Корпус судна
SHIP HULL

Изобретение относится к области судостроения и касается конструкции судов, способных противостоять силе подводного взрыва без разрушения корпуса, травмирования или гибели членов экипажа и повреждения чувствительного оборудования.
Известны суда, корпуса которых выполнены с возможностью поглощения силы подводных взрывов амортизирующими устройствами, установленными на внешней поверхности корпуса, жесткость которого не отличается от известных (см., например, описанные в патенте US № 1236033, МПК B63B3/10, 1917).
Это дополнительное оснащение чрезвычайно тяжело и оказывает негативное влияние на гидродинамические особенности судна, его потенциалы скорости и маневренности.
Известен корпус судна, выполненный с возможностью упругого деформирования при гидроударах от взрывной волны, содержащий палубное перекрытие, носовую и кормовую оконечности, при этом машины и механизмы смонтированы над внутренней поверхностью корпуса, без прямого контакта с ним, причем толщина корпуса увеличивается от бортов к килю (см. патент US № 4719871, МПК B63B 5/24; B32B 3/26, 1985).
Однако такая установка машин и механизмов осложняет конструкцию судна, поскольку требует установки большого количества амортизаторов и организации специальных узлов подвески, как для силового блока, так и для обитаемого отсека, кроме того, не обеспечивается живучесть судна при разрушении корпуса.
Известен также корпус судна, выполненный с возможностью упругого деформирования при гидроударах от взрывной волны, содержащий палубное перекрытие, носовую и кормовую оконечности (см. патент US № 4193367, МПК B63B 3/16; B63B 43/18, 1980).
Недостаток такого решения - сравнительно небольшой предел деформирования корпуса без разрушения обшивки, которая выполнена тонкой и упругой и оперта на элементы поперечного набора, что существенно ограничивает возможные пределы ее деформирования и, с учетом ее малой толщины, исключает возможность существенного пластического деформирования без разрыва элементов обшивки после исчерпания запасов ее упругого деформирования, что снижает живучесть судна при близком взрыве мины.
Задачей заявляемого изобретения является повышение живучести судна при близком взрыве мины.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в повышении живучести судна при близком взрыве мины, за счет того, что расширяется предел деформирования корпуса без разрушения обшивки, упругое деформирование которого рассеивает большую часть воздействия гидроудара от взрывной волны, при этом если из-за силы взрыва или его близости к судну исчерпываются и возможности пластического деформирования элементов обшивки и происходит ее разрыв, это не может угрожать живучести судна.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что корпус судна, выполненный с возможностью упругого деформирования при гидроударах от взрывной волны, содержащий палубное перекрытие, носовую и кормовую оконечности, отличается тем, что содержит герметичный и жесткий внутренний корпус, который жестко и герметично скреплен с носовой и кормовой оконечностями корпуса судна, выполненными жесткими, и охватывающий его с зазором герметичный и упругий внешний корпус, который упруго и герметично скреплен с носовой и кормовой оконечностями, и выполнен с возможностью упругого деформирования при гидроударах от взрывной волны, причем палубное перекрытие выполнено как жесткая плита, концы которой жестко скреплены с оконечностями корпуса судна, и жестко связано с верхними кромками бортовых участков внешнего и внутреннего корпусов, при этом судно снабжено системой обеспечения плавучести и остойчивости, содержащей воздушные мешки, размещенные в межкорпусном пространстве и средства подачи в них воздуха, снабженные системой их управления. Кроме того, внутренний корпус снабжен поперечными переборками и содержит продольный, поперечный набор и обшивку бортов и днища. Кроме того, палубное перекрытие содержит поперечный и продольный набор и настил. Кроме того, набор палубного перекрытия интегрирован с набором внутреннего корпуса. Кроме того, зазор между внутренним и внешним корпусами не менее величины допустимого прогиба внешнего корпуса и составляет не менее 500 мм. Кроме того, внешний корпус выполнен из упругого материала, предпочтительно из базальтопласта, и содержит днищевую часть, выполненную толстостенной, сопряженную с оконечными и бортовыми участками меньшей толщины, убывающей, соответственно, к оконечностям и кверху с возможностью упругого деформирования при гидроударах от взрывной волны. Кроме того, машины и механизмы смонтированы во внутреннем корпусе и/или в оконечностях, при этом движительные устройства смонтированы в кормовой оконечности судна. Кроме того, воздушные мешки и средства подачи воздуха зафиксированы на поверхности внутреннего корпуса.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Признаки отличительной части решают следующие функциональные задачи.
