РЕДАН ВЫСОКОСКОРОСТНОГО СУДНА ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
HIGH-SPEED VESSEL STEP FROM POLYMER COMPOSITES

Изобретение относится к области судостроения и касается конструкции реданов высокоскоростных судов из полимерных композиционных материалов (ПКМ).
Известен редан высокоскоростного судна, выполненный из металлического сплава и содержащий днищевую обшивку с поперечным полым реданом, включающим соединенные с наружной обшивкой редана продольные диафрагмы, выполненные в виде балок таврового или бульбового профиля, с уменьшением высоты диафрагм к носовой части судна. Редан снабжен амортизирующими элементами в виде, по меньшей мере, одной пластины, расположенной в полости редана между обшивками судна и редана. При этом обшивки редана и судна, а также амортизирующие элементы соединены между собой продольными диафрагмами, а диафрагмы с верхней и нижней сторон амортизирующих элементов смещены относительно друг друга в поперечном направлении (СССР - авторское свидетельство 663620, 1979 г., бюллетень №19, США - патент №3547064, кл. 114-66.5, 1970 г., РФ - патент №2457974, 2012 г.- прототип). Недостатками их конструктивного решения являются:
- негативные последствия реализации конструкции металлического редана при изготовлении корпуса судна из ПКМ, состоящие в повышении материалоемкости и себестоимости судна;
- повышенный уровень жесткости металлического редана, не позволяющий в полной мере снижать внешние нагрузки на конструкцию корпуса, вызванные ударами морских волн, и относительно низкая амортизация таких ударов реданом;
- пониженный уровень комфортабельности судов, содержащих такие реданы;
- высокий уровень материалоемкости конструкции как самого металлического редана, так и корпуса в целом;
- высокий уровень эксплуатационных расходов при ремонте и обслуживании металлических конструкций;
- большое увеличение сопротивления воды движению судна при ударах корпуса о морские волны в районе металлического редана и, как следствие, снижение скорости хода судна.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение перечисленных недостатков и уменьшение их негативных последствий, упомянутых выше.
Для достижения указанного технического результата предлагаются следующие решения. Редан изготавливается из ПКМ (преимущественно из органопластика или стеклопластика). Соединение продольных диафрагм с обшивкой и амортизирующими элементами в виде пластин производится на клею с использованием опорных элементов из пенопласта, которые также приклеиваются к обшивке, амортизирующим элементам и обформовываются одним или несколькими слоями армирующего материала. На боковые стенки редана с его наружной стороны дополнительно наформовываются приформовочные угольники. Полости редана, расположенные друг над другом в одном или двух симметричных продольных сечениях судна (по отношению к диаметральной плоскости судна), заполняются пенопластом высокой плотности.
Если корпус судна выполнен из ПКМ, продольные диафрагмы верхнего ряда соединяются с днищевой обшивкой корпуса на клею с использованием приклеенных к ней и обформованных армирующим материалом опорных элементов из пенопласта. При изготовлении корпуса судна из металлических сплавов верхний ряд продольных диафрагм по первому исполнению соединяется на клею с верхней частью оболочки редана, выполненной из ПКМ и закрепленной на днище судна с использованием механических соединений. По второму исполнению верхний ряд диафрагм соединяется па клею с металлическими опорными элементами, снабженными продольными канавками, в которые вклеиваются верхние части диафрагм.
Кроме того, редан выполняется с носовыми водозаборными клапанами и кормовыми водовыпускными соплами.
Амортизирующие пластины из низкомодульных материалов (например, органопластика или стеклопластика) обеспечивают повышенную податливость редана при действии ударной нагрузки и увеличение амортизирующего эффекта. Предлагаемое конструктивное решение дает возможность изготавливать отдельные элементы редана (амортизирующие пластины, продолные диафрагмы, боковые стенки и обшивку) с использованием технологии, гарантирующей высокое качество конструкции (например, RTM-технологии) и соответственно высокий уровень допускаемых напряжений в конструкции и ее низкую материалоемкость.
