С ВОЗДУШНЫМИ КАВЕРНАМИ НА ДНИЩЕ

1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования водоизме- щающего судна с воздушными кавернами на днище, обеспечивающими снижение гидро- динамического сопротивления и улучшение эксплуатационных характеристик судна.

2. ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно устройство для создания на днище судна единой воздушной каверны по патенту СССР N° 1 145587. Основным элементом устройства является днищевая выемка, внутри которой создается единая воздушная каверна с волновым профилем. Выемка огра- ничена носовым реданом, бортовыми килями и кормовой наклонной плоскостью. Для по- вышения поперечной остойчивости судна внутри выемки устанавливаются продольные кили, которые делят каверну на секции, а также установлены поперечные насадки, обес- печивающие возможность создания единой каверны при движении судна. Однако наличие выемки в днище приводит к потере внутренних объемов. Вследствие этого возникает не- обходимость увеличения высоты надводного борта судна или увеличения высоты коминг- сов грузовых трюмов для сохранения их грузовместимости, что в свою очередь влечет за собой увеличение массы корпуса и снижение грузоподъемности судна. Кроме того, уст- ройство может быть использовано только на судах новой постройки.

В качестве ближайшего аналога выбрано устройство для создания воздушной смаз- ки на поверхности плоского днища судна по авторскому свидетельству СССР N° 288576. Это устройство с целью формирования устойчивых воздушных каверн на плоскости дни- ща судна содержит систему труб, подающих под днище воздух, который удерживается там за счет укрепленных на днище поперечных насадков и продольных килей. При этом насадки выполнены с острой кромкой, расположены по всей ширине днища под углом около 2.5° к плоскости днища между двумя вертикальными килями, смещенными к скуле от диаметральной плоскости судна, и прикрывают от внешнего потока воды выходные от- верстия труб, образуя открытые с кормы внутренние полости для подачи воздуха в кавер- ны. Это устройство может быть использовано как на вновь строящихся, так и на сущест- вующих судах. Однако ^имеющиеся на днище насадки и кили существенно выступают за основную плоскость днища (для речных судов - на 0.3 - 0.4 м), что в условиях ограничен- ной глубины фарватера, на мелководье приводит к необходимости снижения расчетной осадки судна и, соответственно, к неизбежной потере его грузоподъемности (на 10-20% в зависимости от расчетной осадки). Кроме того, выступающие за основную плоскость днища элементы устройства могут быть легко повреждены в случае посадки судна на мель, при встрече с подводным препятствием или при значительном уменьшении глубины фарватера.

Кроме того, для указанных устройств характерно резкое снижение их эффективно- сти при движении в условиях сильного волнения или при движении со значительным на- чальным дифферентом судна.

3. РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей предполагаемого изобретения является разработка и создание водоизме- щающего судна с воздушными кавернами на днище, движущегося в условиях ограничен- ности фарватера, на мелководье, на интенсивном волнении или со значительным началь- ным дифферентом.

Техническим результатом, обеспечивающим решение указанной задачи, является улучшенные эксплуатационные характеристики, выражающиеся в сохранении расчетной осадки судна и, соответственно, снижении его сопротивления на волнении и при движе- нии со значительным начальным дифферентом.

Для реализации предложенного устройства предлагается водоизмещающее судно с воздушными кавернами на днище, которые образованы из следующих друг за другом вдоль днища рядов поперечных насадков, выполненных в виде наклонных пластин, и двух побортно установленных на днище продольных ограничительных килей, а также воздуш- ной магистрали, по которой подают воздух в каверны от источника принудительной пода- чи воздуха. При этом поперечные насадки и продольные кили выполнены с возможностью складываться на днище, а также устанавливаться в рабочее положение с помощью приво- да.

В частном случае предлагаемого решения насадки и кили выполнены на продольных осях, установленных на днище.

В другом частном случае предлагаемого решения насадки выполнены на продольных осях, установленных на днище, а кили выполнены надувными.

Возможен вариант предлагаемого решения, когда на днище между побортно распо- ложенными продольными ограничительными килями установлены промежуточные про- дольные кили, которые выполнены надувными или на продольных осях, установленных на днище.

