СУДНО НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ

Полезная модель относится к судостроению и касается создания высокоскоростных судов на подводных крыльях с высокими мореходными качествами, позволяющими осуществлять их эксплуатацию в условиях сильного волнения.
На сегодняшний день на рынке морских скоростных пассажирских перевозок преобладают большие судна на подводных крыльях (СПК) пассажировместимостью 120-350 человек. Проблема мореходности на этих судах решается за счет увеличения главных размерений и поднятия основного корпуса над волной. Но при этом у больших СПК есть ряд недостатков: высокая строительная и эксплуатационная стоимость, низкая сезонная загрузка пассажирами. Идея заявленного судна на подводных крыльях состоит в решении вышеуказанных недостатков больших СПК за счет уменьшения главных размерений и пассажировместимости судна. Но при этом необходимо решить задачу сохранения мореходности как у больших СПК.
В настоящем техническом решении предлагается решить данную задачу путем совместного применения корпуса с волнопронзающими обводами и крыльевой системы, обеспечивающей корпусу дифферент, необходимый для высокой мореходности.
В настоящий момент известна система ограничения ударов для СПК (патент США 7182036 В2; МПК: В63В 1/24; В63В 1/26; В63В 1/28), где представлена система смягчения ударов для морского судна на подводных крыльях, система смягчения ударов включает в себя пару складывающихся подъемных тел, в которых верхнее подъемное тело используется для обеспечения первоначального подъема для судна. Для смягчения воздействия волн на судно при эксплуатации на крейсерской скорости, расстояние между верхними подъемными телами и ватерлинией пропорционально соотносятся с действующей высотой волны. При работе в рамках выбранных рабочих параметров, расстояние между верхними подъемными телами и ватерлинией препятствует касанию воды верхними подъемными телами и созданию резкого подъема судна от воздействия волны.
Недостатком данной конструкции является то, что для недопущения касания волной корпуса судна необходимо иметь подводные крылья размерами больше, чем высота преодолеваемых волн, а также необходимо наличие механизма перемещения подъемных тел, и все это приводит к значительному увеличению веса судна и его стоимости.
В качестве наиболее близкого аналога может быть рассмотрено судно на подводных крыльях с нормальным значением дифферента (патентная заявка США №2015083034, МПК: В63В 1/24; В63Н 25/38), которое содержит: по крайней мере одно плавучее тело, по крайней мере одну стойку, направленную вниз этого или каждого плавучего тела, при этом подводное крыло прикреплено к этой или каждой стойке под плавучим телом, подводное крыло создано для подъема плавучего тела судна над поверхностью воды, и средства для движения судна вперед; при этом подводное крыло сделано так, чтобы глиссировать, когда судно движется со скоростью выше скорости глиссирования и имеет: переднюю кромку, заднюю кромку, во первых, нижнюю поверхность между передней кромкой и задней кромкой; нижняя поверхность является: плавно изогнута и спрофилирована для глиссирования по поверхности воды когда судно движется вперед со скоростью равной или выше скорости глиссирования с нижней поверхностью, смоченной как при нормальном дифференте, и для создания подъема когда она погружена с судном, движущимся со скоростью меньше скорости глиссирования при нормальном дифференте, и во-вторых, верхнюю поверхность между передней и задней кромкой, верхняя поверхность имеет: по крайней мере один разрыв (уступ) между передней и задней кромкой, создающий передний участок между передней кромкой и уступом, и задний участок между уступом и задней кромкой, и имеющий такую форму, что на переднем участке создается незначительный подъем (подъемная сила) в сравнении с подъемом (подъемной силой) на нижней поверхности при погружении с нормальным дифферентом, и на заднем участке опускается в сторону задней кромки при погружении с нормальным дифферентом, при этом задний участок создает подъем (подъемную силу) когда судно движется со скоростью ниже скорости супер-вентилирования со смоченным задним участком, задний участок создает меньший подъем (подъемную силу) когда судно движется со скоростью выше скорости супер-вентиляции, чтобы обеспечить образование супер-вентиляции по крайней мере на части заднего участка.
В соответствии с графическими материалами, прилагаемыми к вышеуказанной заявке, в ней описано судно с треугольной формой днища, системой подводных крыльев, расположенных по схеме «самолет», носовое крыло расположено в центральной части судна, корпус которого имеет нормальный дифферент.
Недостатком данного судна является то обстоятельство, что основной упор в заявке сделан на описание работы профилей крыльев в зависимости от их геометрии и нормального дифферента. Отсюда многовариантность рабочих режимов, неустойчивость движения при переходе от одного режима к другому, наличие на рабочих поверхностях зон с супервентиляцией и уступов на профилях. Такая неравномерность поверхности служит причиной для большого гидродинамического сопротивления.
