Область применения.

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при постройке и модернизации морских быстроходных однокорпусных килевых парусных/парусно-моторных судов с большой парусной энерговооруженностью, где используется единственный водоизмещающий узкий волнопронизывающий корпус.

Описание уровня техники.

Уровень техники в отношении судна с узким водоизмещающим корпусом был раскрыт в российской заявке N°2015155664 с приоритетом от 24.12.2015., данное решение является новым конструктивным решением стабилизированного корпуса однокорпусного килевого парусного/парусно-моторного судна с использованием в конструкции подводных крыльев.

Общий принцип действия подводных крыльев - создание погруженной частью крыльев, на средних и высоких скоростях, подъёмной силы действующей на движущееся судно, когда корпус частично или полностью поднимается над водной поверхностью. При значительном уменьшении площади контакта с водой, и, следовательно, уменьшении гидродинамического сопротивления движению, это позволяет развивать более высокую скорость.

Применительно к стабилизированному корпусу, раскрытому в заявке N°2015155664, подъёмная сила, создаваемая подводными крыльями на ходу, также позволяет существенно увеличить эффективный размер тоннельных полостей корпуса (влияющих на мореходность корпуса) на средних и высоких скоростях.

Раскрытие изобретения.

Заявленное решение, по мнению заявителя, неизвестное из уровня техники, позволяет использовать единственный водоизмещающий узкий волнопронизывающий корпус в конструкции однокорпусных килевых парусных/парусно-моторных судов с большой парусной энерговооруженностью, обеспечивая достижение технического результата, заключающегося в: - стабильном управляемом движении однокорпусного килевого парусного/парусно- моторного судна в режиме волнопронизывания - т.е. в водоизмещающем режиме малого волнового/гидродинамического сопротивления - как при наличии, так и при отсутствии парусного крена, при этом обеспечивая эффективное гашение энергии разбитой волны;

- уменьшении гидродинамического сопротивления движению и увеличении мореходности корпуса путём применения подводных крыльев;

- обеспечении существенного упора и большого плеча его приложения, создающего пропорциональную силу противодействия парусному крену и раскачке корпуса;

- минимизации инерционных моментов, действующих на корпус;

при критическом крене (положение "паруса на воде"), обеспечении самостоятельного восстановления судна на ровный киль.

В результате чего заявленный стабилизированный корпус, примененный на морском быстроходном однокорпусном килевом парусном/парусно-моторном судне с большой парусной энерговооруженностью (в 7-10м2 и более на тонну водоизмещения), обеспечивает, по сравнению с современным уровнем техники (однокорпусными килевыми парусными/парусно-моторными судами):

- существенное увеличение быстроходности в 2 и более раз в водоизмещающем режиме, или (что аналогично) уменьшение в 2 и более раз энергозатрат (парус либо мотор) необходимых для перемещения судна из точки А в точку Б;

- существенное увеличение мореходности и стабильности хода;

- более эффективное противодействие парусному крену и отсутствие раскачки корпуса на всех парусных курсах;

- аналогичную способность восстановиться на ровный киль самостоятельно из положения "паруса на воде";

- аналогичные объём и удобство обитаемых отсеков, и отличную управляемость.

Поставленная задача достигается тем, что стабилизированный корпус однокорпусного килевого парусного/парусно-моторного судна характеризуется тем, что корпус с общей шириной не более 50% его длины, который в своей нижней части

- выполнен с продольно расположенной, симметричной относительно диаметральной плоскости судна и соизмеримой с его длиной, вертикально ориентированной узкой секцией малого волнового/гидродинамического сопротивления, с водоизмещающим сегментом, включающим киль с тяжелой бульбой,

- при этом отношение длины ватерлинии к ширине ватерлинии сегмента не менее 7- ми раз, с водоизмещением сегмента соответствующим полной снаряжённой массе судна,

- при этом узкая секция выполнена с волнопронизывающими обводами, высоким волнопронизывающим форштевнем, обтекаемыми задними обводами, и обтекаемым объёмным утолщением в своей передней верхней части,

- также включает два продольно ориентированных симметричных относительно диаметральной плоскости судна спонсона, расположенных выше ватерлинии по нижней поверхности корпуса на максимальной ширине корпуса, по отношению к длине корпуса расположение спонсонов может быть, как ближе к кормовой, так и к средней, либо к носовой частям корпуса,

