КОРПУС ПЛАВАТЕЛЬНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области малотоннажного судостроения, а именно к конструкции сэндвич-корпуса плавательных средств.
В процессе эксплуатации судна его корпус претерпевает большие нагрузки, поэтому продление срока службы судна напрямую зависит от высоких физико-механических характеристик корпуса и их сохранения в течение длительного времени.
Известен корпус судна, представляющий собой трехслойную конструкцию из полимерных композиционных материалов, содержащий внутренний и наружный слои, заполнитель среднего слоя из пенопласта с армирующими его трапециевидными ребрами, и балку рамного набора П-образной формы, при этом армирующие трапециевидные ребра объединены в единый гофрированный элемент, гофры которого выполнены разновысотными [RU 2458814, 20.08.2012].
Также известна конструкция корпуса судна на подводных крыльях, представляющая собой трехслойную «сэндвич» - структуру и имеющую первую и вторую слоистые оболочки, каждая из которых выполнена по меньшей мере из одного армированного волокном полимерного материала, и средний слой из вспененного пластика, заключенный между этими оболочками. В качестве армированных волокном полимерных материалов могут быть использованы армированный углеродным волокном полимерный материал или армированный стекловолокном полимерный материал [RU 142195, 20.06.2014].
За наиболее близкий аналог к заявленной полезной модели принята конструкция «сэндвич» - корпуса плавательного средства, содержащая внешнюю и внутреннюю оболочки корпуса, соединенные между собой посредством крепежных элементов, и вспененный материал, заполняющий пространство между оболочками и скрепляющий их в единое целое. На внутренней оболочке корпуса выполнены отверстия, через которые производится заполнение полости между соединенными вместе оболочками, вспененным материалом. В качестве материала для изготовления оболочек используется стеклопластик [CN 1072637, 02.06.1993].
Недостаток указанных конструкций «сэндвич»-корпусов, в том числе и наиболее близкого аналога, заключается в применении в качестве материала для изготовления их внешней и внутренней оболочек полимерных материалов, таких, как стеклопластик, характеризующихся низкой огнестойкостью, чувствительностью к воздействию горюче-смазочных материалов и технических жидкостей.
Другим недостатком стеклопластика и других армированных полимерных композиций как материалов для изготовления корпусов плавательных средств является зависимость их высоких физико-механических характеристик от условий изготовления корпуса судна и его эксплуатации. Несущественные нарушения технологического процесса при изготовлении корпусов судов из стеклопластика, а также нарушение соблюдения строгих правил их эксплуатации приводят к существенному снижению физико-механических характеристик материала корпуса, таких как: прочность, устойчивость к механическим воздействиям, морозостойкость, что, в свою очередь, приводит к снижению надежности и срока эксплуатации корпуса плавательного средства.
Задачей полезной модели является разработка конструкции корпуса малотоннажного плавательного средства, отличающейся высокими физико-механическими характеристиками, стабильно достигаемыми от партии к партии, при этом не требующей сложной технологической схемы производства и обеспечивающей высокую надежность корпуса судна при активной эксплуатации в жестких условиях, в том числе, в суровых климатических условиях, с сохранением легкости конструкции и положительной плавучести судна при любых повреждениях.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в снижении физико-механических характеристик материала корпуса при несущественных нарушениях технологического процесса изготовления корпуса малотоннажного плавательного средства.
Техническим результатом полезной модели является повышение стойкости корпуса судна к органическим агрессивным средам, повышение огнестойкости, конструктивной жесткости и прочностных характеристик корпуса, что приводит к существенному увеличению срока эксплуатации и повышению надежности.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в корпусе плавательного средства, содержащем внутреннюю и внешнюю оболочки с образованием полости между ними, заполненной слоем вспененного пенополиуретана, скрепляющего оболочки в единый монолитный корпус, внешняя и внутренняя оболочки выполнены из слоев стеклофибробетона.
Кроме того, заявляется корпус плавательного средства, в котором наряду с вышеназванными признаками внешняя и внутренняя оболочки зафиксированы по местам стыков клеящим веществом.
Кроме того, заявляется также корпус плавательного средства, в котором клеящее вещество представляет собой цементный клей.
Кроме того, заявляется корпус плавательного средства, в котором вспененный пенополиуретан имеет закрытоячеистую структуру и плотность не менее 30 кг/м3.
Кроме того, заявляется корпус плавательного средства, в котором в кормовой части корпуса выполнены каналы самоотлива.
Использование стеклофибробетона в качестве конструктивного материала корпуса судов позволяет устранить ряд указанных ранее проблем, возникающих при использовании стеклопластика. Стеклофибробетон, в отличие от стеклопластика, не подвержен возгоранию и необратимым деформациям под действием источников, выделяющих большое количество теплоты, инертен по отношению к горюче-смазочным и технологическим жидкостям, применение которых на судне неизбежно, что исключает возможность повреждения или разрушения корпуса под действием указанных факторов и обеспечивает высокую надежность корпуса непосредственно в процессе эксплуатации судна и его долговечность.
