КОРПУС СУДНА
SHIP HULL

Изобретение относится к области судостроения, в частности к проектированию корпусов судов.
Известна конструкция передней части судна вытеснительного типа (Патент РФ на изобретение №2374120, МПК В63 В1/06, опубл. 27.11.2009 г.) с поперечной симметрией относительно центральной оси, причем образующие линии корпуса увеличиваются по ширине от базовой линии. Низ является плоским или имеет килеватость и переходит в днище с заданным радиусом днища. От днища и до заданной высоты образующие линии немного наклонены наружу. На уровне палубы бака форма наклонной наружу линии прекращается и проходит вверх в виде изогнутой линии обратно в направлении центральной оси.
Данная конструкция обладает следующими недостатками:
судно имеет большую парусность;
рулевая рубка удалена от машинного отделения, что затрудняет прокладку кабельных трасс;
плохие условия обитаемости;
удары волн могут выбить иллюминаторы в рубке и привести к повреждению навигационного оборудования;
при большой высоте волн они могут перехлестнуться через надстройку, при этом плоские поверхности палубы будут способствовать захвату носа судна волной [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е. Некоторые проблемы обеспечения общей прочности судов в чрезвычайных ситуациях // Труды Крыловского государственного научного центра - Вып. 82(366), 2014 - С. 21-30];
плохая всхожесть на волну, т.к. из-за стройности ватерлинии судно врезается в волну, и она скручивается над носом и в сторону, в результате чего нос судна может быть захвачен волной, что приведет к гибели судна.
Известен корпус судна с завалом борта и обратным наклоном форштевня (Патент США на изобретение №6601529, В63В 3/00, опубл. 05.08.2003 г.).
Недостатком данной конструкции является низкая остойчивость судна, что может привести к его опрокидыванию и гибели экипажа. Это объясняется уменьшенной, по сравнению с традиционной конструкцией, площадью ватерлинии, особенно при прохождении гребней волн, а также невысокими значениями восстанавливающего момента, действующего на судно при его накренении, что обусловлено малой величиной погружаемых в воду объемов судна при наклонении.
Известен корпус судна, представляющий собой непроницаемую оболочку, состоящую из тонких листов, которые подкреплены балками, выполненными из прокатных или составных сварных профилей (Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. Л., Судостроение, 1981. - 552 с., с. 9-11, рисунок 1).
Данная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в возможности захвата носовой оконечности волной, что обусловлено наличием плоских поверхностей палубы и надстройки бака, вследствие чего может произойти падение метацентрической высоты и опрокидывание судна либо разрушение его корпуса [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е. Некоторые проблемы обеспечения общей прочности судов в чрезвычайных ситуациях // Труды Крыловского государственного научного центра. - Вып. 82(366), 2014. - С. 21-30]. Захват носовой оконечности волной означает, что при сильном заливании палубы она работает в подводном положении как крыло, обтекаемое потоком жидкости, в результате чего на плоских поверхностях возникает равнодействующая сил давления, определяющаяся углом атаки и скоростью набегающей жидкости. Это обтекание неустойчиво, в результате чего равнодействующая может в любой момент сместиться в сторону от диаметральной плоскости и вызвать сильный крен или опрокидывание судна, а также разрушение его корпуса. Под действием равнодействующей гидродинамических сил дифферент судна растет, при этом наблюдается резкое снижение поперечной метацентрической высоты, что способствует опрокидыванию судна.
В качестве ближайшего аналога принят корпус судна, выполненный в виде непроницаемой оболочки, сформированной из наружной обшивки и балок набора, в котором непроницаемая оболочка выполнена в виде основной части корпуса, имеющей в носовой оконечности завал борта и обратный наклон форштевня, и булей, формирующих плоскую поверхность палубы и обеспечивающих развал борта в носовой оконечности, кроме того, в носовой оконечности основной части корпуса размещены гидроцилиндры, штоки которых связаны с булями, установленными с возможностью смещения по направлению к миделю судна (Патент РФ на изобретение №2672225, МПК В63В 1/06, В63В 43/02, опубл. 12.11.2018 г.).
Данная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что були установлены с возможностью перемещения только по направлению к миделю судна, а это ограничивает возможности изменения геометрии корпуса для корректировки мореходных качеств судна на развитом волнении.
Изобретение решает задачу расширения возможностей изменения геометрии корпуса судна для корректировки его мореходных качеств на развитом встречном волнении, таких, как поперечная остойчивость и сопротивление движению судна, за счет увеличения числа степеней свободы булей.
