БЫСТРОХОДНОЕ СУДНО
HIGH-SPEED VESSEL

Сокращения, использованные в тексте описания изобретения:
БС - быстроходное судно;
КС - корпус судна;
ДП - диаметральная плоскость корпуса судна;
ОЛ - основная линия корпуса судна;
ДВ - днищевая выемка в корпусе судна;
ДН - днищевая ниша в корпусе судна;
ИГК - искусственная газовая каверна под днищем корпуса судна;
ЦВД - цилиндрическая вставка днища корпуса судна;
СВЛ - статическая ватерлиния корпуса судна;
ХВЛ - ходовая ватерлиния корпуса судна.
Изобретение относится к судостроению, в частности к конструкции высокомореходных быстроходных судов (БС).
Известно БС с подачей газа под избыточным давлением в днищевую выемку (ДВ), выполненную в его корпусе для образования в ней искусственной газовой каверны (ИГК), ограниченную сверху днищевым сводом, спереди - поперечным реданом, а со стороны бортов - бортовыми скегами с глиссирующими днищевыми поверхностями [1].
Корпус данного БС, благодаря указанной выше профилировке его днища и подаче под него газа под избыточным давлением, обладает, по сравнению с корпусами обычных глиссеров, более низким сопротивлением своему движению в воде. Образование в процессе движения данного корпуса судна (КС) под его днищем ИГК позволяет снизить площадь его смоченной поверхности и за счет этого существенно снизить величину сопротивления трения его о воду. Это способствует повышению его ходкости.
Однако форма корпуса данного БС не обеспечивает в полной мере использование эффекта снижения сопротивления трения его о воду за счет образования под его днищем ИГК. Днище данного КС перед выемкой в нем постепенно переходит в характерное для традиционного глиссирующего судна носовое окончание его корпуса с плавным подъемом килевой линии и плавным увеличением килеватости носовых шпангоутов по мере приближения к форштевню, начиная сразу же от срывообразующих кромок поперечного редана и бортовых скегов, ограничивающих ДВ в нем. Это не способствует поддержанию устойчивого кавитационного характера обтекания КС в процессе его движения и, следовательно, требует повышенных затрат мощности силовой установки судна на поддержание ИГК.
Этот недостаток преодолен в конструкции БС [2], днище корпуса которого, в отличие от предыдущего БС [1], снабжено расположенной перед ДВ специальной вставкой, поверхность которой имеет угол расхождения образующих, не превышающий 5°. При этом указанная вставка занимает всю ширину днища между бортовыми скулами и имеет длину 0,01-0,10 длины КС.
Профилировка днища КС с данными существенными отличительными признаками позволяет достигнуть в процессе его движения устойчивого отрыва обтекающей его воды от днища в районе ДВ для образования ИГК и за счет этого увеличить площадь днища, стабильно покрываемую ИГК, при одновременном снижении затрат мощности силовой установки для ее поддержания. Это позволяет существенно снизить величину сопротивления трения КС о воду и, как следствие, повысить максимальную скорость его движения на тихой воде на 20-30% по сравнению с обычными глиссирующими судами при прочих равных условиях [3], [4].
Однако БС с данным корпусом обладает недостаточной мореходностью. Это обусловлено конфигурацией, в плане, указанной выше ДВ в его корпусе и специальной вставки днища перед ней. Участки ДВ для образования ИГК, примыкающие к местам перехода поперечного редана в бортовые скеги, при движении данного БС по взволнованной водной поверхности, вследствие возникающих при этом продольной и поперечной качек, периодически близко приближаются к свободной поверхности воды на акватории либо вовсе оказываются выше ее. Это приводит к утечке сжатого газа из внутреннего объема ДВ с последующей потерей ИГК и, как следствие, к увеличению площади смоченной поверхности КС. А это, в свою очередь, является причиной повышения сопротивления его движению на волнении. При этом указанная выше специальная вставка, распространяясь на всю ширину днища перед поперечным реданом в нем, является причиной придания носовой оконечности данного КС довольно полных обводов. Следствием этого является возникновение при движении БС по взволнованной водной поверхности вертикальной качки с довольно высокими вертикальными ускорениями его корпуса. Все это существенно снижает мореходные качества рассматриваемого БС.
Указанных недостатков частично лишено БС [5], [6], бортовые скеги корпуса которого, в отличие от предыдущего БС [2], выполнены расширяющимися по мере приближения к вершине ДВ. Сама вершина ДВ расположена в носовой части КС. А ширина днища, по скуле, в плоскости шпангоута, проходящего через вершину ДВ, меньше ширины днища, по скуле, в плоскости мидель-шпангоута.
Благодаря такой конфигурации ДВ в КС для образования ИГК обеспечиваются хорошие условия для придания носовой оконечности КС более заостренной формы. При этом потери площади поверхности его днища, покрытой ИГК, не происходит, так как ДВ для ее образования хоть и несколько сужается в носовой части, но зато продлевается в сторону носа КС далеко за его мидель-шпангоут. Это способствует снижению величин вертикальных ускорений КС при его движении на волнении без существенного увеличения сопротивления его движению в воде. С другой стороны, расположение срывообразующих кромок бортовых скегов, ограничивающих ДВ для образования ИГК по контуру, близко к эквидистантному, по отношению к ходовой ватерлинии (ХВЛ) при движении КС на тихой воде, исключает наличие участков ДВ, опасно близко приближающихся при качке КС к свободной поверхности воды на акватории при движении КС на волнении. Это снижает вероятность возникновения утечки сжатого газа из области ИГК при движении КС по взволнованной водной поверхности, что способствует снижению сопротивления его движению на волнении. Все это, в конечном итоге, способствует повышению мореходности данного КС.
Однако, как и в случае с первым аналогом [1], форма данного КС из-за отсутствия расположенной перед ДВ для образования ИГК специальной вставки днища не обеспечивает в полной мере использования эффекта снижения сопротивления движению КС в воде за счет образования под его днищем ИГК. Это существенно снижает его ходкость.
Для устранения этого недостатка было предложено БС [7], [8], корпус которого снабжен расположенной перед ДВ цилиндрической вставкой днища (ЦВД), ограниченной со стороны носа и бортов КС линией, эквидистантной, в направлении вдоль КС, срывообразующим кромкам поперечного редана и бортовых скегов его днища. При этом днищевые ветви шпангоутов, проходящих через ЦВД слева и справа от нее, выполнены с более интенсивным подъемом к бортовым скулам, чем в пределах ЦВД.
Введение в указанную выше конструкцию КС ЦВД так же, как и в случае с приведенным выше аналогом [2], позволяет обеспечить образование гладкой, без вредных возмущений, свободной поверхности ИГК, покрывающей собой максимально возможную площадь поверхности днища КС. Это способствует максимальному снижению сопротивления трения КС о воду при минимальных затратах энергии его силовой установки. При этом подковообразная в плане форма упомянутой ЦВД, не препятствующая максимальному заострению носовой оконечности КС, позволяет сохранить высокие показатели мореходности, присущие предыдущему аналогу [5], [6] предлагаемого БС.
Однако форма корпуса и этого БС не исчерпывает всех средств формообразования его корпуса для дальнейшего одновременного повышения его ходкости и мореходности.
Известно БС [9], [10], содержащее корпус с признаками, характерными для предыдущего БС [7], [8], и нижней частью носовой оконечности корпуса, выполненной в виде выступающего вперед за линию форштевня ее верхней части таранообразного выступа с килевой линией, расположенной на всем своем протяжении не выше основной линии (ОЛ) КС, со шпангоутами, близкими, по очертаниям, к равнобедренным треугольникам со слабо выпуклыми сторонами и находящимися на осях их симметрии вершинами, расположенными на килевой линии КС, и верхней поверхностью, наклоненной, по отношению к ХВЛ КС, в сторону его носа.
Благодаря введению в конструкцию носовой оконечности КС с ИГК таранообразного выступа указанной формы достигаются следующие положительные эффекты. Максимально большая длина ХВЛ КС, сохраняющаяся неизменной на всех режимах движения данного БС, с максимально заостренным углом ее у форштевня способствует дальнейшему снижению волновой составляющей полного сопротивления движению его корпуса. Благодаря этому обеспечивается повышение ходкости данного БС. Треугольнообразная форма поперечного сечения таранообразного выступа с остроугольной килевой частью и тупой верхней частью, а также наклон верхней поверхности таранообразного выступа по отношению к ХВЛ в сторону носа КС обеспечивают "протыкание" набегающих на КС волн при его движении по взволнованной водной поверхности без возникновения значительных вертикальных ускорений его носовой части. Это способствует дополнительному повышению мореходности данного БС. При этом некоторое увеличение площади смоченной поверхности носовой оконечности данного КС, за счет введения в его конструкцию выступающего вперед таранообразного выступа, с избытком компенсируется дополнительным уменьшением площади смоченной поверхности днища КС за счет максимального продления в сторону его носа ДВ для образования ИГК.