Выполнение оболочек корпуса из стеклофибробетона обеспечивает стабильное достижение высоких физико-механических характеристик корпуса в процессе производства, в том числе, высокую морозостойкость, жесткость и прочность, увеличивающуюся с течением времени при нахождении во влажной среде и при циклическом замораживании-оттаивании.
Армирование оболочек корпуса судна из стеклофибробетона такими композитными материалами, как стеклосетка и стеклоарматура способствует дополнительному повышению жесткости и прочности корпуса плавательного средства, а также улучшению стойкости корпуса к ударным нагрузкам, расположенным вне плоскости данного участка оболочки и преодолению внутренних напряжений, вызываемых резкими перепадами температуры - при армировании стеклокомпозитной сеткой и улучшению восприятия нагрузки элементов корпуса на растяжение при изгибе - при армировании стеклокомпозитной арматурой по направлениям наибольших эксплуатационных нагрузок, в местах концентрирования напряжений, в частности, в продольном, нос-корма, направлении.
Расположение в кормовой части корпуса каналов самоотлива способствует быстрому самоосвобождению кокпита от захлестнувшей плавательное средство воды без существенного снижения внутренней полезной площади кокпита при получении любых повреждений.
Выполнение промежуточного слоя корпуса из вспененного пенополиуретана, характеризующегося закрытоячеистой структурой, позволяет исключить заполнение водой внутренних полостей корпуса при любых повреждениях внешней и внутренней оболочек корпуса и обеспечить корпусу положительную плавучесть, превышающую 100% максимальной загрузки судна.
Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой изображен вертикальный разрез «сэндвич»-корпуса малотоннажного судна.
На фигуре позициями 1-8 обозначены:
1 - внешняя оболочка;
2 - внутренняя оболочка;
3, 4 - стык;
5 - вспененный полиуретан;
6 - технологическое отверстие;
7 - стеклосетка;
8 - стеклоарматура.
Конструкция «сэндвич»-корпуса судна включает внешнюю оболочку 1 и внутреннюю оболочку 2, соединенные между собой по стыкам 3 и 4 и зафиксированные цементным клеем, причем полость между оболочками 1,2 заполнена вспененным пенополиуретаном 5, после застывания которого и прочного сцепления с оболочками корпуса 1, 2 образуется единая монолитная конструкция. На внутренней оболочке 2 корпуса выполнены технологические отверстия 6. В структурах оболочек 1, 2 между слоями стеклофибробетона замоноличены композитная стеклосетка 7 и композитная стеклоармтура 8.
Пример, показанный на фото 1-5.
Оболочки корпуса малотоннажного плавательного средства были изготовлены из стеклофибробетона, представляющего собой смесь рубленного стекловолокна и цементного клея, изготовленного на основе глиноземистого (по ГОСТ 968-91) или гипсоглиноземистого (по ГОСТ 11052-74) цементов.
Толщина каждой из оболочек составляет: наружной - 5-6 мм, внутренней - 3 мм.
Для дополнительного армирования оболочек корпуса использовались композитная стеклосетка. В плоскости оболочек между слоями стеклофибробетона замоноличена композитная стеклосетка с размером ячеек 15 мм и 20 мм и стеклокомпозитная арматура с диаметром сечения 8 мм - по верхней части бортов - и с диаметром сечения 4 мм - по местам изломов (концентрации напряжений) поперечных сечений днища и бортов внутренней и внешней оболочек корпуса.
Для склейки оболочек по стыку использовался цементный клей.
На внутренней оболочке корпуса выполнены 26 ед. технологических отверстий, которые после заливки пенополиуретана заклеивались внахлест пятью слоями стеклоткани, пропитанной цементным клеем. Причем первый слой вырезали размером, превышающим технологическое отверстие на 20-30 мм, а каждый последующий слой превышал предыдущий на 15-20 мм.
3
Полость между оболочками заполнялась пенополиуретаном плотностью не менее 30 кг/м.
В кормовой части корпуса выполнены три канала самоотлива: один по центру и два по бортам (фото 5).
Таким образом, в конструкции «сэндвич»-корпуса достигается увеличение прочностных характеристик и конструктивная жесткость, устойчивость стенок в работе на сжатие и прочность по направлениям эксплуатационных нагружений на растяжение и изгиб при сохранении легкости корпуса и высокой плавучести. При заливке кокпита по борта, при полной загрузке судна в три человека, оно самоосвобождается от воды за 2-3 минуты.
Приведенный пример является частным случаем и не исчерпывает всех возможных реализаций полезной модели.