СПОСОБ СОЗДАНИЯ И КОНСТРУКЦИЯ НОСОВОГО БУЛЬБА
BOW BULB DESIGN

Изобретение относится к корпусу морского судна, содержащему правый борт корпуса, левый борт корпуса, палубу и нос, при этом бульб объединен с указанными бортами корпуса.
Использование носового бульба для морских судов/кораблей неглиссирующего типа с целью уменьшения сопротивления воды известно давно, например описано в JP 61166783. Существует множество различных конструкций/форм носового бульба, но общим для большинства концепций является то, что бульб находится под ватерлинией и что носовая часть искривлена выше бульба, т.е. в первом миделевом сечении, которое наклонено к корме, и за которым идет следующее миделевое сечение, включающее вогнутую носовую часть, которая перекрывает верхнюю носовую часть, наклонную к носу. Эта конструктивная концепция носового бульба была общепринятой и использовалась в течение десятилетий.
Предпринимались попытки создать другие концепции конструкции бульба, отличающиеся от описанной, но они не имели успеха. Также предлагались конструкции, направленные на уменьшение гидродинамического сопротивления без использования традиционного бульба. Например, в WO 0017042 описана конструкция, предназначенная для улучшения обтекаемости плоскодонных судов с помощью модифицированного "носового бульба".
В ЕР 1314639 описан корпус морского судна, в котором нос проходит по существу вертикально, а подводная носовая часть объединена с бортами корпуса вблизи носа, причем место пересечения носа и носовой подводной части находится рядом с наиболее выступающей вперед частью подводной носовой части. Известно множество других решений, направленных на улучшение условий обтекания.
Сущность изобретения
Целью изобретения является создание новой конструктивной концепции, которая улучшает условия обтекания для морских судов. Эта цель достигается с помощью корпуса для морского судна, выполненного согласно п.1 формулы изобретения.
Благодаря этой новой конструктивной концепции достигается лучшее использование длины по всей проектной ватерлинии судна, что, в свою очередь, приводит к уменьшению гидродинамического сопротивления. Поскольку по существу вертикальные носы сами по себе известны, новая концепция может на первый взгляд показаться тривиальной, но с учетом множества преимуществ, которые достигаются с ее помощью, очевидно, что синергистические результаты изобретения действительно должны показаться неожиданными специалисту в данной области.
Описание чертежей
Ниже изобретение описано более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи, где:
на фиг. 1 показан вид сбоку части судна согласно изобретению,
на фиг.2 показано горизонтальное сечение по линии II-II на фиг. 1,
на фиг. 3 показано вертикальное сечение по линии III на фиг.1,
на фиг. 4 показано вертикальное сечение по линии IV-IV на фиг.1,
на фиг. 5 показано вертикальное сечение по линии V-V на фиг. 1,
на фиг. 6 показано горизонтальное сечение по линии VI-VI на фиг.1,
на фиг.7 показан вид сбоку модифицированного судна согласно изобретению и
на фиг. 8 показана еще одна модификация судна согласно изобретению.
Подробное описание
f
f
f
На фиг. 1 показана передняя часть судна 1 согласно изобретению, имеющего правый борт 2 и левый борт 8, к которым спереди примыкает нос 3. Дно является плоским или имеет килеватость и переходит в днище с заданным радиусом днища. Как единое целое с носом 3, ниже (или начиная с уровня) предполагаемой ватерлинии 5, т.е. проектной осадки D судна 1, находится носовой бульб 6, имеющий центр 6С объема. Центр 6С объема бульба 6 расположен на уровне, близком к линии, проходящей посередине между линией дна и предполагаемой ватерлинией 5, и обеспечивает большой радиус r (контура дна, если смотреть со стороны борта, как на фиг. 1) в переходной области между носом 3 и линией дна, при этом радиус r по меньшей мере больше, чем 1/3 проектной осадки D, предпочтительно r равен примерно D±10%. Носовой бульб имеет первую половину 6А, расположенную вдоль правого борта 2, и вторую половину 6 В, расположенную вдоль левого борта 8. Указанные две половины 6А, 6 В расположены симметрично относительно вертикальной центральной плоскости Р судна 1.
Hoc 3 проходит по существу вертикально и расположен относительно носового бульба 6 так, что нос 3 соединяется с бульбом 6 в месте, обозначенном позицией 30, которое находится перед центром 6С объема бульба 6 и, как показано на фиг.1, предпочтительно в месте, которое по существу соответствует наиболее выступающей вперед части 60 носового бульба 6.
По отношению к длине L судна 1, т.е. Lpp (Lpp - это длина от заднего перпендикуляра Ар до переднего перпендикуляра Fp, при этом обычно считается, что Fp является точкой, где нос 3 сходится с бульбом), протяженность С бульба обычно находится в диапазоне L*0,035<C<L*0,05. Максимальная протяженность D бульба обычно лежит в диапазоне (Проектная осадка)*0,9<D<(Проектная осадка)*1,1. (Проектная осадка судна 1 представляет собой расстояние между базовой линией и проектной ватерлинией).
На фиг. 2 показано горизонтальное сечение судна 1 по линии II-II на фиг. 1. На фиг. 2 видно, что кривизна R передней части бульба 6 находится в диапазоне 0,2*(Проектная осадка)<R<0,25*(Проектная осадка). На фиг. 2 также видно, что за бульбом 6 борта 2, 8 корпуса расходятся в горизонтальной плоскости.
