КОРАБЛЬ, ОСТОЙЧИВЫЙ В ШТОРМОВОМ ПЛАВАНИИ
VESSEL OF INCREASED STABILITY IN HEAVY GALE

Изобретение относится к области судостроения.
Назначение
Настоящим изобретением определяется способ построения обводов в средней части корпуса корабля для достижения безусловно положительной начальной остойчивости при интенсивной вертикальной качке в условиях штормового волнения.
Уровень техники
Для достижения плавности бортовой качки в штормовом плавании судоводитель старается минимизировать поперечную остойчивость корабля с большой осадкой. Судовые обводы с минимальной остойчивостью на конструктивной осадке способствуют уменьшению внешнего динамического воздействия короткопериодных штормовых волн, однако для поддержания положительной остойчивости в условиях вертикальной качки требуется построение особых обводов корпуса в полосе переменных ватерлиний, омываемых штормовыми волнами.
В концепции непротиворечивого проектирования корабля повышенной штормовой мореходности [1] рассматривается форма корпуса с заостренной крейсерской кормой и малым объемом надводного борта в носовой оконечности корабля, способного к поддержанию активного хода с минимальной килевой качкой в режиме прорезания гребней штормовых волн. Для такого проекта корабля, отличающегося почти вертикальной строевой по ватерлиниям и ослабленным демпфированием вертикальной качки, настоящее изобретение имеет особо высокую значимость.
Для современных судов с широкой транцевой кормой и большим развалом надводного борта в носовой оконечности характерно плавание с интенсивной килевой качкой при отслеживании корпусом поверхности штормового моря во избежание заливаемости верхних палуб. В таком режиме существенно гидродинамическое влияние завышенных надводных объемов в оконечностях при посадках корпуса на гребне и над подошвой штормовых трохоидальных волн. Тем не менее, гидростатический подход к рассмотрению данной проблемы не противоречит осуществлению изобретения в компромиссе с использованием развала борта [2, стр.137] на уровне конструктивной ватерлинии.
Осуществление изобретения
C
x
Оценка остойчивости формы корпуса корабля выполняется с помощью метацентрической высоты h, на изменение которой при вертикальной качке сказывается смещение центра величины z, компенсируемое обратной зависимостью синхронно меняющегося объемного водоизмещения V. Рассмотрим вариант формы корпуса с фиксированным положением центра масс и условно неизменной величиной поперечного (относительно продольной оси х) момента инерции площади действующей ватерлинии J:
M
g
C
g
x
C
g
h=z-z=r+z-z=J/V+z-z,
M
g
g
где: z - аппликата метацентра; z - фиксированная аппликата центра масс корабля; r - поперечный метацентрический радиус. Все величины, кроме z, представляются интегральными характеристиками формы судовых обводов и однозначно связаны с посадкой корпуса, что отражено на кривых элементов теоретического чертежа (фиг.1, 2 - справа).
M
M
X
В случае судовых обводов с вертикальными бортами в средней части корпуса, искомый экстремум минимума аппликаты метацентра z приходится на осадку Т, приблизительно в три раза меньшую ширины корпуса В. Соответственно, для судовых обводов с отношением ширины к осадке больше трех (В/Т>3), минимум аппликаты метацентра z(z) достигается при развале бортов за счет быстрого роста J(z) на метацентрической диаграмме (фиг.1, 2 - справа). Штормовое плавание такого судна сопровождается резкой килевой и бортовой качкой при интенсивном гидродинамическом влиянии на корпус корабля штормовых волн, силовое воздействие которых может превалировать на фоне положительных гидростатических эффектов данного изобретения, тем не менее, сохраняющего свое полезное влияние на частичную минимизацию качки и достижение безопасности штормового мореплавания.
M
X
M
C
Судно повышенной штормовой мореходности, имеющее отношение ширины корпуса к осадке, приблизительно равное или меньшее двух (В/Т≅ или ≤2), обретает искомый минимум остойчивости на конструктивной ватерлинии при устройстве завала бортов в средней части корпуса, способствующего росту аппликаты метацентра z(z) за счет увеличения момента инерции площади ватерлинии J(z) при всплытии корпуса, и не подавляющем естественного прироста высоты метацентра z(z) при естественном увеличении аппликаты центра величины z(z) в фазе погружения корпуса при вертикальной качке на штормовом волнении.
Судовые обводы с округлыми шпангоутами в средней части корпуса ослабляют эффект повышения остойчивости при изменении осадки (фиг.1), и потому реализация изобретения становится значимой для поддержания безусловно положительной остойчивости корабля в штормовом плавании с помощью построения специальных обводов корпуса в полосе переменных ватерлиний. Максимальный эффект повышения остойчивости при штормовом изменении посадки достигается в том случае, если контуры шпангоутов в средней части корпуса имеют вогнутость на уровне действующей ватерлинии (фиг.2).
Краткое описание чертежей
На двух рисунках слева вверху приведены теоретические чертежи в проекции корпуса для двух судов повышенной штормовой мореходности.
g
KWL
На графиках слева внизу приведены диаграммы остойчивости, где кривая 5 соответствует конструктивной осадке, кривые 6 и 7 - погружению корпуса на соответствующие ватерлинии, отмеченные на теоретическом чертеже выше, кривые 4, 3 и 2 - соответственно - всплытию корпуса. Все расчеты выполнены для фиксированного положения аппликаты центра масс z, приведенного точно к метацентру на конструктивной осадке, где начальная остойчивость становится равной нулю (h=0).
На графиках справа приведены кривые элементов теоретического чертежа в функции от осадки по корпусу судна, изображенного слева. Ниже графиков приведены шкалы с отсчетами гидростатических величин.
Фиг.1. Проекция корпуса теоретического чертежа и гидростатические расчеты для спасательного судна, способного в штормовых условиях активно маневрировать произвольными курсами на малых ходах вблизи спасаемого судна или морского инженерного сооружения.
Фиг.2. То же для универсального транспортного судна, способного к штормовому плаванию произвольным курсом с минимальной килевой и бортовой качкой в условиях интенсивного морского волнения.
Расчеты выполнены с использованием программного комплекса Hull [3].
Литература
1. Храмушин В.Н. Поисковые исследования штормовой мореходности корабля. Владивосток: Дальнаука, 2003. - 172 с.
2. Статика корабля. Р.В.Борисов, В.В.Луговский, Б.В.Мирохин, В.В.Рождественский. СПб.: Судостроение, 2005. - 256 с.
3. Храмушин В.Н. «Hull» - Построение аналитической формы корпуса корабля, расчеты волнового сопротивления, кривых элементов теоретического чертежа и диаграмм остойчивости морских судов. СахГУ №2010615849 от 8.09.2010 г. Заявка №2010614190 от 13.07.2010 г.
http://www.shipdesign.ru/SoftWare/2010615849.html