Судно с кормовым крылом, имеющим специальную ориентацию для создания направленной по ходу движения составляющей подъемной силы
VESSEL COMPRISING AFT FOIL HAVING SPECIAL ORIENTATION TO PROVIDE FORWARDLY DIRECTED COMPONENT OF LIFT FORCE

Область изобретения
[0001] Настоящее изобретение относится к судну, имеющему кормовое крыло, например, к парусному судну или моторному судну.
Известный уровень техники
[0002] Такое судно известно из предшествующего уровня техники, т.е. судно, имеющее кормовое крыло для воздействия на условия балансировки судна. Это особенно важно при диапазонах более высоких скоростей.
[0003] Недостаток судна на известном уровне техники заключается в том, что кормовое крыло увеличивает общее сопротивление судна или по меньшей мере не создает движущую силу, направленную вперед.
[0004] Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить судно с кормовым крылом, отличающееся тем, что кормовое крыло создает движущую силу, направленную вперед.
Сущность изобретения
[0005] Для достижения указанной цели судно, предназначенное для эксплуатации на водном пространстве, в соответствии с настоящим изобретением содержит:
корпус с неплоским днищем, имеющий ватерлинию и продольное направление, с носовой частью, кормовой частью и центральной частью, причем корпус имеет кормовую часть с меньшим водоизмещением по сравнению с водоизмещением центральной части; и
кормовое крыло, прикрепленное к кормовой части корпуса с помощью одного или нескольких соединительных элементов, расположенное ниже поверхности воды на некотором расстоянии от корпуса, причем кормовое крыло имеет размах, хорду, переднюю кромку и заднюю кромку относительно прямого направления,
причем переднюю кромку кормового крыла выравнивают по горизонтали или располагают под углом вверх или вниз относительно горизонтали,
причем кормовое крыло имеет хорду и профиль в продольном поперечном сечении с конструкцией, предназначенной для создания подъемной силы, при этом угол наклона хорды кормового крыла измеряют относительно горизонтали,
и причем кормовое крыло ориентировано таким образом, чтобы создавать постоянную направленную по ходу движения составляющую подъемной силы.
[0006] Целесообразно, чтобы вышеуказанный угол (α) лежал в диапазоне от -15 до 5°, а что более предпочтительно, составлял приблизительно -1,0 или 1°.
[0007] Следует отметить, что в патенте ЕР 0.290.170 A2 раскрыто глиссирующее судно, отличающееся тем, что в нем использованы дифференциальные гидродинамические механизмы по сравнению с судном, имеющим неплоское днище, раскрытым в настоящей патентной заявке. Корпус судна, раскрытого в патенте ЕР 0.290.170 A2, выталкивается из воды с помощью крыльев, в отличие от предмета изобретения, раскрываемого в настоящей патентной заявке, где корпус остается погруженным. Поэтому можно считать, что патент ЕР 0.290.170 A2 в малой степени относится к настоящему изобретению.
[0008] Суда, имеющие корпус с неплоским днищем и кормовое крыло, ориентированное для создания постоянной направленной по ходу движения составляющей подъемной силы, также известны из патентов US 2007/017428 A1 и WO 2004/020276 A1 на имя настоящего заявителя.
[0009] В патенте US 2002/0040673 A1 раскрыто судно, имеющее крыло, расположенное в относительно удаленном положении по направлению к корме и глубоком относительно корпуса - за пределами области влияния корпуса. В соответствии с этим изобретением требуется, чтобы крыло имело изгиб или было ориентировано передней кромкой вверх относительно задней кромки, чтобы создавать подъем. При этом не развивается сила, направленная по ходу движения.
[0010] В патенте JP 11180379 раскрыто судно, отличающееся тем, что крылья устанавливают над ватерлинией, когда судно находится в стационарном состоянии, а не ниже ватерлинии. Крыло, предлагаемое в патенте JP 11180379, предназначено для направления потока вокруг корпуса таким образом, чтобы второе крыло могло создавать подъемную силу с направленной вверх составляющей.
