ТРАНСПОРТНОЕ СУДНО
TRANSPORT SHIP

Изобретение относится к судостроению и касается конструкций транспортных судов с кормовым расположением машинного отделения и жилой рубки с ходовым мостиком, предназначенных для внутреннего и смешанного река-море плавания, с возможностью размещения части груза в качестве палубного.
Для конструкций судов внутреннего и смешанного река-море плавания характерны компромиссы, обеспечивающие решение эксплуатационных задач. Проектируются эти суда в условиях ограничений по главным размерениям: габаритной длине, ширине, осадке и высоте от ватерлинии до верхней точки несъемных конструкций, при этом главные размерения ограничены размерами шлюзов рек (путевые ограничения).
Обеспечение обзора вперед по направлению движения судна является серьезной проблемой. В отношении судов, совершающих международные рейсы, действует международная морская конвенция СОЛАС-74/78 (Правила по оборудованию морских судов. / Российский морской регистр судоходства. - 2005. - с.161). Согласно конвенции обзор поверхности моря с места управления судном не должен быть затенен на расстоянии более чем две длины судна или 500 м (смотря по тому, что меньше) впереди носовой оконечности до 10° на каждый борт независимо от осадки судна, дифферента и палубного груза.
Из-за ограничения размеров судна по высоте ходовой мостик не может быть расположен на произвольной высоте, необходимой для размещения большого объема палубного груза на люковых закрытиях. Поэтому транспортные суда перевозят ограниченный по высоте палубный груз, который должен обеспечить достаточный обзор с ходового мостика в направлении движения судна. При этом современные грузоперевозки характеризуются ценными и высокооплачиваемыми грузами с высоким удельно-погрузочным объемом. При использовании полной грузоподъемности судна ценный груз, как правило, требует значительного объема помещений для размещения, и часть груза приходится размещать в качестве палубного, однако это значительно повышает экономическую эффективность перевозок. Наиболее часто грузами с высоким удельно-погрузочным объемом являются контейнеры международного стандарта, проектные негабаритные и лесные грузы. Если принять груз контейнеров как типовой, то очевидно, что ограничение палубного груза по высоте приводит к резкому сокращению его количества, так как приходится отказываться от целого числа контейнеров. На практике на внутренних водных путях РФ и Украины транспортные суда перевозят на палубе контейнерный груз высотой лишь в один ярус.
Основным режимом движения известных транспортных судов является движение носом вперед. Движение кормой вперед используется кратковременно или в особых случаях, например, транспортное ледокольное судно при этом движении ломает лед.
Известны транспортные суда, кратковременно использующие режим движения кормой вперед. Эти суда оборудованы винторулевыми колонками или другими движителями, используемыми в качестве единого средства движения и управления судном. Такие движители содержат гребные винты и допускают их разворот в горизонтальной плоскости в любую сторону относительно направления движения судна.
Известно транспортное судно, предназначенное для внутреннего и смешанного река-море плавания. На его кормовой оконечности установлены два движительно-рулевых комплекса и два поворотно-выдвижных пропульсивных блока. Под движительно-рулевым комплексом понимается устройство, обеспечивающее силу упора и рулевую силу, создаваемую путем изменения положения работающего движителя относительно корпуса судна, например, при повороте винта вокруг вертикальной оси - оси пропульсивного блока (патент на изобретение "Кормовая оконечность судна с движительно-рулевым комплексом", RU 2196698 С2, 01.09.2001).
Пропульсивный блок движительно-рулевого комплекса включает движитель и гидродинамическую конструкцию, которая формирует проходящий через движитель поток, например направляющую насадку винта.
Движительно-рулевой комплекс содержит трубу, жестко закрепленную относительно корпуса судна, и частично размещенный в ней поворотно-выдвижной пропульсивный блок. При этом днище кормовой оконечности, преимущественно наклонной, в месте расположения нижнего выходного отверстия трубы выполнено в виде площадки, наружная поверхность которой параллельна основной плоскости судна и расположена выше уровня его грузовой (конструктивной) ватерлинии.
Известное транспортное судно обеспечивает улучшение условий эксплуатации и обслуживания движительно-рулевого комплекса с поворотно-выдвижным пропульсивным блоком.
С заявляемым изобретением у известного транспортного судна совпадают признаки:
два движительно-рулевых комплекса с пропульсивными блоками в кормовой оконечности; выполнение пропульсивных блоков поворотными относительно вертикальной оси; площадки для движительно-рулевых комплексов на кормовой оконечности.
