СУДНО С ТУННЕЛЬНЫМИ ВОДОВОДАМИ В НОСОВОЙ ЧАСТИ

Судно с туннельными водоводами в носовой части. Относится к судостроению и водному транспорту. В носовой части судна для уменьшения волнового сопротивления и амплитуды килевой качки имеются два одинаковых прямоугольных в проекции водовода, с входящими отверстиями по высоте борта по обеим сторонам форштевня с выходами такого же размера через борта цилиндрической части корпуса. Верхняя поверхность водоводов параллельна главной палубе судна, а нижняя поднимается от основной плоскости (днища судна) под углом 10-15 град, в зависимости от длины корпуса. Вертикальные стенки внутри водоводов имеют изгиб и представляют из себя обводы заостренного 25-30 град, форштевня с одной стороны и внутренние обводы конструкции боковых водорезов, имеющих прямые наружные борта.
Известно, что перед форштевнем всех судов на водной поверхности на ходу появляется бурун с расходящимися волнами, а при увеличении скорости появляются поперечные волны. Эта система волн создает волновое сопротивление, на преодоление которого затрачивается основная мощность двигателей.
Имеются многочисленные модели скоростных судов - тримаранов со сквозными туннелями между трех узких корпусов, соединенных сверху общей главной палубой. Несмотря на то, что такая конструкция увеличивает площадь смоченной поверхности и трение этой поверхности корпуса о воду, она значительно уменьшает волновое сопротивление и килевую качку судна при волнении менее 4-5 баллов. В таких моделях расходящиеся и поперечные волны, появляющиеся от среднего корпуса, в результате интерференции с такими же волнами от боковых корпусов внутри туннелей уменьшаются по амплитуде, чем уменьшают волновое сопротивление, что позволяет тримаранам двигаться с высокой скоростью 30 - 45 узлов. Однако, при увеличении высоты встречных волн до 3 метров, от них возникают сильные удары, до 30 т/м2, в верхние обводы туннелей и для предупреждения разрушения конструкции корпусов тримаранов необходимо снижать скорость до минимума.
При встречной волне все суда испытывают килевую качку и даже при пониженной скорости возникают удары о воду днищем носовой части, которая сначала поднимается вершиной набегающей волны Лист 3 (рис 5-сила выталкивания Рв), и после ее прохода весом (рис 6-вес Рн) носовой части опускается с ударом во впадину, гребень волны заливает носовую палубу, при этом корма выходит из воды и оголяется винт (рис 7), в результате чего резко увеличиваются обороты двигателя, изменяется режим его работы, что может привести к аварии, увеличиваются расход топлива и выбросы продуктов сгорания в атмосферу.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение скорости судна при снижении волнового сопротивления за счет интерференции расходящихся волн от узкого центрального форштевня и от боковых водорезов внутри водоводов, и сохранение скорости при уменьшении амплитуды килевой качки при встречном волнении.
Указанный технический результат достигается конструкцией носовой части судна с прямоугольными водоводами с входом воды между заостренным форштевнем и изогнутыми вертикальными поверхностями бортовых водорезов, установленных между главной палубой и днищем судна, что делает конструкцию более прочной по сравнению с тримаранами, у которых три узких корпуса крепятся только верхней частью к общей главной палубе. Вода проходит через водоводы, внутри которых происходит интерференция волн и вытекает через выходы в бортах на расстоянии 20-25% длины корпуса от носовой оконечности. При встречном волнении вес воды, протекающей через водоводы, препятствует подниманию носа судна при проходе вершины волны через носовую часть и уменьшает амплитуду килевой качки.
Устройство носовой части судна с водоводами поясняется Лист 1 -рис 1,2 и Лист 2- рис. 3,4.
1. Балластный танк 2-го дна
2. Защитный обтекаемый навес над главной палубой.