[0011] Один из вариантов исполнения изобретения относится к судну, отличающемуся тем, что кормовое крыло соединено с кормовой частью корпуса посредством пары соединительных элементов, при этом кормовое крыло в направлении размаха крыла симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии, причем каждый соединительный элемент соединен с кормовым крылом в области соединения на расстоянии вдоль размаха крыла от плоскости симметрии, составляющем от 25 до 50%, предпочтительно от 30 до 50% и, что более предпочтительно, от 40 до 50% от размаха кормового крыла. Путем перемещения соединительных элементов в направлении внешнего положения выявлено, что на поток вдоль кормового крыла, в частности, вдоль верхней поверхности кормового крыла, может быть оказано положительное влияние, особенно за счет той части кормового крыла, что расположена между соединительными элементами. Кроме того, с точки зрения конструкции, смещение соединительных элементов в направлении внешнего положения уменьшает вероятность вибрации, возникающей по концам кормового крыла в условиях нестабильного потока.
[0012] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что в нем соединительные элементы расположены в крайних точках крыла, т.е. на концах крыла. Положительное влияние данной конструкции на кормовое крыло на участке между соединительными элементами проявляется в большей степени, когда соединительные элементы прикреплены по концам крыла, т.е. в крайних внешних положениях кормового крыла.
[0013] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что соединительные элементы имеют угол стреловидности по передней кромке, если смотреть на виде сбоку, составляющий от 0 до 40°, предпочтительно от 20 до 40° и более предпочтительно от 30 до 40° относительно вертикали. Путем экспериментов выявлено, что указанные углы стреловидности значительно уменьшают сопротивление, обусловленное самими соединительными элементами. Обнаружено, что меньшая стреловидность по передней кромке на практике увеличивает сопротивление и создает пограничный слой вокруг соединительной части крыла, что приводит к более быстрому отсоединению. Большая стреловидность по передней кромке делает относительно затруднительным обеспечение необходимой структурной прочности соединительных элементов. Следует отметить, что угол стреловидности по передней кромке будет увеличиваться, например, на 20°, если соответствующий соединительный элемент выполнить более узким.
[0014] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что каждый из соединительных элементов имеет закругленную форму в поперечной вертикальной плоскости, обеспечивающую плавный переход от крыла к вертикали в области соединения. Путем экспериментов установлено, что за счет закругленной формы уменьшается сопротивление, обусловленное общей конструкцией кормового крыла и соединительных элементов. В то же время выявлено, что кормовое крыло на практике имеет преимущество за счет сопутствующего эффекта, обусловленного подъемом, создаваемым соединительными элементами (даже небольшой величины), увеличивающими направленную по ходу движения составляющую подъема кормового крыла. Целесообразно, чтобы закругленная область соединения была сформирована с помощью процесса фрезерования или имела фрезерованный корпус, поскольку деформация в закругленной области может быть существенной (из-за значительного изменения угла атаки соединительного элемента от вертикальной части соединительного элемента до другой его части или кормового крыла), а также поскольку доказано, что другие технологии производства очень трудоемкие, неточные или дорогостоящие в этом отношении. Кроме того, в области соединения задняя кромка кормового крыла также может быть закруглена (если смотреть на виде сверху).
[0015] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что закругленная форма в области соединения имеет максимальный внутренний радиус изгиба равный длине хорды кормового крыла и минимальный внутренний радиус изгиба, составляющий 0,5 от длины хорды кормового крыла. Указанные размеры закругленной формы установлены с целью получения оптимальных результатов в части уменьшения сопротивления. При больших радиусах изгиба произошло бы уменьшение оптимальной подъемной силы, создаваемой кормовым крылом, тогда как при меньших радиусах имело бы место ослабление указанного выше сопутствующего эффекта подъема или, что еще хуже, увеличение сопротивления общей конструкции соединительный элемент - кормовое крыло.
[0016] В таблице 1 приведено общее сопротивление Rt корпуса для различных конструкций, полученное в результате экспериментов по вычислительной гидродинамике (CFD - Computational Fluid Dynamics). Вышеописанный вариант исполнения с закругленной формой в области соединения называют «голым корпусом с отсоединяемым крылом U-образной формы». Можно четко увидеть, что Rt в этом случае существенно ниже, чем для конструкции с голым корпусом или даже для конструкций предшествующего уровня техники с обычным крылом корпуса, раскрытых в патентах US 2007/017428 A1 и WO 2004/020276 A1, что может показаться неожиданным. Как изложено выше, сопутствующий эффект, обусловленный подъемом, создаваемым соединительными элементами, может проявлять себя в увеличении направленной по ходу движения составляющей подъема кормового крыла. Безусловно, в патентах US 2007/017428 A1 или WO 2004/020276 A1 не указано на возможность использования такой закругленной формы в области соединения, также в этих публикациях не раскрыт тот факт, что дополнительное существенное снижение сопротивления можно получить, используя описанные выше закругленные формы, не говоря уже об использовании указанных радиусов изгибов.
