КОРПУС ГЛИССИРУЮЩЕГО СУДНА
PLANING SHIP HULL

Изобретение относится к судостроению, в частности к проектированию корпусов высокоскоростных и высокомореходных глиссирующих судов.
Широко известны корпусы глиссирующих судов (КГС) ([1], стр.56-62, рис.4.1, 4.4), содержащие V-образное в поперечном сечении днище с острыми бортовыми скулами и килем в виде прямой линии, плавно переходящей в носовой оконечности КГС в наклоненный в сторону его носа форштевень, и транцевую корму.
Такая форма КГС способствует возникновению на поверхности его днища максимальной величины гидродинамической подъемной силы, выталкивающей его при движении из воды и снижающей за счет этого величину площади его смоченной поверхности, а следовательно, и величину гидродинамического сопротивления его движению, то есть способствует повышению его ходкости. При этом за счет V-образности днища обеспечивается снижение величины вертикальных перегрузок данного КГС при его глиссировании по взволнованной водной поверхности, то есть обеспечивается повышение его мореходности.
Некоторое дополнительное повышение ходкости КГС достигается за счет применения на его днище поперечных и продольных реданов ([1], стр.63-73, рис.4.5, 4.6, 4.8, 4.9), представляющих собой своеобразные уступы, за которыми обтекающая движущийся КГС вода на относительно коротком по длине или ширине соответственно участке отрывается от поверхности его днища, снижая тем самым величину площади его смоченной поверхности, а следовательно, и величину гидродинамического сопротивления его движению.
Более существенное повышение ходкости КГС путем снижения величины площади смоченной поверхности его днища достигается за счет выполнения в нем специальной выемки, в которую при движении судна подается газ под давлением, способствующий развитию в ней искусственной газовой каверны (ИГК) [2]. При этом днищевая выемка располагается за поперечным реданом и ограничивается по бортам узкими по ширине скегами с нижними наружными поверхностями, являющимися продолжением поверхности днища КГС перед его поперечным реданом.
Однако в форме днища данного КГС заложено противоречие между его ходкостью и мореходностью. Желание максимально повысить ходкость данного КГС за счет максимального снижения площади его смоченной поверхности путем максимального повышения площади днищевой выемки для образования ИГК приводит к понижению его мореходности, так как максимально продленная в сторону носа днищевая выемка для образования ИГК приводит к образованию довольно "полной" носовой оконечности данного КГС с относительно большим углом притыкания его ватерлиний в районе форштевня КГС к его диаметральной плоскости (ДП). И наоборот, желание повысить мореходность данного КГС путем "заострения" угла притыкания его ватерлиний в районе форштевня к ДП КГС приводит к необходимости существенно сместить поперечный редан, за которым начинается днищевая выемка для образования ИГК, в корму КГС, что в свою очередь приводит к снижению площади ее поверхности, а следовательно, и к повышению площади смоченной поверхности днища КГС.
Частично это противоречие устраняется в КГС [3], содержащем днище с острыми бортовыми скулами и треугольной в плане выемкой для формирования в ней при движении судна ИГК с расположенной в носовой части КГС вершиной в точке пересечения срывообразующих кромок ограждающих ее бортовых скегов. При этом ширина днища КГС по скуле в плоскости шпангоута, проходящего через вершину днищевой выемки, меньше ширины днища КГС по скуле в плоскости его мидель-шпангоута.
Благодаря своей треугольной в плане форме специальная выемка в днище данного КГС для образования в ней при движении судна ИГК простирается далеко в нос КГС. Это способствует существенному снижению общей площади смоченной поверхности КГС, а следовательно, и величины сопротивления трения о воду при его движении. А благодаря клинообразной форме КГС с острым углом притыкания его ватерлиний к ДП у его форштевня достигается снижение волнового сопротивления КГС, а также величины вертикальных перегрузок, испытываемых им при килевой и вертикальной качках, возникающих при движении КГС по взволнованной водной поверхности. Все это способствует повышению ходкости и мореходности КГС с ИГК на его днище.
Однако данный КГС не обеспечивает в полной мере использование эффекта снижения величины сопротивления трения его о воду за счет образования под его днищем ИГК, так как форма поверхности днища этого КГС в непосредственной близости от срывообразующих кромок бортовых скегов, ограждающих его днищевую выемку, не обеспечивает формирование достаточно гладкой свободной поверхности ИГК с максимально высоким избыточным давлением газа в ней и за счет этого максимальной величины площади несмоченной поверхности днища КГС.
Этот недостаток устранен в КГС [4], [5], содержащем днище с острыми бортовыми скулами и треугольной в плане выемкой для формирования в ней при движении судна ИГК, вершина которой расположена в носовой части КГС в точке пересечения срывообразующих кромок ограждающих ее бортовых скегов, а также расположенной перед выемкой цилиндрической вставкой днища с углом расхождения ее образующих, равным нулю, которая имеет в плане форму подковы, ограниченной со стороны носа и бортов КГС линией, эквидистантной в направлении вдоль КГС срывообразующим кромкам бортовых скегов его днища. При этом днищевые ветви шпангоутов, проходящих через цилиндрическую вставку днища КГС слева и справа от нее, выполнены с более интенсивным подъемом к бортовым скулам КГС, чем в пределах цилиндрической вставки его днища.
Данный КГС благодаря наличию в нем расположенной перед днищевой выемкой для образования ИГК подковообразной цилиндрической вставки днища КГС с углом расхождения ее образующих, равным нулю, обеспечивает формирование достаточно гладкой свободной поверхности ИГК с максимально высоким избыточным давлением газа в ней и за счет этого максимальную величину площади несмоченной поверхности днища КГС. А это в свою очередь позволяет достичь данному КГС более высокой ходкости по сравнению с предыдущим КГС при примерно одинаковой с ним мореходности.
