ВОДОИЗМЕЩАЮЩЕЕ СУДНО С ВОЗДУШНЫМИ КАВЕРНАМИ
DISPLACEMENT VESSEL WITH AIR CAVITIES

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования водоизмещающего судна с воздушными кавернами на днище, обеспечивающими снижение гидродинамического сопротивления и улучшение эксплуатационных характеристик судна.
Известно устройство для создания на днище судна единой воздушной каверны по патенту СССР №1145587. Основным элементом устройства является днищевая выемка, внутри которой создается единая воздушная каверна с волновым профилем. Выемка ограничена носовым реданом, бортовыми килями и кормовой наклонной плоскостью. Для повышения поперечной остойчивости судна внутри выемки устанавливаются продольные кили, которые делят каверну на секции, а также установлены поперечные насадки, обеспечивающие возможность создания единой каверны при движении судна. Однако наличие выемки в днище приводит к потере внутренних объемов. Вследствие этого возникает необходимость увеличения высоты надводного борта судна или увеличения высоты комингсов грузовых трюмов для сохранения их грузовместимости, что в свою очередь влечет за собой увеличение массы корпуса и снижение грузоподъемности судна. Кроме того, устройство может быть использовано только на судах новой постройки.
Известно также судно с устройством для формирования на его днище системы следующих друг за другом воздушных каверн и поддержания последних (Авторское свидетельство СССР №288576 от 03.12.1970 по заявке №899822 от 11.05.1964 г.) - прототип. Основными элементами устройства являются поперечные насадки, выполненные в виде наклонных пластин, установленных на плоском участке днища. Расстояние между соседними поперечными насадками принимается равным предельной длине каверны на расчетной скорости хода судна. С боков каверны ограничены побортно установленными на днище продольными ограничительными килями. Высота и длина продольных килей принимается такой, чтобы подаваемый под днище для создания и поддержания каверн воздух не мог стравливаться через них в атмосферу. Воздух от источника воздуха по системе труб подается либо к каждой поперечной насадке, либо только к некоторым из них, но обязательно к первой (носовой) поперечной насадке. Устройство может быть использовано как на вновь строящихся, так и на существующих судах.
Основным недостатком известного устройства является то обстоятельство, что ограничительные и промежуточные продольные кили существенно выступают за основную плоскость днища (для речных судов - на 0.3-0.4 м), что в условиях ограниченной глубины фарватера, на мелководье приводит к необходимости снижения расчетной осадки судна и, соответственно, к неизбежной потере его грузоподъемности (на 10-20% в зависимости от расчетной осадки). Кроме того, выступающие за основную плоскость днища элементы устройства могут быль легко повреждены в случае посадки судна на мель, при встрече с подводным препятствием или же при значительном уменьшении глубины фарватера.
Кроме того, для указанных устройств характерно резкое снижение их эффективности при движении в условиях сильного волнения или при движении со значительным начальным дифферентом судна. В этих случаях гидродинамическое сопротивление судна с воздушными кавернами, особенно при использовании выступающих за основную плоскость днища поперечных насадков в виде наклонных пластин, может быть даже выше, чем у традиционного судна.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик водоизмещающего судна с воздушными кавернами на днище в условиях ограниченности фарватера, на мелководье, при движении со значительным начальным дифферентом судна и в условиях движения на интенсивном волнении за счет сохранения расчетной осадки судна и, соответственно, снижения его сопротивления на волнении и при движении со значительным начальным дифферентом.
Это достигается тем, что у водоизмещающего судна с воздушными кавернами на днище, оборудованном устройством для создания на плоском днище искусственных каверн, состоящем из следующих друг за другом по длине судна на днище поперечных насадков в виде наклонных пластин и побортно установленных на днище продольных ограничительных килей, а также источником принудительной подачи по трубопроводам воздуха под днище судна для создания и поддержания образованных за поперечными насадками каверн, по изобретению упомянутые поперечные насадки выполнены с возможностью их раскрытия и складывания с прилеганием к днищу путем их поворота вокруг своих продольных осей, расположенных на днище судна, а продольные кили выполнены в виде надуваемых емкостей удлиненной формы.
Кроме того, на днище между побортно расположенными продольными ограничительными килями установлены промежуточные продольные кили.
Наряду с этим, ограничительные и промежуточные продольные кили выполнены разрезными - в виде отдельных, следующих друг за другом частей, при этом зазоры между соседними участками продольных килей выполнены с возможностью минимизации объема стравливания в атмосферу воздуха, подаваемого под днище судна.
В частном случае предлагаемого решения, водоизмещающее судно оборудовано пневмоприводом, предназначенным для раскрытия в рабочее положение и складывания поперечных насадков, надувания ограничительных и промежуточных продольных килей, а также системой контроля и поддержания ходового крена и дифферента в заданных пределах.
Выполнение поперечных насадков с возможностью их убирания за счет раскрытия и складывания с прилеганием к днищу путем их поворота вокруг своих продольных осей, расположенных на днище судна, наряду с надувными продольными килями обеспечивает в условиях ограниченности фарватера и на мелководье сохранение расчетной осадки судна и снижение его сопротивления в условиях движения при сильном волнении или со значительным начальным дифферентом, когда необходимость использования выступающих за основную плоскость днища поперечных насадков и ограничительных килей отпадает. Кроме того, это исключает возможность повреждения выступающих за основную плоскость насадков и ограничительных килей при прохождении судном участков предельного мелководья, шлюзовании, возможности посадки судна на мель, движении задним ходом и т.п.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунками, где на фиг.1 схематично показано водоизмещающее судно с воздушными кавернами на днище (вид сбоку), на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 и на фиг.3 - схема складывания поперечного насадка.