- при этом отношение длины спонсона к его ширине не менее 7-ми раз, с собственным объемом достаточным для парирования парусного крена при погружении подветренного спонсона, но не достаточным для поддержания судна на плаву,

при этом спонсоны имеют обтекаемую веретенообразную форму с волнопронизывающими передними, обтекаемыми задними и глиссирующими средними обводами,

- при этом спонсоны в нижней части выполнены с подводными крыльями, создающими на ходу подъёмную силу, противодействующую весу корпуса и уменьшающую его осадку, обеспечивая тем самым подъём спонсонов над водной поверхностью,

- при формировании выше ватерлинии двух тоннельных полостей между узкой секцией и каждым из спонсонов, размера, достаточного для гашения энергии разбитой форштевнем и спонсонами волны,

- при этом наличие подводных крыльев в нижней части спонсонов увеличивает эффективный размер тоннельных полостей на ходу судна.

Краткое описание чертежей.

Заявленная конструкция стабилизированного корпуса поясняется приложенными графическими иллюстрациями.

На Фиг. 1 показан общий вид корпуса однокорпусного килевого парусного/парусно- моторного судна 1 (мотор и подводные крылья на чертежах не показаны), где затемнением 2 отмечена его смоченная поверхность при отсутствии парусного крена - например, на ходу при полных парусных курсах или под мотором. Основными элементами являются верхняя часть корпуса 3, узкая секция 4 с волнопронизывающим водоизмещающим сегментом 5, правый 6 и левый 7 спонсоны, киль 8 с тяжёлой бульбой, перо руля 9, две тоннельные полости 10, передний высокий волнопронизывающий форштевень 11. Узкая секция 4 стабилизирована килем 8 с тяжёлой бульбой, и пером руля 9 обеспечивающим управляемость судна. Тяжелое оборудование судна и запасы воды и топлива (при их необходимости), размещены в нижней части узкой секции 4 - таким образом минимизируя инерционные моменты своего веса при эволюциях корпуса. Водоизмещение сегмента 5 соответствует (в диапазоне 80-100%) массе полностью снаряжённого готового к плаванию судна - включая экипаж, киль с тяжёлой бульбой, оборудование, запасы воды и топлива (при их необходимости), и т.д. - таким образом спонсоны 6 и 7 не участвуют в поддержании судна на плаву.

Симметричные правый 6 и левый 7 спонсоны расположены на одинаковом расстоянии от диаметральной плоскости судна на максимальной ширине корпуса и выше ватерлинии. Расположение спонсонов на максимальной ширине корпуса обеспечивает большое плечо упора водоизмещения спонсона противодействующего парусному крену и раскачке корпуса.

На Фиг. 1 показано расположение спонсонов по отношению к длине корпуса ближе к кормовой его части, также возможно расположение спонсонов ближе к средней, или к передней частям корпуса.

Спонсоны имеют установочный угол относительно диаметральной плоскости судна (на Фиг. 1 показан угол в 10 градусов) необходимый для обеспечения симметричности обтекания при погружении подветренного спонсона.

Узкая секция 4 (Фиг. 2) выполнена длинной, узкой, с высокими обводами малого волнового/гидродинамического сопротивления, с относительным удлинением ватерлинии L/W WL не менее 7-ми раз - обеспечивая таким образом водоизмещающий режим волнопронизывания, а также ламинарность обтекающего потока на всём пути обтекания, обеспечивая разрезание и прохождение волны вдоль узкой секции с минимальным влиянием на скорость судна. Высокий волнопронизывающий форштевень 1 1 позволяет рассекать волну с минимальной потерей скорости. В передней верхней части узкая секция 4 имеет обтекаемое объёмное утолщение 12 обеспечивающее уменьшение амплитуды килевой качки.

На Фиг. 3 показана детализация спонсонов, где симметричные правый 6 и левый 7 спонсоны выполнены узкими, длинными, с высокими обводами малого волнового/гидродинамического сопротивления, с относительным удлинением формы (отношение своей длины к ширине) не менее 7 раз - обеспечивая тем самым волнопронизывание и ламинарность обтекающего потока на всём пути обтекания подветренного спонсона при его погружении под воздействием парусного крена.

