СПОСОБ ДВИЖЕНИЯ СУДНА НА ПОГРУЖЕННЫХ ОПОРАХ
METHOD OF SAILING SUBMERGED SUPPORT SHIP

Изобретение относится к судостроению и касается способа использования многокорпусных судов на погруженных опорах. Такие суда состоят из надводного корпуса, опирающегося через стержневые или трубные стойки по крайней мере на одну пару опор в виде двух водоизмещающих корпусов, погруженных в воду и имеющих обтекаемую удлиненную форму.
Так, известно судно на подводных крыльях по патенту РФ №2046050. Судно при наборе скорости развивает подъемную силу, выходит из воды, оставляя под водой погруженные опоры с подводными крыльями. Однако на волне в обоих положениях судно подвержено существенному силовому воздействию волн.
Известно также полуподводное судно по патенту РФ №2088462. Надводный корпус судна опирается через стойки на сдвоенный подводный корпус, располагаемый под поверхностью воды. При разгоне судна подводный корпус остается погруженным в воду.
Известен волноход по патенту РФ №2089433, имеющий надводный корпус и поплавковые корпуса со сложным механизмом поддержания на волне горизонтального положения надводной части. Волноход не изменяет осадку судна.
Известно также морское судно по патенту РФ №2124451, имеющее надводный корпус, поддерживаемый при движении аэродинамическими силами, и три подводных стабилизатора движения. Придание крылового профиля надводному корпусу судна и дополнительное окрыление его не могут существенно облегчить судно, так как при низких скоростях движения судна аэродинамические силы незначительны.
Известно судно с разделенным корпусом по патенту РФ №2152328. Судно имеет надводный корпус, опирающийся на два погруженных корпуса с помощью стоек, закрепленных с возможностью изменения высоты судна. Такое судно при движении не изменяет своей осадки.
Известно также многокорпусное полупогруженное судно по патенту РФ №2287448. Надводный корпус судна опирается через множество вертикальных стоек на систему модулей, каждый из которых состоит из пары полностью погруженных обтекаемых удлиненных корпусов. Осадка этого судна может уменьшаться только за счет присоединения надувных гондол.
Известен также способ использования судна на погруженных опорах по патентной заявке №2008112556, по которому судно, имеющее надводный корпус, установленный по крайней мере на одной паре обтекаемых погруженных опор, при волнении воды догружают балластом.
Указанное судно и способ его использования приняты за прототип предлагаемого.
Недостатком судов катамаранного типа является их повышенная масса по сравнению с традиционными однокорпусными судами. Так как качка судна на волне вызывает повышенное нагружение отдельных стоек и опор, в результате последнего конструкция судна должна быть перетяжелена. Поэтому катамаран будет отличаться от обычных судов более низким коэффициентом утилизации по полезной нагрузке.
Целью изобретения является устранение указанного недостатка и повышение экономической эффективности судов на погруженных опорах. Достижению поставленной цели способствует пониженное гидросопротивление погруженных опор. Благодаря хорошей обтекаемости опор и меньшей относительной смачиваемой поверхности скорости движения катамарана заметно выше, чем у однокорпусных судов. Это компенсирует перетяжеление корпуса катамарана. Таким образом, поставленной целью является повышение скорости движения катамарана.
2
Уже сегодня известны катамараны, развивающие скорость хода до 70 узлов и более. Так, например, австралийский паром «САТ» водоизмещением 700 т имеет такую скорость под грузом (по телевизионной информации). При такой скорости скоростной напор воздуха достигает величины 75 кг/м.
Поставленная цель по заявленному способу достигается для судна на погруженных опорах, по которому многокорпусное судно, имеющее надводный корпус, установленный с помощью стоек на погруженных опорах, состоящих по крайней мере из двух обтекаемых водоизмещающих корпусов, поддерживают на тихой воде и на волне за счет погружения опор.
Сущность изобретения состоит в том, что при движении судна со скоростью более 80 км/час скоростной поток воздуха, поступающего в пространство между корпусами, тормозят и переводят в избыточное давление, которое используют для поддержания судна путем ограждения этого пространства с бортов и кормы судна сплошными стенками, не выходящими из воды при движении на волне.
2
2
2
2
2
Обычные удельные нагрузки на площадь надводного корпуса катамарана составляют от 300 кг/м до 500 кг/м и более. Поэтому при скорости движения судна более 100 км/час скоростной напор воздуха составляет 45 кг/м, или 15-9% от начальной нагрузки. Под действием избыточного давления осадка судна уменьшается и погруженные опоры выступают из воды. При этом скорость судна возрастает, что приводит к еще большему снижению осадки и гидросопротивления погруженных опор. При скоростях 150-200 км/час подъемная сила составляет соответственно 100 и 180 кг/м, что существенно разгружает опоры судна. Аэродинамическое сопротивление надводного корпуса при таких скоростях может быть существенно уменьшено за счет уменьшения миделя судна и заострения его носовой и кормовой частей. Для повышения эффективности предложенного способа целесообразно снизить удельную нагрузку на площадь судна до 150-200 кг/м.
