СУДНО С ВОЗДУШНОЙ КАВЕРНОЙ НА ДНИЩЕ
VESSEL WITH BOTTOM AIR CAVITY

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования водоизмещающих судов с воздушной каверной на днище, обеспечивающей снижение гидродинамического сопротивления и улучшение эксплуатационных характеристик судна.
Известно судно с воздушной прослойкой под днищем, содержащее выполненную в днище выемку, которая ограничена носовым реданом, бортовыми килями и кормовой наклонной плоскостью и разделена на отдельные секции продольными килями и расположенными по всей ширине выемки и размещенными по потоку вдоль выемки поперечными козырьками, и источник воздуха повышенного давления, сообщенный с полостью выемки днища судна для создания и поддержания образованных за поперечными козырьками воздушных прослоек - искусственных каверн (Авторское свидетельство СССР №1145587 от 30.04.1994 по заявке №3664908/11 от 29.09.1983 г.) - прототип. Основным элементом устройства является днищевая выемка, внутри которой создается воздушная прослойка - единая каверна с волновым профилем. Продольные кили, установленные внутри выемки, делят эту каверну на секции, ограничивая поперечное перемещение воздуха и обеспечивая тем самым повышение поперечной остойчивости судна. Поперечные козырьки обеспечивают возможность создания в выемке воздушной каверны с волновым профилем при движении судна, предотвращая ее разрушение.
Однако при движении судна в условиях сильного волнения единая воздушная каверна разрушается, а в случае движения судна со значительным начальным дифферентом указанная каверна вообще образоваться не может. Вследствие этого на днище судна в районе редана течение приобретает отрывной характер, сопровождающийся отрывом потока за реданом, что приводит к резкому повышению сопротивления движению судна. В результате эффективность использования устройства для повышения экономических характеристик судна резко снижается. В таких случаях гидродинамическое сопротивление судна с воздушной каверной становится даже выше, чем у традиционного судна без упомянутой выемки. Особенно резкий рост сопротивления судна с каверной происходит при выходе из строя источника подачи воздуха под днище.
Кроме того, при указанных выше неблагоприятных режимах движения судна, неподвижно установленные поперечные козырьки не обеспечивают надежного создания в выемке единой воздушной каверны с волновым профилем и не могут предотвратить ее разрушение.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик и повышение экономической эффективности водоизмещающего судна с воздушной каверной на днище за счет снижения его гидродинамического сопротивления при движении со значительным начальным дифферентом, а также в условиях движения на интенсивном волнении в случае разрушения единой воздушной каверны или при выходе из строя источника подачи воздуха под днище.
Это достигается тем, что у водоизмещающего судна с воздушной каверной на днище, имеющего в днище выемку для образования единой воздушной каверны с волновым профилем, начинающуюся с редана в носовой части и ограниченную скегами по бортам и кормовым сводом в виде наклонной пластины, причем полость выемки сообщена с источником воздуха повышенного давления, а внутри выемки размещены продольные кили, ограничивающие поперечное перемещение воздуха, и поперек расположенные козырьки в виде наклонных пластин, следующих друг за другом вниз по потоку, по изобретению за реданом в носовой части, образующим выемку, установлена пластина с возможностью ее поворота путем опускания или подъема ее передней кромки вокруг ориентированной поперек днища оси, связанной с пластиной и закрепленной на поверхности днища выемки. Причем длина пластины вдоль потока составляет величину, которая при повороте пластины вокруг оси обеспечивает сопряжение поверхности днища перед реданом и поверхности днища внутри выемки для предотвращения отрывного обтекания за реданом, а пластина имеет возможность ограничения опускания своей передней кромки до уровня днища судна в районе редана. При этом расположенные на днище выемки поперечные козырьки установлены с возможностью их раскрытия в рабочее положение и складывания с прилеганием к днищу путем их поворота вокруг поперечных относительно диаметральной плоскости судна осей, связанных с козырьками у их передней кромки и расположенных на днище выемки.
Кроме того, окончание днища судна в районе редана выполнено со свесом, перекрывающим начало выемки за реданом и обеспечивающим бесщелевое сопряжение поверхностей днища и поворотной пластины в районе редана, а также ограничение опускания передней кромки пластины за пределы уровня днища судна в районе редана.
