УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СУДНА
DEVICE FOR REDUCTION IN HYDRODYNAMIC RESISTANCE OF VESSEL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для уменьшения гидродинамического сопротивления судна, в частности к устройству, способному значительно уменьшать волновое сопротивление, а также сопротивление трению, создаваемые морской водой во время плавания судна, тем самым увеличивая скорость, обеспечивая устойчивое плавание и экономию топлива.
Уровень техники
В общем, плывущее судно воспринимает гидродинамическое сопротивление, создаваемое морской водой, т.е. сопротивление трению и волновое сопротивление, из-за образования волн на поверхности воды. В частности, сопротивление трению составляет большую часть сопротивления, которое корпус воспринимает от воды, что ведет к значительной потере энергии во время плавания, и в то же время волновое сопротивление также составляет часть сопротивления, которое корпус воспринимает от воды, вызывая потерю движущей силы и потерю энергии, что ведет к увеличению расхода топлива. В силу вышесказанного исследования в области корпусов судов были направлены на разработку формы корпуса, которая может уменьшить сопротивление трению и волновое сопротивление.
В качестве примера для уменьшения сопротивления трению были разработаны различные способы, такие как нанесение лакокрасочного покрытия на корпус для уменьшения коэффициента трения, распыление воздушных пузырьков для уменьшения сопротивления трению или обработка поверхности корпуса для придания ей гладкости и обтекаемой формы подобно телу дельфина, но такие способы были неэффективными.
Кроме того, обычный способ уменьшения волнового сопротивления представляет собой бульбообразный нос, который является бульбом, имеющим сферическую форму, выступающую вперед от носа ниже поверхности воды для образования волны, которая может смещать волну, создаваемую носом, для уменьшения высоты волны, образующейся рядом с носом, тем самым уменьшая волновое сопротивление. Однако поскольку бульбообразный нос проектируется для создания оптимального эффекта при условии, что судно поддерживается в полностью загруженном состоянии и плывет с заданной скоростью, имеются проблемы, состоящие в том, что бульбообразный нос до некоторой степени увеличивает волновое сопротивление при фактических условиях плавания, когда осадка с полным грузом и заданная скорость обычно не поддерживаются, и длина корпуса увеличивается.
Вместе с тем, были предложены другие технологии для уменьшения гидродинамического сопротивления, создаваемого морской водой. Например, в публикации не рассмотренной патентной заявки Японии № 2016-112950 (дата публикации: 23 июня 2016 г.) приведено описание технологии, согласно которой в порту и правом борту судна образован тоннель для транспортировки воды, так что когда морская вода проходит через тоннель для транспортировки воды, гидродинамическое сопротивление уменьшается, и генерируется гидроэлектрическая энергия. Однако указанная технология предназначена для генерирования гидроэлектрической энергии, используя жидкость, проходящую через тоннель для транспортировки воды, и не позволяет уменьшать гидродинамическое сопротивление во время плавания судна.
Кроме того, в публикации полезной модели Кореи № 20-2010-0004331 приведено описание технологии, согласно которой морская вода, создающая гидравлическое давление на стороне носа, поступает через впускное устройство и выпускается под высоким давлением на стороне кормы, так что гидравлическое давление на стороне носа уменьшается, а движущая сила на стороне кормы увеличивается. Однако несмотря на эффект увеличения движущей силы, он является недостаточным для уменьшения сопротивления трения и волнового сопротивления, которые генерируются в направлении, в котором движется судно во время плавания.
Кроме того, в публикации патента Кореи № 10-2015-00047812 приведено описание безбалластной системы судна, согласно которой в судне образован канал для морской воды, причем когда судно останавливается или первоначально находится в плавании, поворотное устройство в канале для морской воды способствует ускорению течения морской воды за счет работы двигателя, тем самым поддерживая судно в равновесии. Согласно этой технологии канал для морской воды обеспечивает только поддержание судна в равновесии и не обеспечивает уменьшения сопротивления трению и волнового сопротивления.
