КОРПУС ГЛИССИРУЮЩЕГО СУДНА
PLANING SHIP HULL

Сокращения, использованные в тексте описания изобретения и поясняющих его рисунках:
ГС - глиссирующее судно;
СГК - судно на газовой каверне;
КС - корпус судна;
ОП - основная плоскость;
ДП - диаметральная плоскость;
ДВ - днищевая выемка;
ИГК - искусственная газовая каверна;
ЦВД - цилиндрическая вставка днища;
СВЛ - стояночная ватерлиния;
ХВЛ - ходовая ватерлиния;
КПД - коэффициент полезного действия;
Шп.- шпангоут (теоретический);
Вл. - ватерлиния (теоретическая).
Изобретение относится к судостроению, в частности, к конструкции быстроходных судов, в том числе, глиссирующих судов (ГС) и судов на газовой каверне (СГК) с повышенной ходкостью и мореходностью.
Среди известных аналогов предлагаемого технического решения можно назвать следующие изобретения, содержащие некоторые существенные признаки, использованные полностью или частично, в неизменном или частично измененном виде, в предлагаемом изобретении.
Известна носовая оконечность корпуса водоизмещающего судна [1], снабженная бортовыми бульбовыми наделками с верхней и нижней плоскими поверхностями, параллельными основной плоскости (ОП) корпуса судна (КС), причем верхняя поверхность бульбовой наделки плавно сопряжена с обводами выше расположенной части носовой оконечности КС.
Известен носовой бульб водоизмещающего КС [2], выступающий вперед за линию его форштевня, с расположенными над бульбом вогнутыми участками бортовых поверхностей носовой оконечности КС, нижние части которых образуют близкие к горизонтали поверхности, наклоненные в сторону бортов КС, то есть, от диаметральной плоскости (ДП) КС, и в сторону кормы КС. В качестве возможного варианта, упомянутые поверхности могут быть плоскими.
Известен КС [3], [4] с форштевнем, надводная часть которого имеет форму прямой линии: либо вертикальной, либо имеющий наклон к вертикали, в пределах 10°, в нос или в корму; и подводной частью - в виде бульба. При этом, точка пересечения прямой линии надводной части форштевня с криволинейным продольно-вертикальным контуром бульба находится рядом с наиболее выступающей вперед точкой указанного бульба. А острый угол притыкания к форштевню расположенных выше, в непосредственной близости от бульба, ватерлиний КС находится в пределах: 10°-20°.
Известна форма носовой оконечности водоизмещающего КС для работы в условиях интенсивного морского волнения [5], имеющего полные носовые обводы ниже конструктивной ватерлинии и носовое "заострение" ватерлиний КС выше его конструктивной ватерлинии. Борта носовой оконечности КС в его надводной части выполнены в виде симметричных относительно ДП КС поверхностей скоса бортов. Ватерлинии теоретического чертежа скошенных участков бортов носовой оконечности КС имеют вид параллельных между собой прямых линий, наклоненных к ДП КС под углом, не более 60°.
Приведенные выше формы носовой оконечности КС [1]-[5], относительно эффективны с точки зрения повышения мореходности водоизмещающих судов. Однако, они в неизменном виде не приемлемы для быстроходных ГС, так как вступают в противоречие с основными принципами формообразования носовой оконечности его корпуса.
Известен пронизывающий волну таранообразный нос однокорпусного морского судна [6], [7], ограниченный сверху поверхностью, бортовые ветви шпангоутов которой снабжены вогнутыми участками, образованными, каждый, из соединенных между собой по дуге окружности нижней и верхней частей. При этом, нижние части вогнутых участков шпангоутов каждого борта КС имеют вид параллельных между собой прямых линий, расположенных в одной плоскости, наклоненной под острыми углами к ОП КС, как в сторону его носа, так и в сторону соответствующего борта. А их верхние части имеют вид плавных кривых линий, постепенно отклоняющихся, по мере приближения к палубе КС, от вертикали наружу в сторону соответствующего борта.