Однако данный КГС так же, как и другие КГС с традиционной формой килевой линии, плавно переходящей в их носовой оконечности в наклоненный вперед форштевень, обладает недостаточной ходкостью и мореходностью. Перед выходом на глиссирование в процессе разгона такие КГС приобретают значительный дифферент на корму, являющийся, как известно, причиной резкого возрастания гидродинамического сопротивления их движению, так называемого "горба сопротивления". КГС с днищевой выемкой для образования ИГК это свойственно в меньшей степени, чем обычным КГС, но, тем не менее, также свойственно. При движении в режиме глиссирования длина ходовой ватерлинии (ХВЛ) таких КГС резко сокращается, что приводит к существенному росту величины их относительной скорости и, следовательно, удельных затрат мощности силовой установки для поддержания заданной скорости движения. Применительно к КГС с днищевой выемкой для образования ИГК сокращение длины ХВЛ при движении их в режиме глиссирования накладывает ограничение на допустимую длину их днищевой выемки. Это не позволяет в полной мере использовать эффект снижения буксировочного сопротивления этих КГС за счет снижения площади смоченной поверхности их днища. При движении с большой скоростью на волнении такие КГС подвержены слемингу, следствием которого являются тяжелые удары волн в их носовую оконечность, что приводит к возникновению значительных вертикальных перегрузок, испытываемых КГС.
Наиболее близким из всех известных к предлагаемому является КГС [6] с V-образным в поперечном сечении днищем и бортами, снабженными каждый двумя острыми скулами, основная из которых со встроенным брызгоотбойником простирается на всю длину КГС, поднимаясь в его носовой оконечности по S-образной траектории почти до уровня верхней палубы КГС. А его дополнительная скула, выполненная в виде уступа, направленного по отношению к нижерасположенной обшивке КГС в сторону его ДП, расположена в непосредственной близости от ХВЛ КГС и простирается от форштевня КГС до участка его основной скулы в районе ее входа в воду. Часть носовой оконечности КГС, расположенная ниже его дополнительных скул, выступает вперед за линию форштевня вышерасположенной части носовой оконечности КГС с образованием таранообразного выступа (ТВ). ТВ КГС снабжен монотонно сужающимися к носу ватерлиниями и шпангоутами в виде очерченных прямыми или слабо выпуклыми кривыми линиями равнобедренных треугольников с направленной вниз вершиной, расположенной на килевой линии КГС. Наклоненная в нос по отношению к плоскости ХВЛ КГС верхняя поверхность его ТВ выполнена в виде непосредственного продолжения в сторону носа КГС поверхностей расширяющихся по мере приближения к носу КГС уступов дополнительных скул его обоих бортов. Поверхности уступов дополнительных скул, переходящие в расположенные выше них поверхности бортов носовой оконечности КГС, образуют в его бортах на участках между форштевнем, внешними ребрами дополнительных скул и внутренними ребрами основных скул КГС впадины с конусообразной поверхностью, имеющей вершину в точке пересечения этих ребер на основной скуле КГС между собой. ТВ выполнен монолитным с остальной частью носовой оконечности КГС и, следовательно, в процессе эксплуатации судна неподвижен по отношению к нему. При этом днище КГС снабжено специальной треугольной в плане выемкой, ограниченной со стороны носа и бортов КГС расширяющимися по мере приближения к носу КГС бортовыми скегами. В корму выемка простирается до самого транца КГС, а ее вершина находится в точке пересечения срывообразующих кромок бортовых скегов, расположенной в носовой части днища КГС. Днище КГС снабжено также расположенной перед выемкой цилиндрической вставкой днища с углом расхождения ее образующих, равным нулю, имеющей в плане форму подковы и ограниченной со стороны носа и бортов КГС линией, эквидистантной в направлении вдоль КГС срывообразующим кромкам бортовых скегов его днища.
Данный КГС по сравнению со всеми вышеупомянутыми КГС имеет более высокие ходкость и мореходность.
Благодаря постоянно погруженному в воду ТВ своей носовой оконечности этот КГС на всех режимах его движения как до выхода, так и после выхода на глиссирование сохраняет постоянную относительно большую длину своей ХВЛ. Это вследствие эксплуатации данного КГС при более низких значениях числа Фруда способствует существенному снижению удельных затрат мощности его силовой установки для обеспечения заданной скорости движения. А максимально возможная в этом случае "заостренность" угла притыкания ХВЛ к ДП КГС у его выдвинутого вперед форштевня способствует существенному снижению величины волновой составляющей общего гидродинамического сопротивления его движению. Все это способствует повышению ходкости данного КГС.
Благодаря тому что верхняя поверхность ТВ носовой оконечности данного КГС имеет отрицательный угол наклона к плоскости своей ХВЛ, в процессе движения данного КГС по взволнованной водной поверхности на ней периодически по мере полного погружения ТВ в набегающую на движущийся КГС волну возникает направленная вниз вертикальная составляющая скоростного напора этой волны. Эта гидродинамическая реакция набегающей волны полностью или частично нейтрализует ее гидростатическую реакцию, вызванную погружением в волну дополнительного объема носовой оконечности КГС и направленную вверх. Это способствует существенному снижению величин вертикальных ускорений, испытываемых носовой оконечностью данного КГС при его глиссировании по взволнованной водной поверхности. А это в свою очередь способствует повышению мореходности данного КГС.
Однако в рассматриваемом техническом решении реализованы не все возможности для повышения ходкости и мореходности КГС, содержащиеся в принципе, заложенном в его основу. Дело в том, что величина направленной вниз вертикальной составляющей скоростного напора набегающей на носовую оконечность КГС волны сильно зависит от скорости движения судна, а именно прямо пропорционально квадрату этой скорости. А это означает, что величина отрицательного угла наклона верхней поверхности ТВ носовой оконечности рассматриваемого КГС как еще один параметр, от которого зависит величина направленной вниз вертикальной составляющей скоростного напора набегающей на его носовую оконечность волны, будучи выбранной для какой-то одной расчетной скорости движения КГС и какой-то одной расчетной высоты волны, не будет оптимальной для других значений скорости движения КГС и других значений высоты волны на акватории, по которой движется данный КГС. Следовательно, при значительном отклонении скорости движения КГС или высоты волны на акватории, по которой движется рассматриваемый КГС, от упомянутых выше расчетных значений указанный выше эффект понижения величин вертикальных ускорений, испытываемых носовой оконечностью данного КГС при его глиссировании по взволнованной водной поверхности, резко снижается, снижая, таким образом, и мореходность данного КГС. Повышенная амплитуда продольной качки, испытываемой рассматриваемым КГС при его движении на нерасчетных режимах, повышает гидродинамическое сопротивление его движению на этих режимах, снижая, таким образом, его ходкость.