Таким образом, существует насущная необходимость в разработке технологии, которая увеличивает эффективность уменьшения сопротивления трению и волнового сопротивления с помощью относительно простой конструкции.
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема
Настоящее изобретение относится к устройству для уменьшения гидродинамического сопротивления судна, причем указанное устройство может направлять течение морской воды в направлении, в котором движется судно, находящееся в плавании, значительно уменьшая сопротивление трению, создаваемое морской водой, сталкивающейся с судном, и волновое сопротивление, создаваемое волнами, тем самым, увеличивая скорость, обеспечивая устойчивое плавание и экономию топлива.
Техническое решение
Настоящее изобретение предлагает устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления судна, содержащее: лист для направления потока жидкости, который имеет модифицированную V-образную или U-образную форму, причем его две боковые стороны установлены с заданным зазором, так что на наружном участке днища корпуса судна, которое содержит гребной винт, расположенный на корме, образован канал для перемещения жидкости, имеющий такую форму, что он окружает профиль корпуса; вход для жидкости листа для направления потока жидкости, который образован на стороне носа корпуса и выступает в направлении, в котором движется судно; выход для жидкости листа для направления потока жидкости, который образован на стороне кормы корпуса; и канал для перемещения жидкости, предназначенный для соединения входа для жидкости и выхода жидкости, при этом выход для жидкости имеет такую форму, что внутренний диаметр уменьшается за счет дугообразных криволинейных листов, установленных таким образом, что они обращены к внутренней стороне листа для направления потока жидкости, и постепенно расширяется в направлении конца, достигая такого же размера, как и вход для жидкости, причем гребной винт установлен на участке с уменьшенным внутренним диаметром, так что морская вода, принудительно поступающая за счет вращательного усилия гребного винта, быстро выпускается с помощью выхода для жидкости, постепенно расширяющегося к концу для достижения такого же размера, как и вход для жидкости.
Преимущественные эффекты
Согласно настоящему изобретению устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления расположено ниже ватерлинии корпуса и обеспечивает движение судна, в то время как морская вода поступает через участок носа за счет вращения гребного винта, расположенного на корпусе, и выпускается через заднюю сторону кормы, тем самым значительно уменьшая сопротивление трению и волновое сопротивление морской воды. Таким образом, помимо улучшения возможности плавания, существует возможность повышения скорости и экономии топлива.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан пояснительный перспективный вид, на котором показаны устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления судна согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения и судно, содержащее такое устройство;
на фиг. 2 – вид сбоку, на котором показаны устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления судна согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения и судно, содержащее такое устройство;
на фиг. 3 – вид в разрезе по линии A–A, обозначенной на фиг. 2;
на фиг. 4 – схематический вид в плане, на котором показаны устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления судна согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения и судно, содержащее такое устройство;
на фиг. 5 – схематический вид сбоку, на котором показана функциональная связь между компонентами судна, содержащего устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления судна согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Ниже приведено подробное описание устройства для уменьшения гидродинамического сопротивления судна согласно настоящему изобретению со ссылкой на приложенные чертежи.
Прежде всего, следует отметить, что выражения и термины, используемые в настоящем описании и формуле изобретения, не должны интерпретироваться исключительно как общие или лексические значения, а должны интерпретироваться как значения и понятия, которые соответствуют технической сущности настоящего изобретения, основанной на конкретной идее, чтобы автор изобретения мог надлежащим образом определить идеи терминов для объяснения изобретения наилучшим образом.
Следовательно, описанный здесь вариант осуществления изобретения и компоновки, представленные на чертежах, являются только наиболее предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения и не представляют всю техническую сущность настоящего изобретения; таким образом, следует понимать, что во время подачи настоящей заявки могут быть представлены различные эквиваленты и модификации, которые могут заменять указанный вариант осуществления изобретения.