На фиг. 6 показано горизонтальное сечение судна 1 по линии VI-VI на фиг. 1, т.е. это сечение находится выше сечения, показанного на фиг.2. Здесь хорошо видно, что нос 3 выполнен относительно острым из-за того, что каждый борт 2, 8 корпуса расположен под острым углом γ входа ватерлинии относительно вертикальной плоскости Р. Обычно угол γ ватерлинии каждого борта 2, 8 корпуса в области носа 3 лежит в диапазоне 10°<γ<20°. Следует отметить, что ниже бортов 2, 8 корпуса около носа 3 части 6А, 6В носового бульба выступают за пределы области, ограниченной бортами 2, 8 корпуса.
На фиг. 3 показано сечение судна 1 по линии Ill-Ill на фиг. 1. Как видно на фиг. 3, кривизна r бульба в вертикальной плоскости Р лежит в диапазоне 0,13*(Наибольшая ширина судна)<r<0,16* (Наибольшая ширина судна). (Наибольшая ширина судна - это ширина судна в самом широком месте, или в середине его длины). Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения борта 2, 8 корпуса выше бульба 6 расположены, как видно на фиг. 3, под сравнительно острым углом β, например 5-25°, относительно вертикальной плоскости Р. В некоторых вариантах осуществления изобретения по меньшей мере частично этот угол Р может быть близок к нулю, что соответствует по существу почти вертикальным бортам корпуса 8. Преимущество таких вариантов состоит в уменьшении ударов волн о корпус судна 1 в бурном море. На фиг. 4 видно, что борта 2, 8 корпуса могут быть расположены под более острым углом β ближе к середине судна, т.е. в этом варианте угол β менее острый в передней части судна.
На фиг. 5, изображающей поперечное сечение корпуса за бульбом, видно, что борта 2, 8 корпуса расходятся в направлении вверх, например для получения большей площади палубы 4.
Конструкция согласно изобретению имеет много синергетических преимуществ. Во-первых, использование по существу вертикального носа 3, который образует сравнительно острый угол γ с бортами 2, 8 корпуса, обеспечивает низкое тормозящее сопротивление воде, в особенности встречным волнам. Это преимущество обусловлено также тем, что вертикальные борта 2, 8 корпуса расположены под сравнительно острым углом, в результате чего силы реакции, создаваемые встречными волнами, будут оказывать малое влияние на направление движущей силы судна 1. Кроме того, носовой бульб 6 способствует созданию такой структуры потока ниже ватерлинии 5, которая улучшает гидродинамическое сопротивление судна 1. Наконец, расположение носа 3 по существу на одной линии с передней частью 60 бульба обеспечивает более длинную ватерлинию по сравнению с традиционным расположением носового бульба, что тоже положительно влияет на гидродинамическое сопротивление судна 1.
Таким образом, в конструкции согласно изобретению носовая часть судна имеет «тонкие» ватерлинии, в результате чего объем встречной воды распределяется во времени, а силы торможения существенно снижены. Предлагаемое решение уменьшает отражение волн, устраняет удары волн и значительно уменьшает потери скорости, вызванные встречными волнами, например, благодаря улучшенному распределению внутреннего объема.
Конструкция дает многочисленные преимущества, например меньшее ускорение и замедление, уменьшение количества попадающей на палубу воды, снижение риска повреждения передней части судна и переборок в надпалубных сооружениях при штормовой погоде, улучшение условий работы на борту, что приводит к повышению безопасности и удобства работы, снижение шума и вибраций и плавные очертания передней части судна.
Таблица 1: Сравнительные испытания
Испытания с носовым бульбом обычной конструкции:
Высота больших волн
Период волн
Скорость в тихой воде
Средняя скорость при волнении
Уменьшение скорости
Уменьшения скорости
Эксперимент №
(м)
(с)
(узлы)
(узлы)
(%)
(узлы)
2000
2,0
6,0
11,94
9,76
-18,54
-2,21
2010
2,0
8,0
11,94
8,18
-31,49
-3,76
Испытания с носовым бульбом согласно изобретению:
Эксперимент №
(м)
(с)
(узлы)
(узлы)
(%)
(узлы)
4000
2,0
6,0
12,03
9,92
-17,51
-2,11
4010
2,0
8,0
12,03
8,37
-30,44
-3,66
Как видно из Таблицы 1, конструкция согласно изобретению дает радикальные преимущества. Чтобы получить увеличение скорости на 0,1 узла при волнении (т.е. скомпенсировать потерю скорости), для носа обычной формы требуется дополнительно 36 кВт, что на 3,5% больше мощности при скорости 12 узлов. Поэтому новая конструкция обеспечивает значительное уменьшение расхода топлива, что приводит к снижению стоимости и увеличению объема хранения.
На фиг. 7 показано, что нос 3 может быть расположен под углом α, который немного отклоняется от вертикальной линии, а место 30, где нос 3 сходится с носовым бульбом 6, может быть немного смещено на расстояние Х относительно передней части 60 бульба 6, при этом Х предпочтительно меньше 0,1R.
На фиг.8 показана еще одна модификация согласно изобретению, где нос 3 тоже немного отклоняется от вертикальной линии, но в противоположном направлении по сравнению с вариантом на фиг.7. Точка 30, где нос 3 сходится с носовым бульбом 6, тоже смещена на расстояние Х в противоположном направлении по сравнению с фиг.7. Хотя конструкции, показанные на фиг.7 и 8, отличаются от конструкции согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.1, существенные преимущества изобретения в этих вариантах все еще достигаются.