[0017] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что угол стреловидности на виде сверху (по передней кромке) кормового крыла составляет от 15 до 25°, более предпочтительно от 5 до 15° или, что еще более предпочтительно, от 0 до 5°. При более высоких скоростях средний угол стреловидности на практике существенно снижает сопротивление. Однако, было установлено, что, если кормовое крыло установить относительно близко к корме судна или в том положении, где водоизмещение корпуса относительно быстро уменьшается по направлению к корме судна, достаточно малый угол стреловидности или даже небольшой направленный вперед угол стреловидности может давать полезный эффект.
[0018] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что по меньшей мере половина хорды кормового крыла находится за вертикальной линией, проходящей в том месте, где кормовая часть корпуса выходит из воды. Посредством экспериментов выявлено, что кормовая волна содержит достаточную энергию потока и необходимые условия потока, чтобы создать полезную направленную по ходу движения составляющую подъема.
[0019] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что соединительные элементы имеют обтекаемую форму сечения в прямом направлении с длиной хорды, составляющей от 0,8 до 1,2 от длины хорды кормового крыла. Увеличение длины хорды приводит к увеличению сопротивления, тогда как уменьшение длины хорды зачастую недопустимо с точки зрения прочности. Если смотреть на виде сбоку, целесообразно, чтобы передняя кромка соединительного элемента пересекалась с кормовым крылом в месте расположения передней кромки кормового крыла на 20-40%, а более предпочтительно на 30-40% от длины хорды кормового крыла.
[0020] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что длина хорды соединительных элементов уменьшается от длины первой хорды в месте соединения с корпусом до относительно малой длины второй хорды в месте соединения с кормовым крылом, при этом коэффициент сужения составляет от 0,5 до 0,9, предпочтительно от 0,5 до 0,7 и, что более предпочтительно, приблизительно 0,5. Установлено, что интерференционное сопротивление, обусловленное пересечением потока от соединительных элементов в области соединения, является относительно минимальным для этих значений, в частности при более высоких скоростях.
[0021] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что длина хорды кормового крыла уменьшается от длины первой хорды в плоскости симметрии до относительно малой длины второй хорды на конце крыла, при этом коэффициент сужения составляет от 0,5 до 1,0, предпочтительно от 0,7 до 0,9 и, что более предпочтительно, приблизительно 0,8. Приведенные выше коэффициенты сужения приводят к относительно высоким показателям гидродинамического качества.
[0022] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что в процессе эксплуатации центральная часть корпуса в продольном направлении представляет собой область перехода давления, причем сила давления на корпус изменяется по мере перехода от передней части этой области с возрастающим сопротивлением к задней части этой области с уменьшающимся сопротивлением, причем носовое крыло расположено перед данной областью перехода давления. В ходе тщательных экспериментов было установлено, что возникает явление, называемое (в настоящее время) «отражением давления», т.е. в результате этого явления низкое давление на верхней стороне носового крыла также действует на корпус по направлению вверх. В связи с этим, носовое крыло целесообразно устанавливать на расстоянии не более одной длины хорды от корпуса в соответствующем месте на корпусе. На основании вышеупомянутых экспериментов выявлено, что описанное явление приводит к снижению сопротивления корпуса, если носовое крыло установлено в том месте, где корпус позволяет получить полезный эффект за счет низкого давления (передняя часть области перехода давления), и к увеличению сопротивления корпуса, если носовое крыло установлено в том месте, где корпус позволяет получить полезный эффект за счет высокого давления (задняя часть области перехода давления). Поэтому носовое крыло должно быть расположено в передней части области перехода давления. По той же причине кормовое крыло должно быть расположено в задней части области перехода давления и предпочтительно по меньшей мере частично позади погруженной части корпуса, чтобы избежать увеличения сопротивления, обусловленного отражением давления. Следует отметить, что область перехода давления - это область, где горизонтальная составляющая силы давления на корпус меняет свой знак, т.е. преобразуется из силы, противодействующей движению вперед в передней части данной области, в силу, оказывающую содействие в движении вперед в задней части данной области, при этом не происходит преобразования потока вокруг корпуса из ламинарного в турбулентный или наоборот, что будет понятно квалифицированному специалисту в данной области техники.