Известное транспортное судно имеет низкую эффективность движения кормой вперед, поскольку струи работающих движителей взаимодействуют с корпусом судна по всей длине, вызывая засасывание. Движение кормой вперед известного транспортного судна значительно менее эффективно, чем движение носом вперед, что показывают зависимости между параметрами ходкости судна.
Эффективность движения судна в наиболее общем случае характеризует соотношение:
E
где N - мощность, расходуемая силовой установкой на движение судна, кВт;
R - сила буксировочного сопротивления корпуса судна (далее сопротивление корпуса), кН;
v - скорость хода судна, м/с;
p
η - пропульсивный коэффициент (Справочник по теории корабля. В трех томах. Том I. Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движители / Под ред. Я.И.Войткунского. - Л.: Судостроение, 1985. - с.431).
Сопротивление корпуса R зависит от формы его поверхности (при одинаковых размерениях корпуса и скорости буксировки).
р
Поскольку известное транспортное судно движется с помощью судовых движителей, кроме сопротивления корпуса на эффективность движения влияет взаимодействие движителей и корпуса, зависящее от их взаимного расположения. Оно характеризуется величиной пропульсивного коэффициента η:
к
где η - коэффициент влияния корпуса;
0
η - коэффициент полезного действия движителя.
к
Коэффициент влияния корпуса η в свою очередь определяется так:
где t - коэффициент засасывания;
w - коэффициент попутного потока.
0
0
р
0
Кпд движителя η зависит от его конструкции и режима работы за корпусом, определяемого величиной коэффициента попутного потока w. Для транспортного судна характерно такое соотношение коэффициентов η и w, при котором увеличение коэффициента попутного потока w ведет к снижению кпд. Величина пропульсивного коэффициента η меняется не слишком интенсивно из-за компенсирующего влияния коэффициента попутного потока w (формула 3). Поэтому увеличение коэффициента попутного потока w частично компенсирует происходящее при этом уменьшение кпд η и наоборот.
Однако работающие движители увеличивают силу сопротивления корпуса, что вызывает явление засасывания и снижает эффективность движения судна (формула 3). Для транспортного судна вообще характерно, что при движении носом вперед коэффициент засасывания t связан с величиной коэффициента попутного потока w и нагрузкой движителей. При движении судна носом вперед уменьшение коэффициентов попутного потока w и засасывания t, как правило, позволяет в целом повысить эффективность движения.
Изложенные выше критерии позволяют оценить эффективность движения транспортного судна кормой вперед.
Если принять значения сопротивления корпуса при движениях носом вперед и кормой вперед одинаковыми (справедливо для корпуса, симметричного относительно середины его длины), то выявятся различия в величинах коэффициента влияния корпуса и, соответственно, пропульсивного коэффициента при этих движениях.
Для режима движения носом вперед известно большое количество статистических данных, позволяющих оценить эти коэффициенты. Оценить величины коэффициентов попутного потока w и засасывания t при движении носом вперед позволяют формулы Тейлора, полученные усреднением статистических данных (Басин A.M., Анфимов В.Н. Гидродинамика судна. - Л.: Речной транспорт, 1961. - с.267).
Формулы Тейлора связывают коэффициенты w и t с коэффициентом общей полноты судна δ следующим образом:
к
Транспортным судам внутреннего и смешанного река-море плавания присуще значение коэффициента общей полноты δ от 0,7 до 0,9. Вводя значения коэффициента δ в формулу (4), получим значения коэффициентов w и t: w - от 0,19 до 0,30; t - от 0,19 до 0,27. Таким образом, при движении носом вперед величина коэффициента влияния корпуса η составляет от 1,00 до 1,04 (формула 3).
При движении известного судна кормой вперед движители расположены по потоку выше корпуса. Поэтому через его гидравлическое сечение протекает поток, скорость которого примерно равна скорости движения судна, т.е. попутный поток практически отсутствует.
Однако движители отбрасывают струи непосредственно на корпус, и коэффициент засасывания t достигает очень больших значений, в среднем на 25% больше, чем при движении носом вперед (Басин A.M., Анфимов В.Н. Гидродинамика судна. - Л.: Речной транспорт, 1961. - с.385).