Еще одним недостатком данного КГС является его относительно низкая поворотливость при маневрировании на акватории. Повышенная за счет ТВ носовой оконечности площадь боковой проекции погруженной в воду части КГС плюс дополнительные площади поверхностей внутренних вертикальных стенок бортовых скегов днищевой выемки для образования ИГК делают рассматриваемый КГС излишне устойчивым на курсе и, следовательно, требуют для повышения его поворотливости применения более развитых рулевых поверхностей или специальных подруливающих устройств.
Целью изобретения является повышение эксплуатационно-технических характеристик КГС путем повышения его ходкости, мореходности и поворотливости.
Поставленная цель достигается тем, что в известную конструкцию КГС с V-образным в поперечном сечении днищем и бортами, снабженными каждый двумя острыми скулами, основная из которых со встроенным брызгоотбойником простирается на всю длину КГС, поднимаясь в его носовой оконечности по S-образной траектории почти до уровня верхней палубы КГС, а дополнительная скула, снабженная уступом, направленным по отношению к нижерасположенной обшивке КГС в сторону его ДП, расположена в непосредственной близости от ХВЛ КГС и простирается от его форштевня до участка основной скулы в районе ее входа в воду, причем часть носовой оконечности КГС, расположенная ниже его дополнительных скул, выступает вперед за линию форштевня вышерасположенной части носовой оконечности КГС с образованием ТВ, имеющего монотонно сужающиеся к носу ватерлинии, шпангоуты в виде очерченных прямыми или слабо выпуклыми кривыми линиями равнобедренных треугольников с направленной вниз вершиной, расположенной на килевой линии КГС, и наклоненную в нос по отношению к плоскости ХВЛ верхнюю поверхность, выполненную в виде непосредственного продолжения в сторону носа КГС поверхностей расширяющихся по мере приближения к носу КГС уступов дополнительных скул обоих бортов КГС, внесены изменения.
Новым в предлагаемой конструкции КГС является то, что часть его носовой оконечности выполнена в виде отдельной объемной замкнутой навесной корпусной конструкции (ООЗНКК), снабженной возможностью изменения в процессе эксплуатации КГС своего положения относительно его основной части, а кормовые кромки днищевого и бортовых участков обшивки ООЗНКК в ее исходном положении образуют по отношению к смежным участкам наружной поверхности КГС уступы, выполняющие в процессе движения КГС функцию его поперечных реданов.
При этом вся носовая оконечность КГС, расположенная под уступами его дополнительных скул, включая и образуемый ею ТВ, может быть выполнена в виде Л-образной в плане ООЗНКК, охватывающей носовую оконечность основной части КГС со стороны его носа и бортов, соединенной с ней с помощью шарнира с горизонтальной осью вращения, расположенной поперек КГС в районе притыкания дополнительной скулы к основной скуле КГС, и силового(ых) элемента(ов), обеспечивающего(их) ее поворот вокруг этой оси и(или) фиксацию заданного углового положения ООЗНКК относительно основной части КГС.
При этом ТВ носовой оконечности КГС может быть выполнен в виде клинообразной в плане ООЗНКК, соединенной с носовой оконечностью КГС, расположенной под уступами его дополнительных скул, с помощью шарнира с осью вращения, расположенной в ДП КГС вертикально при исходном положении его носовой оконечности, расположенной под уступами его дополнительных скул, и силового(ых) элемента(ов), обеспечивающего(их) ее поворот вокруг этой оси и фиксацию заданного углового положения ООЗНКК относительно носовой оконечности КГС, расположенной под уступами его дополнительных скул.
При этом днище КГС может быть снабжено ограниченной со стороны его носа и бортов расширяющимися по мере приближения к носу КГС бортовыми скегами специальной треугольной в плане выемкой, простирающейся в корму до самого транца КГС, а в нос до расположенной в носовой части КГС точки пересечения срывообразующих кромок бортовых скегов, а также расположенной перед выемкой цилиндрической вставкой днища, имеющей в плане форму подковы и ограниченной со стороны носа и бортов КГС линией, эквидистантной в направлении вдоль КГС срывообразующим кромкам бортовых скегов его днища.
При этом силовой(ые) элемент(ы), обеспечивающий(ие) поворот Л-образной в плане ООЗНКК относительно расположенной поперек КГС горизонтальной оси вращения и (или) фиксацию заданного углового положения ООЗНКК относительно основной части КГС, может(гут) быть снабжен(ы) ручным приводом.
При этом силовой(ые) элемент(ы), обеспечивающий(ие) поворот Л-образной в плане ООЗНКК относительно расположенной поперек КГС горизонтальной оси вращения и (или) фиксацию заданного углового положения ООЗНКК относительно основной части КГС, может(гут) быть снабжен(ы) механическим приводом с дистанционным управлением с места водителя судна.
При этом силовой(ые) элемент(ы), обеспечивающий(ие) поворот Л-образной в плане ООЗНКК относительно расположенной поперек КГС горизонтальной оси вращения и(или) фиксацию заданного углового положения ООЗНКК относительно основной части КГС, может(гут) быть снабжен(ы) механическим приводом с автоматической системой управления угловым положением ООЗНКК, обеспечивающей минимизацию величины вертикальных ускорений носовой оконечности КГС при его движении в заданном интервале высот волн на акватории и скоростей движения КГС на ней.
При этом силовой(ые) элемент(ы), обеспечивающий(ие) поворот Л-образной в плане ООЗНКК относительно расположенной поперек КГС горизонтальной оси вращения и(или) фиксацию заданного углового положения ООЗНКК относительно основной части КГС, может(гут) быть снабжен(ы) амортизатором(ами) ударов волн в процессе движения КГС по взволнованной водной поверхности.
При этом силовой(ые) элемент(ы), обеспечивающий(ие) поворот клинообразной в плане ООЗНКК вокруг расположенной в ДП КГС вертикальной оси вращения и фиксацию заданного углового положения ООЗНКК относительно носовой оконечности КГС, расположенной под уступами его дополнительных скул, может(гут) быть снабжен(ы) механическим приводом с дистанционным управлением с места водителя судна.
Благодаря тому что часть носовой оконечности предлагаемого КГС выполнена в виде ООЗНКК, снабженной возможностью изменения в процессе эксплуатации КГС своего положения относительно основной части КГС, обеспечивается повышение эксплуатационно-технических характеристик КГС путем повышения его ходкости, мореходности и поворотливости. Как это происходит практически, показано ниже на отдельных частных случаях этого нового технического решения.