[0023] Носовое крыло преимущественно используют в целях выполнения продольной балансировки судна для возврата к горизонтальной ориентации при более высоких скоростях движения судна, когда кормовое крыло развивает высокие значения подъемной силы. Квалифицированный специалист должен знать, что носовое крыло не предназначено для создания судна на подводных крыльях, где носовое и кормовое крылья используют для подъема корпуса над водой на высоких скоростях, например, такое как глиссирующее судно, раскрытое в патенте ЕР 0.290.170 A2. Кроме того, вышеприведенные особенности не известны и не упоминаются в патенте US 2007/017428 А1. Следует также отметить, что судно и крыло, раскрытые в докладе «Воздействие неподвижного крыла на ходкость и движение судна» Эйрика Бокманна и Сверре Стина, представленном на Третьем международном симпозиуме по морским двигателям в мае 2013 в Лонсестоне, штат Тасмания, Австралия, по существу не относятся к настоящему изобретению. В этой публикации раскрывается относительно большое крыло для установки под корпус, требующее постоянного изменения угла атаки, чтобы создавать составляющую прямой тяги подъемной силы. На дату подачи настоящей патентной заявки суда с таким крылом продают в промышленном масштабе под названиями «waterbird» («водная ласточка»), «акваскипер», «водный велосипед» и т.д. В настоящей патентной заявке утверждается, что такое судно может использоваться только в том случае, если специально создавать постоянно изменяющийся угол наклона, что является обязательным в условиях спокойного состояния воды, или когда судно находится на водном пространстве с высоким уровнем волнения. Во вступительной части вышеупомянутого доклада Бокманн признает, что его работа сосредоточена лишь на использовании энергии волн в целях создания тяги, в отличие от конструкции, предлагаемой в настоящем изобретении, где движущая сила создается независимым способом, например, с помощью гребного блока, в частности двигателем судна. Предлагаемая конструкция дополнительно требует, чтобы крыло использовалось в основном при постоянном угле атаки.
[0023] Целесообразно, чтобы кормовое и носовое крылья (в особенности, носовое крыло) были выполнены с возможностью обеспечивать погружение по меньшей мере на величину от 30 до 90%, а более предпочтительно от 50 до 70%, от объема судна ниже ватерлинии. В результате экспериментов установлено, что эти величины водоизмещения позволяют развить большую (направленную по ходу движения) составляющую подъемной силы с помощью кормового крыла без ущерба условиям балансировки судна. Таким образом, также не ухудшается продольная устойчивость судна. В этом случае в носовом крыле также может использоваться явление «отражения давления», чтобы уменьшить сопротивление носовой части корпуса.
[0024] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что носовое крыло вдоль направления размаха крыла симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии, причем носовое крыло имеет двугранный угол, выполненный таким образом, что расстояние от крыла до корпуса остается практически одинаковым вдоль размаха крыла. Установлено, что за счет применения описанной конструкции можно оптимально использовать полезный эффект, создаваемый явлением «отражения давления».
[0025] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что двугранный угол составляет от 5 до 50°, предпочтительно от 10 до 30°, а более предпочтительно около 20° в зависимости от конкретной формы корпуса судна. Эти значения были определены из условия оптимального использования явления «отражения давления» без ущерба поперечной устойчивости судна.
[0026] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что относительное удлинение носового крыла составляет по меньшей мере 4,0, а предпочтительно более 5,0. Выявлено, что в противном случае индуктивное сопротивление носового крыла может стать слишком высоким.
[0027] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что относительное удлинение кормового крыла составляет приблизительно от 4,0 до 7,0, а предпочтительно более 5,0. Было установлено, что при более низких относительных удлинениях на кормовое крыло начинает действовать относительно высокое индуктивное сопротивление.
[0028] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что размах носового и кормового крыльев составляет не более, чем 90% от ширины корпуса судна в продольном положении соответствующего крыла. Доказано, что использование большего размаха крыла на практике нецелесообразно.
[0029] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что носовое крыло расположено под углом наклона (ϕ) с передней кромкой, идущей вверх под углом от 0 до 10° относительно горизонтали. Доказано, что при таких углах наклона конструкция полезного носового крыла является оптимальной.
[0030] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что соединительные элементы содержат крыло с хордой, а также передней кромкой и задней кромкой относительно прямого направления,
причем крыло соединительного элемента имеет хорду и профиль в продольном сечении с конструкцией, предназначенной для создания подъемной силы,
причем крыло соединительного элемента ориентировано таким образом, чтобы создавать постоянную боковую и направленную по ходу движения составляющую подъемной силы для увеличения направленной по ходу движения составляющей подъема, создаваемой кормовым крылом.