Таким образом, коэффициент влияния корпуса при движении кормой вперед известного судна достигает весьма низких величин 0,66-0,76, главным образом за счет увеличения коэффициента засасывания. Именно этим обусловлена низкая эффективность движения известных судов кормой вперед по сравнению с движением носом вперед. Можно уточнить причину низкой эффективности движения кормой вперед, разделив силу засасывания на ее составляющие давления и трения.
Из-за отклонения струи поверхностью корпуса от первоначального направления формируется составляющая давления. Из-за трения ускоренного движителем потока о поверхность корпуса возникает составляющая трения.
Можно допустить, что величины составляющей давления при движении кормой вперед и носом вперед примерно одинаковы (они одного порядка). При движении носом вперед составляющая трения отсутствует или пренебрежимо мала. Но при движении кормой вперед составляющая трения преобладает, так как струи от работающих движителей взаимодействуют с корпусом по всей его длине.
Таким образом, основной причиной низкой эффективности движения кормой вперед известного транспортного судна является увеличение силы засасывания, обусловленной трением ускоренного движителем потока о поверхность корпуса, т.е. низкое значение пропульсивного коэффициента.
Известно транспортное судно с более эффективным движением кормой вперед (патент на изобретение "Транспортное ледокольное судно", RU 2217348 С1, 12.09.2002). Как судно ледового класса, известное транспортное судно имеет дополнительное назначение по отношению к заявляемому изобретению, однако из-за наиболее близкой к заявляемому решению совокупности признаков оно принято за прототип.
В известном транспортном судне достигнут результат: снижение сопротивления движению судна носом вперед на чистой воде и повышение пропульсивного коэффициента судна при движении его носом вперед на чистой воде и кормой вперед в ледовых условиях.
Известное транспортное судно содержит корпус с носовой и кормовой оконечностями. В кормовой оконечности установлен движительный узел, имеющий обтекаемую державку и прикрепленную к ней под прямым углом обтекаемую гондолу с гребным винтом, причем движительный узел выполнен поворотным вокруг оси державки, а ось гребного винта совпадает с осью гондолы. Движительный узел прикреплен к площадке, образованной в кормовой оконечности, а именно к площадке на заостренной наделке, предназначенной для подрезания льда при движении судна кормой вперед. Для этого плоскость площадки наклонена в вертикальной плоскости, проходящей через оси поворота державки и гребного винта, по направлению вниз со стороны носовой оконечности, и образует с горизонтальной плоскостью угол, равный углу отклонения в эту же сторону оси державки движительного узла. Перед движительным узлом в направлении носовой оконечности на корпусе судна расположен скег, нижняя поверхность которого не выступает за основную плоскость судна. Движительный узел установлен с наклоном в сторону носовой оконечности, при этом угол отклонения оси державки составляет по меньшей мере три градуса.
С заявляемым изобретением совпадают следующие признаки известного транспортного судна: корпус с носовой оконечностью и кормовой оконечностью; скег, нижняя поверхность которого лежит в основной плоскости судна; движительный узел, имеющий обтекаемую державку и прикрепленную к ней под прямым углом обтекаемую гондолу с гребным винтом, причем движительный узел выполнен поворотным вокруг оси державки. Также совпадают признаки: борта и кормовой свес, на котором образована первая площадка (патент на изобретение RU 2217348, фиг.1, шпангоуты Шп. 19,5-21,5); главный двигатель, размещенный в кормовом свесе и соединенный с первым движительным узлом.
При движении известного транспортного судна кормой вперед движительный узел разворачивают вокруг оси обтекаемой державки на 180 градусов. Гребной винт при этом работает в тянущем режиме. Ахтерштевень и заостренная часть наделки ломают лед. Струя от тянущего гребного винта направляется по касательной к днищу судна и отбрасывает часть льда от поверхности корпуса, что снижает сопротивление судна в ледовых условиях.
Пропульсивный коэффициент при движении известного транспортного судна кормой вперед повышается, в основном, за счет снижения силы засасывания, точнее, ее составляющей давления, поскольку струя гребного винта направляется по касательной к днищу. Однако при этом поток, направленный по касательной к днищу, соприкасается с днищем по всей длине, что увеличивает составляющую трения. Поскольку поток ускорен струей гребного винта, составляющая трения значительно увеличивает силу засасывания.
В результате известное транспортное судно обеспечивает ходовые качества, достаточные для кратковременных режимов хода кормой вперед при преодолении ледовых полей, но не имеет близких значений эффективности движений носом и кормой вперед, так как пропульсивный коэффициент при движении кормой вперед значительно ниже, чем при движении носом вперед. Поэтому режим движения кормой вперед известного транспортного судна не эффективен для грузоперевозок в условиях чистой воды.