В другом частном случае ограничительные и промежуточные продольные кили мо- гут быть выполнены разрезными в виде отдельных, следующих друг за другом секций, длина которых примерно равна расстоянию между задними кромками соответствующих соседних поперечных насадков, при этом зазоры между соседними секциями продольных килей выполнены минимальными с целью уменьшения объема стравливания в атмосферу воздуха, подаваемого под днище судна.

Кроме того, водоизмещающее судно оборудовано пневмоприводом, предназначен- ным для раскрытия в рабочее положение и складывания поперечных насадков, и ограни- чительных и промежуточных продольных килей, или надувания продольных килей. Наря- ду с этим судно оснащено системой контроля и поддержания ходового крена и дифферен- та в заданных пределах.

Выполнение поперечных насадков и продольных килей с возможностью их убира- ния с прилеганием к днищу обеспечивает в условиях ограниченности фарватера и на мел- ководье сохранение расчетной осадки судна и снижение его сопротивления в условиях движения при сильном волнении или со значительным начальным дифферентом, когда необходимость использования выступающих за основную плоскость днища поперечных насадков и ограничительных килей отпадает. Кроме того, это исключает возможность по- вреждения выступающих насадков и ограничительных килей при прохождении судном участков предельного мелководья, шлюзовании, возможности посадки судна на мель, движении задним ходом и т.п.

4. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность предполагаемого изобретения поясняется рисунками, где на фиг.1 схема- тично показано водоизмещающее судно с воздушными кавернами на днище (вид сбоку), на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 и на фиг.З - схема складывания поперечного насадка.

5. ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Водоизмещающее судно с воздушными кавернами на днище, изображенное на фиг.1 , 2 и 3 содержит следующие узлы: на днище 1 судна 2 расположены поперечные на- садки 3 в виде наклонных пластин, которые формируют воздушные каверны 4 и поддер- живают их. Побортно на днище 1 установлены продольные кили 5, ограничивающие обра- зованные каверны 4 и препятствующие уносу воздуха из каверн 4 в сторону борта судна 2. Высота и длина продольных килей 5 принимается такой, чтобы подаваемый под днище воздух для создания и поддержания каверн не мог стравливаться через них в атмосферу. Для повышения поперечной остойчивости судна и предотвращения перетекания воздуха с борта на борт каверны 4 разделены промежуточными продольными килями 6 на несколько изолированных друг от друга продольных секций 7 (фиг.2). Поперечные насадки 3 имеют возможность складываться на днище 1 путем их поворота вокруг своих продольных осей 8, расположенных на днище судна (фиг.З). Ограничительные 5 и промежуточные 6 про- дольные кили также имеют возможность складываться на днище путем их поворота во- круг своих продольных осей 9, расположенных на днище судна (фиг.2) или, в другом ва- рианте, путем их надувания. В сложенном состоянии поперечные насадки 3, ограничи- тельные 5 и промежуточные 6 продольные кили, складываясь на днище, прижимаются к нему, практически не выступая за основную плоскость судна (фиг. 1 и 2).

Возможен вариант предлагаемого решения, когда поперечные насадки 3 выполнены на продольных осях, установленных на днище, а ограничительные 5 и промежуточные 6 продольные кили выполнены надувными, также с возможностью складываться на днище, прижимаясь к нему и практически не выступая за основную плоскость судна.

Судно оборудовано источником принудительной подачи воздуха 10 (воздуходувка или компрессор) по трубопроводам 1 1 (фиг.1) для создания и поддержания образованных за поперечными насадками 3 каверн 4. При этом воздух может подаваться к каждому по- перечному насадку 3 или только к нескольким насадкам, но обязательно к первому (носо- вому). В последнем случае формирование остальных каверн обеспечивается воздухом, уносимым из хвостовой части каверны, расположенной носовее. Такой вариант подачи воздуха упрощает конструкцию и снижает потери энергии, обусловленные сопротивлени- ем трубопроводов 1 1.

