БЫСТРОХОДНОЕ СУДНО
HIGH-SPEED VESSEL

Изобретение относится к судостроению, в частности к быстроходным глиссирующим судам, и касается вопроса обеспечения продольной устойчивости движения быстроходных остроскулых глиссирующих судов.
Известны быстроходные суда, имеющие остроскулые обводы, килеватое днище и транцевую корму (см. книгу И.Т.Егорова, М.М. Бунькова, Ю.М. Садовникова «Ходкость и мореходность глиссирующих судов», изд-во «Судостроение», Ленинград, 1978 г.). Недостатком этих судов является то, что при движении на тихой воде возможна потеря продольной устойчивости движения, которая характеризуется интенсивными совместными колебаниями судна по дифференту и всплытию (т.н. «дельфинирование»). Такие колебания недопустимы по условиям обитаемости и опасны для живучести судна.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является глиссирующее судно, конструкция которого приведена в работе "The Dynaplane Design for Planing Motorboats", опубликованной в трудах конференции Fast 2007, Shanghai, China September 2007, стр.214-220 - (прототип). Данное судно имеет остроскулые обводы, транцевую корму, реданированное днище. В корме на двух вертикальных стойках установлено подводное V-образное крыло. Крыло разгружает вес судна и обеспечивает в зависимости от скорости хода регулировку ходового дифферента судна, обеспечивая оптимальное его значение. Установка крыла в корме судна способствует также стабилизации продольного движения за счет действия позиционных и демпфирующих сил, возникающих на крыле при колебаниях судна по дифференту и всплытию.
Однако недостатком данного судна является малое плечо позиционных и демпфирующих сил (расстояние между крылом и центром тяжести судна по длине), что требует использования крыла большой площади для обеспечения эффективного гашения килевых и вертикальных колебаний судна. Это в свою очередь приводит к увеличению веса конструкции крыла и росту сопротивления движению судна.
∇
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи по повышению продольной устойчивости движения быстроходного остроскулого глиссирующего судна при высоких относительных скоростях хода (число Фруда по водоизмещению Fn>4,0).
Технический результат достигается тем, что у быстроходного судна, имеющего остроскулые обводы, по меньшей мере один поперечный редан и профилированное подводное крыло, кормовая часть выполнена с кормовым свесом, а подводное крыло расположено за кормовым свесом или под ним так, что расстояние от середины хорды подводного крыла до транца судна составляет не менее 0,3 расстояния между транцем судна и центром тяжести по его длине. При этом подводное крыло размещено на одной или двух стойках и установлено с возможностью фиксированного изменения его установочного угла атаки относительно основной плоскости (ОП) судна.
Кроме того, стойки подводного крыла выполнены с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной диаметральной плоскости судна, для изменения установочного угла атаки крыла.
Выполнение кормовой части судна со свесом и установка крыла за кормовым свесом или под ним позволяет увеличить плечо позиционных и демпфирующих сил на крыле, вследствие чего обеспечивается устойчивое движение судна при малой площади подводного крыла.
Преимущество установки стабилизирующего крыла, которое крепится к кормовому свесу быстроходного судна, заключается в том, что эффективная стабилизация движения судна достигается с помощью несложного конструктивного мероприятия при малой площади крыла.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид быстроходного судна, на фиг.2 приведены результаты модельных испытаний предлагаемого быстроходного глиссирующего судна в опытовом бассейне при килевой качке судна и на фиг.3 - при вертикальной качке судна.
G
Быстроходное глиссирующее судно имеет корпус с остроскулыми обводами 1, по меньшей мере один поперечный редан 2, транец судна 3. Кормовая часть судна выполнена с кормовым свесом 4. В пределах кормового свеса 4 или за ним установлено подводное крыло 5 на расстоянии «а» (расстояние между серединой хорды крыла 5 и транцем судна 3), составляющем не менее 0,3 расстояния между транцем судна 3 и центром тяжести по его длине X. Подводное крыло 5 закреплено на поворотных стойках 6 и выполнено с возможностью фиксированного изменения его угла атаки.
Эффект стабилизации движения предлагаемого глиссирующего судна на высоких скоростях реализуется следующим образом.
При потере продольной устойчивости движения судно начинает совершать колебания по дифференту, что приводит к появлению знакопеременных вертикальных сил, действующих на корпус и являющихся причиной возникновения вертикальной качки судна. Подводное крыло 5, установленное на кормовом свесе 4, совершает вертикальные и угловые колебания вместе с судном, вследствие чего на нем возникают демпфирующие и позиционные силы, которые приводят к появлению дополнительных моментов, действующих на судно. Демпфирующие силы и моменты, возникающие на кормовом подводном крыле 5, пропорциональны вертикальной составляющей скорости крыла, которая возникает вследствие килевой и вертикальной качки судна.
Поскольку вертикальные перемещения и составляющая скорости крыла из-за килевой и вертикальной качки судна находятся в противофазе, то величина демпфирующих сил и моментов, действующих на судно, недостаточна для эффективной стабилизации его движения.
Позиционные силы, возникающие на кормовом подводном крыле, оказывают на судно двойное воздействие. При увеличении угла дифферента судна на угол ΔΨ вследствие килевой качки угол атаки кормового подводного крыла увеличивается на такую же величину. Поэтому на нем возникает дополнительная вертикальная сила, равная:
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>R</mi><mi>z</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>d</mi><msub><mi>C</mi><mi>y</mi></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>α</mi></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mi>Δ</mi><mi>ψ</mi><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><mi>ρ</mi><msup><mi>V</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>⋅</mo><mi>S</mi></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><mi>d</mi><msub><mi>C</mi><mi>y</mi></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>α</mi></mrow></mfrac></mrow>
где
- производная подъемной силы подводного крыла по углу атаки;
S - площадь подводного крыла;
ρ - плотность воды;
V - скорость движения судна.
Указанная сила имеет тот же знак, что и дополнительная вертикальная сила на корпусе судна, поэтому последняя способствует увеличению вертикальной качки судна.
В то же время дополнительная вертикальная сила на подводном крыле приводит к появлению дополнительного дифферентующего момента относительно центра тяжести судна:
y
z
G
a
ΔM=ΔR·(X+),
который препятствует возрастанию угла дифферента, т.к. дифферентующий момент подводного крыла относительно центра тяжести судна и возмущающий дифферентующий момент, возникающий на корпусе судна, по знаку всегда противоположны.
G
z
y
a
В предлагаемом техническом решении эффективная стабилизация судна достигается благодаря увеличению плеча (X+) позиционной вертикальной силы на подводном крыле ΔR за счет установки крыла 5 на кормовом свесе, что позволяет обеспечить стабилизирующий дифферентующий момент ΔM при меньшей вертикальной силе и соответственно меньшей площади крыла.
∇
a
Эффект стабилизации движения быстроходного глиссирующего судна с использованием подводного крыла 5, установленного предложенным образом на модели остроскулого судна, был подтвержден экспериментально при буксировочных испытаниях модели судна в скоростном опытовом бассейне в диапазоне относительных скоростей Fn=4,0÷5,5 при =0,7. Эффект использования подводного крыла 5 показан на графике фиг.2 при килевой качке модели судна (колебания по дифференту уменьшаются ≈ на 75÷90% в зависимости от угла атаки крыла) и на графике фиг.3 при вертикальной качке модели судна (колебания по всплытию уменьшаются на ≈80÷90%).
∇
Предлагаемое быстроходное остроскулое глиссирующее судно обладает более эффективной стабилизацией продольного движения при высоких относительных скоростях хода (число Фруда по водоизмещению Fn>4,0), что выгодно отличает его от прототипа.