Заявляемое изобретение решает техническую задачу создания транспортного судна, у которого режимы движения носом вперед и кормой вперед близки по эффективности.
Это дает возможность заявляемому транспортному судну осуществлять основное движение с палубным грузом кормой вперед. При этом сохраняются преимущества кормового расположения рубки и ходового мостика: лучшая утилизация водоизмещения судна по дедвейту и расширение объема предназначенных для груза помещений. В то же время при движении кормой вперед обзор с ходового мостика в направлении движения не ограничивается палубным грузом. Это позволяет использовать режим движения кормой вперед как постоянный режим движения речных судов на внутренних водных путях, а для судов смешанного река-море плавания - при перевозке палубного груза. Таким образом, при использовании изобретения удовлетворяется общественная потребность: повышение эффективности грузоперевозок и удобства эксплуатации, маневренности и ходкости транспортного судна, предназначенного для внутреннего и смешанного река-море плавания.
Заявляемое изобретение обеспечивает получение нового технического результата - повышение пропульсивного коэффициента и снижение сопротивления корпуса при движении судна кормой вперед до значений, близких значениям при движении судна носом вперед.
Этот технический результат достигается тем, что в транспортное судно, содержащее корпус с носовой оконечностью и кормовой оконечностью с бортами, скегом, нижняя поверхность которого лежит в основной плоскости, и кормовым свесом, в котором размещен главный двигатель, соединенный с первым движительным узлом, имеющим обтекаемую державку и прикрепленную к ней под прямым углом обтекаемую гондолу с гребным винтом, причем движительный узел выполнен поворотным вокруг оси державки, на которой он закреплен на первой площадке, образованной на кормовом свесе, введен второй движительный узел, соединенный с главным двигателем и закрепленный на второй образованной на кормовом свесе площадке, движительные узлы размещены у бортов симметрично относительно диаметральной плоскости судна на расстоянии, не превышающем полтора диаметра гребного винта, у бортов кормовой оконечности выполнены два открытых полутуннеля, расположенных под острым углом к диаметральной плоскости судна и симметрично относительно нее, при этом между открытыми полутуннелями расположен скег, а каждый открытый полутуннель образован соединенными между собой верхним участком, присоединенным к площадке и продолжающим до борта нижнюю поверхность кормовой оконечности, и боковым участком, продолжающим боковую поверхность скега и соединенным с днищем, борта кормового свеса выполнены с двумя симметричными выступами для защиты движительных узлов, при этом бортовая поверхность каждого выступа соединена с соответствующей площадкой, между ахтерштевнем и площадками выполнены два симметричных относительно диаметральной плоскости судна преимущественно вогнутых участка, сужающихся к площадкам, с которыми они соединены, между собой соединенных на ахтерштевне заостренно выпуклым участком, а с бортовой поверхностью образующих аркообразный слом, концы которого соединены с соответствующими выступами для защиты движительных узлов.
При этом главный двигатель выполнен с двумя валами отбора мощности, оси которых перпендикулярны диаметральной плоскости судна, и установлен между движительными узлами.
В заявляемом изобретении повышение пропульсивного коэффициента и снижение сопротивления при движении судна кормой вперед до значений, близких к значениям при движении судна носом вперед, обеспечивается улучшением взаимодействия движителей и корпуса судна.
Выполнение движительного узла имеющим обтекаемую державку, к которой под прямым углом прикреплена обтекаемая гондола с гребным винтом, и поворотным вокруг оси державки, на которой он закреплен, обеспечивает высокую эффективность работы гребного винта при создании силы тяги в любом направлении, т.е. при любом угле разворота движительного узла вокруг оси державки и без изменения направления вращения гребного винта.
Введение второго движительного узла, соединенного с главным двигателем, тем способствует достижению нового технического результата, что два движительных узла размещены вблизи бортов судна, которое при этом условии удовлетворяет всем необходимым требованиям к ходкости и маневренности судна при движении носом или кормой вперед.
Размещение каждого из движительных узлов на площадке, образованной на нижней поверхности кормового свеса, обеспечивает удобство монтажа, эксплуатации и ремонта движительного узла.
