Судно с воздушной каверной на днище и устройством для защиты от попадания воздуха на гребной винт

Судно с воздушной каверной на днище и устройством для защиты от попадания воздуха на гребной винт

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования самоходного водоизмещающего судна с выемкой в днище для создания воздушной каверны и с гребным винтом, расположенным в диаметральной плоскости судна.

Известно судно с воздушной прослойкой под днищем, содержащее выполненную в днище выемку, которая ограничена носовым реданом, бортовыми скегами и кормовой наклонной плоскостью и разделена на отдельные секции продольными килями и расположенными по всей ширине выемки и размещенными по потоку вдоль выемки поперечными козырьками, и источник воздуха повышенного давления, сообщенный с полостью выемки днища судна для создания и поддержания образованных за поперечными козырьками воздушных прослоек - искусственных каверн (Авторское свидетельство СССР №1145587 от 30.04.1994 по заявке №3664908/11 от 29.09.1983) - прототип. Основным элементом устройства является днищевая выемка, внутри которой создается воздушная прослойка - единая каверна с волновым профилем. Продольные кили, установленные внутри выемки, делят эту каверну на секции, ограничивая поперечное перемещение воздуха и обеспечивая тем самым повышение поперечной остойчивости судна. Поперечные козырьки обеспечивают возможность создания в выемке воздушной каверны с волновым профилем при движении судна, предотвращая ее разрушение.

Однако в процессе движения судна воздух, уносимый потоком из центральной (средней по ширине) секции каверны, попадает в диск гребного винта, вызывая пульсации упора и момента или уменьшение упора, вследствие чего происходит снижение скорости судна. В результате эффективность использования каверны для повышения экономических характеристик судна существенно снижается.

Известно устройство, которое позволяет предотвратить попадание воздуха из каверны на гребной винт судна (авторское свидетельство СССР №217980 от 22.07.1970 по заявке №1086740/27-11 от 27.06.1966). Устройство представляет собой козырьки, установленные в кормовой оконечности подводной части корпуса судна между последней каверной и гребным винтом. В устройстве козырьки выполнены в виде наклонных по ходу судна листов, примыкающих передней кромкой к корпусу судна по всей ширине его днища и по бортам, имеющих заднюю острую кромку и образующих с корпусом судна открытую сзади внутреннюю полость. При движении судна поток жидкости срывается с острой кормовой кромки козырька, и пространство между наружной обшивкой и козырьком оказывается заполненным воздухом и водяными парами. Воздух, использованный для создания воздушной смазки и снесенный встречным потоком к кормовой части судна, достигнув козырьков, засасывается в образовавшиеся за этими козырьками каверны и уносится в атмосферу, не попадая на гребной винт. Устройство было проверено экспериментально на моделях в опытовом бассейне и затем подтвердило свою эффективность в натурных условиях. Недостатком этого устройства является наличие на днище и бортах судна выступающих за габариты корпуса элементов, которые легко могут быть повреждены при столкновении с подводным препятствием, при посадке судна на мель, при выполнении швартовных операций, при шлюзовании или при плавании во льдах. Кроме того, устройство увеличивает буксировочное сопротивление, что приводит к снижению эффективности применения воздушной каверны.

Известно устройство, названное воздушным дефлектором (ЕР 1361151 от 12.11.2003 по заявке 02076818.0 от 07.05.2002), которое действует аналогично устройству, описанному выше. Его отличие заключается в том, что участки козырьков (дефлекторов), расположенные на днище, могут быть установлены под некоторым углом (не перпендикулярно) к диаметральной плоскости, а участки козырьков, расположенные на борту, могут быть наклонены под некоторым углом к вертикали. Соответственно это устройство обладает всеми вышеперечисленными недостатками.

В семействе корейских патентов, которые собраны в один Европейский патент (ЕР 2288188 от 23.11.2011 по заявке 10193774.3 от 30.12.2010), приводится описание устройства для сбора воздуха, уносимого из каверны. Устройство для сбора воздуха содержит воздушный всасывающий канал, газ/жидкость сепаратор, рециркуляционный воздушный компрессор и соединительную трубу. Воздушный всасывающий канал установлен в кормовой части судна и служит для всасывания воздуха, стравливающегося из каверны. Воздушный всасывающий канал присоединен к газ/жидкость сепаратору. Поскольку через воздушный всасывающий канал вместе с воздухом всасывается вода, газ/жидкость сепаратор отделяет воздух от воды. Вода, отделенная газ/жидкость сепаратором, откачивается за борт, а воздух сжимается рециркуляционным воздушным компрессором и затем по трубопроводу через воздушную накопительную емкость возвращается в носовую часть воздушной каверны. По мнению авторов патента, кроме предотвращения попадания воздуха в гребной винт, существует возможность уменьшить мощность основного компрессора, который служит для подачи воздуха в воздушную каверну.

Недостатком этого устройства является его конструктивная сложность и необходимость использовать значительные внутренние объемы корпуса. Кроме того, испытания модели, оборудованной устройством аналогичного принципа действия, показали его низкую эффективность: практически весь воздух, уносимый из каверны, минуя всасывающий канал, по-прежнему проходил в зону расположения движителей.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности самоходного судна, имеющего выемку для создания воздушной каверны на днище, за счет обеспечения надежной защиты его гребного винта от попадания на него воздуха, уносимого потоком из средней секции каверны.