Признак, указывающий, что корпус судна «содержит герметичный и жесткий внутренний корпус», обеспечивает возможность стационарного размещения механизмов, машин и оборудования судна и живучесть судна при разрушении внешнего корпуса.
Признаки, указывающие, что жесткий внутренний корпус «жестко и герметично скреплен с носовой и кормовой оконечностями корпуса судна, выполненными жесткими», обеспечивают формирование жесткой («базовой») конструкции судна, жестко фиксирующей в пространстве оконечности судна и герметичность этой конструкции. Кроме того, это существенно для обеспечения целостности магистралей судна и сохранения кинематической связи двигателя и движителя.
Признак, указывающий, что кроме жесткого внутреннего корпуса судна имеется «охватывающий его с зазором герметичный и упругий внешний корпус, который упруго и герметично скреплен с носовой и кормовой оконечностями», обеспечивает формирование упругодеформируемой защитной внешней оболочки для внутреннего корпуса, опирающейся на жесткую базу судна, воспринимающей на себя гидроудар от взрывной волны и рассеивающей его. При этом внешний корпус обеспечивает высокие гидродинамические характеристики судна, его скорость и маневренность.
Признак, указывающий, что внешний корпус «выполнен с возможностью упругого деформирования при гидроударах от взрывной волны», обеспечивает частичное рассеивание энергии гидравлического удара при взрыве мины.
Признаки, указывающие, что «палубное перекрытие выполнено как жесткая плита, концы которой жестко скреплены с оконечностями корпуса судна, и жестко связано с верхними кромками бортовых участков внешнего и внутреннего корпусов», работают как жесткая горизонтальная связь между оконечностями судна и исключают вертикальное смещение внешнего корпуса относительно внутреннего, без упругого деформирования первого.
Признаки, указывающие, что «судно снабжено системой обеспечения плавучести и остойчивости», повышают живучесть судна.
Признаки, указывающие, что система обеспечения плавучести и остойчивости содержит «воздушные мешки, размещенные в межкорпусном пространстве и средства подачи в них воздуха, снабженные системой их управления», конкретизируют возможный вариант выполнения этой системы.
Признаки, указывающие, что «внутренний корпус снабжен поперечными переборками и содержит продольный, поперечный набор и обшивку бортов и днища», обеспечивают жесткость внутреннего корпуса.
Признаки, указывающие, что «палубное перекрытие содержит поперечный и продольный набор и настил», конкретизируют возможный вариант выполнения палубного перекрытия.
Признак, указывающий, что «набор палубного перекрытия интегрирован с набором внутреннего корпуса», обеспечивает, дополнительно, работу палубного перекрытия и как перекрытия внутреннего корпуса.
Признаки, указывающие, что «зазор между внутренним и внешним корпусами не менее величины допустимого упругого прогиба внешнего корпуса и составляет не менее 500 мм», обеспечивают реализацию запаса упругости внутреннего корпуса и исключают его удары по внутреннему и задают минимальный размер зазора.
Признак, указывающий, что «внешний корпус выполнен из упругого материала, предпочтительно из базальтопласта», обеспечивает повышенную упругую деформативность корпуса, за счет соответствующего подбора материала и конкретизирует один из возможных вариантов выбора материала для выполнения корпуса судна.
Признаки, указывающие, что внешний корпус «содержит днищевую часть, выполненную толстостенной, сопряженную с оконечными и бортовыми участками меньшей толщины, убывающей, соответственно, к оконечностям и кверху, с возможностью упругого деформирования при гидроударах от взрывной волны», обеспечивают повышенную упругую деформативность внешнего корпуса за счет его конструктивного исполнения.
Признаки, указывающие, что «машины и механизмы смонтированы во внутреннем корпусе и/или в оконечностях, при этом движительные устройства смонтированы в кормовой оконечности судна», обеспечивают их размещение в зоне судна, минимально подверженной нагрузкам и вибрациям, являющихся следствием взрыва мины, что упрощает конструкцию их крепления, при этом исключается воздействие гидроударов от взрывной волны на валопроводы и движитель.
Признаки, указывающие, что «воздушные мешки и средства подачи воздуха зафиксированы на поверхности внутреннего корпуса», снижают риск повреждения воздушных мешков и средств подачи воздуха при разрывах внешнего корпуса.
Изобретение поясняется с помощью чертежей, где на фиг.1 дан продольный вертикальный разрез корпуса судна; на фиг.2 дан поперечный разрез корпуса судна; на фиг. 3 показан фрагмент схемы подключения световодов; на фиг.4 показан фрагмент продольного горизонтального разреза корпуса судна при сработавшей системе обеспечения плавучести и остойчивости.
