангоута образованы эллиптической поверхностью, при всем изложенном продольные ребра бульба скруглены по радиусу (R).

3. Носовая часть корпуса судна по п.2, отличающаяся тем, что верхняя поверхность бульба, начиная от 1 теоретического шпангоута до носовой кромки (6) бульба, расположенной в районе 0 теоретического шпангоута, носовее или кормовее его, сформирована горизонтальной поверхностью, при этом ребро, образованное между верхней поверхностью бульба и носовой кромкой (6), скруглено по радиусу (R₁).