Размещение движительных узлов у бортов, симметричное относительно диаметральной плоскости судна, при движении кормой вперед обеспечивает отвод отбрасываемых гребными винтами струй за борта, т.е. за пределы горизонтальной проекции корпуса, в которой возможно интенсивное взаимодействие струй с поверхностью корпуса с образованием силы засасывания. Благодаря такому размещению струи направляются по бортам при небольшом угле разворота от 3 до 15 градусов к диаметральной плоскости движительных узлов вокруг осей державок (при большом угле разворота кпд движителей снижается), что снижает силу засасывания, приводит к увеличению коэффициента влияния корпуса (формула 3) и пропульсивного коэффициента (формула 2).
Расстояние, не превышающее полтора диаметра гребного винта, на котором движительные узлы размещены у бортов, является условием их достаточной близости к бортам для обеспечения отвода струй гребных винтов при движении кормой вперед, т.е. также обеспечивает повышение пропульсивного коэффициента.
Выполнение у бортов кормовой оконечности двух открытых полутуннелей, расположенных под острым углом к диаметральной плоскости судна и симметрично относительно нее, обеспечивает не только отвод отбрасываемых гребными винтами струй за пределы горизонтальной проекции корпуса, в которых возможно их интенсивное взаимодействие с поверхностью корпуса, но и отсутствие такого взаимодействия в пределах кормовой оконечности корпуса при движении кормой вперед, т.е. обеспечивает повышение пропульсивного коэффициента.
Размещение скега между открытыми полутуннелями снижает сопротивление корпуса при движении кормой вперед, поскольку скег рассекает воду заостренной кормовой кромкой и обеспечивает защиту движительных узлов при посадке судна на мель, а также улучшает устойчивость судна на курсе при движении носом вперед.
Термин "полутуннель" известен (Вицинский В.В., Страхов А.П. Основы проектирования судов внутреннего плавания. - Л.: Судостроение, 1970. - с.158), однако открытые полутуннели по изобретению имеют новое выполнение и размещение.
Выполнение каждого из открытых полутуннелей в виде соединенных между собой участков: верхнего, присоединенного к площадке и до борта продолжающего нижнюю поверхность кормовой оконечности, и бокового, продолжающего боковую поверхность скега и соединенного с днищем кормовой оконечности, обеспечивает снижение сопротивления корпуса при движении кормой вперед и отвод струй, отбрасываемых гребными винтами, т.е. обеспечивает повышение пропульсивного коэффициента.
Выполнение бортов кормового свеса с двумя симметричными выступами, бортовая поверхность каждого из которых соединена с соответствующей площадкой, обеспечивает защиту движительных узлов от столкновений с береговыми и плавучими сооружениями, другими судами и плавающими в воде предметами при швартовках и аварийных ситуациях.
Выполнение между ахтерштевнем и площадками двух симметричных относительно диаметральной плоскости преимущественно вогнутых участков, сужающихся к площадкам, с которыми они соединены, при этом между собой соединенных на ахтерштевне заостренно выпуклым участком, а с бортовой поверхностью образующих аркообразный слом, обеспечивает снижение сопротивления корпуса при движении кормой вперед. По вогнутым участкам потоки воды наиболее коротким путем направляются к площадкам, откуда они отбрасываются гребными винтами в открытые полутуннели.
Заостренно выпуклая нижняя поверхность кормового свеса у ахтерштевня обеспечивает рассекание им воды при движении судна кормой вперед.
Кроме того, размещение движительных узлов у бортов транспортного судна освобождает значительное пространство внутри его корпуса. Это позволяет разместить один главный двигатель поперечно по отношению к диаметральной плоскости судна и использовать его для приведения в действие двух движительных узлов (при традиционной схеме каждый движительный узел приводится своим главным двигателем). Уменьшение числа главных двигателей позволяет снизить стоимость постройки судна и его эксплуатации за счет снижения расходов на ремонт и запасные части.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - транспортное судно, общий вид, при этом условной линией "а" показано соединение кормовой оконечности и цилиндрической вставки;
на фиг.2 - кормовая оконечность, вид сзади;
на фиг.3 - кормовая оконечность, вид сбоку и снизу на движительный узел;
на фиг.4 - кормовая оконечность, вид снизу, при этом условными линиями показаны:
"в" - соединение участков левого открытого полутуннеля;
"с" - то же, правого открытого полутуннеля;
"d" - соединение с днищем левого открытого полутуннеля;
"е" - то же, правого открытого полутуннеля;
на фиг.5 - кормовая оконечность, теоретический чертеж, проекция "полуширота", при этом обозначены: ватерлинии корпуса Вл. 1 - Вл. 4; шпангоуты Шп.-1 - Шп.5 (Шп. 0 - ось державки движительного узла); батоксы Бат.I - Бат.II;
на фиг.6 - кормовая оконечность, теоретический чертеж, проекция " корпус" (движительный узел не показан);
на фиг.7 - кормовая оконечность, теоретический чертеж, проекция "бок" (движительный узел показан пунктирной линией);
на фиг.8 - фрагмент плана машинного отделения транспортного судна, схема силовой установки;
S
S
на фиг.9 - визуализация струй от работающих гребных винтов с помощью изолиний модуля V/V (где V - скорость жидкости, V - скорость движения судна), построенных в горизонтальной плоскости, проходящей через оси гребных винтов (движение кормой вперед), компьютерное моделирование, кормовая оконечность;
на фиг, 10 - то же, носовая оконечность (продолжение фиг.9);
S
на фиг.11 - шкала значений модуля V/V в соответствии с цветом изолиний;
на фиг.12 - транспортное судно с полной загрузкой палубным грузом, движение кормой вперед.