Для обеспечения складывания и раскрытия ограничительных 5 и промежуточных 6 продольных килей они выполнены разрезными в виде отдельных, следующих друг за дру- гом секций, длина которых примерно равна расстоянию между задними кромками 13 со- ответствующих соседних поперечных насадков 3 (фиг.1). При этом зазоры между сосед- ними секциями продольных килей 5 выполнены минимальными с целью уменьшения объ- ема стравливания в атмосферу воздуха, подаваемого под днище судна.

Судно 2 оснащено пневмоприводом (на рисунках не показано), предназначенным для раскрытия в рабочее положение и складывания поперечных насадков 3, ограничительных 5 и промежуточных 6 продольных килей, а также для надувания через него ограничитель- ных 5 и промежуточных продольных килей в варианте выполнения их надувными.

Для повышения эффективности применения воздушных каверн судно оборудовано системой контроля и поддержания ходового крена и дифферента в заданных пределах (на рисунках не показано).

6. ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Как уже было указано, изобретение предназначено к использованию в области су- достроения для класса водоизмещающих судов с воздушными кавернами на днище для работы в условиях ограниченности фарватера, на мелководье, при движении со значи- тельным начальным дифферентом судна или в условиях движения на интенсивном волне- нии. Заявляемое устройство осуществляет эту задачу следующим образом.

При необходимости создания на днище судна воздушных каверн поперечные насад- ки 3 с помощью пневмопривода раскрываются на расчетные углы путем поворота их во- круг своих продольных осей 8. Продольные ограничительные 5 и промежуточные кили 6 с помощью пневмопривода устанавливаются в рабочее положение либо путем поворота во- круг своих продольных осей 9, либо, в другом варианте, путем их надувания.

С помощью источника принудительной подачи воздуха 10 в область поперечных на- садков 3 подается воздух, причем обязательно воздух подается к первому носовому насад- ку, а формирование остальных, следующих за первым насадком, каверн обеспечивается воздухом, уносимым из хвостовой части каверны, расположенной носовее. Образовав- шиеся каверны 4 обеспечивают снижение сопротивления трения судна при его движении.

При выполнении ограничительных 5 и промежуточных 6 продольных килей надув- ными, их раскрытие в рабочее положение осуществляется путем подачи воздуха через привод от источника принудительной подачи воздуха.

В случае движения судна в условиях ограниченности глубины фарватера, на мелко- водье, сильного волнения или со значительным начальным дифферентом судна, для пре- дотвращения опасности повреждения выступающих за основную плоскость поперечных насадков 3 и продольных килей 5, 6, а также уменьшения сопротивления движению судна на волнении или со значительным начальным дифферентом, насадки и кили принудитель- но складываются, прижимаясь к днищу 1.

Кормовые части 13 поперечных насадков 3 задают место и угол схода воздушных ка- верн 4. Каверны 4, кроме последней (кормовой), плавно замыкаются на поперечных на- садках 3. Последняя каверна замыкается на плоском днище судна. С боков каверны 4 ог- раничиваются побортно установленными продольными ограничительными килями 5, пре- пятствующими уносу воздуха из каверн в сторону борта.

На фиг.4 показан вариант предлагаемого устройства, у которого высота промежуточ- ных поперечных насадков меньше высоты носового (первого) и кормового (последнего) поперечных насадков. В этом случае на днище 1 судна 2 можно сформировать единую воздушную каверну с волновым профилем 14. Эта каверна формируется носовым попе- речным насадком и замыкается на кормовом поперечном насадке. Для обеспечения плав- ного обтекания кормового поперечного насадка, за ним формируется короткая каверна 4, которая замыкается на плоском днище.

В зависимости от условий эксплуатации эффект снижения гидродинамического со- противления судов с каверной на днище может быть реализован двумя способами: за счет экономии топлива при выполнении того же объема транспортной работы, что и у тради- ционного судна, или за счет увеличения объема транспортной работы вследствие роста скорости хода судна с кавернами при неизменной мощности главных двигателей.

Предлагаемое водоизмещающее судно обладает большей эксплуатационной на- дежностью, воздушные каверны, оборудованные на его днище, не ведут к заметному сни- жению грузоподъемности, а при движении на интенсивном волнении или со значитель- ным начальным дифферентом - к росту гидродинамического сопротивления судна.