Дополнительно, поворотная пластина и поворотные поперечные козырьки оснащены приводом для их поворота.
Установка за реданом, образующим выемку, пластины с возможностью ее поворота путем опускания или подъема ее передней кромки вокруг ориентированной поперек днища оси, связанной с пластиной и закрепленной на поверхности днища выемки, позволяет за счет плавного сопряжения поверхностей днища перед реданом днища внутри выемки обеспечить плавный характер течения за указанным реданом в случае разрушения или отсутствия воздушной каверны в выемке днища и тем самым предотвратить отрыв потока за реданом.
Выполнение расположенных на днище выемки поперечных козырьков с возможностью их раскрытия в рабочее положение и складывания с прилеганием к днищу путем их поворота вокруг поперечных относительно диаметральной плоскости судна осей, связанных с козырьками у их передней кромки и расположенных на днище выемки, обеспечивает образование и поддержание сплошной воздушной прослойки на днище судна в виде единой воздушной каверны с волновым профилем, предотвращая ее разрушение.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунками, где:
- на фиг.1 схематично показано водоизмещающее судно с воздушной прослойкой на днище (вид сбоку);
- на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;
- на фиг.3 - схема складывания поперечного козырька;
- на фиг.4 - схема работы поворотной пластины;
Цифрами и буквенными сокращениями на рисунках указаны:
- днище 1 судна;
- выемка 2 в днище судна для образования единой каверны с волновым профилем;
- единая каверна 3 с волновым профилем;
- редан 4;
- трубопровод 5;
- источник принудительной подачи воздуха 6;
- продольный киль 7;
- поперечные козырьки 8;
- оси 9, вокруг которых поворачиваются поперечные козырьки;
- поворотная пластина 10;
- передняя кромка 11 поворотной пластины;
- ось 12, вокруг которой поворачивается поворотная пластина;
- угол наклона поворотной пластины 13;
- свес 14, перекрывающий начало выемки за реданом;
ОП - основная плоскость судна.
Предлагаемое судно с воздушной прослойкой на днище 1 (фиг.1) содержит выемку 2 для образования воздушной прослойки - единой каверны 3 с волновым профилем, выполненную в днище судна и начинающуюся с редана 4, и сообщенный трубопроводами 5 с полостью выемки источник принудительной подачи воздуха 6 для создания под днищем воздушной прослойки. Внутри выемки 2 параллельно диаметральной плоскости размещены продольные кили 7, ограничивающие поперечное перемещение воздуха по днищу выемки 2 (фиг.2), а также поперек расположенные козырьки 8, следующие друг за другом вниз по потоку по длине выемки 2. Упомянутые поперечные козырьки 8 (фиг.3) установлены с возможностью их раскрытия в рабочее положение и складывания с прилеганием к днищу выемки 2 путем их поворота вокруг поперечных относительно диаметральной плоскости судна осей 9, которые связаны с поперечными козырьками 8 у их передней кромки и расположены на днище выемки 2.
За реданом 4, образующим выемку 2, расположена пластина 10 (фиг.4), установленная с возможностью ее поворота путем опускания или подъема ее передней кромки 11 вокруг оси 12, ориентированной поперек днища, которая связана с пластиной 10 и закреплена на поверхности днища выемки 2. Пластина 10 имеет длину вдоль потока, составляющую величину, при которой угол наклона 13 пластины к днищу выемки 2 в повернутом положении обеспечивает сопряжение поверхностей днища 1 перед реданом 4 и поверхности днища внутри выемки 2 для предотвращения отрывного течения за реданом 4. При этом пластина 10 имеет возможность ограничения опускания своей передней кромки 11 до уровня днища 1 судна в районе редана 4.
Окончание днища 1 в районе редана 4 выполнено со свесом 14, перекрывающим начало выемки за реданом 4 и обеспечивающим в районе редана 4 бесщелевое сопряжение поверхностей днища 1 и поворотной пластины 10, а также ограничение опускания передней кромки 11 пластины за пределы уровня днища 1.
Поворотная пластина 10 и поворотные поперечные козырьки 8 оснащены приводом для их поворота (на рисунках не показан).