На днище 1 судна 2 расположены поперечные насадки 3 в виде наклонных пластин, которые формируют воздушные каверны 4 и поддерживают их, и побортно установлены на днище 1 продольные кили 5, ограничивающие с боков образованные каверны 4 и препятствующие уносу воздуха из каверн 4 в сторону борта судна 2 (фиг.1 и 2). Для повышения поперечной остойчивости судна и предотвращения перетекания воздуха с борта на борт каверны 4 разделяются промежуточными продольными килями 6 на несколько изолированных друг от друга продольных секций 7 (фиг.2). Высота и длина продольных килей 5 принимается такой, чтобы подаваемый под днище воздух для создания и поддержания каверн не мог стравливаться через них в атмосферу. Поперечные насадки 3 имеют возможность складываться на днище 1 путем их поворота вокруг своих продольных осей 8, расположенных на днище судна (фиг.3). Надувные ограничительные 5 и промежуточные 6 продольные кили также имеют возможность складываться на днище путем стравливания из них воздуха. (фиг.2). Воздух из килей стравливается в атмосферу под действием гидростатического давления. В сложенном состоянии поперечные насадки 3, ограничительные 5 и промежуточные 6 продольные кили, складываясь на днище, прижимаются к нему, практически не выступая за основную плоскость ОП судна (фиг.1 и 2).
Судно оборудовано источником принудительной подачи воздуха 9 (воздуходувка или компрессор) по трубопроводам 10 (фиг.1) для создания и поддержания образованных за поперечными насадками 3 каверн 4. Причем воздух может подаваться к каждому поперечному насадку 3 или только к нескольким насадкам, но обязательно к первому (носовому). В последнем случае формирование остальных каверн обеспечивается воздухом, уносимым из хвостовой части каверны, расположенной носовее. Такой вариант подачи воздуха упрощает конструкцию и снижает потери энергии, обусловленные сопротивлением трубопроводов 10.
Для обеспечения складывания и раскрытия ограничительных 5 и промежуточных 6 продольных килей они выполнены разрезными - в виде отдельных, следующих друг за другом частей. При этом зазоры между соседними участками продольных килей 5 выполнены с возможностью минимизации объема стравливания в атмосферу воздуха, подаваемого под днище судна.
Судно 2 оснащено пневмоприводом (на рисунках не показано), предназначенным для раскрытия в рабочее положение и складывания поперечных насадков 3, а также для надувания ограничительных 5 и продольных 6 килей.
Для повышения эффективности применения воздушных каверн судно оборудовано системой контроля и поддержания ходового крена и дифферента в заданных пределах (на рисунках не показано).
Работа устройства осуществляется следующим образом.
При необходимости создания на днище судна воздушных каверн поперечные насадки 3 с помощью пневмопривода раскрываются на расчетные углы путем поворота их вокруг своих продольных осей 8. Продольные ограничительные 5 и промежуточные 6 кили надуваются воздухом. С помощью источника принудительной подачи воздуха 9 в область поперечных насадков 3 подается воздух, причем обязательно воздух подается к первому носовому насадку, а формирование остальных, следующих за первым насадком, каверн обеспечивается воздухом, уносимым из хвостовой части каверны, расположенной носовее. Образовавшиеся каверны 4 обеспечивают снижение сопротивления трения судна при его движении.
В случае же движения судна в условиях ограниченности глубины фарватера, на мелководье, сильного волнения или со значительным начальным дифферентом судна, для предотвращения опасности повреждения выступающих за основную плоскость поперечных насадков 3 и продольных килей 5 и 6, а также для уменьшения сопротивления движению судна на волнении или при движении со значительным начальным дифферентом, насадки принудительно складываются путем их поворота вокруг своих продольных осей 8, а продольные кили 5 и 6 сдуваются с прилеганием к днищу 1.
Кормовые части 12 поперечных насадков 3 задают место и угол схода воздушных каверн 4. Каверны 4, кроме последней (кормовой), плавно замыкаются на поперечных насадках 3. Последняя каверна замыкается на плоском днище судна. С боков каверны 4 ограничиваются побортно установленными продольными ограничительными килями 5, препятствующими уносу воздуха из каверн в сторону борта.
На фиг.4 показан вариант предлагаемого устройства, у которого высота промежуточных поперечных насадков меньше высоты носового (первого) и кормового (последнего) поперечных насадков. В этом случае на днище 1 судна 2 можно сформировать единую воздушную каверну с волновым профилем 13. Эта каверна формируется носовым поперечным насадком и замыкается на кормовом поперечном насадке. Для обеспечения плавного обтекания кормового поперечного насадка, за ним формируется короткая каверна 4, которая замыкается на плоском днище.
В зависимости от условий эксплуатации эффект снижения гидродинамического сопротивления судов с каверной на днище может быть реализован двумя способами: за счет экономии топлива при выполнении того же объема транспортной работы, что и у традиционного судна, или за счет увеличения объема транспортной работы вследствие роста скорости хода судна с кавернами при неизменной мощности главных двигателей.
Предлагаемое водоизмещающее судно в значительной степени свободно от недостатков, которые являются неустранимыми в случае использования ранее разработанной модификации - прототипа; оно обладает большей эксплуатационной надежностью, не ведет к заметному снижению грузоподъемности, а при движении на интенсивном волнении или со значительным начальным дифферентом - к росту гидродинамического сопротивления судна, что его выгодно отличает от прототипа.