Применение клеевых соединений обеспечивает высокую технологичность конструкции редана и низкую стоимость его изготовления, а применение обформованных армирующим материалом опорных элементов из пенопласта - высокую надежность и работоспособность соединений. Заполнение примыкающих к бортам полостей редана пенопластом высокой плотности обеспечивает прочность редана при действии несимметричных (по отношению к диаметральной плоскости судна) гидродинамических давлений на боковые стенки и обшивку редана.
Носовые водозаборные клапаны и кормовые водовыпускные сопла обеспечивают создание дополнительной пропульсивной реактивной тяги при ударах редана о встречные волн
Сущность изобретения поясняется фиг. 1-5:
- вид снизу на днище судна с установленным на нем реданом (фиг.1);
- повернутое на 90° сечение по А-А, расположение которого указано на фиг.1 (фиг.2),
- узел I, указанный на фиг.2 (фиг.3),
- узел II, указанный на фиг.2 (фиг.4),
- узел III, указанный на фиг.2, соответствующий исполнению корпуса из металлического сплава, а редана - из ПКМ (фиг.5).
Поперечный полый редан из ПКМ крепится к днищевой обшивке судна 1. Для создания дополнительной пропульсивной реактивной тяги в носовой части редана в его обшивке 2 выполнены водозаборные отверстия, а сам редан снабжен носовыми водозаборными клапанами 3 и кормовыми водовыпускными соплами 4. Наружный контур редана состоит также из боковых стенок 5.
Редан содержит амортизирующие элементы в виде, по меньшей мере, одной пластины 6, выполненной из ПКМ и расположенной в полости редана между обшивками судна и редана. При этом обшивка редана, амортизирующие элементы и обшивка корпуса судна соединены между собой продольными диафрагмами 7, высота которых уменьшается к носовой части судна. Диафрагмы, расположенные с верхней и с нижней стороны амортизирующих элементов, смещены друг относительно друга в поперечном направлении.
Полости редана, расположенные друг над другом в одном или двух симметричных продольных сечениях судна (по отношению к диаметральной плоскости судна), заполнены сердечниками 8 и 9 из пенопласта высокой плотности.
Тавровые клеевые соединения продольных диафрагм с амортизирующими элементами, а также с обшивками судна и редана выполнены с применением приклеенных к днищевой обшивке и обформованных армирующим материалом опорных элементов из пенопласта 10, обформованных армирующим материалом 11. Угловые клеевые соединения боковых стенок с обшивкой редана выполнены с применением опорных элементов 12 из пенопласта, обформованных армирующим материалом 13. На боковые стенки и обшивку редана с наружной стороны дополнительно наформованы приформовочные угольники 14.
При изготовлении корпуса судна из металлических сплавов верхний ряд продольных диафрагм, по второму исполнению, соединяется на клею с металлическими опорными элементами 15, снабженными продольными канавками, в которые вклеиваются верхние части диафрагм.
Достижение технического результата с помощью предлагаемых вариантов исполнения скулового киля осуществляется следующим образом.
При ходе судна и ударном взаимодействии его с волной редан существенно деформируется благодаря наличию податливого элемента и за счет этого амортизируется удар и снижаются нагрузки, действующие на редан и корпус судна. Кроме того, вследствие существенного деформирования редана происходит уменьшение его высоты (обшивка редана приближается к обшивке корпуса) и, следовательно, на волнении снижается сопротивление воды движению судна.
При наличии носовых водозаборных клапанов и кормовых водовыпускных сопел деформация редана при ударе о встречную волну сопровождается существенным уменьшением объема полости редана, расположенной между обшивкой редана и обшивкой корпуса, и из этой полости выбрасываются через водовыпускные сопла струи воды. При таком выбросе воды создается пропульсивная реактивная тяга, созданию которой благоприятствует протекание встречного потока через клапаны. Кроме того, увеличивается амортизирующее влияние редана, поскольку часть импульсного воздействия волны расходуется не на появление скоростей смещений корпуса как жесткого целого и упругого тела, а на приобретение импульса массой воды, выбрасываемой из сопел.
Таким образом, предлагаемая конструкция корпуса судна позволяет уменьшать действующие на корпусные конструкции нагрузки, вызванные ударами корпуса в районе редана о морские волны, а также снижать сопротивление воды движению судна на волнении, что выгодно отличает ее от прототипа.