Данное техническое решение относительно эффективно для снижения величины вертикальных перегрузок, возникающих вследствие слеминга при движении быстроходного судна "на волнении". Это способствует повышению его мореходности. Однако, ценой этого повышения является существенное увеличение площади смоченной поверхности КС, а, следовательно, сопротивления трения КС о воду и, как следствие, увеличение общего сопротивления движению судна "на волнении", то есть, понижение его ходкости.
Известно СГК [8], [9], [10], имеющее корпус с бортовыми скулами, килеватое днище которого снабжено расширяющимися, по мере приближения к носу КС, бортовыми скегами и кормовым наклоненным в сторону транца участком днищевого свода между ними, ограничивающими собой днищевую выемку (ДВ) в КС для образования под днищем КС, в процессе его движения, искусственной газовой каверны (ИГК), заполненной сжатым атмосферным воздухом или отработанными газами главных двигателей СГК, за счет их принудительной подачи в ДВ.
Обводы КС данного СГК, благодаря "заострению" его ватерлиний в носовой оконечности, относительно благоприятны для снижения его волнового сопротивления. Однако, обусловленный упомянутым "заострением" ватерлиний характер кривизны батоксов поверхности днища перед ДВ не обеспечивает, в полной мере, благоприятные условия для образования ИГК максимально возможной длины, а следовательно, максимально возможного повышения ходкости СГК.
Известен корпус СГК [11], [12], в форму которого, в дополнение к упомянутым выше конструктивным признакам, введена, так называемая, "цилиндрическая вставка днища" (ЦВД), имеющая в плане форму подковы, охватывающей ДВ со стороны носа и бортов КС, и ограниченная, в свою очередь, с этих же сторон, линией, эквидистантной, в направлении вдоль КС, срывообразующим кромкам бортовых скегов. При этом, днищевые ветви шпангоутов, проходящих через ЦВД КС слева и справа от нее, выполнены, каждая, в виде плавной кривой линии без слома на упомянутой эквидистанте, но с более интенсивным подъемом к соответствующей бортовой скуле, чем в пределах ЦВД.
Введение в конструкцию корпуса СГК ЦВД позволяет разрешить упомянутое выше, [8], [9], [10], техническое противоречие и в полной мере обеспечить благоприятные условия для образования ИГК максимально возможной длины под днищем КС с максимально "заостренными" ватерлиниями его носовой оконечности. Это способствует одновременному снижению, как сопротивления трения, так и волнового сопротивления КС и, как следствие, общего сопротивления движению ГС в воде.
Известно СГК [13], в килеватом днище корпуса которого выполнена ДВ для образования в ней, в процессе движения судна, ИГК. Расположенная в носовой части КС вершина ДВ снабжена поперечным реданом и смонтированным в районе его расположения носовым гидравлическим движителем. В качестве такого движителя могут быть использованы, например: водометный движитель на основе осевого гидравлического насоса, или угловая поворотно-откидная колонка, или подвесной лодочный мотор. В случае использования угловой поворотно-откидной колонки или подвесного лодочного мотора в носовой части днищевого свода ДВ, непосредственно за поперечным реданом, может быть выполнена специальная ниша с габаритными размерами, обеспечивающими размещение в ней угловой поворотно-откидной колонки или подвесного лодочного мотора в отклоненном назад-вверх положении, при котором самые нижние точки их конструкций находятся не ниже линии киля, расположенной перед поперечным реданом носовой части КС.
Применение гидравлического движителя, расположенного в носовой части КС, способствует еще большему повышению одновременно ходкости и мореходности СГК. При этом, ходкость возрастает за счет максимально возможного удлинения ИГК на всех скоростных режимах движения СГК благодаря тому, что она образуется обтекающими днище КС струями воды, ускоренными носовым гидравлическим движителем до скорости, значительно большей скорости движения самого судна. А мореходность возрастает благодаря тому, что носовой гидравлический движитель "съедает" часть воды набегающей на КС волны при движении СГК на волнении и, уменьшая, тем самым, ее высоту, способствует понижению величины вертикальных ускорений, вызываемых слемингом.
Однако, у вышеупомянутых СГК: [8]-[13], в отдельных случаях, а именно, при относительно высокой величине отношения длины корпуса к его ширине, поперечная остойчивость при движении "на волнении" может оказаться недостаточной.