Благодаря тому что кормовые кромки днищевого и бортовых участков обшивки соответствующей ООЗНКК в ее исходном положении образуют по отношению к смежным участкам наружной поверхности предлагаемого КГС уступы, выполняющие в процессе движения КГС функцию поперечных реданов, достигается одновременное решение двух задач. С одной стороны, благодаря этому конструктивному признаку обеспечивается сама подвижность ООЗНКК относительно основной части КГС. С другой стороны, этот конструктивный признак также обеспечивает повышение эксплуатационно-технических характеристик предлагаемого КГС путем повышения его ходкости, так как в процессе движения данного КГС за каждым его поперечным реданом возникает несмоченный участок поверхности КГС, уменьшающий величину общей площади поверхности трения КГС о воду, а следовательно, и величину гидродинамического сопротивления его движению.
Благодаря тому что вся носовая оконечность КГС, расположенная непосредственно под уступами его дополнительных скул на всем их протяжении от форштевня вышерасположенной части носовой оконечности КГС до мест их притыкания к основным скулам КГС, а также верхней поверхностью ТВ, выполнена в виде Л-образной в плане ООЗНКК, охватывающей носовую оконечность основной части КГС со стороны его носа и бортов, соединенной с ней с помощью шарнира с горизонтальной осью вращения, расположенной поперек КГС в районе притыкания дополнительной скулы к основной скуле КГС, и силового(ых) элемента(ов), обеспечивающего(их) поворот ООЗНКК вокруг этой оси и(или) фиксацию заданного углового положения ее относительно основной части КГС, обеспечивается возможность изменения в процессе эксплуатации предлагаемого КГС углового положения в вертикальной плоскости Л-образной в плане ООЗНКК по отношению к основной части КГС. А это в свою очередь позволяет придавать Л-образной в плане ООЗНКК в каждом конкретном случае сочетания скорости движения КГС и высоты волны на акватории такое угловое положение в вертикальной плоскости по отношению к основной части КГС, при котором величина вертикальных перегрузок, испытываемых им, будет минимальной. А вследствие уменьшения амплитуд вертикальных и угловых перемещений КГС при его движении на волнении уменьшаются и затраты энергии силовой установки судна на обеспечение этого движения. Все это в конечном итоге способствует повышению мореходности и ходкости КГС.
Благодаря тому что ТВ носовой оконечности КГС выполнен в виде клинообразной в плане ООЗНКК, соединенной с носовой оконечностью КГС, расположенной под уступами его дополнительных скул, с помощью шарнира с осью вращения, расположенной в ДП КГС вертикально при исходном положении его носовой оконечности, расположенной под уступами его дополнительных скул, и силового(ых) элемента(ов), обеспечивающего(их) поворот ООЗНКК вокруг этой оси и фиксацию заданного углового положения ее относительно носовой оконечности основной части КГС, расположенной под уступами его дополнительных скул, обеспечивается повышение поворотливости КГС, полностью компенсирующее ее понижение по сравнению с обычными КГС, вызванное существенным увеличением за счет ТВ площади боковой проекции подводной части КГС.
Благодаря тому что днище КГС снабжено ограниченной со стороны его носа и бортов расширяющимися по мере приближения к носу КГС бортовыми скегами специальной треугольной в плане выемкой, простирающейся в корму до самого транца КГС, а в нос до расположенной в носовой части КГС точки пересечения срывообразующих кромок бортовых скегов, а также расположенной перед выемкой цилиндрической вставкой днища КГС, имеющей в плане форму подковы и ограниченной со стороны носа и бортов КГС линией, эквидистантной в направлении вдоль КГС срывообразующим кромкам бортовых скегов, обеспечивается за счет снижения площади смоченной поверхности днища повышение ходкости КГС, полностью компенсирующее ее понижение по сравнению с обычными КГС, вызванное существенным увеличением за счет ТВ площади поверхности погруженной в воду носовой части КГС.
Благодаря тому что силовой(ые) элемент(ы), обеспечивающий(ие) поворот в вертикальной плоскости и(или) фиксацию заданного углового положения Л-образной в плане ООЗНКК относительно основной части КГС, снабжен(ы) ручным приводом, обеспечивается самый простой в конструктивном исполнении вариант реализации управления угловым положением ООЗНКК по отношению к основной части КГС. Он может быть применен на КГС, имеющих небольшое водоизмещение, когда для его поворота не требуются слишком большие усилия, или на КГС с относительно большим водоизмещением, когда изменение углового положения ООЗНКК по отношению к основной части КГС осуществляют, например, лишь один раз за весь период его эксплуатации в процессе его ходовых испытаний после экспериментального определения ее оптимального положения с точки зрения всех возможных эксплуатационных режимов движения КГС. Это способствует повышению эксплуатационно-технических характеристик КГС.
Благодаря тому что силовой(ые) элемент(ы), обеспечивающий(ие) поворот в вертикальной плоскости и(или) фиксацию заданного углового положения Л-образной в плане ООЗНКК относительно основной части КГС, снабжен(ы) механическим приводом с дистанционным управлением с места водителя судна, обеспечивается второй, более сложный в конструктивном исполнении, вариант реализации управления угловым положением ООЗНКК по отношению к основной части КГС. Он позволяет изменять угловое положение ООЗНКК по отношению к основной части КГС с места водителя в процессе движения судна по ходу изменения скорости его движения и высоты волн на акватории. Это способствует дополнительному повышению эксплуатационно-технических характеристик КГС.
Благодаря тому что силовой(ые) элемент(ы), обеспечивающий(ие) поворот в вертикальной плоскости и(или) фиксацию заданного углового положения Л-образной в плане ООЗНКК относительно основной части КГС, снабжен(ы) механическим приводом с автоматической системой управления угловым положением ООЗНКК, обеспечивающей минимизацию величины вертикальных ускорений носовой оконечности КГС при его движении в заданном интервале высот волн на акватории и скоростей движения КГС на ней, обеспечивается третий, еще более сложный в конструктивном исполнении, вариант реализации управления угловым положением ООЗНКК по отношению к основной части КГС. Он позволяет изменять угловое положение ООЗНКК по отношению к основной части КГС в автоматическом режиме, без участия водителя судна, с помощью бортового компьютера, вырабатывающего на основании поступающих в него данных о скорости движения КГС и параметрах волн на акватории соответствующие команды на исполнительные механизмы механического привода.