На чертежах показаны палубное перекрытие 1, содержащее палубный настил 2 и продольные 3 и поперечные 4 элементы набора. Также показаны носовая 5 и кормовая 6 оконечности, внутренний корпус 7, его поперечные переборки 8, продольный 9 и поперечный 10 набор, обшивка 11 бортов 12 и днища 13, машины 14, механизмы 15, внешний корпус 16, его днищевая часть 17, ее оконечные 18 участки, бортовые участки 19 внешнего корпуса 16, их верхние кромки 20, зазор 21 между внутренним 7 и внешним 16 корпусами, движительные устройства 22, воздушные мешки 23 и средства подачи воздуха 24, дистанционно управляемые клапаны 25, бортовые коллекторы 26, ресивер 27, световоды 28, участки подвода 29 и отвода 30 излучения, пробоина 31.
Палубное перекрытие 1 выполнено как жесткая плита, концы которой жестко скреплены с оконечностями 5 и 6 корпуса судна, которая содержит поперечные 4 (бимсы) и продольные 3 (стрингеры) элементы набора и палубный настил 2, и жестко связана с верхними кромками бортовых участков 19 внешнего 16 корпуса и верхними кромками внутреннего корпуса 7, при этом набор палубного перекрытия 1 (его продольные 3 и поперечные 4 элементы) интегрирован с набором внутреннего корпуса 7 (поперечные 4 элементы (бимсы) связаны с поперечным набором 10 (шпангоутами) внутреннего корпуса 7, а продольные 3 элементы набора перекрытия 1 использованы, как стрингеры, т.е. подобно продольному набору 9 внутреннего корпуса 7.
Носовая 5 и кормовая 6 оконечности корпуса судна выполнены как жесткие герметичные конструкции, т.е. имеют свой силовой набор с обшивкой и отделены от пространства внутреннего 7 и внешнего 16 корпусов водонепроницаемыми переборками (на чертежах не показаны).
Внутренний корпус 7 выполнен герметичным и жестким, для чего снабжен поперечными переборками 8 (по меньшей мере, часть из которых выполнена водонепроницаемыми), продольным 9 (стрингерами) и поперечным 10 (шпангоутами) набором, дополненным продольными 3 и поперечными 4 элементами набора палубного перекрытия 1. Борта 12 внутреннего корпуса 7 и его и днище 13 снабжены обшивкой 11, толщина которой предпочтительно постоянна по всей площади или отличается незначительно. При этом внутренний корпус 7 жестко и герметично скреплен с носовой 5 и кормовой 6 оконечностями корпуса судна. Машины 14, механизмы 15 смонтированы во внутреннем корпусе 7 и установлены на стандартных виброзащищенных фундаментах (на чертежах не показаны). Движительные устройства 22, включающие валопроводы и движители (винты), могут быть смонтированы как во внутреннем корпусе 7, так и в кормовой оконечности 6 судна, но предпочтительнее последнее.
Все корпусные элементы, включая оконечности судна, внешний и внутренний корпуса, палубный настил, переборки и элементы набора выполнены из композитного материала, предпочтительно из базальтопласта.
Внутренний корпус 7 охвачен с зазором 21 (не менее 500 мм) внешним корпусом 16, выполненным герметичным и упругим, который упруго и герметично скреплен с носовой 5 и кормовой 6 оконечностями, при этом внешний корпус содержит днищевую часть 17, с оконечными (носовым и кормовым) участками 18, бортовыми участками 19 с верхними кромками 20. При этом днищевая часть 17 выполнена толстостенной (200 мм в днищевой части) и сопряжена с оконечными 18 и бортовыми 19 участками меньшей толщины, убывающей, соответственно, к оконечностям и кверху, с возможностью упругого деформирования при гидроударах от взрывной волны (за счет гибкости и эластичности материала, из которого он изготовлен, а также конструктивного выполнения внешнего корпуса.