Корпус 1 транспортного судна содержит носовую 2 и кормовую 3 оконечности, соединенные цилиндрической вставкой 4. Кормовая оконечность 3 имеет кормовой свес 5, ахтерштевень 6 и скег 7, соединенные с образованием единой поверхности. Скег 7 соединен с кормовым свесом 5 с линией слома 8, при этом его нижняя поверхность лежит в основной плоскости судна ОП. Кормовой свес 5 имеет бортовую 9 и нижнюю поверхности, соединенные между собой аркообразным сломом 10, симметричным относительно диаметральной плоскости судна ДП (фиг.1).
В кормовой оконечности 3 расположено машинное отделение транспортного судна. Оно включает по меньшей мере один главный двигатель 11, кинематическими связями соединенный с двумя движительными узлами 12, 13, которые установлены на нижней поверхности кормового свеса 5 ниже грузовой ватерлинии ГВЛ и симметрично по отношению к диаметральной плоскости ДП судна.
Бортовая поверхность кормового свеса 5 над движительными узлами 12, 13 выполнена с двумя выступами 14, 15, симметричными относительно диаметральной плоскости судна ДП (фиг.2). Выступы 14, 15 соединены со сломами 16, 17 с площадками 18, 19 для размещения движительных узлов 12, 13 соответственно. Преимущественно плоские площадки 18, 19 образованы на нижней поверхности кормового свеса 5 (на фиг.2 площадки 18, 19 видны как очерковые линии). Сломы 16, 17 выступов 14, 15 соединены с противолежащими концами аркообразного слома 10 с образованием единой поверхности (фиг.2).
Движительный узел 12 закреплен на площадке 18 с помощью обтекаемой державки 20 с возможностью поворота вокруг ее оси. На обтекаемой державке 20 под прямым углом установлена обтекаемая гондола 21 с гребным винтом 22, при этом ось гребного винта 22 совпадает с осью обтекаемой гондолы 21 (фиг.3).
Движительный узел 13 размещен на выполненной на нижней поверхности кормового свеса 5 площадке 19 (фиг.4). Аналогично движительному узлу 12, он имеет обтекаемую державку, к которой под прямым углом прикреплена обтекаемая гондола с гребным винтом (не обозначено позициями на фиг.4).
Движительные узлы 12, 13 расположены у бортов кормового свеса 5 симметрично по отношению к диаметральной плоскости судна ДП, при этом расстояние до борта не превышает полтора диаметра гребного винта.
Скег 7 соединен с днищем 23 со сломом 24, симметричным относительно диаметральной плоскости ДП (фиг.4).
Площадки 18, 19 для размещения движительных узлов 12, 13 могут быть выполнены на нижней поверхности кормового свеса 5 под углом от нуля до 10 градусов с основной плоскостью судна ОП (на прилагаемых чертежах представлен вариант реализации изобретения без наклона площадки).
Для направления струй от работающих гребных винтов в кормовой оконечности 3 выполнены два открытых полутуннеля, расположенных под острым углом к диаметральной плоскости ДП и симметрично относительно ее (фиг.4). Каждый из открытых полутуннелей имеет верхний и боковой участки, между собой соединенные со сломом или вогнутой поверхностью (на фиг.4 линиями "b" и "с" показано соединение со сломом).