Еще одним путем повышения ходкости и мореходности БС является оптимальное расположение по длине КС гидравлического движителя.
В подавляющем большинстве современные суда имеют гидравлический движитель, расположенный в кормовой части своего корпуса, то есть "задний привод". Это в настоящее время настолько традиционно, что многие даже и не подозревают, что "задний привод" уже, сам по себе, создает условия для возникновения дополнительных сил сопротивления движению КС. Движущийся в воде КС изменяет возникающее вокруг него поле давлений воды. Непосредственно перед его носовой оконечностью возникает зона повышенного давления, являющаяся причиной его лобового сопротивления. А непосредственно за его кормовой оконечностью возникает зона разрежения, куда и устремляется, в процессе движения КС, вода, вытесненная его носовой частью. Расположенный в кормовой части КС гидравлический движитель, отбрасывая с помощью своей реактивной струи воду еще дальше назад, усиливает это разрежение. Возникающее при этом дополнительное разрежение является причиной того, что суммарный упор, создаваемый гидравлическим движителем, расположенным в кормовой части КС, необходимый для поддержания его равномерного движения с заданной скоростью, всегда несколько больше буксировочного сопротивления КС при этой скорости движения ([11], стр. 167).
Вполне логично, в связи с этим, выглядят попытки размещения гидравлического движителя в носовой части КС. Расположенный в носу гидравлический движитель, отсасывая воду в носовой части КС, способствует снижению силы лобового давления, а отбрасывая ее в корму, способствует появлению силы кормового давления на КС. Благодаря этому "передний привод", в конечном итоге, должен привести к повышению пропульсивного качества судна как комплекса: корпус-движитель.
Как известно, первые судовые водометные движители, созданные еще в XIX веке, имели расположенный внутри КС длинный водовод с водозаборниками, размещенными в бортах носовой части КС, и соплом с подводным выбросом, размещенным в кормовой части КС ([12], стр. 12, 13 рис. 1.2, 1.3).
Однако, несмотря на такой безусловно правильный общий подход к проблеме повышения пропульсивного качества судна, позже судостроительная практика водометные движители с длинными водоводами отвергла из-за их большого гидравлического сопротивления, почти полностью "съедавшего" весь положительный эффект от создаваемого ими благоприятного характера обтекания наружной поверхности КС.
Такая же участь постигла и другие гидравлические движители, размещаемые в носовой части КС, хотя некоторые из них и не содержали в своей конструкции длинного внутреннего водовода, а отбрасываемые ими назад водяные струи перемещались от зоны повышенного давления воды в носовой части КС в зону пониженного давления в его кормовой части снаружи КС. В качестве примера можно привести водометный движитель, который в 1926 году предложил немецкий исследователь Новка ([12], стр. 13, 14 рис. 1.4). Его водометный движитель с подводным выбросом был снабжен центробежным гидравлическим насосом и практически не имел, кроме внутренних полостей самого насоса, какого-либо расположенного внутри КС водовода, перемещающего воду от водозаборника к соплу водометного движителя. В данном случае внутренние потери, присущие предыдущему водометному движителю, были полностью исключены.
Причиной неудачи в этом случае явился хорошо известный в аэрогидромеханике "эффект Коанда". В соответствии с ним, реактивная струя, отбрасываемая расположенным в носу гидравлическим движителем, на своем пути в корму буквально "прилипает" к КС. А так как вектор ее скорости, по отношению к вектору скорости движения самого КС, имеет противоположный знак, то это приводит к существенному возрастанию силы сопротивления трения КС о воду при его движении. Таким образом, положительный эффект от благоприятного перераспределения давления воды в носовой и кормовой оконечностях КС, достигаемый за счет носового расположения его гидравлического движителя, и в этом случае почти полностью ликвидируется дополнительным сопротивлением трения КС о воду, вызванным "прилипающей" к нему реактивной струей носового гидравлического движителя.
Для борьбы с этим явлением был разработан целый ряд изобретений. Так, например, известно водоизмещающее судно [13], под днищем корпуса которого с помощью бортовых скегов образован простирающийся вдоль всего его корпуса от носа до кормы своеобразный сквозной тоннель. В носовой части этого тоннеля в промежутке, по высоте, между днищем носовой части КС и специальной имеющей крыльевой профиль поперечной перемычкой, соединяющей собой упомянутые выше скеги на уровне их нижних кромок, расположен гидравлический винт. Реактивная струя воды при работе гидравлического винта отбрасывается назад вдоль указанного тоннеля. Днище КС, ограничивающее упомянутый сквозной тоннель сверху, на участке за гидравлическим винтом снабжено специальным соплом для подачи под него сжатого воздуха.
В качестве еще одного, но уже глиссирующего судна, здесь может быть приведено БС, снабженное гидравлическим движителем в виде угловой колонки, расположенной в носовой части его корпуса. А сам КС имеет вогнутое, в поперечном сечении, днище, оборудованное так же, как и в первом случае, системой подачи под него сжатого воздуха [14].
По замыслу авторов этих изобретений, сжатый воздух, поступающий под днище КС, благодаря, в первом случае, его тоннельнообразной форме [13], а во втором случае, его вогнутости в поперечном сечении [14], должен в процессе движения судна удерживаться под ним и, создавая тем самым своеобразную "воздушную смазку", снижать силу трения между днищем КС и реактивной струей его носового гидравлического движителя, способствуя тем самым сохранению хоть какой-то части от величины упомянутого выше повышения пропульсивного качества рассматриваемого судна, обусловленного применением на нем "переднего привода".
Однако, как показал опыт, накопленный за период, прошедший после возникновения этих изобретений и некоторых других аналогичных изобретений, простая подача сжатого воздуха под днище КС без применения специальной профилировки его, обеспечивающей создание под ним в процессе движения КС устойчивого кавитационного течения с образованием ИГК, не позволяет достигнуть гарантированного отрыва обтекающей КС воды от его днища и за счет этого существенно снизить величину сопротивления трения его о воду. Применительно к рассматриваемым изобретениям это означает, что и эти технические решения не обеспечивают существенного повышения пропульсивного качества судна за счет применения на нем "переднего привода".
В качестве еще одного изобретения, использующего эффект "воздушной смазки" для снижения величины сопротивления трения днища корпуса БС о реактивную струю носового гидравлического движителя можно привести БС [15] с корпусом, содержащим днище комбинированной конструкции. В районе от носа до миделя оно выполнено двойным, содержащим внутреннее и наружное днища с воздушной полостью между ними. А в районе от миделя до транца оно выполнено в виде продолжения в корму внутреннего днища носовой части КС и снабжено бортовыми скегами, наружные днищевые поверхности которых являются продолжением в корму наружной поверхности наружного днища носовой части КС. Наружное днище носовой части КС снабжено глиссирующими обводами. Воздушная полость, расположенная между двумя днищами носовой части КС, открыта как со стороны носа, так и со стороны миделя КС, что позволяет встречному потоку воздуха, при движении КС, беспрепятственно поступать под кормовую часть днища КС, ограниченную по бокам бортовыми скегами. Посередине ширины данной воздушной полости расположен водометный движитель, кормовой срез сопла которого совмещен с кормовой кромкой наружного днища носовой части КС, а по высоте расположен между наружным и внутренним днищами носовой части КС.
Благодаря такой компоновке рассматриваемого судна, реактивная струя в процессе работы его водометного движителя попадает под кормовую часть днища КС, расположенную между его бортовыми скегами. Причем эта реактивная струя проходит по высоте выше глиссирующей поверхности наружного днища носовой части рассматриваемого КС. Очевидно, что в этом случае так же, как и в предыдущем, но только уже с использованием водометного движителя, имеет место попытка, за счет организации "воздушной смазки", уменьшить величину дополнительного сопротивления движению КС, вызванного силой трения "прилипающей" к его днищу реактивной струи гидравлического движителя, расположенного в его носовой части.
Однако и в этом случае, несмотря на наличие в конструкции рассматриваемого КС ряда признаков, характерных для корпусов БС с ИГК, сколько-нибудь заметное снижение общего сопротивления движению БС за счет использования "переднего привода" нереально. Во-первых, избыточное давление воздуха, поступающего под кормовую часть днища данного КС для его "воздушной смазки", очень невелико, так как обеспечивается лишь скоростным напором встречного потока воздуха, поступающего в указанную выше воздушную полость в носовой части КС через отверстие в его носу с весьма ограниченной площадью поперечного сечения, а расход его из-под днища, при указанной выше конструкции КС, весьма высок. С учетом этого, возникновение под кормовой частью днища между скегами рассматриваемого КС полноценной ИГК, как показали многочисленные эксперименты, невозможно. Во-вторых, благодаря расположению сопла водометного движителя данного судна, по высоте, в промежутке между наружным и внутренним днищами носовой части его корпуса, реактивная струя его носового водометного движителя неизбежно будет стремиться "прилипнуть" к кормовому участку днища между бортовыми скегами его корпуса, заняв собой значительную часть его поверхности. Эти два обстоятельства не дают оснований надеяться на то, что из-за своей неполноценности упомянутая выше ИГК позволит хоть сколько-нибудь существенно снизить отрицательный эффект, вызванный "прилипанием" реактивной струи носового водометного движителя к днищу данного КС.