Система обеспечения плавучести и остойчивости содержит воздушные мешки 23, размещенные в межкорпусном пространстве (в зазоре 21), и средства подачи в них воздуха 24, снабженные системой их управления (на чертежах не показана). Воздушные мешки 23 выполнены в виде герметичных оболочек прямоугольной формы из гибкого материала, например из стекловолокна или базальтоволокна, плетеного полипропилена или полиэтилена, снабженных воздухонепроницаемым ламинированием или вкладышем из полиуретана, и рассчитаны на внутреннее давление 2-5 атм, в зависимости от осадки судна. Размеры мешков по ширине принимают в зависимости от размеров судна – от 1,5-2,0 м до 3,0-4,0 м, а их длина – не менее расстояния от киля до уровня проекции ватерлинии на внутренний корпус 7. Средства подачи воздуха 24 выполнены в виде трубопроводов, рассчитанных на соответствующее рабочее давление (по одному на каждый воздушный мешок 23), выведенные в полость внутреннего корпуса и подключенные через дистанционно управляемые клапаны 25 к бортовому коллектору 26, связанному через ресивер 27 с судовым источником воздуха высокого давления (на чертежах не показан). Система управления средствами подачи воздуха 24 может быть реализована как система ручного управления, предусматривающая выбор оператором соответствующего воздушного мешка 23 (расположенного напротив пробоины) и открывание соответствующего дистанционно управляемого клапана 25. В качестве индикаторов местоположения пробоины может быть использована сеть из параллельных волоконных датчиков известной конструкции, например петлеобразных световодов 28, зафиксированных (приклеенных) на внутреннюю поверхность внешнего корпуса 16 или заделанных в него, в процессе формирования (выклейки). Через световоды, в процессе повторяющегося с заданной периодичностью опроса, одновременно пропускают световой поток (который вводят через систему оптических разветвителей) и фиксируют наличие-отсутствие сигнала на выходе. При этом воздушные мешки 23 и средства подачи воздуха 24 зафиксированы на поверхности внутреннего корпуса 7.
Заявленное устройство работает следующим образом.
В процессе движения и маневрирования внешний корпус, с учетом реально действующих на него гидродинамических нагрузок, «работает» как обычный жесткий корпус судна.
При подрыве мины на достаточно близком расстоянии от судна гидродинамический удар на внешний корпус 16 приходится на днищевую часть 17, что приводит к ее сдвижке вверх к внутреннему корпусу 7. При этом жесткость палубного перекрытия 1 исключает возможность соответствующего смещения вверх верхних кромок 20 бортовых участков 19 внешнего корпуса 16, поэтому такое смещение днищевой части 17 может реализовываться за счет упругого деформирования более тонких ее оконечных участков 18 и/или наиболее тонких зон бортовых участков 19 внешнего корпуса 16.
Упругость соединения передней и задней кромок внешнего корпуса 16 с оконечностями 5 и 6 повышает упругую деформативность днищевой части 17, поскольку исключает возможность ее работы как балки с защемленными концами.
Таким образом, динамические прогибы внешнего корпуса 16 (могут достигать и превышать 500 мм) не оказывают влияния на живучесть технических средств судна, поскольку они не имеют прямого соприкосновения с внешним корпусом 16 судна при их установке и работе (исключение составляют движители и выдвижные устройства, расположенные в жестких (прочных) оконечностях 5 и 6).
При этом, используя датчики (световоды 28), мониторят целостность внешнего корпуса 16. Наличие сигнала на выходе световодов 28 свидетельствует об отсутствии повреждений внешнего корпуса 16.
При разрыве внешнего корпуса 16 одновременно происходит и разрыв соответствующего световода 28, ближайшего к пробоине, что приводит к отсутствию светового потока на его выходе и позволяет выявить местоположение пробоины. Зная местоположение пробоины, оператор воздействует на дистанционно управляемый клапан 25 соответствующего воздушного мешка 23, открывая его и тем самым обеспечивая подачу сжатого воздуха в этот воздушный мешок 23 (при этом судовой источник воздуха высокого давления сообщают с ресивером 27, где он известным образом дросселируется до заданного рабочего давления).
Поскольку воздушные мешки 23 зафиксированы на поверхности внутреннего корпуса 7, они «не расползаются» по межкорпусному пространству, а расширяются до полного перекрытия по толщине зазора 21 между внутренним 7 и внешним 16, корпусами, обжимая пробоину. Поскольку давление в мешке составляет как минимум 2 атм, этого достаточно для вытеснения воды в пробоину, расположенную на глубине до 7 м от поверхности. Для обеспечения герметичности на ходу судна достаточно довести давление в мешке 23 до 3 атм. При наличии пробоины большей длины или расположенной на стыке воздушных мешков 23 задействуют оба соседних мешка.
Герметичность внутреннего корпуса 7 является дополнительным гарантом живучести судна при разрушении внешнего корпуса 16, вследствие очень близкого подрыва мины.
Жесткость внутреннего корпуса 7 и его жесткое скрепление с жесткими носовой 5 и кормовой 6 оконечностями корпуса судна обеспечивают формирование жесткой (несущей) «балки» в конструкции судна, что обеспечивает целостности магистралей судна и сохранения кинематической связи двигателя и движителя.