Благодаря тому что силовой(ые) элемент(ы), обеспечивающий(ие) поворот в вертикальной плоскости и(или) фиксацию заданного углового положения Л-образной в плане ООЗНКК относительно основной части КГС, снабжен(ы) амортизатором(ами) ударов волн в процессе движения КГС по взволнованной водной поверхности, обеспечивается дополнительное повышение мореходности КГС путем снижения величин вертикальных перегрузок, испытываемых им при движении по взволнованной водной поверхности, за счет демпфирования ударов волн в его носовую оконечность. Указанное демпфирование позволяет также снизить величину внешних эксплуатационных нагрузок на механические узлы привода(ов), обеспечивающего(их) подвижность Л-образной в плане ООЗНКК относительно основной части КГС, что позволяет минимизировать их массу, а также требующуюся мощность механического(их) привода(ов). Это также способствует повышению эксплуатационно-технических характеристик КГС.
Благодаря тому что силовой(ые) элемент(ы), обеспечивающий(ие) поворот клинообразной в плане ООЗНКК вокруг расположенной в ДП КГС вертикально оси вращения и фиксацию заданного углового положения ее относительно носовой оконечности КГС, расположенной под уступами его дополнительных скул, снабжен(ы) механическим приводом с дистанционным управлением с места водителя судна, обеспечивается удобство управления угловым положением в горизонтальной плоскости клинообразной в плане ООЗНКК относительно носовой оконечности КГС такое же, как и при управлении угловым положением в горизонтальной плоскости пера(ьев) основного(ых) руля(ей) направления КГС, расположенного(ых) за его транцем. Это также способствует повышению эксплуатационно-технических характеристик КГС.
Конструкция предлагаемого КГС схематично проиллюстрирована чертежами, где изображены:
фиг.1 - боковой вид КГС с наложенными на него видами КГС с носа и с кормы;
фиг.2 - вид на КГС снизу;
фиг.3 - сеч. А-А (см. фиг.1);
фиг.4 - сеч. Б-Б (см. фиг.1);
фиг.5 - сеч. В-В (см. фиг.1);
фиг.6 - сеч. Г-Г (см. фиг.1);
фиг.7 - фрагмент бокового вида КГС с Л-образной в плане ООЗНКК, находящейся в крайнем верхнем положении;
фиг.8 - сеч. Д-Д (см. фиг.7);
фиг.9 - фрагмент бокового вида КГС с Л-образной в плане ООЗНКК, находящейся в крайнем нижнем положении;
фиг.10 - сеч. Е-Е (см. фиг.9);
фиг.11 - фрагмент бокового вида КГС с клинообразной в плане ООЗНКК;
фиг.12 - фрагмент вида на КГС снизу с клинообразной в плане ООЗНКК;
фиг.13 - сеч. Ж-Ж (см. фиг.11);
фиг.14 - сеч. И-И (см. фиг.11);
фиг.15 - сеч. К-К (см. фиг.11);
фиг.16 - сеч. Л-Л (см. фиг.12);
фиг.17 - сеч. М-М (см. фиг.16);
фиг.18 - вариант сеч. М-М с клинообразной в плане ООЗНКК, повернутой на правый борт КГС;
фиг.19 - вариант сеч. М-М с клинообразной в плане ООЗНКК, повернутой на левый борт КГС;
фиг.20 - фрагмент бокового вида КГС с Л-образной в плане ООЗНКК, снабженной в свою очередь клинообразной в плане ООЗНКК;
фиг.21 - фрагмент вида на КГС снизу с Л-образной в плане ООЗНКК, снабженной в свою очередь клинообразной в плане ООЗНКК;
фиг.22 - сеч. Н-Н (см. фиг.1);
фиг.23 - боковой вид КГС в процессе его движения: а) по спокойной воде; б) при спуске с вершины волны к ее подошве; в) при подъеме с подошвы волны к ее вершине.
Предлагаемый КГС 1 имеет V-образное в поперечном сечении днище 2 (см. фиг.1, 2) и борта 3, снабженные каждый двумя острыми скулами. Основная скула 4 с расположенным между ее внешним 5 и внутренним 6 ребрами встроенным брызгоотбойником 7 простирается на всю длину КГС 1, поднимаясь в его носовой оконечности по S-образной траектории почти до уровня верхней палубы 8 КГС 1. Дополнительная скула 9, выполненная в виде расположенного между ее внешним 10 и внутренним 11 ребрами уступа 12, направленного по отношению к нижерасположенной обшивке КГС 1 в сторону его ДП, расположена в непосредственной близости от ХВЛ КГС 1 и простирается в корму КГС 1 до участка основной скулы 4 в районе ее входа в воду. Часть носовой оконечности КГС 1, расположенная ниже уступов 12 его дополнительных скул 9, выступает вперед за линию форштевня 13 вышерасположенной части носовой оконечности КГС 1 с образованием ТВ 14, имеющего монотонно сужающиеся по мере приближения к носу КГС 1 ватерлинии (см. фиг.2, 3), шпангоуты в виде очерченных прямыми или слабо выпуклыми кривыми линиями равнобедренных треугольников с направленной вниз вершиной, расположенной на килевой линии КГС 1 (см. фиг.4, 5), и наклоненную в нос по отношению к плоскости ХВЛ КГС 1 верхнюю поверхность 15, выполненную в виде непосредственного продолжения в сторону носа КГС 1 поверхностей расширяющихся по мере приближения к носу КГС 1 уступов 11 дополнительных скул 9 обоих бортов 3 КГС 1 (см. фиг.1). Поверхности уступов 12 дополнительных скул 9 вместе с расположенными выше них поверхностями бортов 3 носовой оконечности КГС 1 образуют в его бортах 3 на участках между форштевнем 13 КГС 1, внешними ребрами 10 дополнительных скул 9 и внутренними ребрами 6 основных скул 4 впадины с конусообразной поверхностью (см. фиг.6, 8, 10, 14), имеющей вершину в условной точке пересечения внешних ребер 10 дополнительных скул 9 с поверхностями брызгоотбойников 7 основных скул 4 КГС 1.