Кроме того, крыльевая схема «самолет» имеет наихудшие мореходные качества.
Упоминание о нормальности дифферента имеет принципиальное значение в том смысле, что подчеркивается, что днище будет встречать поток с положительным углом атаки, увеличивающим подъемную силу на корпусе.
Заявленное техническое решение отличается от существующих аналогов возможностью применения для подводных крыльев профилей любой формы, в том числе имеющих наилучшие пропульсивные характеристики, а также наличием неделимого корпуса судна с острыми носовыми обводами без крупных подвижных частей.
Техническим результатом является сохранение высоких мореходных характеристик судна при хороших пропульсивных качествах, с обеспечением корпусу судна неположительного дифферента с максимальным приближением носовой оконечности к поверхности воды и удалением от воды кормовой оконечности.
Указанный технический результат и поставленная задача достигаются тем, что заявленное судно на подводных крыльях содержит носовое и кормовое крылья, расположенные под глиссирующим корпусом, форма которого имеет острые ватерлинии в носу и самую широкую часть в корме, при этом носовое крыло расположено на 0÷25% длины судна, поперечный редан расположен на 70÷80%, и кормовое крыло расположено на 85÷100% длины судна, поверхность корпуса которого имеет самую широкую часть только в кормовой трети общей длины, а на участке 15÷100% длины не выступает по ширине за плоскость, проведенную перпендикулярно основной плоскости (ОП) через самую носовую точку корпуса в диаметральной плоскости (ДП) под углом 15° к ДП.
В предпочтительном варианте осуществления судно на подводных крыльях может иметь продольную профилировку за счет слома днища на расстоянии 0,2-0,3 общей длины от транца и подъем днища от этого слома в корму под углом 3°-5°.
На Фиг. 1 показано судно на подводных крыльях по данной полезной модели, вид сбоку. Буквой А обозначен корпус, буквой Б обозначено носовое крыло, буквой В обозначено кормовое крыло.
На Фиг. 2 показано судно на подводных крыльях по данной полезной модели, вид на днище. Буквой А обозначен корпус, буквой Б обозначено носовое крыло, буквой В обозначено кормовое крыло.
На Фиг. 3 показано судно на подводных крыльях в соответствии с предложенным техническим решением, вид сверху на корпус.
На Фиг. 4 показано по данной полезной модели в рабочем положении - движение с расчетной скоростью, неположительный дифферент.
Корпус судна выполнен большого удлинения с острыми носовыми обводами. Такие обводы позволяют «протыкать» волны, не испытывая при этом сильных ударных перегрузок. Кормовая часть корпуса выполнена с подъемом днища, что до минимума снижает пикирующий момент и зарываемость на попутном волнении.
Крыльевая система (КС) судна выполнена по схеме «утка» с применением системы автоматического управления подводными крыльями (САУПК). Применение такой КС дает следующие преимущества:
- повышенное гидродинамическое качество КС за счет работы кормового крыла большого удлинения.
- улучшенные стартовые характеристики КС за счет применения САУПК. Применение в КС управляемых закрылков, дает возможность управления приростом подъемной силы на стартовых и ходовых режимах.
- повышение мореходных характеристик судна за счет обеспечения оптимальной посадки при управляемом САУПК движении на волнении.
Для достижения хороших пропульсивных качеств глиссирующие высокоскоростные суда имеют положительный дифферент при движении на расчетной скорости.
Однако наличие положительного дифферента приводит к снижению мореходности, т.е. возникновению повышенных продольных и вертикальных перегрузок при соприкосновении корпуса с волной.
Цель настоящей полезной модели заключается в сохранении высоких мореходных свойств судна при хороших пропульсивных качествах. Цель достигается применением системы подводных крыльев и корпусе с острыми носовыми обводами, который при движении имеет неположительный дифферент.
Крылья могут быть самостабилизированные или управляемыми Системой Автоматизированного Управления Движения (САУД) судна с регулируемыми характеристиками за счет перекладки поворотных закрылков, выдвижных интерцепторов, подачи воздуха и др.
При движении с расчетной скоростью на волнении общим для обеих схем является обеспечение неположительного дифферента (ϕ≤0°), при котором прорезание корпусом гребней волн происходит безударно без возникновения вертикальных и продольных перегрузок.
Для улучшения стартовых характеристик целесообразно также применение продольной профилировки за счет слома днища на расстоянии 0,2-0,3 общей длины от транца и подъема днища в корму под углом 3°-5°.