Спонсон имеет три типа обводов в своей конструкции - волнопронизывающий 13 в передней части, глиссирующий ("глубокое V") 14 в средней части, и обтекаемый 15 в задней части. Тело спонсона обтекаемой веретенообразной формы, с объёмом достаточным для парирования парусного крена силой своего водоизмещения при погружении подветренного спонсона, а также для парирования раскачки судна на всех парусных курсах. Объём спонсона при этом выполнен не достаточным для поддержания судна на плаву - таким образом при критическом крене и при завале судна на борт (положение "паруса на воде"), подветренный спонсон полностью погружается в воду - тем самым предотвращая "перекувыркивание" корпуса в устойчивое лежачее положение через водоизмещающее тело, как это происходит, например, у катамаранов и тримаранов.

Отсутствие веса судна на спонсонах и их расположение на максимальной ширине корпуса судна на большом удалении от диаметральной плоскости судна и выше ватерлинии, являются наиважнейшими условиями в функционировании заявленного стабилизированного корпуса - так как, только при единовременном соблюдении этих условий:

- для эффективного противодействия парусному крену, подветренный спонсон может быть сделан малого объёма, узкой обтекаемой формы с отношением своей длины к ширине не менее 7-ми раз - и таким образом иметь волнопронизывающую форму, тем самым оказывая малое влияние на скорость судна при своём погружении под воздействием парусного крена;

- узкая форма спонсонов и их широкое расположение позволяют сформировать две тоннельные полости 10 между узкой частью 4 и спонсонами 6 и 7, где полости 10 обеспечивают минимизацию смоченной поверхности на границе сред, и где в полостях 10 происходит гашение энергии разбитой форштевнем и передними обводами спонсонов волны;

- при отсутствии парусного крена (например, на полных парусных курсах или под мотором), средние обводы таких ненагруженных спонсонов расположенных выше ватерлинии эффективно глиссируют - оказывая таким образом минимальное волновое сопротивление движению;

- при критическом крене "паруса на воде" подветренный спонсон малого объёма не способен нести на себе вес судна и погружается - тем самым избегая "завала корпуса через спонсон", и восстановление на ровный киль происходит самостоятельно - как и у современных однокорпусных килевых судов.

Заявленный стабилизированный корпус может быть выполнен, например, из стеклопластика, других композитных материалов, дерева, металла, полиэтилена, и их комбинаций, и/или других материалов, принятых в судостроении.

На Фиг. 4 показано решение корпуса однокорпусного килевого парусного/парусно- моторного судна, где имеющиеся спонсоны в своей нижней части выполнены с подводными крыльями 16, расположенными по левой и правой стороне на ширине корпуса судна, или выступающими за его габариты, изготовленными, например, из металла или композитных материалов. Подводные крылья на ходу создают подъёмную силу, противодействующую весу корпуса и уменьшающую его осадку, обеспечивая тем самым уменьшение смоченной поверхности 2 узкой секции 4 и подъём спонсонов 6 и 7 полностью над водной поверхностью - увеличивая эффективный размер тоннельных полостей 10 на ходу, и уменьшая влияние ударов волн о корпус, волны прокатываются под поднятыми над водной поверхностью спонсонами 6 и 7.

Для однокорпусных килевых парусных/парусно-моторных судов, заявленный стабилизированный корпус обеспечивает комбинацию применения узкой секции с единственным волнопронизывающим водоизмещающим сегментом с величиной относительного удлинения ватерлинии L/W WL в 7 и более раз (и соответственно использование преимуществ малого волнового/гидродинамического сопротивления, высокой мореходности и стабильности хода), и в тоже время (при высокой парусной энерговооруженности судна в 7-10м2 и более на тонну водоизмещения) эффективной системы стабилизации (а именно противодействия парусному крену и раскачке) для обеспечения статической и динамической остойчивости корпуса на уровне лучше чем у современных однокорпусных килевых парусных/парусно-моторных судов. Использование подводных крыльев создает дополнительную подъёмную силу, противодействующую весу корпуса и уменьшающую его осадку при увеличении эффективного размера тоннельных полостей на ходу.

Что ведёт к увеличению расчётной скорости в водоизмещающем режиме в 2 и более раз, или (что аналогично) снижению в 2 и более раз энергозатрат (энергия ветра или мотора) необходимых для перехода однокорпусного килевого парусного/парусно- моторного судна из точки А в точку Б.

При этом обеспечивая следующие характеристики на уровне современных однокорпусных килевых парусных/парусно-моторных судов: объём и удобство обитаемых отсеков и отличную управляемость.