Известно быстроходное судно [14] с V-образным, в поперечном сечении, днищем, основной корпус которого снабжен бортовыми спонсонами, простирающимися вдоль всей кормовой половины его длины. Транцы спонсонов являются продолжением транца основного КС, их палубы - продолжением палубы основного КС, а угол односторонней килеватости их днищевых поверхностей - такой же или меньше, чем у днищевой поверхности соответствующего борта. Бортовые спонсоны выполнены сужающимися в сторону носа КС, по ширине и высоте, вплоть до притыкания их бортовых поверхностей к соответствующему борту основного КС по расположенной в средней части КС выше конструктивной ватерлинии вертикальной линии.
Применение бортовых спонсонов позволяет существенно повысить остойчивость быстроходного судна, что особенно важно при его эксплуатации "на волнении". Однако, ценой повышения мореходности такого судна является некоторое увеличение сопротивления его движению при всех ветро-волновых режимах его эксплуатации, то есть, понижение его ходкости.
Известно СГК [15], [16] с корпусом, имеющим бортовые скеги, ограничивающие собой ДВ для образования под его днищем в процессе движения судна ИГК. СГК оборудовано кормовыми гидравлическими движителями, смонтированными в водоводах, расположенных в бортовых скегах КС, для чего кормовые участки упомянутых бортовых скегов выполнены плавно расширяющимися у транца КС. При этом, водозаборники указанных водоводов расположены частично на днищевых поверхностях упомянутых бортовых скегов, а частично на соответствующих им бортах КС. Причем, бортовые приемные сечения водозаборников в 2-3 раза превышают, по площади, соответствующие им днищевые сечения.
Данное техническое решение, с одной стороны, позволяет исключить попадание в области расположения рабочих колес кормовых гидравлических движителей судна газа из ИГК, а, с другой стороны, обеспечивает возможность эксплуатации судна на мелководье, так как снижает вероятность "присасывания" КС к дну водоема и нарушения экологических требований при его эксплуатации.
Наиболее близким, по наиболее существенным конструктивным признакам, к предлагаемому КС, является корпус ГС [17], который имеет V-образное днище, снабженное в средней и кормовой частях его длины бортовыми скулами, и носовую оконечность, борта которой снабжены, каждый, исходящими из одной расположенной в средней, по длине, части КС точки двумя скулами: верхней, поднимающейся, по мере приближения к форштевню КС, до уровня его верхней палубы, и нижней, расположенной выше стояночной ватерлинии (СВЛ) КС, в непосредственной близости от нее, с наклоном к плоскости ходовой ватерлинии (ХВЛ) КС в сторону его носа. При этом, теоретические линии бортовых ветвей шпангоутов носовой оконечности КС снабжены, каждая, расположенным между этими двумя скулами вогнутым участком, образованным из соединенных между собой, без слома, по дуге окружности, нижней и верхней частей. При этом, нижние части вогнутых участков упомянутых шпангоутов имеют вид параллельных между собой прямых линий, расположенных в одной плоскости, наклоненной под острыми углами, как к плоскости ХВЛ КС, в сторону его носа, так и к ОП КС, в сторону от его ДП. А их верхние части имеют вид плавных вогнутых кривых линий с касательными в точках их притыкания к верхней скуле, наклоненными к ОП КС под углами, большими, по их абсолютной величине, чем их прямолинейные нижние части. Часть носовой оконечности КС, расположенная ниже его нижней скулы, выдвинута вперед за линию форштевня выше расположенной части носовой оконечности с образованием таранообразного выступа, имеющего монотонно сужающиеся к носу ватерлинии и шпангоуты в виде очерченных прямыми или слабо выпуклыми кривыми линиями равнобедренных треугольников с направленной вниз вершиной, расположенной на килевой линии КС. Днище КС снабжено расширяющимися, по мере приближения к его носу, бортовыми скегами, ограничивающими собой ДВ для образования в ней, в процессе движения ГС, ИГК, а также расположенную перед ДВ ЦВД, имеющую, в плане, форму подковы, охватывающей ДВ со стороны носа и бортов КС, и ограниченную, в свою очередь, с этих же сторон линией, эквидистантной, в направлении вдоль КС, срывообразующим кромкам бортовых скегов. При этом, днищевые ветви шпангоутов, проходящих через ЦВД слева и справа от нее, выполнены, каждая, в виде плавной кривой линии, без слома на упомянутой эквидистанте, но с более интенсивным плавным подъемом к соответствующей бортовой скуле, чем в пределах ЦВД.
