МНОГОКОРПУСНОЕ СУДНО /ВАРИАНТЫ/
MULTI-HULL SHIP /VERSIONS/

Изобретение относится к судостроению, к тримаранам, полимаранам, и катамаранам (далее «катамаран», как наиболее рациональный). Пригодно в основном для кораблей типа «сторожевик» и «эсминец».
Известны катамараны, в которых два (или более) корпуса соединены жесткими балками, см., например, пат. №№2464200 и 146467. Вследствие такого крепления на балки при косом волнении действуют большие поперечные, продольные и крутильные усилия, а ход на косом волнении может быть слишком жесткий.
Задача и технический результат изобретения - исключение или уменьшение указанных усилий и смягчение хода на волнении, путем ограниченной подвижности корпусов в вертикальной продольной плоскости путем получения некоторой свободы перемещений корпусов по вертикали относительно друг друга, при сохранении примерного расстояния между корпусами (с некоторым допуском) и при сохранении примерной параллельности корпусов (с некоторым допуском).
ВАРИАНТ 1. Для этого судно имеет, как обычно, два или более корпуса, которые соединены между собой двумя поперечными балками, одна из которых соединена с корпусами двумя поперечными подшипниками, а вторая - попарно двумя шаровыми шарнирами (точнее - число шарниров равно числу корпусов, например, 3 для тримарана и т.п.).
См. фиг. 1-3, 7, где фиг. 2 - поперечное сечение судна по балке 5, фиг. 3 - поперечное сечение судна по балке 3, а фиг. 7 - вид спереди. На этих эскизах: 1 - два корпуса катамарана, 2 - по два подшипника на каждом корпусе, 3 - мощная поперечная балка (она воспринимает и продольные, и срезающие, и изгибающие нагрузки), 4 - шаровые шарниры, на которых крепится менее прочная носовая балка 5, воспринимающая только нагрузки сжатия-растяжения.
Балка 3 крепиться, естественно, должна примерно в районе миделя корпуса.
Работает этот вариант так: при подъеме одного корпуса 1 относительно другого, корпуса прокручиваются в подшипниках 2 на балке 3. Благодаря прочности балки 3 корпуса соблюдают и примерную параллельность, и примерно одинаковый крен, и примерное расстояние между носами корпусов. Но только примерные, так как при подъеме одного корпуса балка 5 перекашивается в поперечной вертикальной плоскости, и расстояние между носами корпусов уменьшается (катет всегда меньше гипотенузы).
То есть, если при жесткой соединяющей балке катамаран при косом волнении одним носом выпрыгивает из воды, а вторым в это время - зарывается в воду, а затем - наоборот, то данное судно (катамаран) как бы «облизывает» волны. То есть каждый корпус имеет собственную килевую качку. Бортовая качка, как и положено на катамаранах, практически отсутствует.
Балка 3 должна иметь разную жесткость относительно продольной и вертикальной осей - относительно продольной оси она должна иметь большую упругость, чтобы компенсировать упомянутое сближение носов (ниже будет рассмотрен способ, уменьшающий или исключающий это явление).
Поэтому поперечное сечение балки 3 может быть, например, таким, как показано на фиг. 5, то есть внутри трубчатой балки 3 имеется вертикальный двутавровый элемент 6. Такая балка почти не гнется в вертикальной плоскости, но в то же время обладает достаточной упругостью, чтобы компенсировать не очень большую разницу в отклонениях носов по вертикали.
Для облегчения компенсации сближения носов корпусов балка 3 может быть закреплена в резинометаллических шарнирах. Так как корпуса не крутятся относительно друг друга на 360 градусов, а отклоняются, даже в шторм, примерно на ±10 градусов, то резинометаллические шарниры будут допускать такие отклонения (при правильном их расчете, конечно).
Применение катамарана вместо однокорпусного судна позволяет получить большой выигрыш в гидродинамическом сопротивлении. Для этого надо сделать корпуса несимметричными - наружные борта сделать плоскими или почти плоскими, а внутренние (обращенные друг к другу) - выпуклыми. Как известно, в этом случае при определенном расстоянии между корпусами и при определенной скорости происходит почти полная интерференция волн. То есть пик носовой волны от одного корпуса попадает точно во впадину кормовой волны от другого корпуса. И за идущим на достаточно большой скорости кораблем не остается почти никаких волн.
Это в сочетании с традиционно узкими корпусами катамаранов (остойчивость ведь им не нужна) делает движение корабля на этой расчетной скорости очень легким. Правда, смоченная поверхность катамарана будет почти вдвое больше, чем у однотипного однокорпусного корабля, но это с лихвой окупается значительным уменьшением волнового сопротивления.
Следует отметить, что для оптимальной балансировки корабля имеет смысл сделать форштевни корпусов в виде спереди не вертикальными, а наклонными в виде буквы V (см. фиг. 7, толстые линии).