Для решения поставленной задачи в корпусе судна, выполненном в виде непроницаемой оболочки, сформированной из наружной обшивки и балок набора, в котором непроницаемая оболочка выполнена в виде основной части корпуса, имеющей в носовой оконечности завал борта и обратный наклон форштевня, и булей, формирующих плоскую поверхность палубы и обеспечивающих развал борта в носовой оконечности, установленных с возможностью смещения по направлению к миделю судна, связанных со штоками гидроцилиндров, размещенных в носовой оконечности основной части корпуса, предлагается носовые и кормовые части булей дополнительно связать с основной частью корпуса посредством гидроцилиндров, а гидроцилиндры, размещенные на булях, и штоки гидроцилиндров, размещенные на основной части корпуса, установить на осях с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, обеспечивая дополнительное смещение булей от диаметральной плоскости судна.
В предлагаемом техническом решении при попадании судна в неблагоприятные погодные условия, сопровождающиеся заливанием палубы в носовой оконечности и возникновением опасности захвата волной носовой оконечности, происходит смещение булей с помощью гидроцилиндров по направлению от носа судна к миделю, а также их смещение по направлению от диаметральной плоскости судна и поворот в горизонтальной плоскости, в результате чего уменьшается нагрузка, действующая на носовую оконечность, а также повышается момент инерции ватерлинии относительно продольной оси и, соответственно, поперечная остойчивость судна, благодаря чему предотвращается опрокидывание судна и разрушение его корпуса.
На прилагаемых графических материалах изображено:
на фиг. 1 - общий вид корпуса судна;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.
На графических материалах приняты следующие обозначения:
1 - основная часть корпуса;
2-були;
3 - гидроцилиндры;
4 - оси.
Конструкция корпуса судна состоит из наружной обшивки и балок набора, формирующих основную часть корпуса 1 и були 2, которые перемещаются в горизонтальной плоскости с помощью гидроцилиндров 3, установленных с возможностью вращения относительно осей 4.
Корпус судна работает следующим образом. В режиме нормальной эксплуатации судна, когда волны не достигают палубы, були формируют в носовой оконечности плоскую поверхность палубы. При движении судна на сильном встречном волнении может происходить периодическое погружение в воду носовой оконечности, что ведет к появлению сложного режима обтекания палубы. В таких условиях возможно возникновение значительных нагрузок, действующих на корпус судна, вызванных обтеканием погруженной палубы, которую можно рассматривать как крыло сложной формы, расположенное под углом атаки к набегающему потоку жидкости. Под действием гидродинамической силы дифферент судна будет увеличиваться, а параметры его остойчивости резко снижаться. Кроме того, происходит рост напряжений от общего изгиба, что может привести к разрушению корпуса судна [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е. Некоторые проблемы обеспечения общей прочности судов в чрезвычайных ситуациях // Труды Крыловского государственного научного центра- Вып.82(366), 2014 - С. 21-30]. При возникновении опасной ситуации в предлагаемой конструкции по команде судоводителя или бортовой интеллектуальной системы при помощи гидроцилиндров 3 осуществляется перемещение булей по направлениям к миделю судна и от диаметральной плоскости судна, с поворотом булей в горизонтальной плоскости, за счет вращения гидроцилиндров относительно осей 4. После перемещения и поворота булей 2 гидродинамические нагрузки, действующие на носовую оконечность основной части корпуса 1, уменьшатся за счет разрезающей волны формы носовой оконечности основной части корпуса 1, которая характеризуется завалом борта и обратным наклоном форштевня. При этом удаление булей 2 от диаметральной плоскости судна за счет удлинения гидроцилиндров 3 увеличит момент инерции ватерлинии относительно продольной оси, что приведет к увеличению поперечного метацен-трического радиуса и повышению поперечной остойчивости судна. Кроме того, за счет поворота булей 2 в горизонтальной плоскости путем вращения гидроцилиндров 3 относительно осей 4 может быть осуществлено изменение обводов корпуса для уменьшения сопротивления движению суда в зависимости от состояния моря и режима движения судна.
Для идентификации опасной ситуации, при которой возникает вероятность захвата волной носовой оконечности судна, и, соответственно, необходимость перемещения и поворота булей 2, могут быть использованы подходы к контролю динамики судна, изложенные в [Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И. Построение алгоритма контроля ситуации захвата волной носовой оконечности судна методами современной теории катастроф // Известия КГТУ.- Калининград: ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2015 - №37. - С. 178-185]. При этом команда на перемещение и поворот булей 2 может отдаваться как судоводителем, так и бортовой интеллектуальной системой в автоматическом режиме.
Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет снизить гидродинамические нагрузки, действующие на палубу судна в носовой оконечности на развитом встречном волнении, повысить поперечную остойчивость судна и улучшить гидродинамические характеристики его корпуса при движении в штормовых условиях, что дает возможность предотвратить опрокидывание судна и разрушение его корпуса, и, следовательно, способствует повышению безопасности мореплавания.