Наиболее близким из всех указанных выше аналогов предлагаемого БС, с учетом возможных вариантов его исполнения, является БС, содержащее корпус с бортовыми скулами, в килеватом днище которого выполнена ДВ для образования ИГК, ограниченная сверху днищевым сводом, а по периметру - внутренними стенками бортовых скегов с глиссирующими днищевыми поверхностями, являющимися продолжением днищевой поверхности КС перед ДВ в ней, и кормовой профилированной площадкой, а также средствами подачи в ДВ газа под избыточным давлением, причем бортовые скеги выполнены расширяющимися по мере приближения к вершине ДВ, сама вершина ДВ расположена в носовой части КС, а ширина днища по скуле в плоскости шпангоута, проходящего через вершину ДВ, меньше ширины днища по скуле в плоскости мидель-шпангоута [5], [6].
Конструкция данного БС обладает целым рядом недостатков, снижающих его эксплуатационно-технические характеристики. К этим недостаткам относятся:
- пониженный положительный эффект от использования ИГК при движении данного БС на скоростях, отличных от расчетной. Если при движении рассматриваемого БС с расчетной скоростью образующаяся под днищем его корпуса ИГК плавно замыкается на нем у самого транца, обеспечивая тем самым максимально возможную площадь несмоченной поверхности днища и, следовательно, максимальное снижение величины сопротивления трения КС о воду, то при движении этого судна со скоростью, меньшей расчетной, образующаяся под днищем его корпуса ИГК замыкается на нем ближе к носу КС, оставляя тем самым меньшую площадь несмоченной поверхности днища и, следовательно, обеспечивая меньшую степень снижения величины сопротивления трения КС о воду. Это отрицательно сказывается на величине так называемого "горба" на кривой буксировочного сопротивления КС, повышая его величину и, следовательно, повышая энергетические затраты силовой установки рассматриваемого БС, необходимые для его преодоления при выходе судна на расчетный режим движения. При движении же рассматриваемого БС со скоростью, большей расчетной, его корпус приобретает дополнительный неблагоприятный дифферент на корму. Это вызвано тем, что расчетная посадка рассматриваемого КС при этой скорости движения не обеспечивает замыкание полости образующейся под его днищем ИГК со стороны его транца, так как при этой посадке замыкание ИГК должно было бы произойти на продолжении днища КС за его транцем. Между свободной поверхностью ИГК и участком днища КС перед его транцем образуется щель. Резко увеличившийся через эту щель расход газа из ИГК приводит к резкому падению давления газа в ИГК и, как следствие, к возникновению дополнительного дифферента КС на корму, что также способствует повышению величины гидродинамического сопротивления движению корпуса рассматриваемого БС;
- пониженные поперечная остойчивость и полезный внутренний объем корпуса рассматриваемого БС из-за наличия в его конструкции относительно глубокой ДВ для образования ИГК;
- повышенное сопротивление движению и недостаточная мореходность рассматриваемого БС, обусловленные, как это было показано выше, неблагоприятным полем давлений воды на него, образующимся в процессе движения КС с традиционным "задним приводом";
- ограниченные возможности по эффективному наращиванию энерговооруженности рассматриваемого БС, так как при традиционном "заднем приводе" это может быть осуществлено за счет размещения гидравлических движителей лишь в кормовой части КС;
- пониженная маневренность рассматриваемого БС, обусловленная наличием в конструкции днища его корпуса продольных скегов, ограничивающих ДВ для образования ИГК со стороны бортов КС. Выполняя свою положительную функцию при снижении гидродинамического сопротивления движению КС за счет эффективного удерживания под его днищем ИГК, указанные скеги делают его излишне устойчивым на курсе и требуют существенного увеличения необходимых усилий, развиваемых элементами рулевого устройства при маневрировании рассматриваемого БС.
Целью предлагаемого изобретения является комплексное повышение эксплуатационно-технических характеристик БС путем максимального повышения его эксплуатационных скоростей движения не только за счет максимального снижения сопротивления движению его корпуса в воде во всем диапазоне скоростей движения, на "тихой воде" и "на волнении", но также и за счет максимального повышения его энерговооруженности и полезной вместимости его корпуса; а также путем повышения его остойчивости, мореходности и маневренности.
Поставленная цель достигается тем, что в известную конструкцию БС, содержащего корпус с бортовыми скулами, в килеватом днище которого выполнена ДВ для образования ИГК, ограниченная сверху днищевым сводом, а по периметру - внутренними стенками бортовых скегов с глиссирующими днищевыми поверхностями, являющимися продолжением днищевой поверхности корпуса БС перед ДВ, и кормовой профилированной площадкой, а также средствами подачи в ДВ газа под избыточным давлением, причем бортовые скеги выполнены расширяющимися по мере приближения к вершине ДВ, сама вершина ДВ расположена в носовой части корпуса БС, а ширина днища по скуле в плоскости шпангоута, проходящего через вершину ДВ, меньше ширины днища по скуле в плоскости мидель-шпангоута, внесены существенные изменения.
Указанные существенные изменения заключается в том, что вершина ДВ для образования ИГК снабжена прямолинейным или стреловидным, в плане, поперечным реданом, гидравлический(ие) движитель(и) его силовой установки или хотя бы часть из них, если их несколько, смонтирован(ы) в районе этого поперечного редана так, что при работе его(их) реактивная(ые) струя(и) проходит(ят) ниже срывообразующей кромки поперечного редана.
При этом корпус предлагаемого БС может быть снабжен расположенной перед ДВ для образования ИГК ЦВД с прямолинейными батоксами, параллельными ОЛ корпуса БС, совпадающей с прямолинейным участком линии его киля в районе, непосредственно примыкающем к поперечному редану, и формой в плане в виде подковы, ограниченной со стороны носа и бортов корпуса БС линией, эквидистантной, в направлении вдоль корпуса БС, срывообразующим кромкам поперечного редана и бортовых скегов его днища.
При этом нижняя часть носовой оконечности корпуса предлагаемого БС может быть выполнена в виде выступающего вперед за линию форштевня ее верхней части таранообразного выступа с килевой линией, расположенной на всем своем протяжении не выше ОЛ корпуса БС, совпадающей с прямолинейным участком линии его киля в районе, непосредственно примыкающем к поперечному редану со стороны носа корпуса БС, со шпангоутами, близкими, по очертаниям, к перевернутым основанием вверх равнобедренным треугольникам со слабо выпуклыми сторонами и находящимися на осях их симметрии вершинами, расположенными на килевой линии корпуса БС, и верхней поверхностью, наклоненной, по отношению к ХВЛ корпуса БС, в сторону его носа.
При этом в качестве носового(ых) гидравлического(их) движителя(ей) на корпусе предлагаемого БС может(гут) быть установлена(ы) утловая(ые) поворотно-откидная(ые) колонка(и) или подвесной(ые) лодочный(ые) мотор(ы), смонтированные на вертикальной, или почти вертикальной, стенке поперечного редана, которым снабжена в районе своей вершины ДВ в корпусе БС для образования ИГК.
При этом угловая(ые) поворотно-откидная(ые) колонка(и) или подвесной(ые) лодочный(ые) мотор(ы) могут быть установлены на корпусе предлагаемого БС так, что нижняя поверхность находящейся над гребным винтом антикавитационной плиты соответствующего носового гидравлического движителя, в его рабочем положении, расположена, по высоте, ниже уровня самого нижнего батокса участка наружной поверхности днища корпуса БС перед его поперечным реданом, расположенного непосредственно перед антикавитационной плитой соответствующего носового гидравлического движителя.
При этом носовая часть свода ДВ для образования ИГК в корпусе предлагаемого БС может быть снабжена расположенной непосредственно за поперечным реданом днищевой нишей (ДН) с габаритными размерами, обеспечивающими размещение в ней угловой(ых) поворотно-откидной(ых) колонки(ок) или подвесного(ых) лодочного(ых) мотора(ов) в отклоненном назад-вверх положении, при котором самые нижние точки их конструкций находятся не ниже уровня батокса участка наружной поверхности днища корпуса БС перед поперечным реданом, образованного пересечением этого участка продольной вертикальной плоскостью, параллельной диаметральной плоскости (ДП) КС, проходящей через ось гребного винта соответствующего носового гидравлического движителя. При этом замыкающий ДН сверху днищевой свод ДН может быть выполнен в виде четырехугольной, в плане, плоской панели, расположен, по высоте, выше статической ватерлинии (СВЛ) корпуса БС и снабжен люком с водонепроницаемой крышкой.