ВАРИАНТ 2. Однако при большом волнении на переднюю, менее прочную, балку могут действовать удары волн. Чтобы они не сломали ее, она может иметь заостренную форму. Но чтобы она при этом сохраняла свою первоначально заданную ориентацию острием вперед, один из шарниров ее крепления должен быть шарниром Гука или Кардана, или шарниром равных угловых скоростей (ШРУСом).
То есть судно имеет два или более корпуса, которые соединены между собой двумя поперечными балками, одна из которых соединена с корпусами двумя поперечными подшипниками, а вторая - одним шарниром Гука и шаровыми шарнирами, причем число шаровых шарниров равно числу корпусов, минус единица. То есть в варианте 2 на фиг. 1, 2 и 7 один из шарниров 4 (любой) является шарниром Гука, а второй - шаровым шарниром. В этом случае передняя балка 5, показанная на фиг. 4, будет все время обращена острием вперед (плюс-минус килевая качка).
ВАРИАНТ 3. Для того, чтобы при перекашивании носовой балки 5 носы корпусов не сближались, возможны различные кинематические схемы. При этом они не обеспечивают точного совпадения разницы в положениях носов, и разницы в положениях концов балки. Но этого и не нужно - в заданном диапазоне за счет упругости всех частей судна и за счет резинометаллических подшипников небольшое несоответствие компенсируется.
Например, может быть применена схема на фиг. 6. Судно, как и в вариантах 2, 3, имеет два или более корпуса, которые соединены между собой двумя поперечными балками, одна из которых соединена с корпусами двумя поперечными подшипниками, а другие - попарно с помощью рычажного механизма, состоящего из одного вертикального рычага, имеющего возможность совершать поперечные колебания (на резинометаллических шарнирах), а второй горизонтальный рычаг прикреплен к корпусу и ко второй балке так, что при положении судна на ровном киле точка крепления горизонтального рычага к корпусу судна расположена на одной прямой с двумя точками крепления двух рычагов ко второй балке.
На фиг. 5 балка 5 в точке «A» крепится вертикальным рычагом 7 к корпусу судна, а конец балки в точке «C» крепится также рычагом 8 к корпусу судна в точке «B». На ровном киле точки A, B, C лежат на одной прямой. Понятно, что чем больше длина вертикального рычага 7, тем лучше (в идеале он принимается равным бесконечности).
Величина BC в зависимости от класса корабля будет составлять примерно 30-40% от величины AC.
ВАРИАНТ 4. Вместо вертикального рычага в точке «A» может быть применено горизонтальное кулисное крепление (которое как раз является аналогом бесконечного рычага). Но кулисное крепление подвержено износу, а при качаниях корпусов будет издавать стуки. Поэтому его лучше не применять.
ВАРИАНТ 5. Для компенсации непараллельности корпусов при перекосе «второй», то есть носовой балки, она закреплена на корпусах поперечно скользяще с возможностью поперечного перемещения с помощью следящей автоматической системы.
Эскизом эта система не иллюстрируется ввиду очевидности, а работает система так: датчики угла перекоса «второй» балки подают сигнал на процессор, который высчитывает разницу в непараллельности корпусов и половину этого значения подает на исполнительные механизмы, перемещающие точку крепления «второй» балки по каждой палубе. При выходе из строя одного из исполнительных механизмов, оставшийся механизм будут перемещать точку крепления «второй» балки к палубе на целое нужное расстояние.
ВАРИАНТ 6. Параллельность корпусов может быть обеспечена и одной вращающейся балкой достаточной прочности. То есть судно имеет, как обычно, два или более корпуса, которые соединены между собой поперечной балкой, соединенной с каждым корпусом одним или двумя поперечными подшипниками (а в случае катамарана - можно и одним).
Эскизом эта система не иллюстрируется ввиду очевидности, а работает система так: при перекосе корпусов судна на косом волнении они прокручиваются в подшипниках.
Это решение имеет ряд преимуществ - оно конструктивно простое, надежное, а большой внутренний диаметр балки-трубы обеспечивает хороший переход экипажа из одного корпуса в другой. Такой балке можно придать форму крыла, и она будет еще и создавать подъемную силу.
Желательно, чтобы каждый корпус судна по любому из перечисленных вариантов имел запас закрыто-пористого пенопласта для непотопляемости. На катамаранах это особенно желательно, так как при полном затоплении одного корпуса, второй приобретает крен около 90 градусов (при условии, что он полностью герметичен), а при таком крене боеспособность корабля сомнительна (хотя и возможна). И, наоборот - если один корпус даже после серьезных повреждений остается на плаву, то на боеспособности второго корпуса это практически не сказывается.
ВАРИАНТ 7. В любом из вышеперечисленных вариантов крепление балок к корпусам может быть выполнено с возможностью изменения расстояния между корпусами для оптимизации внутреннего волнообразования применительно к определенной скорости. То есть судно имеет, как обычно, два или более корпуса, которые соединены между собой одной или двумя поперечными балками с возможностью изменения расстояния между корпусами. Что интересно, при экспериментах в оптовом бассейне может оказаться, что корпусам при этом не обязательно быть параллельными, и что эта непараллельность может оказаться своей для каждой скорости.