[0031] Установлено, что за счет придания соединительному элементу конструкции, позволяющей развивать направленную по ходу движения составляющую подъемной силы, например, путем поворота (хорды) крыла соединительного элемента внутрь или наружу (в зависимости от направления локального потока) или, например, путем формирования изгиба крыла соединительного элемента, крыло соединительного элемента начинает вносить свой вклад в создание направленного по ходу движения подъема, развиваемого основной конструкцией крыла и соединительного элемента. Это объясняется тем, что поток ниже кормовой части судна направляют слегка внутрь, а поток ниже носовой части судна направляют слегка наружу. Однако объем защиты, предоставляемый прилагаемой формулой изобретения, не зависит от обоснованности этой теории.
[0032] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что угол между хордой крыла соединительного элемента и вертикальной плоскостью симметрии составляет от 0 до 10°, например, около 5°, в случае кормового крыла и от 0 до -10°, например, около -5°, в случае носового крыла. Доказано, что эти величины являются оптимальными для получения полезного эффекта от направленных внутрь и наружу потоков, идущих ниже кормовой и носовой частей судна, соответственно, на конце крыла, чтобы в результате создать значительную боковую и направленную по ходу движения составляющую подъемной силы, увеличивающую направленную по ходу движения составляющую подъема, развиваемую основным крылом. В результате экспериментов было установлено, что можно получить дополнительную направленную по ходу движения составляющую подъемной силы равную от 5 до 10% по отношению к направленной по ходу движения составляющей подъема, развиваемой одним кормовым или носовым крылом с соединительными элементами, спроектированными или ориентированными обычным образом.
[0033] В одном из вариантов исполнения каждый из соединительных элементов соединяют с кормовым крылом с помощью пилона, предпочтительно в точке соединения, расположенной на определенном расстоянии вдоль размаха крыла от плоскости симметрии, составляющем от 30 до 40% от размаха кормового крыла. Пилон выполняют такой формы, чтобы обеспечить плавное изменение площади поперечного сечения общей конструкции кормового крыла, соединительных элементов и пилона (при столкновении с потоком), если смотреть по направлению потока. С этой целью носовую часть пилона можно выполнить конической или закругленной формы. Целесообразно, чтобы пилон имел форму пули. Установлено, что, в частности, когда соединительные элементы имеют стреловидность по передней кромке, важно, чтобы носовая часть пилона выступала вперед по отношению к передней кромке кормового крыла (и к передней кромке соответствующего соединительного элемента) в точке соединения, чтобы получить постепенное увеличение площади поперечного сечения. За счет расположения точки соединения на расстоянии, составляющем от 30 до 40% от размаха кормового крыла, достигают оптимального баланса между конструктивными требованиями, с одной стороны, и гидродинамическим факторами (связанными с сопротивлением), с другой стороны.
[0034] Один из вариантов исполнения относится к судну, отличающемуся тем, что носовое крыло присоединено к центральной или носовой части корпуса перед областью перехода давления с помощью одного или нескольких, например, пары соединительных элементов, причем положение соединительных элементов задают относительно носового крыла и носовой части корпуса, с необходимыми поправками, с использованием особенностей, относящихся к соединительным элементам, раскрытым применительно к кормовому крылу, расположенному на кормовой части судна.
Краткое описание чертежей
[0035] Варианты исполнения судна в соответствии с настоящим изобретением будут подробно раскрыты на примере, не имеющем ограничительного характера, со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах:
[0036] на Фиг. 1 показан схематический вид сбоку первого характерного варианта исполнения судна в соответствии с настоящим изобретением;
[0037] на Фиг. 2 показан схематический вид сверху первого характерного - варианта исполнения судна, изображенного на Фиг. 1:
[0038] на Фиг. 3 показан вид сзади первого характерного варианта исполнения судна, изображенного на Фиг. 1 и 2;
[0039] на Фиг. 4 показан подробный вид сбоку кормового крыла в первом характерном варианте исполнения, изображенном на Фиг. 1 и 2;
[0040] на Фиг. 5 показан вид спереди носового крыла во втором характерном варианте исполнения судна;
[0041] на Фиг. 6 показан подробный вид сверху соединительного элемента в третьем характерном варианте исполнения судна;
[0042] на Фиг. 7 показан схематический вид снизу четвертого характерного варианта исполнения судна; и
[0043] на Фиг. 8 показан подробный вид в аксонометрии другого характерного варианта исполнения кормового крыла, изображенного на Фиг. 4.