При этом плоская вертикальная, или близкая к вертикальной, кормовая стенка его ДН может быть выполнена, на виде с носа корпуса БС, в виде перевернутого треугольника, с основанием, совпадающим с расположенной поперек корпуса БС кормовой кромкой плоского четырехугольного, в плане, днищевого свода ДН, и вершиной, расположенной в ДП корпуса БС на нулевом батоксе днищевого свода ДВ для образования ИГК. При этом на расположенном непосредственно за ДН, в корму от нее, участке днищевого свода ДВ для образования ИГК могут быть выполнены расположенные по обе стороны от кормовой стенки ДН, симметрично относительно ДП корпуса БС, полости. Указанные полости могут являться продолжением внутренней полости ДН. Они могут быть открытыми снизу и ограничены сверху, каждая, двумя участками днищевого свода ДВ для образования ИГК, образующими между собой двугранный угол. Ребром этого двугранного угла может служить отрезок прямой, соединяющий соответствующую крайнюю бортовую точку кормовой кромки днищевого свода ДН с расположенной кормовее ДН точкой на верхней кромке внутренней стенки соответствующего скега днища корпуса БС. При этом один из упомянутых двух участков днищевого свода ДВ может являться продолжением в корму корпуса БС соответствующей боковой стенки ДН, а второй плоский треугольный участок днищевого свода ДВ может быть ограничен: спереди - соответствующим боковым ребром кормовой стенки ДН, сверху - упомянутым ребром двугранного угла, а снизу - ребром, образованным отрезком прямой, соединяющим вершину треугольнообразной кормовой стенки ДН с упомянутой выше точкой на верхней кромке внутренней стенки соответствующего скега днища корпуса БС.
При этом в качестве носового(ых) гидравлического(их) движителя(ей) на корпусе предлагаемого БС может быть установлен(ы) водометный(е) движитель(и) с водозаборником(ами), расположенным(и) в днище и(или) бортах нижней части носовой оконечности КС, ниже его ХВЛ, и соплом(ами), расположенным(и), по высоте, ниже наружной поверхности днища КС, а по длине, непосредственно перед его поперечным реданом.
При этом сопло(а) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) предлагаемого БС может(гут) быть выполнено(ы) щелевидным(и), вытянутым(и) в направлении поперек КС и расположенным(и) вдоль поперечного редана, причем оно(они) может(гут) иметь вид коробчатой конструкции, верхняя стенка которой является продолжением в нос КС наружной обшивки его днища непосредственно перед поперечным реданом, нижняя стенка которой расположена ниже наружной поверхности днища КС непосредственно перед поперечным реданом, а сам кормовой срез сопла расположен, по длине КС, в непосредственной близости от срывообразующей кромки поперечного редана, в нос от нее.
При этом сопло(а) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) предлагаемого БС может(гут) быть расположено(ы) в пределах ЦВД его корпуса, занимать в месте(ах) своего расположения всю ее ширину или большую ее часть, а вертикальная(ые) проекция(и) его(их) кормового(ых) среза(ов) на наружную поверхность днища КС перед его поперечным реданом образовывать линию(и), эквидистантную(ые), в направлении вдоль КС, срывообразующей кромке поперечного редана.
При этом верхняя(ие) внутренняя(ие) поверхность(и) щелевидного(ых) сопла(ел) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) предлагаемого БС может(гут) являться непосредственным продолжением в нос наружной поверхности днища КС в промежутке между кормовым(и) срезом(ами) щелевидного(ых) сопла(ел) и срывообразующей кромкой поперечного редана с сохранением ее цилиндрической формы, а нижняя(ие) внутренняя(ие) поверхность(и) щелевидного(ых) сопла(ел) может(гут) быть выполнена(ы) параллельной(ыми) его(их) верхней(им) внутренней(им) поверхности(ям), если она(они) образована(ы) плоскостями, или эквидистантной(ыми) к ней, в направлении нормали к поверхности ЦВД, если она образована криволинейными поверхностями.
При этом наружная(ые) поверхность(и) нижней(их) стенки(ок) щелевидного(ых) сопла(ел) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) предлагаемого БС может(гут) быть снабжена(ы) цилиндрическим(и) участком(ами), параллельным(и) ЦВД, если последняя образована плоскостями, или эквидистантным(и) в направлении нормали к ней, если она образована криволинейными поверхностями, причем носовой(ыми) границей(ами) цилиндрического(их) участка(ов) наружной(ых) поверхности(ей) нижней(их) стенки(ок) щелевидного(ых) сопла(ел) является(ются) линия(и), эквидистантная(ые), в направлении вдоль КС, кормовому(ым) срезу(ам) щелевидного(ых) сопла(ел) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей), а протяженность этого(их) участка(ов), в направлении вдоль КС, как минимум, не меньше протяженности в этом же направлении ЦВД в месте расположения сопла(ел) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей).
При этом щелевидное(ые) сопло(а) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) предлагаемого БС может(гут) быть снабжено(ы) расположенными между его(их) верхней(ими) и нижней(ими) внутренними поверхностями, нормально к ним, специальными кинематически связанными между собой и органами управления направлением движения БС поворотными лопатками, фиксируемыми с помощью указанных органов управления вдоль желаемого направления отбрасывания назад реактивной(ых) струи(й) водометного(ых) движителя(ей) БС.
Благодаря тому что вершина ДВ в корпусе предлагаемого БС снабжена прямолинейным или стреловидным, в плане, поперечным реданом, а гидравлический(ие) движитель(и) его силовой установки, или хотя бы часть из них, если их несколько, смонтированы в районе этого поперечного редана так, что при работе его(их) реактивная(ые) струя(и) проходит(ят) ниже срывообразующей кромки поперечного редана, достигается существенное повышение эксплуатационно-технических характеристик предлагаемого БС путем устранения или существенного ослабления всех перечисленных недостатков, присущих прототипу.
Во-первых, существенно повышается положительный эффект от использования ИГК при движении БС на скоростях, отличных от расчетной, так как высокая кинетическая энергия реактивной(ых) струи(й) носового(ых) гидравлического(их) движителя(ей) способствует повышению эффективности кавитационного характера обтекания днища корпуса предлагаемого БС за его поперечным реданом, обеспечивая максимальную площадь несмоченной поверхности днища корпуса БС, то есть покрытой ИГК, независимо от скорости его движения. Это снижает величину "горба" на кривой буксировочного сопротивления корпуса БС.
Во-вторых, упомянутая выше высокая кинетическая энергия реактивной(ых) струи(й) носового(ых) гидравлического(их) движителя(ей) обеспечивает образование ИГК под днищем корпуса предлагаемого БС при существенно меньшей глубине ДВ, что, в свою очередь, способствует повышению полезного внутреннего объема корпуса БС и его остойчивости.
В-третьих, конструкция предлагаемого БС за счет применения "переднего привода" позволяет полностью реализовать эффект благоприятного перераспределения поля давлений окружающей корпус БС воды для снижения сопротивления его движению, так как в данном случае, в отличие от случаев, рассмотренных выше при анализе аналогов предлагаемого изобретения, организованный с помощью соответствующей профилировки днища корпуса предлагаемого БС кавитационный характер его обтекания исключает "прилипание" реактивной(ых) струи(й) его носового(ых) гидравлического(их) движителя(ей) к корпусу БС.
В-четвертых, расположенный(ые) в носу гидравлический(ие) движитель(и) предлагаемого БС, отсасывая воду в носовой части корпуса БС, уменьшает(ют) высоту набегающих на него волн при его движении на волнении, чем способствует(ют) снижению величины добавочного сопротивления движению корпуса БС на волнении и величин вертикальных ускорений носовой оконечности корпуса БС при его килевой качке. Этому же способствует также и повышенный продольный момент инерции корпуса предлагаемого БС, достигаемый за счет максимального разнесения подальше в его оконечности основных масс его нагрузки, которыми являются главные двигатели и движители БС. Все это, в конечном итоге, способствует повышению его мореходности.
В-пятых, как это уже было отмечено выше, применение "переднего привода" уже, само по себе, содержит потенциал существенного повышения пропульсивного качества судна, по сравнению с судами, имеющими только "задний привод", путем наращивания суммарной величины тяги, создаваемой его силовой установкой, за счет применения дополнительного(ых) носового(ых) гидравлического(их) движителя(ей).
В-шестых, "передний привод" рассматриваемого БС в сочетании с традиционным "задним приводом" позволяет существенно увеличить поворачивающий момент, развиваемый элементами рулевого устройства судна. Это способствует существенному повышению его маневренности, несмотря на его высокую устойчивость на курсе.
Благодаря снабжению днища корпуса предлагаемого БС расположенной перед ДВ для образования ИГК ЦВД с формой, в плане, в виде подковы, ограниченной со стороны носа и бортов корпуса БС линией, эквидистантной, в направлении вдоль корпуса БС, срывообразующим кромкам поперечного редана и бортовых скегов его днища, достигается дополнительное существенное повышение эксплуатационно-технических характеристик предлагаемого БС.