Верхний участок каждого открытого полутуннеля представляет собой вогнутую криволинейную поверхность, которая соединена с площадкой и сужается к борту в направлении носовой оконечности (фиг.4-5, шпангоуты Шп.1, Шп.2, Шп.3). Верхний участок 25 левого открытого полутуннеля ограничивает его сверху, со сломом примыкает к борту и со сломом 26 - к площадке 18. Аналогично, верхний участок 27 правого открытого полутуннеля ограничивает его сверху, со сломом примыкает к борту и со сломом 28 - к площадке 19.
Боковой участок каждого открытого полутуннеля представляет собой вогнутую криволинейную поверхность, которая расширяется от места соединения со скегом 7 в направлении к цилиндрической вставке 4. Боковой участок 29 левого открытого полутуннеля соединен с днищем 23 и составляет с боковой поверхностью скега 7 единую поверхность (фиг.4). Аналогично, боковой участок 30 правого открытого полутуннеля соединен с днищем 23 и составляет с боковой поверхностью скега 7 единую поверхность (фиг.4).
Нижняя поверхность кормового свеса 5 образована участками различной формы.
У ахтерштевня 6 нижняя поверхность кормового свеса 5 имеет заостренно-выпуклую форму (фиг.5, ватерлинии Вл. 3, Вл. 4, ГВЛ).
Между ахтерштевнем 6 и каждым из бортов судна образованы два преимущественно вогнутых участка, имеющих сужение к площадкам, с которыми они соединены (на фиг.5 ватерлинии Вл. 4 и ГВЛ у батокса Бат.I; на фиг.6 шпангоуты Шп.-1 и Шп.-1/2 у батокса Бат.I).
Пример реализации изобретения с соединением криволинейной поверхностью верхних участков 25, 27 и боковых участков 29, 30 открытых полутуннелей представлен на фиг.6-7, где верхние границы криволинейных поверхностей показаны условными линиями "b" и "с" соответственно. Форму криволинейной поверхности показывают изгибы шпангоутов Шп.1 - Шп.5 ниже линии "с" (фиг.6) и батоксов Бат.I - Бат.II ниже линии "b" (фиг.7).
Между открытыми полутуннелями в диаметральной плоскости судна расположен скег 7, при этом нижняя поверхность скега 7 и днище 23 лежат в основной плоскости судна ОП и образуют единую поверхность (фиг.4-7).
Главный двигатель 11 размещен поперечно по отношению к диаметральной плоскости ДП и снабжен двумя валами отбора мощности 31, 32, соединенными кинематическими связями с движительными узлами 12, 13 (фиг.8).
Заявляемое транспортное судно работает следующим образом.
При движении судна носом вперед движительные узлы 12, 13 устанавливают так, что оси гребных винтов параллельны диаметральной плоскости ДП, а их тяга направлена из кормы в нос. Обводы кормовой оконечности полностью обеспечивают необходимые ходовые и маневренные качества судна.
При движении судна кормой вперед движительные узлы 12, 13 разворачивают так, что оси гребных винтов образуют угол от 3 до 15 градусов с диаметральной плоскостью судна (угол определяется условиями конкретного судна), а тяга направлена из носа в корму.
S
S
S
В этом случае струи от работающих гребных винтов направляются в открытые полутуннели, которые обеспечивают отвод струй от поверхности корпуса по бортам судна за пределы горизонтальной проекции корпуса (фиг.9-10). Струи от работающих гребных винтов показаны на фиг.9-10 с помощью изолиний модуля V/V, где V - скорость жидкости; V - скорость движения судна. Поскольку все изолинии даны для значений модуля V/V больше единицы (шкала на фиг.11), то изолинии относятся только к ускоренному работающими винтами потоку. Фиг.9-10 показывают, что струи от работающих винтов практически не соприкасаются с поверхностью корпуса судна.
Благодаря расположению открытых полутуннелей под острым углом к диаметральной плоскости судна и выполнению их такими, что путь для отбрасываемых гребными винтами струй не преграждается нигде, струи беспрепятственно выходят за пределы горизонтальной проекции корпуса и движутся далее вдоль бортов в направлении носовой оконечности, увлекаемые внешним потоком, обтекающим корпус (фиг.9). Поэтому струи от гребных винтов на пути вдоль корпуса слабо взаимодействуют с его поверхностью, за исключением небольших участков открытых полутуннелей, направляющих струи.
