НОСОВАЯ ОКОНЕЧНОСТЬ КОРПУСА СУДНА
FORWARD END OF SHIP HULL

Изобретение относится к области судостроения, в частности к проектированию обводов носовой оконечности корпуса судна.
Известна конструкция передней части судна вытеснительного типа (RU 2374120, МПК В63В 1/06, 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.
Известна носовая оконечность судна, содержащая форштевень, бульбовую наделку, днище, палубу, полубак и фальшборт (Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. Л., Судостроение, 1981. - 552 с., с. 181-189, рисунок 44).
Данная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в возможности захвата носовой оконечности волной, вследствие чего может произойти как опрокидывание судна, так и разрушение его корпуса, что обусловлено наличием плоских поверхностей палубы и надстройки бака [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, либо вызвать разрушение корпуса в случае отсутствия смещения равнодействующей из диаметральной плоскости.
В качестве ближайшего аналога принята носовая оконечность корпуса судна, оснащенная обтекателем (CN 105480384, МПК В63В 17/00, опубл. 13.04.2016 г.).
Существенным недостатком данной конструкции является то, что обтекатель может быть установлен лишь на небольшой длине корпуса в носовой оконечности. Увеличение длины данного обтекателя сопряжено с тем, что он сделает невозможным выполнение погрузочно-разгрузочных и производственных операций на палубе судна, а также существенно ухудшит обзор судоводителю, что будет вести к возникновению навигационных аварий. При небольшой длине обтекателя он будет способствовать снижению нагрузок, действующих на палубу судна, только при малой высоте волн. Однако на развитом волнении в воду может погружаться более трети длины судна, в результате чего данный обтекатель будет неэффективен и носовая оконечность судна при большой высоте волн будет захвачена волной, что приведет к опрокидыванию судна или разрушению его корпуса.
Изобретение решает задачу повышения безопасности мореплавания, исключая захват волной носовой оконечности судна, за счет создания оптимальных условий обтекания носовой оконечности судна на протяжении не менее одной трети его длины при погружении в волну в штормовых условиях, путем уменьшения равнодействующей сил давления и недопущения смещения этой силы в сторону от диаметральной плоскости, с сохранением полезной площади палубы при нормальных условиях эксплуатации.
Для получения необходимого технического результата в носовой оконечность корпуса судна, содержащей обтекатель палубы, предлагается обтекатель установить, по меньшей мере, на одной трети длины судна и выполнить из отдельных секций, которые расположить попарно симметрично продольной оси судна, вместе образуя полуцилиндр. Каждую секцию предлагается закрепить на оси, параллельной продольной оси судна, с возможностью независимого поворота и перемещения под палубу.
В предлагаемом техническом решении в штормовых условиях секции обтекателя устанавливаются над палубой на длине, не менее трети длины судна, в результате чего поток жидкости действует на обтекатель палубы, а не на плоскую поверхность палубы, благодаря чему снижается гидродинамическая сила, действующая на носовую оконечность, и исключается возможность смещения этой силы в сторону от диаметральной плоскости, за счет чего исключается опрокидывание судна.
На прилагаемых графических материалах изображено:
на фиг. 1 - общий вид носовой оконечности судна;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
На графических материалах приняты следующие обозначения:
1 - палуба;
2 - секция обтекателя;
3 - ось секции обтекателя.
Конструкция носовой оконечности корпуса судна содержит палубу 1 и секции обтекателя 2, закрепленные на осях секции обтекателя 3.
Носовая оконечность судна работает следующим образом. При движении судна в условиях сильного встречного волнения может происходить периодическое погружение в воду носовой оконечности, что ведет к появлению сложного режима обтекания палубы 1 и вызывает опасность захвата носовой оконечности судна волной. В предлагаемой конструкции при возникновении опасности захвата носовой оконечности судна волной секции обтекателя 2 переводятся в положение, при котором они образуют выпуклую цилиндрическую поверхность над палубой 1 судна. В таком случае при погружении носовой оконечности судна в волну поток жидкости действует на секции обтекателя 2 с выпуклой стороны, за счет чего уменьшается равнодействующая сил давления и исключается возможность смещения этой силы в сторону от диаметральной плоскости судна. Это позволяет существенно снизить нагрузку, действующую на палубу 1 судна в носовой оконечности при ее обтекании. В конструкции ближайшего аналога для беспрепятственного использования пространства палубы и сохранения обзора судоводителю обтекатель может быть установлен лишь на небольшой длине корпуса, поэтому его влияние на гидродинамическую силу, действующую на палубу судна при ее обтекании, будет несущественным. Кроме того, при погружении в волну конструкции ближайшего аналога вода будет заливаться в полость между обтекателем и палубой, что будет соответствовать обтеканию вогнутой поверхности потоком жидкости и дополнительно увеличит нагрузку на носовую оконечность даже по сравнению с плоской поверхностью палубы, характерной для традиционной конструкции носовых оконечностей судов.
Увеличение длины обтекателя в конструкции ближайшего аналога сопряжено с загромождением палубы и невозможностью проведения погрузочно-разгрузочных и производственных операций. Кроме того, в таком случае существенно ограничивается зона обзора судоводителя, что может привести к аварийным ситуациям, особенно при маневрировании в портах, а также при движении в районах с интенсивным судоходством. В предлагаемой конструкции в условиях нормальной эксплуатации судна, не связанной с воздействием развитого волнения на носовую оконечность, секции обтекателя 2 убираются под палубу 1 путем поворота относительно осей секции обтекателя 3. Это позволяет избежать указанных выше недостатков, свойственных конструкции ближайшего аналога в случае увеличения длины обтекателя до значений, при которых он смог бы оказать существенное влияние на величину гидродинамических нагрузок, действующих на палубу судна при ее обтекании.
Таким образом, силу, действующую на носовую оконечность конструкции ближайшего аналога и предлагаемой конструкции, можно оценить с помощью (Кухлинг X. Справочник по физике: Пер. с нем. 2-е изд. - М.: Мир, 1985. - 520 с.). Так, на тело, находящееся в потоке жидкости действует сила
пласт
цилиндр
где С - коэффициент, зависящий от формы тела, числа Рейнольдса (для пластины С=1,11, для цилиндра С=0,4);
S - площадь наибольшего сечения тела в плоскости, перпендикулярной направлению потока;
ρ - плотность жидкости;
V - скорость набегающего на тело потока жидкости.
пласт
цилиндр
Так как для конструкции ближайшего аналога и предлагаемой конструкции параметры S, V, ρ равны, то отношение сил, действующих на них при обтекании носовой оконечности, равно отношению коэффициентов С и С, т.е.
б.а.
где F - сила, действующая на конструкцию ближайшего аналога при обтекании носовой оконечности;
п.к.
F - сила, действующая на предлагаемую конструкцию при обтекании носовой оконечности.
Таким образом, предлагаемая конструкция, не загромождая палубу судна и не ограничивая зону обзора судоводителя в нормальных условиях эксплуатации, позволяет почти в 3 раза снизить гидродинамическую силу, действующую на носовую оконечность судна при ее обтекании в условиях штормового моря по сравнению с конструкцией ближайшего аналога, что позволяет избежать захвата носовой оконечности судна волной и его гибели, а, следовательно, повысить безопасность мореплавания.