Во-первых, ЦВД способствует образованию под днищем корпуса БС устойчивой ИГК с гладкой свободной поверхностью, обеспечивающей максимальную величину избыточного давления газа в ИГК и за счет этого максимальную величину несмоченной поверхности днища корпуса БС, что, в свою очередь, способствует существенному снижению величины гидродинамического сопротивления движению корпуса БС.
Во-вторых, подковообразная, в плане, форма ЦВД не препятствует максимальному заострению ватерлиний носовой оконечности корпуса БС, способствующему снижению волновой составляющей гидродинамического сопротивления его движению.
Благодаря выполнению нижней части носовой оконечности корпуса предлагаемого БС в виде выступающего вперед за линию форштевня ее верхней части таранообразного выступа с килевой линией, расположенной на всем своем протяжении не выше ОЛ корпуса БС, со шпангоутами, близкими, по очертаниям, к перевернутым равнобедренным треугольникам со слабо выпуклыми сторонами и вершинами, расположенными на килевой линии корпуса БС, и верхней поверхностью, наклоненной, по отношению к ХВЛ корпуса БС, в сторону его носа, достигается дополнительное существенное повышение эксплуатационно-технических характеристик предлагаемого БС.
Во-первых, максимальное "заострение" постоянно погруженных в воду, в том числе и при глиссировании корпуса БС, ватерлиний таранообразного выступа его носовой оконечности и достигаемое при этом максимальное относительное удлинение корпуса БС обеспечивают дополнительное существенное снижение величины волновой составляющей общего сопротивления его движению во всем диапазоне эксплуатационных скоростей движения БС.
Во-вторых, благодаря своим указанным выше формам продольного и поперечного сечений таранообразный выступ носовой оконечности корпуса предлагаемого БС легко без удара с минимальным сопротивлением своего острого форштевня и острой килевой линии входит в набегающую на корпус БС волну и медленно с большим сопротивлением своей почти плоской с относительно большой площадью поверхности верхней грани выходит из волны путем всплытия под действием дополнительной силы плавучести, приобретаемой носовой оконечностью корпуса БС в процессе ее погружения в волну. Быстрому всплытию носовой оконечностью корпуса БС препятствует направленная вниз вертикальная составляющая гидродинамического напора набегающей на корпус БС волны, образующаяся на наклоненной в сторону движения корпуса БС верхней поверхности его таранообразного выступа. Такой, условно выражаясь, инертный механизм реагирования носовой оконечности корпуса БС на набегающую на него волну способствует снижению величины вертикальных перегрузок, испытываемых корпусом БС при килевой и вертикальной качках, возникающих при его движении на волнении, и, следовательно, способствует повышению мореходности предлагаемого БС.
Благодаря установке в качестве носового(ых) гидравлического(их) движителя(ей) на корпусе предлагаемого БС угловой(ых) поворотно-откидной(ых) колонки(ок) или подвесного(ых) лодочного(ых) мотора(ов), смонтированных на вертикальной, или почти вертикальной, стенке поперечного редана, обеспечивается первый, наиболее простой, конкретный вариант реализации основной идеи предлагаемого БС с "передним приводом". При этом высокие эксплуатационно-технические характеристики предлагаемого БС достигаются, в том числе, и за счет возможности управления направлением вектора тяги указанных движителей в горизонтальной плоскости путем их поворота вокруг вертикальной оси. Это обеспечивает приемлемую управляемость предлагаемому БС, если на нем установлен(ы) лишь соответствующий(е) носовой(ые) гидравлический(ие) движитель(и) и нет кормового(ых) движителя(ей), и обеспечивает существенное повышение управляемости предлагаемого БС, по сравнению с БС с традиционной компоновкой, если соответствующий(е) носовой(ые) гидравлический(ие) движитель(и) установлен(ы) в дополнение к кормовому(ым) движителю(ям).
Благодаря установке угловой(ых) поворотно-откидной(ых) колонки(ок) или подвесного(ых) лодочного(ых) мотора(ов) на корпусе предлагаемого БС так, что нижняя поверхность находящейся над гребным винтом антикавитационной плиты соответствующего носового гидравлического движителя, в его рабочем положении, расположена, по высоте, ниже уровня самого нижнего батокса участка наружной поверхности днища корпуса БС перед его поперечным реданом, расположенного непосредственно перед антикавитационной плитой соответствующего носового гидравлического движителя, обеспечиваются два необходимых для эффективной работы рассматриваемого пропульсивного комплекса условия.
Во-первых, исключается возможность разрушения ИГК реактивной(ыми) струей(ями) соответствующего(их) носового(ых) гидравлического(их) движителя(ей), так как она(и), в данном случае, гарантированно проходит(ят) ниже свободной поверхности ИГК.
Во-вторых, исключается прорыв газа из ИГК к гребному(ым) винту(ам) соответствующего(их) носового(ых) гидравлического(их) движителя(ей) и, следовательно, обеспечивается его(их) максимально возможная тяга. Все это также способствует повышению эксплуатационно-технических характеристик предлагаемого БС.
Благодаря снабжению носовой части свода ДВ для образования ИГК расположенной непосредственно за поперечным реданом ДН с габаритными размерами, обеспечивающими размещение в ней угловой(ых) поворотно-откидной(ых) колонки(ок) или подвесного(ых) лодочного(ых) мотора(ов) в отклоненном назад-вверх положении, и замыкающим ДН сверху днищевым сводом, расположенным, по высоте, выше СВЛ корпуса БС с люком, снабженным водонепроницаемой крышкой, обеспечивается удобство эксплуатации рассматриваемого пропульсивного комплекса на мелководье или на акватории, засоренной различными плавающими предметами, а также при необходимости выполнения мелких ремонтных работ соответствующего(их) носового(ых) гидравлического(их) движителя(ей) прямо на плаву. Это также способствует повышению эксплуатационно-технических характеристик предлагаемого БС.
Благодаря выполнению плоской кормовой стенки ДН в корпусе предлагаемого БС в виде перевернутого треугольника, если смотреть на нее со стороны носа КС, с вершиной, расположенной в ДП корпуса БС на нулевом батоксе днищевого свода ДВ для образования ИГК, а также снабжению ДН расположенными по обе стороны от ее кормовой стенки симметрично относительно ДП корпуса БС открытыми снизу боковыми полостями, являющимися продолжением в корму корпуса БС внутренней полости ДН, с постепенным уменьшением их поперечных сечений, обеспечивается снижение негативного влияния указанной кормовой стенки на величину гидродинамического сопротивления движению корпуса БС на режиме его разгона, когда еще возможно ее замывание водой, и при движении корпуса БС в крейсерском режиме по взволнованной водной поверхности, когда нельзя исключить возможность возникновения сильных ударов набегающих на корпус БС волн в днищевой свод его ДВ. Это также способствует повышению эксплуатационно-технических характеристик предлагаемого БС.
Благодаря установке на предлагаемом БС в качестве носового(ых) гидравлического(их) движителя(ей) водометного(ых) движителя(ей) с водозаборником(ами), расположенным(и) в днище и(или) бортах нижней части носовой оконечности КС, ниже его ХВЛ, и соплом(ами), расположенным(и), по высоте, ниже наружной поверхности днища КС, а по длине, непосредственно перед его поперечным реданом, обеспечивается второй конкретный вариант реализации основной идеи рассматриваемого БС с "передним приводом". При этом обеспечивается получение интегрированного комплекса: "корпус-движитель", с высокими технико-экономическими характеристиками.
Благодаря выполнению сопла(ел) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) предлагаемого БС щелевидным(и), вытянутым(и) в направлении поперек КС и расположенным(и) вдоль поперечного редана в виде коробчатой(ых) конструкции(ий), верхняя(ии) стенка(и) которой(ых) является(ются) продолжением в нос КС наружной обшивки его днища непосредственно перед поперечным реданом, нижняя(ии) стенка(и) которой(ых) расположена(ы) ниже наружной поверхности днища КС непосредственно перед поперечным реданом, а сам(и) кормовой(ые) срез(ы) сопла(ел) расположен(ы), по длине КС, в непосредственной близости от срывообразующей кромки поперечного редана, в нос от нее, струя(и) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) не просто проходит(ят) под свободной поверхностью ИГК, как это имеет место, когда в качестве носового(ых) гидравлического(их) движителя(ей) используется(ются) угловая(ые) поворотно-откидная(ые) колонка(и) или подвесной(ые) лодочный(ые) мотор(ы), а сама(и) непосредственно формирует(ют) свободную поверхность ИГК. Очевидно, что в этом случае высокая кинетическая энергия реактивной(ых) струи(й) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) будет более эффективно способствовать кавитационному характеру обтекания днища корпуса БС за его поперечным реданом, обеспечивая тем самым максимальную площадь его несмоченной поверхности, а следовательно, и минимальную величину гидравлического сопротивления движению корпуса БС независимо от скорости его движения. Это также способствует повышению эксплуатационно-технических характеристик предлагаемого БС.