На фиг. 1 показан пояснительный перспективный вид, на котором показаны устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления судна согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения и судно, содержащее такое устройство, на фиг. 2 – вид сбоку, на котором показаны устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления судна согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения и судно, содержащее такое устройство, на фиг. 3 – вид в разрезе по линии A–A, обозначенной на фиг. 2, на фиг. 4 – вид в плане, на котором показаны устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления судна согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения и судно, содержащее такое устройство, и на фиг. 5 – схематический вид сбоку, на котором показана функциональная связь между компонентами судна, содержащего устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления судна согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 1–5, устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления судна согласно настоящему изобретению содержит: лист 50 для направления потока жидкости, который имеет модифицированную V-образную форму или U-образную форму, причем две боковые стороны указанного листа установлены с заданным зазором на наружном нижнем участке корпуса 10 и окружают профиль корпуса 10; вход 51 для жидкости листа 50 для направления потока жидкости, который образован на стороне носа 10a корпуса 10; выход 52 для жидкости листа 50 для направления потока жидкости, который образован на стороне кормы 10b корпуса 10; и канал 53 для перемещения жидкости, предназначенный для соединения входа 51 для жидкости и выхода 52 для жидкости.
Лист 50 для направления потока жидкости имеет длину, которая соответствует длине корпуса 10, при этом вход 51 для жидкости и выход 52 для жидкости образованы с возможностью впуска и выпуска морской воды во время плавания судна 100. Для увеличения количества поступающей морской воды и количества выпускаемой морской воды, в то же время сводя к минимуму сопротивление морской воды, вход 51 для жидкости на стороне носа 10a имеет ширину, которая соответствует ширине корпуса 10, и выполнен таким образом, что он выступает в направлении, в котором следует судно, при этом выход 52 для жидкости, который образован на стороне кормы 10b и служит для выпуска морской воды, поступающей через вход 51 для жидкости к задней части корпуса, имеет форму, в которой внутренний диаметр уменьшен с помощью дугообразных криволинейных листов 52a, установленных таким образом, что они обращены к внутренней стороне листа 50 для направления потока жидкости, и который постепенно расширяется в направлении конца, достигая такого же размера, как и вход 51 для жидкости.
Вместе с тем для приведения в движение корпуса 10 на стороне 10b кормы установлен гребной винт 11, расположенный внутри выхода 52 для жидкости. В частности, гребной винт 11 расположен на участке с малым внутренним диаметром между дугообразными криволинейными листами 52a выхода 52 для жидкости, и морская вода принудительно поступает и выпускается за счет вращательного усилия гребного винта, при этом принудительно поступающая вода быстро выпускается через выход для жидкости, который постепенно расширяется к концу и достигает такого же размера, как и вход для жидкости.
Следовательно, гребной винт может быть установлен вблизи участка с малым внутренним диаметром.
Кроме того, канал 53 для перемещения жидкости является трубой для перемещения жидкости, образованной внутри листа 50 для направления потока жидкости, с целью направления морской моды, поступающей через вход 51 для жидкости, к выходу 52 для жидкости и последующему выпуску морской воды. Канал 53 для перемещения жидкости образован по всему нижнему участку корпуса 10, который погружен в воду.
Следовательно, вход 51 для жидкости, выход 52 для жидкости и канал 53 для перемещения жидкости, образованные с помощью листа 50 для направления потока жидкости, образуют трубу для перемещения жидкости, через которую поступает и выпускается жидкость во время плавания судна 100, и могут быть выполнены таким образом, чтобы они образовывали прямолинейную форму. Ясно, что труба для перемещения жидкости также может именоваться соплом или проходом, при этом труба для перемещения жидкости может иметь любое другое название или иметь любую другую форму при условии, что она может впускать жидкость, создающую сопротивление, на стороне 10a носа и выпускать жидкость на стороне 10b кормы.