Либо вся носовая оконечность КГС 1, расположенная под уступами 12 его дополнительных скул 9, включая и образуемый ею ТВ 14, либо лишь сам ТВ 14 могут быть выполнены в виде ООЗНКК, снабженной возможностью изменения в процессе эксплуатации КГС 1 своего положения относительно основной части КГС 1.
На фиг.1-10 схематично изображен предлагаемый КГС 1, у которого вся носовая оконечность, расположенная под уступами 12 дополнительных скул 9, включая и образуемый ею ТВ 14, выполнена в виде Л-образной в плане ООЗНКК 16 (см. фиг.3), охватывающей носовую оконечность основной части КГС 1 со стороны его носа и бортов 3 и соединенной с ним с помощью шарнира с горизонтальной осью 17 вращения, расположенной поперек КГС 1 в районе притыкания дополнительной скулы 9 к основной скуле 4 КГС 1. Для обеспечения возможности поворота в вертикальной плоскости Л-образной в плане ООЗНКК 16 вокруг этой оси 17 и(или) фиксации заданного углового положения ее относительно основной части КГС 1 указанный выше шарнир снабжен специальным силовым элементом 18 (см. фиг.7-10).
На фиг.11-19 схематично изображен предлагаемый КГС 1, у которого ТВ 14 его носовой оконечности выполнен в виде клинообразной в плане ООЗНКК 19 (см. фиг.17), соединенной с остальной неподвижной частью носовой оконечности КГС 1, расположенной под уступами 12 его дополнительных скул 9, с помощью шарнира с осью 20 вращения, расположенной в ДП КГС 1 вертикально. Для обеспечения возможности управляемого поворота в горизонтальной плоскости клинообразной в плане ООЗНКК 19 вокруг этой оси 20 и фиксации заданного углового положения ее относительно остальной части носовой оконечности КГС 1 указанный выше шарнир снабжен силовыми элементами 21 (см. фиг.16-19). При этом часть носовой оконечности КГС 1, расположенная непосредственно под уступами 12 его дополнительных скул 9 на всем их протяжении от форштевня 13 вышерасположенной части носовой оконечности КГС 1 до мест их притыкания к основным скулам 4, выполнена монолитной с основной частью КГС 1 (см. фиг.14, 15) и лишена возможности изменения в процессе эксплуатации КГС 1 своего положения относительно него.
На фиг.20, 21 схематично изображен предлагаемый КГС 1, у которого вся носовая оконечность, расположенная под уступами 12 его дополнительных скул 9, включая и образуемый ею ТВ 14, выполнена в виде Л-образной в плане ООЗНКК 16, охватывающей носовую оконечность основной части КГС 1 со стороны его носа и бортов 3 и соединенной с ним с помощью шарнира с горизонтальной осью 17 вращения, расположенной поперек КГС 1 в районе притыкания дополнительной скулы 9 к основной скуле 4 КГС 1. При этом часть этой подвижной в вертикальной плоскости Л-образной в плане ООЗНКК 16, расположенная носовее линии форштевня 13 вышерасположенной части КГС 1, выполнена в виде клинообразной в плане ООЗНКК 19, соединенной с остальной частью Л-образной в плане ООЗНКК 16 с помощью шарнира с осью 20 вращения, расположенной в ДП КГС 1 вертикально при исходном положении Л-образной в плане ООЗНКК 16, то есть подвижной в горизонтальной плоскости.
Кормовые кромки 22 днищевых и бортовых участков обшивок и Л-образной в плане ООЗНКК 16 и клинообразной в плане ООЗНКК 19 в их исходных положениях образуют по отношению к смежным участкам наружной поверхности днища 2 основной части КГС 1 или наружной поверхности днища и бортов Л-образной в плане ООЗНКК 16 соответственно уступы, выполняющие в процессе движения КГС 1 функцию его поперечных реданов.
Днище 2 предлагаемого КГС 1 снабжено ограниченной со стороны его носа и бортов 3 расширяющимися по мере приближения к носу КГС 1 бортовыми скегами треугольной в плане выемкой 23 (см. фиг.1, 2, 22), простирающейся в корму до самого транца 24 КГС 1, а в нос до расположенной в носовой части КГС 1 точки 25 пересечения срывообразующих кромок 26 бортовых скегов, а также расположенной перед выемкой 23 цилиндрической вставкой 27 днища 2 КГС 1, имеющей в плане форму подковы и ограниченной со стороны носа и бортов 3 КГС 1 линией 28 (см. фиг.2), эквидистантной в направлении вдоль КГС 1 срывообразующим кромкам 26 бортовых скегов его днища 2.
Силовой элемент 18 (см. фиг.7-10), предназначенный для обеспечения возможности поворота Л-образной в плане ООЗНКК 16 в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси 17 и фиксации заданного углового положения ее относительно основной части КГС 1, может иметь различное исполнение. В простейшем исполнении, например на малом катере или мотолодке, это может быть специальная тяга 29 с механическим фиксатором, шарнирно соединенная со специальной поперечиной 30, связывающей между собой оба бортовых участка Л-образной в плане ООЗНКК 16, проходящей через специальную прорезь 31 (см. фиг.3, 7-10) в основной части КГС 1, снабженная возможностью перемещения из одного положения в другое вручную. На более крупном катере аналогичная конструкция рассматриваемого силового элемента 18 может быть снабжена механическим приводом (электрическим, электро-гидравлическим и т.д.) с дистанционным управлением с места водителя. С целью получения максимального эффекта от применения на КГС 1 подвижной в вертикальной плоскости Л-образной в плане ООЗНКК 16 силовой элемент 18 может быть снабжен механическим приводом с автоматической системой управления угловым положением Л-образной в плане ООЗНКК 16, обеспечивающей минимизацию величины вертикальных ускорений носовой оконечности КГС 1 при его эксплуатации в заданном интервале скоростей движения и высот волн на акватории. Для еще большего снижения величин вертикальных ускорений носовой оконечности предлагаемого КГС 1 при его движении по взволнованной водной поверхности силовой элемент 18 может быть снабжен специальным амортизатором, например пружинным, торсионным, гидравлическим, пневматическим или каким-либо другим.