Это достигается тем, что у самоходного судна с выемкой на днище, предназначенной для образования воздушной каверны, начинающейся с редана в носовой части и ограниченной скегами по бортам и кормовым сводом в виде наклонной плоскости, причем полость выемки сообщена с источником воздуха повышенного давления, а внутри выемки размещены продольные кили для ограничения поперечного перемещения воздуха и поперек расположенные козырьки в виде наклонных пластин, следующих друг за другом вниз по потоку, по изобретению в задней части кормового свода симметрично диаметральной плоскости судна установлена обтекаемая наделка стреловидной формы в плане, предназначенная для защиты гребного винта судна от проникновения на него воздуха, выходящего из единой воздушной каверны. При этом наделка по высоте не выступает за пределы основной плоскости судна.

Придание наделке стреловидной формы в плане позволяет направлять воздух, уносимый потоком воды из средней части каверны, к бортам судна и тем самым защитить гребной винт судна от попадания на него упомянутого воздуха, обеспечивая повышение эффективности его работы.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 схематично показано самоходное судно с выемкой на днище, предназначенной для образования единой воздушной каверны (сечение по диаметральной плоскости);

- на фиг. 2 - схематично показано то же судно со стороны днища;

- на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1;

Цифрами и буквенными сокращениями на рисунках указаны:

1 - днище судна;

2 - выемка в днище судна;

3 - единая каверна;

4 - редан;

5 - кормовой свод;

6 - скег;

7 - трубопровод;

8 - источник принудительной подачи воздуха;

9 - продольный киль;

10 - центральная (средняя) секция каверны;

11 - боковая секция каверны;

12 - поперечный козырек;

13 - обтекаемая наделка;

14 - гребной винт;

ОП - основная плоскость судна;

ДП - диаметральная плоскость судна.

Предлагаемое самоходное судно содержит на днище 1 (фиг. 1, 2) выемку 2 для образования воздушной прослойки - единой каверны 3 с волновым профилем, выполненную в днище судна, которая начинается в носовой части корпуса судна с редана 4, заканчивается кормовым сводом 5 в виде наклонной плоскости, а по бортам ограничена скегами 6 (фиг. 3). Полость выемки 2 сообщена трубопроводами 7 с источником принудительной подачи воздуха 8 для создания под днищем воздушной каверны 3. Внутри выемки 2 параллельно диаметральной плоскости размещены продольные кили 9, разделяющие воздушную каверну на продольные секции - центральную (среднюю) 10 и боковые 11, и ограничивающие поперечное перемещение воздуха по днищу выемки 2, а также поперек расположенные козырьки 12, следующие друг за другом вниз по потоку по длине выемки 2, предназначенные для обеспечения целостности воздушной каверны 3.

В задней части кормового свода 5 в центральной (средней) секции 10 каверны 3 симметрично диаметральной плоскости судна установлена обтекаемая наделка 13 стреловидной формы в плане, которая разделяет поток воздуха, выводя его на поверхность со стороны бортов, не допуская проникновение воздуха на гребной винт 14 судна. При этом нижняя поверхность наделки 13 не выступает за основную плоскость (ОП) судна.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При движении судна воздух от источника принудительной подачи 8 по системе трубопроводов 7 подается к редану 4 и к поперечным козырькам 12 для создания внутри выемки 2 воздушной прослойки в виде искусственной единой каверны 3. Подаваемый воздух удерживается в зоне пониженного давления жидкости, возникающего за реданом 4 и поперечными козырьками 12, в результате чего за реданом 4 и за каждым поперечным козырьком 12 образуется система отдельных, следующих друг за другом, воздушных каверн. За счет подаваемого воздуха длины отдельных каверн с течением времени постепенно возрастают, достигая своих предельных значений, равных при эксплуатационной скорости хода расстояниям между нижними кромками поперечных козырьков 12. При достижении хвостовыми частями воздушных каверн нижних кромок поперечных козырьков 12 происходит их объединение в единую воздушную каверну 3 с волновым профилем. Замыкание каверны 3 происходит на кормовом своде 5.

Воздух, использованный для создания воздушной каверны 3, из боковых секций 11 каверны 3 естественным путем, минуя кормовой свод, выносится на поверхность воды со стороны бортов, не достигая гребного винта 14 судна. А воздух, уносимый потоком из центральной секции 10 единой каверны 3, огибает обтекаемую наделку 13 и, разделяясь на две части, выносится на поверхность воды, не достигая гребного винта 14. В результате работа гребного винта 14 осуществляется в нормальном режиме, обеспечивающем высокие пропульсивные характеристики, и эффективность его работы существенно возрастает.

Предлагаемое самоходное судно с выемкой на днище, предназначенной для образования единой воздушной каверны, обладает, за счет предотвращения проникновения воздуха из воздушной каверны на днище в область его гребного винта, повышенной эффективностью работы, что его выгодно отличает от прототипа. Устройство для защиты от попадания воздуха на гребной винт, выполненное в виде обтекаемой наделки стреловидной формы в плане, позволяет эффективно предотвратить проникновение воздуха из каверны на гребной винт судна и в то же время обладает небольшими размерами, простой конструкцией, высокой надежностью и низким гидродинамическим сопротивлением, что выгодно отличает его от известных устройств аналогичного назначения.

1. Самоходное судно с выемкой на днище, предназначенной для образования единой воздушной каверны, начинающейся с редана в носовой части и ограниченной скегами по бортам и кормовым сводом в виде наклонной плоскости, причем полость выемки сообщена с источником воздуха повышенного давления, а внутри выемки размещены продольные кили для ограничения поперечного перемещения воздуха и поперек расположенные козырьки в виде наклонных пластин, следующих друг за другом вниз по потоку, отличающееся тем, что в задней части кормового свода симметрично диаметральной плоскости судна установлена обтекаемая наделка стреловидной формы в плане, предназначенная для защиты гребного винта судна от проникновения на него воздуха, выходящего из единой воздушной каверны.

2. Самоходное судно с воздушной каверной на днище по п. 1, отличающееся тем, что наделка по высоте не выступает за пределы основной плоскости судна.