Для поддержания избыточного давления в пространстве между корпусами судна необходимо перекрыть листовыми стенками промежутки между корпусами по бортам и с кормы судна. Последняя стенка может отклоняться водой по движению и не создавать дополнительного сопротивления. Бортовые листы ограждения должны быть заглублены ниже нижних точек опор, если на волне опоры выходят из воды. Однако допускаемая высота волны устанавливается для каждого судна отдельно и может быть меньше минимальной осадки погруженных опор.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение скорости судна. Известные суда на погруженных опорах способны ходить с высокой скоростью по волне высотой до 3 м, не испытывая качки. Эта способность может быть увеличена при использовании предлагаемого способа. Весьма ценным результатом изобретения является повышение мореходности судна. Благодаря разгрузке водоизмещающих опор, уменьшению их смачиваемой поверхности уменьшается гидросопротивление судна и повышается его ходкость, а вместе с ней и все экономические характеристики судна: производительность, время в пути и другие.
Другим полезным результатом изобретения является возможность существенно облегчить конструкцию судна за счет сокращения динамического нагружения его силовых элементов под действием волн и качки всего судна.
В итоге становятся доступными многие преимущества судов на погруженных опорах: простота конструкции судна и всех его частей, ненужность сложнейших верфей, сокращение затрат и сроков строительства судов за счет упрощения и параллельного изготовления его частей.
Сущность изобретения поясняется на примерах.
2
2
2
2
Пример 1. Судно водоизмещением с полным грузом 600 т состоит из надводного корпуса шириной 20 м и длиной 100 м и двух погруженных опор, соединенных с корпусом трубными стойками. Удельная нагрузка на площадь надводного корпуса составляет 300 кг/м. Каждая опора водоизмещением 300 т выполнена в виде трубы с внутренним диаметром 2,5 м и длиной 100 м. Опоры соединены между собой связями. Стойки расположены равномерно по длине опор, образуя фермы. Надводный корпус соединен с опорами листовыми стенками ограждения, опирающимися на стойки. Нижний край стенок расположен ниже опоры на 1 м. Со стороны кормы между стойками опор внутреннее пространство судна закрыто стенкой с поворотной дверцей, закрепленной на уровне воды. В носовой части судна две стенки, установленные между опорами под углом к оси судна, образуют носовой обтекатель. Между стенками оставлен просвет шириной 2 м для забора воздуха. При разгоне судна до скорости 80 км/час избыточное давление в полости судна составляет менее 25 кг/м и не сказывается заметно на весе судна. При закрытом просвете в носовом обтекателе судно может получить скорость до 70 узлов, или 130 км/час. При этой скорости при открытии просвета в полости судна устанавливается избыточное давление 75 кг/м, которое существенно разгружает опоры судна и уменьшает их смачиваемую поверхность и гидравлическое сопротивление. Скорость судна возрастает примерно до 160 км/час, или до 85 узлов. При этом избыточное давление составляет 113 кг/м, или почти 38% от удельной нагрузки на судно. При волне высотой до 3 м судно сохраняет ходкость, однако опоры во впадинах волн выходят из воды. Однако нижние края стенок ограждения судна остаются в воде и не выпускают воздух из полости судна.
2
2
2
2
Пример 2. Быстроходное судно водоизмещением с полным грузом 60 т состоит из надводного корпуса шириной 6 м и длиной 40 м и двух погруженных опор, соединенных с корпусом трубными стойками. Удельная нагрузка на площадь надводного корпуса составляет 250 кг/м. Каждая опора водоизмещением 30 т выполнена в виде трубы с внутренним диаметром 1,4 м и длиной 40 м. Устройство судна сходно с описанным в примере 1. При разгоне судна до скорости 70 узлов его опоры разгружаются на 75 кг/м и скорость возрастает до 85 узлов. При этом опоры разгружаются на 113 кг/м и скорость может вырасти до 100 узлов, при которой на опоры ложится удельная нагрузка всего 50 кг/м. При волне высотой 2 м стенки ограждения с вылетом 1 м ниже опоры не выпускают воздух из полости судна.
2
2
2
Пример 3. Судно водоизмещением с полным грузом 3000 т состоит из надводного корпуса шириной 30 м и длиной 200 м и двух погруженных опор, соединенных с корпусом трубными стойками. Удельная нагрузка на площадь надводного корпуса составляет 500 кг/м. Каждая опора водоизмещением 1500 т выполнена в виде трубы с внутренним диаметром 3,5 м и длиной 200 м. Устройство судна сходно с описанным в примере 1. При разгоне судна до скорости 70 узлов его опоры разгружаются на 75 кг/м и скорость возрастает. При этом скорость может вырасти до 80 узлов, при которой удельная нагрузка на опоры снижается до 400 кг/м. При волне высотой 3 м стенки ограждения с вылетом 1 м ниже опоры не выпускают воздух из полости судна.
Предложенный способ может быть применен для судов различных назначений, в том числе для грузовых - сухогрузов, контейнеровозов, танкеров и газовозов, пассажирских - лайнеров, паромов, прогулочных яхт и других.
Предлагаемый способ скоростного движения по водной поверхности значительно отличается от традиционных решений по схеме, архитектуре, конструкции и параметрам судов, и поэтому суда этого типа могут быть выделены в отдельную группу с условным названием «акваплан». Аквапланы получают большую перспективу развития в связи с изобретением нового способа безкомпрессорного сжатия воздуха.