Вместе с тем, как показано на фиг. 2, лист 50 для направления потока жидкости, образующий вход 51 для жидкости, выход 52 для жидкости и канал 53 для перемещения жидкости, расположен ниже ватерлинии 12, которая является ограничительной линией, до которой корпус 10 погружается под воду, имеет модифицированную V-образную форму или U-образную форму и окружает борт 10c и днище 10d.
Ниже приведено описание функциональной связи между компонентами во время плавания судна 100, содержащего устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления судна 100 согласно настоящему изобретению.
На фиг. 5 представлен схематический вид сбоку, на котором показана функциональная связь между компонентами судна 100, содержащего устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления судна 100 согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 5, участок корпуса 10 ниже ватерлинии 12 погружен под воду, и устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления согласно настоящему изобретению, содержащее лист 50 для направления потока жидкости, также погружено под воду. В этом состоянии, когда гребной винт 11 приведен в действие и вращается для передвижения корпуса 10 в переднем направлении во время процесса, в котором морская вода поступает через вход 51 для жидкости, выступающий в направлении движения на стороне 10a носа корпуса 10, и выпускается через выход 52 для жидкости на стороне 10b кормы с помощью листа 50 для направления потока жидкости настоящего изобретения, жидкость, которая создает сопротивление из-за сталкивания с носом 10a, проходит к стороне кормы 10b, и, таким образом, сопротивление жидкости уменьшается.
Другими словами, когда судно 100 находится в плавании и гребной винт 11, расположенный внутри выхода 52 для жидкости устройства для уменьшения гидродинамического сопротивления, приведен в действие и вращается, морская вода, находящаяся перед стороной носа 10a, может поступать через вход 51 для жидкости, который выступает в направлении движения листа 50 для направления потока жидкости, и затем может принудительно выпускаться через выход 52 для жидкости по каналу 53 для перемещения жидкости, что обеспечивает возможность значительного уменьшения гидродинамического сопротивления в направлении, в котором движется корпус 10.
В частности, вход 51 для жидкости, образованный на стороне носа 10a листа 50 для направления потока жидкости, выполнен таким образом, что он имеет большую ширину, которая соответствует ширине корпуса 10, и выступает в направлении, в котором движется судно, поэтому во время движения судна 100 жидкость, сталкивающаяся с носом 10a, полностью помещается во входе 51 для жидкости перед оказанием сопротивления корпусу и выпускается через выход 52 для жидкости по каналу 53 для перемещения жидкости. Таким образом, сопротивление трению и волновое сопротивление могут быть уменьшены.
Кроме того, поскольку лист 50 для направления потока жидкости имеет такую форму, что он окружает борт 10c и днище 10d ниже ватерлинии 12 корпуса 10, морская вода, находящаяся в канале 53 для перемещения жидкости листа 50 для направления потока жидкости, может служить в качестве уравновешивающей воды корпуса 10, в результате чего корпус 10 может иметь большую устойчивость во время плавания.
В общем, устройство для уменьшения гидродинамического сопротивления, содержащее лист 50 для направления потока жидкости, расположено ниже ватерлинии 12 корпуса 10, и за счет вращения гребного винта 11, установленного на корпусе 10, корпус 10 может двигаться, в то время как морская вода поступает от участка 10a носа и выпускается в заднем направлении к корме 10b. Таким образом, явление, в котором жидкость толкается за счет движения корпуса, сводится к минимуму, и когда достигается скорость приведения в движение, обеспечивающая требуемое количество выпускаемой жидкости за счет ускорения, жидкость, находящаяся в направлении, в котором движется корпус, действует в качестве опоры, толкаемой винтом, и не создает сопротивления, при этом плотность жидкости способствует движению судна. Таким образом, настоящее изобретение является полезным в том смысле, что оно значительно уменьшает сопротивление трению и волновое сопротивление морской воды, обеспечивая эффекты улучшения возможности плавания, увеличения скорости и экономии топлива.