Работа устройства осуществляется следующим образом.
При движении судна в условиях тихой воды или незначительного волнения воздух из источника принудительной подачи воздуха 6 по системе трубопроводов 5 подается к редану 4 и к поперечным козырькам 8 для создания внутри выемки 2 воздушной прослойки в виде искусственной каверны 3. Подаваемый воздух удерживается в зоне пониженного давления жидкости, возникающего за реданом 4 и поперечными козырьками 8, в результате чего за реданом 4 и за каждым поперечным козырьком 8 образуется система отдельных, следующих друг за другом, воздушных каверн. За счет подаваемого воздуха длины отдельных каверн с течением времени постепенно возрастают, достигая своих предельных значений, равных при эксплуатационной скорости хода расстояниям между нижними кромками поперечных козырьков 8. При достижении хвостовыми частями воздушных каверн нижних кромок поперечных козырьков 8 происходит их объединение в единую воздушную каверну 3 с волновым профилем. Обеспечение наилучшего объединения отдельных каверн в единую каверну 3 достигается для различных режимов работы судна соответствующим объемом подачи воздуха в полость выемки 2 и путем соответствующего поворота поперечных козырьков 8 вокруг их поперечных относительно диаметральной плоскости судна осей 9, лежащих на днище выемки 2. В этот момент давление в единой каверне 3 возрастает, вследствие чего амплитуда волнового профиля уменьшается и поверхность каверны 3 - поверхность раздела воздух-вода - отходит от поперечных козырьков 8, которые с водой более не соприкасаются.
В случае, когда движение судна происходит в условиях сильного волнения со значительной килевой или бортовой качкой, единая воздушная каверна 3 разрушается. При движении судна с большим начальным дифферентом она вообще может не образоваться. В результате это приведет к повышению сопротивления трения на поверхности днища выемки 2. Кроме того, за реданом 4 и за поперечными козырьками 8 происходит отрыв потока, также приводящий к резкому увеличению гидродинамического сопротивления. Таким образом, в результате разрушения или отсутствия воздушной каверны 3 резко повышается общее сопротивление движению судна, которое становится даже выше полного сопротивления аналогичного судна без выемки на днище, что приводит к возрастанию потребляемой судном мощности, а следовательно - к ухудшению эксплуатационных характеристик судна с выемкой для воздушной каверны. В этом случае для предотвращения отрыва потока за реданом 4 регулируют характер течения на днище 1 судна в районе редана 4, обеспечивая потоку безотрывное течение за счет плавного сопряжения поверхности днища 1 перед реданом 4 и поверхности днища внутри выемки 2 с помощью пластины 10. Для этого, поворачивая пластину 10 вокруг оси 12, опускают ее переднюю кромку 11, расположенную за реданом 4, до уровня поверхности днища 1 перед реданом 4 с последующим ограничением ее поворота. При наличии же свеса 14 днища поворот пластины 10 вокруг оси 12 осуществляют до момента касания ее передней кромкой 11 внутренней поверхности свеса 14 днища. Благодаря чему поток в районе редана 4 приобретает характер безотрывного течения. Для предотвращения отрыва потока за поперечными козырьками 8 их складывают на днище внутри выемки 2 путем их поворота вокруг поперечных относительно диаметральной плоскости судна осей 9, связанных с козырьками у их передней кромки 11 и расположенных на днище выемки 2. Благодаря чему поток за поперечными козырьками 8 также приобретает характер безотрывного течения. В результате этого предотвращается отрыв потока за реданом 4 и за поперечными козырьками 8 и, как следствие этого, снижается гидродинамическое сопротивление судна, улучшаются его эксплуатационные характеристики и повышается его экономическая эффективность при движении в условиях сильного волнения или с большим начальным дифферентом.
Поворот пластины 10 и поперечных козырьков 8 осуществляется приводом для их поворота.
Таким образом, предлагаемое судно с воздушной каверной на днище позволяет улучшить его эксплуатационные характеристики и повысить экономическую эффективность при движении в условиях интенсивного волнения или со значительным начальным дифферентом за счет снижения его сопротивления в случае разрушения единой воздушной каверны или при выходе из строя источника подачи воздуха под днище, что его выгодно отличает от прототипа.