Подробное описание изобретения
[0044] На Фиг. 1-3 соответственно схематически показаны вид сбоку, вид сверху и вид сзади первого характерного варианта исполнения судна 1 в соответствии с изобретением.
[0045] Представленное судно 1 предназначено для эксплуатации на водном пространстве 2 и содержит корпус 3 с неплоским днищем, например, такой, как у парусного судна или моторного судна. Ватерлиния 4 представляет собой границу между водным пространством 2 и расположенным выше воздушным пространством. Продольное направление обозначено ссылочным номером 5. Корпус 3 содержит носовую часть 6, кормовую часть 8 и центральную часть 7. Корпус 3 выполнен таким образом, что его кормовая часть 8 имеет меньшее водоизмещение по отношению к водоизмещению центральной части 7. Кормовое крыло 9 прикреплено к кормовой части 8 корпуса, расположенной ниже поверхности воды, на некотором расстоянии от корпуса 3. Кормовое крыло 9 имеет размах (ba, см. Фиг. 2), хорду (са), а также переднюю кромку 10 и заднюю кромку 11 по отношению к прямому направлению 12 (см. Фиг. 2 и 3). Передняя кромка 10 кормового крыла 9 наклонена вниз под углом α относительно горизонтали (см. Фиг. 4). Кормовое крыло 9 имеет хорду и профиль на виде сбоку и обладает конструкцией, создающей подъемную силу La, при этом угол наклона хорды кормового крыла измеряют по отношению к горизонтали. При этом кормовое крыло 9 ориентировано таким образом, чтобы создавать постоянную поднимающую, направленную по ходу движения составляющую La1 2 подъемной силы.
[0046] Длина хорды (са) кормового крыла 9 может уменьшаться от длины первой хорды в плоскости симметрии 14 до относительно малой длины второй хорды на конце 15 крыла (см. Фиг. 2), при этом коэффициент сужения составляет от 0,5 до 1,0, предпочтительно от 0,7 до 0,9 и, что более предпочтительно, приблизительно 0,8.
[0047] Как показано на Фиг. 1, в продольном направлении 12 центральная часть 7 корпуса содержит область 18 перехода давления, где сила давления на корпус 3 изменяется от передней части данной области с возрастающим сопротивлением к задней части этой области с уменьшающимся сопротивлением. Носовое крыло 19 должно быть расположено перед областью 18 перехода давления. Аналогично, кормовое крыло 9 должно быть расположено в задней части области 18 перехода давления, предпочтительно по меньшей мере частично на корме, где заканчивается погруженная часть корпуса.
[0048] Целесообразно, чтобы кормовое и носовое крылья 9, 19 были выполнены с возможностью развивать подъем, чтобы обеспечивать погружение по меньшей мере от 30 до 60% от объема судна 1 ниже ватерлинии 4, если оно находится в стационарном состоянии, поскольку цель изобретения не состоит в том, чтобы полностью поднять корпус судна 1 из воды.
[0049] Угол наклона ϕ носового крыла 19, показанный на Фиг. 1, может составлять от 0 до 10° относительно горизонтали. Как показано на Фиг. 2, угол стреловидности γ по передней кромке кормового крыла 9 относительно плоскости симметрии 14 может составлять от -15 до 25°, более предпочтительно от -5 до 15°, а еще более предпочтительно от 0 до 5°.
[0050] На Фиг. 3 показан вид сзади первого характерного варианта исполнения судна, изображенного на Фиг. 1 и 2. Кормовое крыло 9 присоединено к кормовой части 8 корпуса с помощью пары соединительных элементов 13. Кормовое крыло 9 симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии 14 вдоль направления размаха крыла. Каждый из соединительных элементов 13 присоединен к кормовому крылу 9 на расстоянии D1 по размаху крыла от плоскости симметрии 14, составляющем от 25 до 50%, предпочтительно от 30 до 50% и, что более предпочтительно, от 40 до 50% от размаха (ba) кормового крыла 9. Наиболее целесообразно, чтобы соединительные элементы 13 кормового крыла 9 были присоединены к концам 15 крыла на расстоянии равном 50% по размаху крыла (ba) от плоскости симметрии 14.
[0051] Как показано на Фиг. 3, каждый соединительный элемент 13 присоединен к концу 15 крыла в области соединения 16. Область соединения 16 может иметь закругленную форму в вертикальной поперечной плоскости, чтобы обеспечить плавный переход между каждым соединительным элементом 13 и кормовым крылом 9. Целесообразно, чтобы закругленная форма в области соединения имела максимальный внутренний радиус изгиба Ri, равный длине хорды (са) кормового крыла 9, и минимальный внутренний радиус изгиба, составляющий 0,5 от длины хорды (са) кормового крыла 9. Кроме того, если смотреть на виде сверху, задняя кромка 11 кормового крыла может быть закруглена в области соединения 16.