Благодаря расположению сопла(ел) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) предлагаемого БС в пределах ЦВД его корпуса и занятию в месте(ах) своего расположения всей ее ширины или большей ее части, а также тому, что вертикальная(ые) проекция(и) его(их) кормового(ых) среза(ов) на наружную поверхность днища КС перед его поперечным реданом образует(ют) линию(и), эквидистантную(ые), в направлении вдоль КС, срывообразующей кромке поперечного редана, также обеспечивается повышение эксплуатационно-технических характеристик предлагаемого БС. Это происходит вследствие того, что покидающая(ие) сопло(а) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) его(их) плоская(ие) реактивная(ые) струя(и) прежде, чем образовать собой свободную поверхность ИГК, обтекает днище корпуса БС перед ДВ по поверхности ЦВД. А это, как было показано выше, обеспечивает при движении корпуса БС, при прочих равных условиях, существенное повышение площади несмоченной поверхности его днища, что, в свою очередь, способствует соответствующему снижению величины гидродинамического сопротивления движению корпуса БС.
Благодаря выполнению верхней(их) внутренней(их) поверхности(ей) щелевидного(ых) сопла(ел) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) предлагаемого БС в виде непосредственного продолжения в нос наружной поверхности днища КС в промежутке между кормовым(и) срезом(ами) щелевидного(ых) сопла(ел) и срывообразующей кромкой поперечного редана с сохранением ее цилиндрической формы, а нижней(их) внутренней(их) поверхности(ей) щелевидного(ых) сопла(ел) параллельной(ыми) его(их) верхней(им) внутренней(им) поверхности(ям), если она(они) образована(ы) плоскостями, или эквидистантной(ыми) к ней, в направлении нормали к поверхности ЦВД, если она образована криволинейными поверхностями, обеспечивается дополнительное повышение эксплуатационно-технических характеристик предлагаемого БС. Это происходит вследствие того, что верхняя и нижняя внутренние поверхности щелевидного(ых) сопла(ел) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) в районе его(их) кормового(ых) среза(ов) образуют, по существу, цилиндрический(ие) канал(ы), формирующий(ие) струю(и) водометного(ых) движителя(ей) с линиями тока истекающей жидкости, строго параллельными как между собой, так и цилиндрической поверхности, расположенной за кормовым(и) срезом(ами) сопла(ел) водометного(ых) движителя(ей) ЦВД. Это позволяет существенно снизить количество вихрей, возникающих в реактивной(ых) струе(ях) водометного(ых) движителя(ей), истекающей(их) из его(их) сопла(ел), способствуя тем самым, как это было показано выше, образованию под днищем корпуса БС устойчивой ИГК с гладкой свободной поверхностью, обеспечивающей максимальную величину избыточного давления газа в ИГК и за счет этого максимальную величину площади несмоченной поверхности днища корпуса БС. А это, в свою очередь, способствует существенному снижению величины гидродинамического сопротивления движению корпуса БС.
Благодаря снабжению наружной(ых) поверхности(ей) нижней(их) стенки(ок) щелевидного(ых) сопла(ел) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) предлагаемого БС цилиндрическим(и) участком(ами), параллельным(и) ЦВД, если последняя образована плоскостями, или эквидистантным(и), в направлении нормали к ней, если она образована криволинейными поверхностями, с носовой(ыми) границей(ами) в виде линии(ий), эквидистантной(ых), в направлении вдоль КС, кормовому(ым) срезу(ам) щелевидного(ых) сопла(ел) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей), и протяженностью, в направлении вдоль КС, как минимум, не меньше протяженности в этом же направлении ЦВД в месте расположения сопла(ел) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей), также обеспечивается дополнительное повышение эксплуатационно-технических характеристик предлагаемого БС. Это происходит вследствие того, что набегающие на корпус БС в процессе его движения потоки воды после прохождения под наружной(ыми) поверхностью(ями) щелевидного(ых) сопла(ел) его носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) приобретают направление своего движения, параллельное вектору реактивной(ых) струи(й), истекающей(их) из щелевидного(ых) сопла(ел) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) предлагаемого БС. По этой причине они способствуют повышению стабильности невозмущенной(ых) реактивной(ых) струи(й) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей), что дополнительно способствует, как это было показано выше, достижению максимальной величины площади несмоченной поверхности днища корпуса БС. А это, в свою очередь, способствует существенному снижению величины гидродинамического сопротивления движению корпуса БС.
Благодаря снабжению щелевидного(ых) сопла(ел) носового(ых) водометного(ых) движителя(ей) предлагаемого БС расположенными между его(их) верхней(ими) и нижней(ими) внутренними поверхностями, нормально к ним, специальными кинематически связанными между собой и органами управления направлением движения БС поворотными лопатками, фиксируемыми с помощью указанных органов управления вдоль желаемого направления отбрасывания назад реактивной(ых) струи(й) водометного(ых) движителя(ей) БС, обеспечивается возможность управляемого изменения направления вектора тяги носового(ых) водометного(ых) движителя(ей). Это, как было показано выше, обеспечивает существенное повышение маневренности предлагаемого БС, что также способствует повышению его эксплуатационно-технических характеристик.
Таким образом, перечисленные выше существенные отличительные признаки предлагаемого БС, взаимно влияя и дополняя друг друга, позволяют получить не просто сумму эффектов, которые они обеспечивают по отдельности, а путем разрешения, по крайней мере, трех технических противоречий достигнуть нового качества:
- обеспечить за счет образования ИГК минимальную площадь смоченной поверхности днища КС во всем диапазоне эксплуатационных скоростей движения БС при минимальной глубине ДВ и без применения дополнительных поперечных реданов или каких-либо других дополнительных устройств;
- получить БС с повышенной мореходностью при минимальном гидродинамическом сопротивлении его движению на волнении;
- получить БС, обладающее, одновременно, и хорошей устойчивостью на курсе, и хорошей маневренностью без применения дополнительных подруливающих устройств.
Конструкция и работа предлагаемого БС проиллюстрирована чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 - боковой вид корпуса БС на ИГК с традиционными обводами корпуса и угловыми поворотно-откидными колонками в качестве движителей, как кормовых, так и носового;
фиг. 2 - вид на днище корпуса БС (см. фиг. 1);
фиг. 3 - боковой вид корпуса БС на ИГК с носовым таранообразным выступом и угловыми поворотно-откидными колонками в качестве движителей, как кормовых, так и носового;
фиг. 4 - вид на днище корпуса БС (см. фиг. 3);
фиг. 5 - светотеневой рисунок днища корпуса БС на ИГК (см. фиг. 4) без его движителей (для наглядности изображения формы днища);
фиг. 6 - боковой вид корпуса БС на ИГК с носовым таранообразным выступом, угловыми поворотно-откидными колонками в качестве кормовых движителей и носового движителя в виде водомета с осевым гидравлическим насосом;
фиг. 7 - вид на днище корпуса БС (см. фиг. 6);
фиг. 8 - выносной элемент "А" (см. фиг. 7) с видом на днище корпуса БС в районе расположения сопла его носового водометного движителя;
фиг. 9 - сечение "Б-Б" (см. фиг. 8);
фиг. 10 - вид на днище корпуса БС с угловыми поворотно-откидными колонками в качестве движителей: а) при повороте с сохранением поступательного движения вперед; б) при развороте на месте; в) при движении лагом с сохранением поступательного движения вперед; г) при движении лагом.
Ниже приведено описание некоторых возможных конкретных вариантов конструкции предлагаемого БС.
БС (фиг. 1-7) имеет корпус 1 с бортовыми скулами 2, в килеватом днище 3 которого выполнена ДВ для образования ИГК, ограниченная сверху днищевым сводом 4, а по периметру - внутренними стенками 5 бортовых скегов со срывообразующими кромками 6 и глиссирующими днищевыми поверхностями 7, являющимися продолжением днищевой поверхности 3 КС перед ДВ, и кормовой профилированной площадкой 8. Бортовые скеги КС выполнены расширяющимися по мере приближения к вершине ДВ. Сама вершина ДВ расположена в носовой части КС, а ширина днища 3 КС по скуле 2 в плоскости шпангоута, проходящего через вершину ДВ, меньше ширины днища 3 по скуле 2 в плоскости мидель-шпангоута. Вершина ДВ снабжена поперечным реданом со срывообразующей кромкой 9 и вертикальной или почти вертикальной стенкой 10,
Силовая установка БС включает три главных двигателя 11 со своими гидравлическими движителями 12 горизонтальной тяги, два из которых расположены в кормовой части КС и один - в носовой части КС, и средств подачи в ДВ газа под избыточным давлением (на рисунках не показаны). В качестве средств подачи в ДВ газа могут быть применены вентиляторы, приводимые от главных или вспомогательных двигателей, подающие в ДВ атмосферный воздух, или специальные газовыхлопные устройства, обеспечивающие подачу в ДВ выхлопных газов главных двигателей БС. Носовой гидравлический движитель 12 силовой установки БС смонтирован в районе поперечного редана так, что при работе его реактивная струя проходит ниже срывообразующей кромки 9 поперечного редана.
