КРЫЛЬЕВОЕ УСТРОЙСТВО СУДНА НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ

Изобретение относится к судостроению и касается проектирования крыльевых устройств (КУ) судов на подводных крыльях (СПК).
Подробное описание КУ построенных СПК имеется в монографиях Зайцева Н.А., Маскалика А.И. «Отечественные суда на подводных крыльях» Л.; Судостроение, 1967 и Блюмина В.И., Иванова Л.А., Масеева М.Б. «Транспортные суда на подводных крыльях» М.; Речной транспорт, 1961. Классификация конструктивных схем КУ с силовой точки зрения приводится в работе Вахитова М.Б., Сафариева М.С., Снегирева В.Ф. «Расчет крыльевых устройств судов на прочность», Казань, Татарское книжное издательство, 1975 в табл.2 на стр.10. Все реализованные КУ СПК выполнены из нержавеющей стали 10Х18Н10Т и лишь некоторые из них их алюминиево-магниевого сплава марки 1561 или титанового сплава. Выбор материала был обусловлен необходимостью изготовления КУ в виде единой сварной конструкции. Все патенты на КУ направлены на улучшение гидродинамических характеристик профилей плоскости крыла или на улучшение прочностных характеристик КУ или на обе характеристики одновременно. Для обоснованности этого заключения были рассмотрены:
Патент РФ №2006413, МПК В63В 1/24, В63Н 11/04
Патент РФ №2057674, МПК В63В 1/26
Патент РФ №2059513, МПК В63В 1/28
Патент РФ №2148519, МПК В63В 1/24
Патент Великобритании №572413, МПК В63В 1/30
Однако опыт эксплуатации КУ в морских условиях приводит к выявлению следующих недостатков:
1. Если КУ напрямую связано с корпусом, то возникает гальваническая пара алюминиевый корпус - морская вода - КУ из нержавеющей стали, которая приводит к возникновению тока и выпаданию катодного осадка на КУ, что приводит к увеличению гидродинамического сопротивления и необходимости систематической очистки КУ.
2. Во время межрейсовой стоянки КУ обрастает различными морскими животными, например балянусом, ракушками, усоногими рачками и т.д., что также приводит к необходимости систематической очистки КУ от продуктов биообрастания. Опыт эксплуатации СПК типа «Олимпия» в Балтийском море показывает, что для эксплуатации необходимо производить очистку водолазами КУ один раз в 5 дней и при подъеме - один раз в 20-25 дней.
3. Выполнение КУ сварной конструкции ограничивает возможность применения высокопрочных несвариваемых материалов, материалов подвергающихся термической и термохимической обработке, композиционных материалов, металлизации поверхности в вакуумных или инертногазовых камерах, термообрабатываемых покрытий, что не дает возможности снижения массы КУ.
Эти недостатки резко снижают эксплуатационные качества СПК и во многом являются определяющими при открытии новых линий обслуживаемых СПК и заказов на их проектирование и постройку.
Задачей настоящего изобретения является разработка КУ лишенного вышеперечисленных недостатков.
Технический результат от использования предлагаемого КУ заключается в возможности использования материалов и конструктивных решений, обеспечивающих необрастание КУ в морской воде, исключению катодного осадка, и применению несвариваемых материалов с высокой прочностью, в том числе и композиционных, а также материалов, подвергающихся термообработке и обработке в вакууме или в инертной атмосфере.
Указанный результат достигается тем, что КУ собирается из плоских элементов, имеющих концевые устройства для соединения между собой с помощью болтов или заклепок. Концевые устройства имеют обтекаемый профиль и выборки под головки болтов и гайки. Размеры определяются имеющимся технологическим оборудованием (термокамеры, вакуумные камеры и т.п.).
Предлагаемое КУ изображено на фиг.1, где обозначены следующие его элементы:
1 - элемент крыльевой плоскости в средней части КУ;
2 - элемент крыльевой плоскости с консольным участком;
3, 4 - стойки КУ;
5 - (только на правой стороне) диэлектрический участок стойки;
6 - накладные элементы стыков плоскости;
7 - кронштейны КУ, крепящиеся к корпусу;
8 - корпус СПК.
На фиг.2. изображен более подробно элемент №1, где дополнительно обозначено:
9 - усиление плоскости в районе стойки;
10 - нижний силовой обтекатель;
11 - выборка под болт в обтекателе;
12 - соединительный болт с гайкой.
На фиг.3 изображен тот же узел в проекции на диаметральную плоскость. Здесь дополнительных обозначений нет.
На фиг.4 изображен элемент стойки 3 или 4, где дополнительно обозначено:
13 - прямой фланец;
14 - объемный обтекаемый нижний фланец;
15 - выборка под головки болтов или гайки.
На фиг.5 изображена диэлектрическая (электроизоляционная) вставка стойки 5 с фланцами 16 и усилителями фланцев (кницами) 17.
На фиг.6 изображен узел А при выполнении прямолинейными фланца 14 и нижней полосы 10, при этом головки болтов и гайки закрываются верхней частью обтекателя 18 и нижней частью 19 при этом обе части обтекателя являются съемными и крепятся с помощью винтов к стойкам и плоскостью, а также между собой.
Элемент крыльевой плоскости и элемент стойки могут быть выполнены в другом виде, а именно, с силовыми усиленными обтекателями, а стойка без усиления. Такая конструкция изображена на фиг.7, где 20 - силовой обтекатель элемента крыльевой плоскости.
Размеры элементов и детали, обеспечивающие их крепление между собой и к корпусу судна, определяются расчетными методами с учетом требований гидродинамики и прочности, в том числе с учетом конструктивно-прочностных свойств применяемого материала.
Технология изготовления элементов КУ, изображенных на фиг.1, 2 и 3 является производной от применяемых материалов. В случае несвариваемых, коррозионно-стойких и необрастающих материалов, элементы могут изготавливаться литыми с последующей механической обработкой для получения необходимой гидродинамической формы и гладкой (шлифованной) поверхности.
При использовании не коррозионно-стойкого и обрастающего в морской воде материала, после сборки и сварки элемента, он в связи с небольшими размерами покрывается металлизированным, лакокрасочным, или полимерным покрытием, обладающим необходимыми свойствами, при этом могут быть использованы камеры и термические печи для обеспечения высоких механических свойств покрытия и его адгезии с основным материалом. При использовании композиционных материалов, например, сталь, усиленная вольфрамовой проволокой, или углеродным (или борным) волокном или тканью, то используется технология, принятая для этого композиционного материала с допустимыми технологическими операциями, возможными для небольших, почти плоских элементов, таких как нагрев, обработка давлением, вакуумирование и других.
Из изготовленных элементов с помощью болтовых соединений собирается на стапеле КУ по общепринятой сборочной технологии. В случае необходимости создания электрической изоляции между КУ и корпусом, стойки выполняют из двух
элементов: нижнего - из металла и верхнего - из полимерного материала, не проводящего электрический ток.
Возможна несколько отличная конструкция стоек и крепления их с плоскостью, когда фланцы выполняются плоскими, а выступающие части болтового соединения закрываются обтекателями, крепящимися к основным элементам на винтах.
Для оценки экономической эффективности предлагаемой конструкции КУ выполнены расчеты, позволяющие сравнивать массы КУ, эксплуатационные затраты, включающие очистку КУ от продуктов биообрастания и строительную стоимость. Все выполненные расчеты позволяют сделать вывод о высокой эффективности предлагаемого технического решения КУ.