Силовые элементы 21, предназначенные для обеспечения возможности управляемого поворота клинообразной в плане ООЗНКК 19 в горизонтальной плоскости и фиксации заданного углового положения ее относительно остальной части носовой оконечности КГС 1, расположенной под уступами 12 его дополнительных скул 9, на малом катере или мотолодке могут быть выполнены в виде простых механических тяг, проходящих на некотором расстоянии от оси 20 вращения клинообразной в плане ООЗНКК 19 и кинематически связывающих ее с рулевым колесом этого судна. На более крупных судах эти тяги могут быть снабжены гидроцилиндрами с дистанционным управлением с места водителя судна, расположенными в специальных нишах 32, 33, выполненных в районе расположения оси 20 вращения клинообразной в плане ООЗНКК 19 как в основной части КГС 1, так и в самой клинообразной в плане ООЗНКК 19.
При движении по взволнованной водной поверхности предлагаемый КГС 1 работает следующим образом. Когда КГС 1 своим ТВ 14 врезается в набегающую на него волну, в дополнение к уже действующим на КГС 1 гидростатическим и гидродинамическим силам, обуславливающим его исходное положение на поверхности воды, добавляются еще две силы, приложенные к его носовой оконечности. Одна из них, гидростатическая сила, вызванная погружением в воду дополнительного объема КГС 1 в его носовой оконечности, направлена вверх и стремится вытолкнуть его носовую оконечность из воды. Другая же, имеющая гидродинамическую природу и являющаяся вертикальной составляющей скоростного напора потока воды, набегающего на верхнюю поверхность 15 ТВ 14 и поверхности уступов 12 дополнительных скул 9 носовой оконечности КГС 1, из-за отрицательного угла наклона этих поверхностей к ХВЛ КГС 1 направлена вниз и стремится утопить носовую оконечность КГС 1 еще глубже в воду. Величина направленной вверх гидростатической силы, воздействующей на носовую оконечность предлагаемого КГС 1 при прохождении им волны, зависит от величины погруженного в воду дополнительного объема его носовой оконечности, которая в свою очередь зависит от высоты надводного борта его ТВ 14 и от высоты волны на данной акватории в данный момент времени. Величина же направленной вниз гидродинамической силы, воздействующей на носовую оконечность предлагаемого КГС 1 при прохождении им волны, зависит от величины суммарной площади верхней поверхности 15 ТВ 14 и поверхностей уступов 12 дополнительных скул 9, а также от абсолютной величины отрицательного угла наклона этих поверхностей 15, 12 к ХВЛ КГС 1 и от величины горизонтальной скорости движения КГС 1 по взволнованной водной поверхности.
Задача максимального снижения величины вертикальных ускорений носовой оконечности КГС 1 и величины его буксировочного сопротивления при движении по взволнованной водной поверхности за счет максимального уменьшения амплитуды его угловых перемещений в вертикальной плоскости сводится в этом случае к тому, чтобы так управлять угловым положением в вертикальной плоскости подвижной Л-образной ООЗНКК 16 предлагаемого КГС 1, расположенной под уступами 12 его дополнительных скул 9, включая и образуемый ею ТВ 14, чтобы в каждый момент времени разность между абсолютными значениями указанных выше сил, действующих на носовую оконечность КГС 1 в противоположных направлениях, была равна нулю или имела как можно меньшую величину. Эта задача может быть решена путем применения на судне автоматической системы управления угловым положением в вертикальной плоскости подвижной Л-образной ООЗНКК 16, содержащей в своем составе бортовой компьютер, постоянно анализирующий поступающие в него от специальных датчиков данные о скорости движения КГС 1, его дифференте, степени погруженности в воду его носовой оконечности, а также другие необходимые данные и вырабатывающий команды механическому приводу на соответствующее изменение углового положения в вертикальной плоскости подвижной Л-образной ООЗНКК 16 относительно основной части КГС 1. Благодаря использованию такой автоматической системы управления Л-образная ООЗНКК 16 в процессе движения судна будет постоянно находиться в движении, отслеживая профиль волны, преодолеваемой КГС 1 на своем пути. Очевидно, что эта система достаточно сложна и дорогостояща, так как требует разработки соответствующей программы для бортового компьютера с предварительной разработкой соответствующих теоретических основ такого управления судном, а также обширных мореходных испытаний масштабной модели каждого нового проекта рассматриваемого КГС 1 с целью определения его индивидуальных динамических характеристик, влияющих на поведение КГС 1 при его движении по взволнованной водной поверхности.
Если уменьшить количество параметров, принимаемых во внимание при выработке команд механическому приводу на изменение углового положения в вертикальной плоскости Л-образной ООЗНКК 16 относительно основной части КГС 1, например, путем исключения из их числа данных, касающихся мгновенного положения профиля волны относительно движущегося КГС 1 и некоторых других данных, то можно обойтись и без упомянутой выше автоматизации, основанной на применении бортового компьютера. Это приведет к потере части положительного эффекта предлагаемого изобретения для повышения мореходности и ходкости КГС 1, но существенно снизит стоимость судна с его применением. В этом случае изменение углового положения в вертикальной плоскости Л-образной ООЗНКК 16 относительно основной части КГС 1 может осуществляться с помощью дистанционного управления с места водителя судна. Водитель судна для каждого значения скорости движения судна и высоты волны на акватории может сам устанавливать оптимальное угловое положение в вертикальной плоскости Л-образной ООЗНКК 16 относительно основной части КГС 1. При этом водитель судна может руководствоваться специальной таблицей оптимальных угловых положений в вертикальной плоскости Л-образной ООЗНКК 16 относительно основной части КГС 1 в зависимости от скорости движения судна и высоты волны на акватории, составленной в результате обработки результатов мореходных испытаний головного образца каждого проекта рассматриваемого КГС 1 по специальной программе. Этой же таблицей можно руководствоваться и при ручном управлении угловым положением в вертикальной плоскости Л-образной ООЗНКК 16 относительно основной части КГС 1 при эксплуатации, например, малого катера, что будет способствовать еще большему удешевлению судна с использованием данного изобретения.