[0052] На Фиг. 4 показан подробный вид сбоку кормового крыла 9 в первом характерном варианте исполнения, изображенном на Фиг. 1 и 2. Как показано, соединительные элементы 13 могут иметь угол стреловидности β по передней кромке равный от 0 до 40°, предпочтительно от 20 до 40°, а более предпочтительно от 30 до 40° относительно вертикали. Аналогично, задняя кромка соединительных элементов 13 также может иметь угол стреловидности, предпочтительно меньший угол стреловидности, чем по передней кромке. В случае постепенного сужения угол β может увеличиваться на 20° и составлять, например, от 20 до 60°.
[0053] Длина хорды (сс) соединительных элементов 13 может уменьшаться от длины первой хорды в месте пересечения с корпусом соединительных элементов 13 в кормовой части 8 корпуса до относительно малой длины второй хорды в месте, где соединительные элементы 13 соединяются с кормовым крылом 9, при этом коэффициент сужения составляет от 0,5 до 0,9, предпочтительно от 0,5 до 0,7, а более предпочтительно приблизительно 0,5.
[0054] Как говорилось ранее, на Фиг. 5 показан вид спереди носового крыла 19 во втором характерном варианте исполнения судна 1. Носовое крыло 19 вдоль направления размаха крыла симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии 14. Целесообразно, чтобы носовое крыло 19 имело двугранный угол ∂, т.е. угол, направленный вверх по отношению к горизонтальной плоскости. Расстояние D2 от корпуса 3 в плоскости симметрии 14 и двугранный угол ∂ должны быть выбраны таким образом, чтобы вдоль направления размаха носового крыла 19 поддерживалось одинаковое расстояние D3 от корпуса 3. Двугранный угол может составлять от 5 до 50°, предпочтительно от 10 до 30°, а более предпочтительно около 20°. Относительное удлинение носового крыла 19 может составлять по меньшей мере 5,0, тогда как относительное удлинение кормового крыла 9 может составлять приблизительно от 4,0 до 7,0, например, около 5,0. Размах (bf) носового крыла 19 предпочтительно составляет на более 90% от ширины корпуса судна в продольном положении носового крыла 19.
[0055] На Фиг. 6 показан подробный вид сверху соединительного элемента 13 в третьем характерном варианте исполнения судна 1. Соединительные элементы 13 в этом случае имеют крыло 17 с хордой (сс), передней кромкой 20 и задней кромкой 21 относительно элемента имеет хорду (сс) и профиль и обладает конструкцией, создающей подъемную силу (Lc). Точнее, крыло 17 соединительного элемента ориентировано таким образом, чтобы создавать постоянную боковую и направленную по ходу движения составляющую Lc12 подъемной силы для увеличения направленной по ходу движения составляющей подъема La12, создаваемой кормовым крылом 9. Каждый из соединительных элементов 13 может иметь крыло 17 с обтекаемым профилем относительно прямого направления 5 и хордой с длиной, составляющей от 0,8 до 1,2 от длины хорды кормового крыла. В этом случае угол ψ между хордой (сс) крыла 17 соединительного элемента и вертикальной плоскостью симметрии может составлять приблизительно от 0 до 10°, например, около 5°.
[0056] Несмотря на то, что это явно не показано на чертежах, носовое крыло 19 может быть соединено с центральной или носовой частью корпуса перед областью 18 перехода давления с помощью одного или пары носовых соединительных элементов. Положение носовых соединительных элементов может быть определено относительно носового крыла 19 и (или) центральной или носовой части 7, 6, и (или) вертикальной плоскости симметрии 14, и (или) вертикали или горизонтали, с необходимыми поправками, с использованием особенностей, относящихся к соединительным элементам, раскрытым применительно к кормовому крылу 9.