Днище 3 КС снабжено расположенной перед его ДВ для образования ИГК ЦВД 13 (заштрихована линиями, параллельными ОЛ КС) с прямолинейными батоксами 14, параллельными ОЛ КС, и формой в плане в виде подковы, ограниченной со стороны бортов КС линией 15, эквидистантной, в направлении вдоль КС, срывообразующим кромкам 6 бортовых скегов его днища 3.
Нижняя часть носовой оконечности КС предлагаемого БС может иметь традиционные обводы (см. фиг. 1, 2) или может быть выполнена (см. фиг. 3-7) в виде выступающего вперед за линию форштевня 16 ее верхней части таранообразного выступа 17 с килевой линией 18, расположенной на всем своем протяжении не выше ОЛ КС, совпадающей с прямолинейным участком 19 килевой линии 18 в районе, непосредственно примыкающем к срывообразующей кромке 9 поперечного редана со стороны носа КС. При этом шпангоуты 20 таранообразного выступа 17 выполняют близкими, по очертаниям, к перевернутым основанием вверх равнобедренным треугольникам со слабовыпуклыми боковыми сторонами и находящимися на вертикальных осях их симметрии вершинами, расположенными на килевой линии 18 таранообразного выступа 17. Верхнюю поверхность 21 таранообразного выступа 17 наклоняют по отношению к ХВЛ корпуса 1 БС, в сторону его носа.
В случае применения на БС в качестве носового гидравлического движителя 12 угловой поворотно-откидной колонки 22 (см. фиг. 1-4) или подвесного лодочного мотора, их монтируют на вертикальной, или почти вертикальной, стенке 10 поперечного редана так, чтобы нижняя поверхность находящейся над гребным винтом 23 антикавитационной плиты 24 носового гидравлического движителя 12 в его рабочем положении, была расположена, по высоте, ниже уровня самого нижнего батокса 25 участка наружной поверхности днища 3 КС перед его поперечным реданом, находящегося непосредственно перед антикавитационной плитой 24 носового гидравлического движителя 12.
Носовая часть свода 4 ДВ для образования ИГК при этом снабжается расположенной непосредственно за поперечным реданом ДН. Габаритные размеры ДН должны обеспечивать размещение в ней угловой поворотно-откидной колонки 22 или подвесного лодочного мотора в отклоненном назад-вверх положении. При этом самые нижние точки их конструкций должны находиться не ниже уровня батокса 25 участка наружной поверхности днища 3 КС перед поперечным реданом, образованного пересечением этого участка продольной плоскостью, параллельной ДП КС, проходящей через ось гребного винта 23 носового гидравлического движителя. Сверху ДН замыкается собственным днищевым сводом 26, выполненным в виде плоской панели, расположенной, по высоте, выше СВЛ КС. Свод ДН снабжается люком с водонепроницаемой крышкой 27.
Вертикальная, или близкая к вертикальной, кормовая стенка 28 ДН выполняется, на виде с носа КС, в виде перевернутого треугольника, с основанием, совпадающим с расположенной поперек КС кормовой кромкой 29 днищевого свода 26 ДН, и вершиной 30, расположенной в ДП КС на нулевом батоксе 31 днищевого свода 4 ДВ для образования ИГК. При этом на расположенном непосредственно за ДН, в корму от нее, участке днищевого свода 4 ДВ для образования ИГК выполняются расположенные по обе стороны от кормовой стенки 28 ДН, симметрично относительно ДП КС, боковые полости. Обе полости являются продолжением внутренней полости ДН. Каждая из них открыта снизу и ограничена сверху двумя участками днищевого свода 4 ДВ для образования ИГК. Указанные участки образуют между собой двугранный угол с ребром 32, выполненным в виде отрезка прямой, соединяющей соответствующую крайнюю бортовую точку 33 кормовой кромки 29 днищевого свода 26 ДН с расположенной кормовее ДН точкой 34 на верхней кромке 35 внутренней стенки 5 соответствующего скега днища 3 КС.Один из упомянутых двух участков днищевого свода 4 ДВ является продолжением в корму КС соответствующей боковой стенки 36 ДН, а второй плоский треугольный участок 37 днищевого свода 4 ДВ ограничен: спереди - соответствующей боковой кромкой 38 кормовой стенки 28 ДН, сверху - упомянутым ребром 32 двугранного угла, а снизу - ребром 39, образованным отрезком прямой, соединяющим вершину 30 треугольнообразной кормовой стенки 28 ДН с упомянутой выше точкой 34 на верхней кромке 35 внутренней стенки 5 соответствующего скега днища 3 КС.
В случае применения на БС в качестве носового гидравлического движителя 12 водометного движителя (см. фиг. 6-9), содержащего водовод 40 с рабочим колесом 41 внутри, его водозаборник 42 располагают в днище и(или) бортах нижней части носовой оконечности КС, ниже его ХВЛ. Кормовой срез 43 сопла водометного движителя располагают, по высоте, ниже наружной поверхности днища 3 КС, а по длине, непосредственно перед срывообразующей кромкой 9 его поперечного редана.
Сопло носового водометного движителя выполняют щелевидным, вытянутым в направлении поперек КС и расположенным вдоль поперечного редана. Ему придают вид коробчатой конструкции, у которой верхняя стенка 44 выполняется в виде продолжения в нос КС наружной обшивки его днища 3 непосредственно перед поперечным реданом, а нижняя стенка 45 располагается ниже наружной поверхности днища 3 КС, непосредственно перед поперечным реданом. При этом кормовой срез 43 сопла располагают, по длине КС, в непосредственной близости от срывообразующей кромки 9 поперечного редана, в нос от нее.
В этом случае кормовой срез 43 сопла носового водометного движителя располагается в пределах ЦВД 13 КС, занимает в месте своего расположения всю ее ширину или большую ее часть, а его вертикальная проекция на наружную поверхность днища 3 КС перед его поперечным реданом образует линию, эквидистантную, в направлении вдоль КС, срывообразующей кромке 9 поперечного редана.
Верхняя внутренняя поверхность 46 щелевидного сопла носового водометного движителя является при этом непосредственным продолжением в нос наружной поверхности днища 3 КС в промежутке между кормовым срезом 43 щелевидного сопла и срывообразующей кромкой 9 поперечного редана с сохранением ее цилиндрической формы. А нижнюю внутреннюю поверхность 47 щелевидного сопла выполняют при этом параллельной его верхней внутренней поверхности 46.
Наружная поверхность 48 нижней стенки 45 щелевидного сопла носового водометного движителя снабжают при этом цилиндрическим участком, параллельным ЦВД 13. В качестве носовой границы этого участка принимают линию 49, эквидистантную, в направлении вдоль КС, кормовому срезу 43 щелевидного сопла носового водометного движителя. Протяженность этого участка, в направлении вдоль КС, принимается, как минимум, не меньше протяженности, в этом же направлении, ЦВД 13 в месте расположения сопла его носового водометного движителя.
Щелевидное сопло носового водометного движителя снабжают при этом (см. фиг. 8, 9) расположенными между его верхней 46 и нижней 47 внутренними поверхностями, нормально к ним, специальными кинематически связанными между собой и органами управления направлением движения судна поворотными лопатками 50, фиксируемыми с помощью указанных органов управления вдоль желаемого направления отбрасывания назад реактивной струи водометного движителя судна.
При движении предлагаемого БС под днищем 3 его корпуса 1 в районе расположения ДВ образуется ИГК, отсекающая часть поверхности днища 3 КС от обтекающей его воды. Схематично это показано на фиг. 4, где смоченная поверхность днища 3 корпуса 1 при движении предлагаемого БС выделена штрихами, направленными под углом 45° к ДП КС.
Максимальному снижению площади смоченной поверхности днища 3 КС способствует ЦВД 13, располагаемая перед ДВ для образования ИГК. ЦВД 13 на корпусе 1 предлагаемого БС схематично изображена на фиг. 2, 4, 7, на которых она покрыта штрихами, параллельными ДП КС. Строгая параллельность батоксов 14 ЦВД 13, по которым, по существу, происходит обтекание набегающим потоком воды поверхности днища КС перед ДВ по всему периметру срывообразующих кромок поперечного редана 9 и бортовых скегов 6 способствует предотвращению вихреобразования в упомянутых выше струях воды, повышению их кинетической энергии и формированию, благодаря этому, устойчивой ИГК со спокойным замыканием ее вблизи транца КС на кормовой профилированной площадке 8 днищевого свода 4 ДВ КС. При этом обеспечивается минимальный унос газа из ИГК и, следовательно, максимально высокое его избыточное давление, что и обеспечивает максимальную площадь поверхности днищевого свода 4 ДВ, покрываемой ИГК.