3. Верхнее горизонтальное ребро поверхности водовода
4. Окно выхода водовода
5. Помещение форпика - для балласта
6. Внешний борт бокового водореза
7. Внутренняя изогнутая вертикальная поверхность водовода
8. Вертикальная поверхность форпика - внутренняя поверхность водовода
9. Вертикальное ребро бокового водореза
10. Наклонная нижняя поверхность водовода
11. Горизонтальное нижнее ребро водовода - главная плоскость корпуса
12. Вертикальная плоскость корпуса
13. Наклонный форштевень
14. Помещения главной палубы
15. Высота выходного окна
16. Длина выходного окна
17. Половина ширины судна
18. Высота борта до главной палубы
19. Главная палуба
Форштевень 13 имеет заостренную форму с углом около 20-30 град, для разрезания набегающих волн и с наклоном вперед для предохранения подводной части корпуса от разрушения при столкновениях носом с препятствиями или судами. Днище носовой части судна имеет треугольную форму с углом 120-150 град, вершиной на форштевне, с заостренным ребром 11 по горизонтали с подъемом второго дна 10 под углом 10-15 град. Вода проходит между обводами форштевня 8 и обводами 7 бортовых водорезов, стоящих вертикально между днищем и главной палубой 19. Внешняя прямая вертикальная сторона 6 водореза не образует расходящихся волн, а внутренняя изогнутая поверхность 7 формирует внутренние расходящиеся волны, которые взаимодействуют с расходящимися волнами от форштевня и в результате интерференции поглощают друг друга. Главная палуба 19 в носовой части соединяет форштевень 13 и бортовые водорезы, имеет ребро 3 над водоводами, высота которых достаточна для свободного прохода высоких волн в зависимости от размеров судна и района плавания. Между верхней поверхностью водоводов и главной палубой располагаются помещения 14 для судового имущества. Над главной палубой устанавливается прочный обтекаемый навес, предохраняющий носовую часть судна от заливания гребнями высоких волн, которые падают на поверхность навеса и своим весом также уменьшают подъем носовой части на волнении.
Носовая оконечность судна с волноводами работает следующим образом. На малом ходу переднее горизонтальное заостренное ребро днища корпуса на глубине осадки разрезает слой воды, ее верхняя часть поднимается по наклонной поверхности водовода между вертикальными изогнутыми поверхностями форштевня и водорезов и через боковые выходы сливается за борт.
На спокойной воде в море, в реке, в каналах при определенной скорости движения судна от форштевня начинают появляться расходящиеся волны. От внутренних боковых поверхностей водорезов тоже образуются расходящиеся волны, которые двигаются навстречу волнам от форштевня. За счет интерференции эти системы волн поглощают друг друга, что значительно уменьшает волновое сопротивление продольных волн и предотвращает возникновение поперечных волн. При проходе воды в зауженной части водовода, происходит незначительное повышение уровня потока, но при достаточной высоте водовода, она беспрепятственно проходит на выход. При этом, ламинарное движение воды пограничного слоя вдоль внешнего вертикального борта водореза судна не приводит к образованию расходящихся волн.
На существующих судах при встречном волнении вершина волны, проходя через носовую часть, увеличивает объем погруженной в воду носовой части корпуса Лист 3 - рис 5, за счет этого выталкивающая сила воды поднимает нос вверх, при этом скорость судна уменьшается. Когда вершина волны доходит до середины судна -рис 6, под поднятой носовой частью проходит впадина волны и нос опускается, ударяясь днищем о воду и втыкается носом в новую набегающую волну, корма поднимается и оголяется винт - рис 7, затем нос поднимается по волне снова и резко опускается. Возникает опасное явление «слеминг», при котором сильные удары о волны приводят к повреждению днища корпуса судна, а палубные механизмы на носовой части могут сорваться с креплений.
Судно с носовыми волноводами при встречном волнения не испытывает усиленной килевой качки. Волны делятся носовой конструкцией на две части Лист 4. При проходе вершины рис 9 внешняя часть волны идет снаружи вдоль бортов и, увеличивая объем погруженной носовой части (объемы 1 водорезы, 3 форпик, 4 балластные танки), стремится поднять нос вверх, а внутренняя часть волны проходит через волноводы (объемы 2 заштрихованы) и своим весом внутри их на горизонтальной поверхности стремится опустить нос вниз и выходит вдоль бортов позади вершины прошедшей волны, чем сглаживает крутизну заднего склона на середине судна и предотвращает резкое опускание носовой части. Нос судна с заполненными волноводами 2 не поднимается, а при прохождении впадины (рис 8) из водоводов выходит вода, уровень низкий (заштрихованы), внешняя часть волны во впадине не выталкивает носовую часть судна. Такое равновесие сохраняется до подхода следующей вершины, которая снова заполняет водоводы и противодействует подъему носа на волне. В результате такого взаимодействия амплитуда килевой качки уменьшается до минимума, устраняется появление «слеминга», улучшается обитаемость для пассажиров и экипажа, скорость судна снижается незначительно, винт не оголяется, режим работы двигателей благоприятный. Если высота волн превышает уровень главной палубы, то их гребни падают на защитный обтекаемый навес над главной палубой и своим весом дополнительно препятствуют подъему носовой части вверх, что также уменьшает амплитуду килевой качки при повышенном волнении. При волнении со стороны бортов для уменьшения бортовой качки все суда выбирают соответствующий курс штормового плавания под определенным углом к волне. При этом наличие носовых водоводов значительно снижает амплитуду килевой качки, чем сохраняется скорость судна и режим работы двигателей, сокращаются выбросы продуктов сгорания в атмосферу, улучшается обитаемость для пассажиров и экипажа.