[0057] На Фиг. 7 показан схематический вид снизу четвертого характерного варианта исполнения судна 1. Как показано, по меньшей мере половина хорды кормового крыла 9 может находиться за вертикальной линией, проходящей в том месте, где кормовая часть 8 корпуса выходит из воды. Это также относится к вариантам исполнения, показанным на Фиг. 1-6. Как показано, соединительные элементы 13 при этом могут быть выполнены в виде аутригеров 23, расположенных на значительном расстоянии от центрального корпуса 24. Центральный корпус 24 и два аутригера 23 жестко соединяют выше ватерлинии, например, формируя единый корпус. Аутригеры 23 должны находиться на значительном расстоянии D1 по размаху крыла от вертикальной плоскости симметрии 14. Расстояние D1 по размаху крыла при этом значительно больше половины ширины корпуса в кормовой части или в корме 8, например, в 1,5-2,5 раза или приблизительно в 2 раза. В вертикальной плоскости симметрии 14 может быть установлена дополнительная распорка 22 для присоединения кормового крыла 9 к центральному корпусу 24.
[0058] Следует отметить, что в других вариантах исполнения также может быть установлена дополнительная распорка или в общем случае дополнительный (промежуточный) соединительный элемент (например, в месте расположения вертикальной плоскости симметрии) для повышения прочности конструкции, например, если кормовое крыло имеет относительно большой размах.
[0059] На Фиг. 8 показан подробный вид в аксонометрии другого характерного варианта исполнения конструкции кормового крыла и соединительного элемента, изображенной на Фиг. 4. На Фиг. 8 каждый из соединительных элементов 13 соединен с кормовым крылом 9 с помощью пилона 25, предпочтительно в точке соединения, расположенной на определенном расстоянии вдоль размаха крыла от плоскости симметрии, составляющем от 30 до 40% от размаха кормового крыла 9. Пилон 25 выполняют такой формы, чтобы обеспечить плавное изменение площади поперечного сечения общей конструкции кормового крыла, соединительных элементов и пилона (при столкновении с потоком), если смотреть по направлению потока. С этой целью носовую часть пилона 25 можно выполнить конической или закругленной формы. Целесообразно, чтобы пилон имел форму пули. Установлено, что, в частности, когда соединительные элементы 13 имеют стреловидность по передней кромке, важно, чтобы носовая часть пилона 25 выступала вперед по отношению к передней кромке 10 кормового крыла 9 (и передней кромке соответствующего соединительного элемента) в точке соединения, чтобы получить постепенное увеличение площади поперечного сечения. За счет расположения точки соединения на расстоянии, составляющем от 30 до 40% от размаха кормового крыла 9, достигают оптимального баланса между конструктивными требованиями, с одной стороны, и гидродинамическим факторами (связанными с сопротивлением), с другой стороны.
[0060] Таким образом, изобретение раскрыто со ссылкой на вышеописанные варианты исполнения. Следует понимать, что эти варианты исполнения допускают различные модификации и альтернативные формы, хорошо известные специалистам в данной области техники, без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Следовательно, несмотря на то что раскрыты конкретные варианты исполнения, они являются исключительно примерами и не ограничивают объем настоящего изобретения.
Перечень ссылочных номеров
1. Судно
2. Водное пространство
3. Корпус с неплоским днищем
4. Ватерлиния
5. Продольное направление
6. Носовая часть
7. Центральная часть
8. Кормовая часть
9. Кормовое крыло
10. Передняя кромка кормового крыла
11. Задняя кромка кормового крыла
12. Прямое направление
13. Соединительный элемент кормового крыла
14. Вертикальная плоскость симметрии
15. Конец крыла
16. Область соединения кормового крыла и соединительного элемента
17. Крыло соединительного элемента
18. Область перехода давления
19. Носовое крыло
20. Передняя кромка крыла соединительного элемента
21. Задняя кромка крыла соединительного элемента
22. Дополнительный соединительный элемент или распорка
23. Аутригер
24. Центральный корпус
25. Пилон
La = подъемная сила кормового крыла
La12 = направленная по ходу движения подъемная сила кормового крыла
Lc = подъемная сила соединительного элемента
Lc12 = направленная по ходу движения подъемная сила соединительного элемента
ba = размах кормового крыла
bf = размах носового крыла
са = хорда кормового крыла
сс = хорда соединительного элемента
D1 = расстояние по размаху крыла от плоскости симметрии
D2 = расстояние от корпуса на плоскости симметрии до носового крыла
D3 = расстояние от носового крыла до корпуса вдоль направления размаха крыла
α = угол наклона кормового крыла
β =угол стреловидности по передней кромке соединительного элемента
γ = угол стреловидности по передней кромке кормового крыла
∂ = двугранный угол носового крыла
Ф = угол наклона носового крыла
ψ - угол между хордой крыла соединительного элемента и вертикальной плоскостью симметрии
Ri = внутренний радиус изгиба.