Размещение гидравлического движителя 12 в районе расположения поперечного редана, ограничивающего ДВ в КС спереди так, чтобы его реактивная струя проходила ниже его срывообразующей кромки 9, снабжает упомянутые выше водяные струи, отрывающиеся в процессе обтекания КС при его движении в воде от срывообразующих кромок поперечного редана 9 и бортовых скегов 6, дополнительной кинетической энергией. Это позволяет поддерживать максимально возможную площадь, занимаемую ИГК, даже в процессе разгона БС, когда его собственная скорость поступательного движения еще относительно мала.
При движении предлагаемого БС с традиционной формой форштевня (см. фиг. 1, 2) его корпуса 1 на значительном морском волнении возможно возникновение повышенной амплитуды продольной качки и, как следствие, при всплытии КС на набегающую волну -периодическая потеря ИГК. Выполнение носовой оконечности корпуса 1 предлагаемого БС (см. фиг. 3, 6) в виде выступающего вперед за линию форштевня 16 ее верхней части таранообразного выступа 17 с килевой линией 18, расположенной на всем своем протяжении не выше ОЛ КС, и треугольнообразными, в поперечном сечении, шпангоутами 20 и верхней поверхностью, наклоненной, по отношению к ХВЛ КС, в сторону носа, позволяет, как это показано выше, существенно снизить амплитуду продольной качки КС и полностью исключить вероятность потери им ИГК.
Одним из возможных вариантов реализации преимуществ, которые несет с собой применение на БС "переднего привода", является использование, в качестве носового гидравлического движителя 12 угловой поворотно-откидной колонки 22 или подвесного лодочного мотора (см. фиг. 1-4). Будучи смонтированными на вертикальной стенке 10 расположенного в носовой части КС поперечного редана так, чтобы в рабочем положении нижней поверхности их антикавитационных плит 24 были расположены по высоте ниже уровня самого нижнего батокса 25 участка наружной поверхности днища 3 КС перед его поперечным реданом, находящегося непосредственно перед антикавитационной плитой 24, они отбрасывают реактивную струю своего гребного винта 23 в сторону кормы КС непосредственно под свободной поверхностью ИГК, создаваемой струями воды, обтекающей днище 3 корпуса 1 БС. Имея более высокую кинетическую энергию, реактивная струя носового гидравлического движителя 22 ускоряет частички воды свободной поверхности ИГК. Благодаря этому они встречаются с днищевым сводом 4 ДВ КС значительно кормовее, что способствует увеличению площади поверхности днищевого свода 4, покрытой ИГК.
Возможны и другие варианты применения гребного винта 23 в роли носового гидравлического движителя. В качестве примера, может быть назван, так называемый, "привод Арнесона" (Arneson Surface Drives) [16], конструкция которого позволяет, путем регулирования в процессе движения БС высоты расположения гребного винта 23, добиваться его оптимального положения по отношению к свободной поверхности ИГК, с точки зрения максимального увеличения площади поверхности днищевого свода, покрытой ИГК.
Качественно другим из возможных вариантов реализации преимуществ, которые несет с собой применение на БС "переднего привода", является использование, в качестве носового гидравлического движителя 12 водометного движителя с водозаборниками 42, расположенными в днище и(или) бортах нижней части носовой оконечности КС, ниже его ХВЛ, и соплом, расположенным по высоте ниже наружной поверхности днища 3 КС, а по длине непосредственно перед его поперечным реданом (см. фиг. 6-9).
Благодаря тому что щелевидное сопло носового водометного движителя вытянуто вдоль поперечного редана, занимает всю ширину ЦВД 13 (см. фиг. 8) в этом месте или большую ее часть, его реактивная струя, в отличие от предыдущего случая, сама формирует свободную поверхность ИГК. Так как реактивная струя водометного движителя имеет существенно большую кинетическую энергию, чем обтекающие КС струи набегающего потока воды, даже ускоренные, как в предыдущем случае, реактивной струей носового гидравлического винта 23 (см. фиг. 1, 3), расположенного ниже, то это в еще большей степени способствует увеличению площади поверхности днищевого свода 4 КС, покрытой ИГК.
Выполнение верхней внутренней поверхности 46 (см. фиг. 9) щелевидного сопла в виде непосредственного продолжения в нос наружной поверхности днища 3 КС в промежутке между кормовым срезом 43 щелевидного сопла и срывообразующей кромкой 9 поперечного редана с сохранением ее цилиндрической формы, а его нижней внутренней поверхности 47 - параллельной верхней внутренней поверхности 46 способствует предотвращению вихреобразования в реактивной струе воды носового водометного движителя, повышению ее кинетической энергии и формированию, благодаря этому, устойчивой ИГК со спокойным замыканием ее вблизи транца КС на кормовой профилированной площадке 8 днищевого свода 4 ДВ КС.
Снабжение наружной поверхности 48 нижней стенки 45 щелевидного сопла носового водометного движителя цилиндрическим участком, параллельным ЦВД 13, с его носовой границей по линии 49 (см. фиг. 7-9), эквидистантной, в направлении вдоль корпуса судна, кормовому срезу 43 щелевидного сопла носового водометного движителя, и его протяженностью, не менее протяженности в этом же направлении ЦВД 13, способствует тому, что набегающие на корпус БС в процессе его движения потоки воды 51 (см. фиг. 9) после прохождения под наружной поверхностью 48 щелевидного сопла его носового водометного движителя приобретают направление своего движения, параллельное вектору реактивной струи 52, истекающей из щелевидного сопла носового водометного движителя предлагаемого БС. Это способствует повышению стабильности невозмущенной реактивной струи 52 носового водометного движителя и, как следствие, обеспечивает достижение максимальной величины площади днища корпуса БС, покрываемой ИГК.
Оборудование щелевидного сопла носового водометного движителя (см. фиг. 8, 9) расположенными между его верхней 46 и нижней 47 внутренними поверхностями специальными кинематически связанными между собой и органами управления направлением движения судна поворотными лопатками 50 позволяет носовой водометный движитель, в дополнение к кормовым движителям, использовать для повышения поворотливости предлагаемого БС.
Возможности по повышению поворотливости, которые предоставляет носовой движитель, установленный на предлагаемом БС в дополнение к кормовым движителям, проиллюстрированы на фиг. 10, где схематично показано, как путем изменения величин и направлений векторов тяги кормовых и носового движителей, по отдельности, можно достигнуть любого направления поступательного движения и вращения БС.
Использованные источники
1. Авторское свидетельство СССР №368107. Глиссирующее судно. МПК: В63В 1/18, В63В 1/38. Опубл.: 26.01.1973, БИ №9.
2. Патент России №2047534. Корпус быстроходного судна. МПК: В63В 1/38. Опубл.: 10.11.1995, БИ №31.
3. А. Сверчков. Судно на каверне или катамаран на воздушной подушке? - "Катера и яхты", №1 (179), 2002, стр. 46-50.
4. А.А. Бутузов, Ю.Н. Горбачев, А.Н. Иванов, В.Г. Калюжный, А.Н. Павленко. Снижение сопротивления движению судов за счет искусственных газовых каверн. - "Судостроение", №11, 1990, стр. 3-6.
5. Патент России №2041116. Быстроходное судно. МПК: В63В 1/38. Опубл.: 09.08.1995, БИ №22 (прототип).
6. Международная заявка № WO 95/07210. High-speed Boat. МПК: В63В 1/38. Опубл.: 16.03.1995 (прототип).
7. Патент России №2153998. Корпус быстроходного судна. МПК: В63В 1/38. Опубл.: 10.08.2000, БИ №22.
8. Патент Украины №33974. Корпус швидкохщного судна. МПК: В63В 1/38. Опубл.: 15.02.2001, БИ №1.
9. Патент Украины №78809. Корпус глюуючого судна. МПК: В63В 39/00, В63В 1/16, В63В 1/38, В63В 1/40. Опубл.: 25.04.2007, БИ №5.
10. Патент России №2324618. Корпус глиссирующего судна. МПК: В63В 1/18, В63В 1/38, В63В 1/40. Опубл.: 20.05.2008, БИ №14.
11. Томас Джилмер. Проектирование современного корабля. - Л., Судостроение, 1974.
12. Куликов С.В., Храмкин М.Ф. Водометные движители (теория и расчет). - Л., Судостроение, 1980.
13. Патент Великобритании №1460947. Displacement Ducted Craft. МПК: В63Н 11/08, 11/10//25/46. Опубл.: 06.01.1977.
14. Международная заявка: №WO 82/00812. Monohull Motor Boat. МПК: В63В 1/38. Опубл.: 18.03.1982.
15. Патент США №3382833. High-speed Motorboat Hull. НПК: 114-66.5. Опубл.: 14.05.1968.
16. Патент США №4544362. Marine Outdrive Apparatus. МПК: В63Н 21/26. Опубл.: 14.03.1985.