Работающие гребные винты создают перед собой разрежение, которое при движении носом вперед является основной причиной появления силы засасывания. Но при движении заявляемого судна кормой вперед разрежение, создаваемое гребными винтами, частично оказывается в зоне повышенного давления, образующегося перед кормовой оконечностью. Происходит частичная компенсация повышения давления перед кормовой оконечностью при движении судна кормой вперед, что проявляется в снижении силы засасывания. Это приводит к улучшению обтекания корпуса и повышению эффективности движения.
Известно, что сила засасывания представляет собой разность между сопротивлением судна, движущегося с помощью гребных винтов, и его буксировочным сопротивлением (Басин A.M., Анфимов В.Н. Гидродинамика судна. - Л.: Речной транспорт, 1961. - с.195). Использование благоприятного взаимодействия гребных винтов и корпуса при движении заявляемого судна кормой вперед позволяет добиться очень низких положительных или даже отрицательных значений силы засасывания. Последнее явление возникает в случае, когда снижение давления, вызываемое работающими гребными винтами перед движущимся судном, превышает эффект от взаимодействия с поверхностью корпуса струй, отбрасываемых гребными винтами.
Суда внутреннего и смешанного река-море плавания характеризуются полными обводами корпуса, из-за чего значительная часть сопротивления корпуса обусловлена повышением давления и образованием подпорной волны перед оконечностью, в сторону которой осуществляется движение. Заявляемому транспортному судну свойственны благоприятные условия для получения таких параметров взаимодействия, в том числе отрицательных величин силы засасывания.
Обводы кормовой оконечности заявляемого транспортного судна при движении кормой вперед обеспечивают снижение сопротивления судна, в частности заостренно-выпуклая форма нижней поверхности кормового свеса у ахтерштевня и заостренная кормовая кромка скега способствуют рассеканию потока.
Выступы 14, 15 бортовой поверхности кормового свеса 5 обеспечивает защиту движительных узлов 12, 13 при движении судна как носом вперед, так и кормой вперед, от столкновений с береговыми и плавучими сооружениями, другими судами и плавающими в воде предметами при швартовках и в аварийных ситуациях.
Оценить эффективность движения кормой вперед заявляемого транспортного судна в соответствии с формулами (2, 3) можно следующим образом. Как сказано выше, при движении кормой вперед коэффициент попутного потока w приблизительно равен нулю, так как на гребные винты набегает слабо возмущенный поток. Коэффициент засасывания t достигает небольших положительных или даже отрицательных значений из-за слабого взаимодействия гребных винтов с корпусом, диапазон изменений коэффициента t для разных вариантов реализации заявляемого судна можно оценить от 0,05 до -0,05. Таким образом, коэффициент влияния корпуса по формуле (3) составит от 0,95 до 1,05, что характерно в настоящее время для движения известных судов носом вперед.
Заявляемое транспортное судно может использовать режим движения кормой вперед для экономически эффективных грузоперевозок, при этом высокий штабель палубного груза не препятствует обзору с ходового мостика в направлении движения судна (фиг.12). Как следствие, ходовой мостик может быть постоянно расположен в пределах высоты, ограниченной путевыми условиями на внутренних водных путях, в кормовой оконечности в верхнем ярусе жилой рубки, расположенной над машинным отделением. Это позволяет повысить объем перевозок палубных грузов на судах внутреннего и смешанного река-море плавания при сохранении высокого коэффициента утилизации водоизмещения судна по дедвейту и рационального расположения помещений, предназначенных для груза.
Другим преимуществом заявляемого транспортного судна является возможность выполнения его с одним главным двигателем, приводящим в действие оба движительных узла. Это позволяет снизить стоимость постройки и эксплуатации судна благодаря снижению расходов на ремонт и запасные части.
Заявляемое транспортное судно также обладает значительными и очевидными преимуществами управляемости при движении как носом, так и кормой вперед. Размещение движительных узлов у бортов приводит к созданию большого плеча силы, разворачивающей судно, когда судоводитель изменяет направление или величину тяги гребного винта одного из движительных узлов относительно другого. Взаимное расположение движительных узлов и скега позволяет направить суммарную тягу обоих движительных узлов перпендикулярно диаметральной плоскости, что приводит к поперечному движению судна (движению лагом).
При движении кормой вперед заявляемое транспортное судно является статически устойчивым на курсе, так как точка приложения сил тяги гребных винтов находится в направлении движения судна от точки приложения силы сопротивления. Это позволяет удерживать судно на прямом курсе без постоянной работы рулевых устройств и облегчает управление судном в эксплуатации.