Наконец, подвижность в вертикальной плоскости Л-образной ООЗНКК 16 относительно основной части КГС 1 вообще может быть использована лишь в период испытаний головного образца каждого проекта рассматриваемого КГС 1. В этом случае в процессе мореходных испытаний по специальной программе головного образца рассматриваемого КГС 1 находят оптимальное угловое положение в вертикальной плоскости Л-образной ООЗНКК 16 относительно основной части КГС 1, например, лишь для крейсерской скорости движения судна и для максимально допускаемой при этой скорости движения высоты волны на акватории. Далее Л-образную ООЗНКК 16 фиксируют относительно основной части КГС 1 под найденным углом в вертикальной плоскости с помощью силового элемента, выполненного в виде специальной вертикальной тяги 29, снабженной амортизатором той или иной конструкции, либо жестко соединяют с основной частью КГС 1 по всему контуру примыкания, лишая тем самым Л-образную ООЗНКК 16 какой-либо подвижности относительно основной части КГС 1. В этом случае максимальный положительный эффект для повышения мореходности рассматриваемого КГС 1 будет проявляться лишь при указанном выше расчетном режиме движения судна. При всех других режимах движения судна, например при меньшей скорости его движения и(или) меньшей высоте волны на акватории, положительный эффект для повышения мореходности рассматриваемого КГС 1 также будет проявляться, но уже в меньшей степени и тем в меньшей степени, чем в большей степени конкретный эксплуатационный режим движения судна отличается от указанного выше расчетного. Но если учесть, что минимальный положительный эффект для повышения мореходности от использования рассматриваемого изобретения в данном случае соответствует относительно малым скоростям движения судна и относительно малым высотам волн на акватории, когда и без применения данного изобретения величины вертикальных ускорений носовой оконечности КГС 1 не так велики, то такое использование предлагаемого изобретения может оказаться вполне приемлемым. Его существенной положительной стороной является максимальное упрощение предлагаемой конструкции КГС 1, системы управления судном и его обслуживания в процессе эксплуатации судна.
Применение амортизатора в конструкции силового элемента 29, обеспечивающего фиксацию Л-образной ООЗНКК 16 относительно основной части КГС 1, в последнем случае реализации данного изобретения имеет важное значение, так как при эксплуатации предлагаемого КГС 1 в этом случае на всех режимах, отличных от единственного расчетного, разность между абсолютными значениями указанных выше сил, действующих на носовую оконечность КГС 1 в противоположных направлениях, может существенно отличаться от нулевой. Благодаря применению амортизатора динамическое воздействие этой результирующей силы на носовую оконечность КГС 1 демпфируется, что способствует дополнительному снижению величин вертикальных ускорений, испытываемых носовой оконечностью предлагаемого КГС 1 при его движении по взволнованной водной поверхности на нерасчетных режимах. Впрочем, применение амортизаторов для повышения эффективности предлагаемого изобретения полезно и в других упомянутых выше случаях его реализации, так как позволяет снизить величины эксплуатационных нагрузок на механические узлы привода изменением углового положения в вертикальной плоскости Л-образной ООЗНКК относительно основной части КГС 1.
Еще одна полезная для повышения мореходности предлагаемого КГС 1 функция указанных выше амортизаторов заключается в том, что в диапазоне относительно малых скоростей движения предлагаемого КГС 1, когда вертикальная составляющая скоростного напора потока воды, набегающего на верхнюю поверхность 15 ТВ 14 и поверхности уступов 12 дополнительных скул 9 носовой оконечности КГС 1, также относительно мала и не может играть существенной роли в уменьшении амплитуды продольной качки судна, эту роль успешно выполняют эти самые амортизаторы. На фиг.23б и 23в показано взаимодействие Л-образной ООЗНКК 16, зафиксированной по отношению к основной части предлагаемого КГС 1 с помощью силового элемента, выполненного в виде специальной вертикальной тяги 29, снабженной амортизатором и лишенной какого-либо привода управления его угловым положением по отношению к основной части КГС 1, с набегающей на него волной. Из указанных чертежей видно, как под действием переменной гидростатической силы, создаваемой волной, Л-образная ООЗНКК 16 при движении КГС 1 вдоль профиля этой волны отклоняется от своего исходного углового положения то вверх, то вниз, то сжимая под действием дополнительной гидростатической силы, то растягивая под действием собственного веса амортизатор, позволяя тем самым основной части КГС 1 сохранять в большей или меньшей степени исходное положение (см. фиг.23а) относительно горизонта.
Работа клинообразной ООЗНКК 19 при ее поворотах вокруг вертикальной оси 20 аналогична работе перьев традиционных рулей судов, располагаемых в кормовой части их корпусов. В результате воздействия на движущийся КГС 1 скоростного напора встречного потока воды на боковой поверхности погруженной в воду части отклоненной в сторону клинообразной ООЗНКК 19 возникает поперечная составляющая этого напора, направленная в ту же сторону, в которую отклонена клинообразная ООЗНКК 19. Вместе с направленной в противоположную сторону поперечной составляющей скоростного напора на расположенное в кормовой части КГС 1 перо традиционного руля (не показано), отклоненное в ту же сторону, что и клинообразная ООЗНКК 19, она образует пару сил. Эта пара сил создает относительно центра масс судна момент, поворачивающий его в процессе его поступательного движения в заданном направлении. Очевидно, что этот момент значительно превосходит по своей абсолютной величине момент, создаваемый одним лишь традиционным рулем, расположенным в кормовой части КГС 1, и, следовательно, способен полностью компенсировать некоторую потерю поворотливости, утраченную КГС, рассматриваемым нами в качестве ближайшего аналога предлагаемого.
Источники информации
1. A.M.Ваганов. Проектирование скоростных судов. Л.: Судостроение, 1978.
2. Авт. св. СССР №368107. МПК В63В 1/18, В63В 1/38. Глиссирующее судно. Опубл. 26.01.1973, Бюл. №9.
3. Патент РФ №2041116. МПК В63В 1/38. Быстроходное судно. Опубл. 09.08.1995, Бюл. №22.
4. Патент Украïнi №33974. МПК В63В 1/38. Корпус швидкохiдного судна. Опубл. 15.02.2001, Бюл. №1.
5. Патент РФ №2153998. МПК В63В 1/38. Корпус быстроходного судна. Опубл. 10.08.2000, Бюл. №22.
6. Патент Украïнi №78809 (прототип). МПК В63В 39/00, В63В 1/16, В63В 1/38, В63В 1/40. Корпус глiсуючого судна. Опубл. 25.04.2007, Бюл. №5.