Благодаря введению в конструкцию рассматриваемого КС выдвинутого вперед за линию форштевня вышерасположенной части его носовой оконечности таранообразного выступа ее нижней части, ГС с данным корпусом приобретает повышенную мореходность. Это объясняется тем, что при движении "на волнении" таранообразный выступ его корпуса, с почти плоской горизонтальной верхней поверхностью, наклоненной к плоскости ХВЛ в сторону носа КС, с "заостренными" у форштевня ватерлиниями и у киля шпангоутами, легко без удара входит в набегающую волну и медленно, с большим сопротивлением своей, имеющей относительно большую площадь, верхней, близкой к плоской, поверхности, выходит из волны путем всплытия под действием дополнительной силы плавучести, приобретаемой носовой оконечностью КС, вследствие ее погружения в волну. Такой, условно выражаясь, инертный механизм реагирования КС на набегающую на него в процессе движения ГС волну способствует снижению величины вертикальных перегрузок, испытываемых КС при килевой и вертикальной качках, возникающих при его движении "на волнении". А сочетание данной особенности формы рассматриваемого корпуса ГС с наличием на его днище ДВ для образования в процессе его движения ИГК позволяет компенсировать увеличение площади смоченной поверхности носовой оконечности его корпуса при движении "на волнении", за счет более существенного уменьшения площади смоченной поверхности днища. Таким образом, снижение величин вертикальных перегрузок данного ГС, при его движении "на волнении", достигается без существенного увеличения сопротивления его движению в воде, по сравнению с сопротивлением аналогичного, по водоизмещению и суммарной мощности силовой установки, ГС с традиционными обводами его корпуса, то есть, без таранообразного выступа носовой оконечности и ДВ для образования в ней при движении ИГК.
Целью данного изобретения является дальнейшее повышение эксплуатационных характеристик ГС за счет повышения его мореходности и понижения сопротивлении его движению "на волнении".
Поставленная цель достигается тем, что в конструкцию корпуса ГС, с V-образным, в поперечном сечении, днищем, снабженным в средней и кормовой частях его длины бортовыми скулами, и носовой оконечностью, борта которой снабжены, каждый, исходящими из одной расположенной в средней, по длине, части КС точки двумя скулами: верхней, поднимающейся, по мере приближения к форштевню КС, до уровня его верхней палубы, и нижней, расположенной выше СВЛ КС, в непосредственной близости от нее, с наклоном к плоскости ХВЛ КС в сторону его носа; причем, теоретические линии бортовых ветвей шпангоутов носовой оконечности КС снабжены, каждая, расположенным между этими двумя скулами вогнутым участком, образованным из соединенных между собой, без слома, по дуге окружности, нижней и верхней частей, причем, нижние части вогнутых участков упомянутых шпангоутов имеют вид параллельных между собой прямых линий, расположенных в одной плоскости, наклоненной под острыми углами, как к плоскости ХВЛ КС, в сторону его носа, так и к ОП КС, в сторону от его ДП, а их верхние части имеют вид плавных вогнутых кривых линий с касательными в точках их притыкания к верхней скуле, наклоненными к ОП КС под углами, большими, по их абсолютной величине, чем их прямолинейные нижние части, введена новая совокупность следующих существенных отличительных признаков:
1) форштевень КС очерчен расположенной в его ДП единой плавной, без уступов, линией с вертикальным или близким к вертикальному прямолинейным участком, пересекающим СВЛ и ХВЛ КС;
2) вертикальная проекция на ОП КС линии нижней скулы каждого борта носовой оконечности КС имеет вид плавной кривой линии с выпуклостью наружу от ДП КС;
3) линия, соединяющая точки перехода нижних прямолинейных частей вогнутых участков носовых шпангоутов каждого борта КС в их очерченные дугами окружностей части имеет вид прямой линии, соединяющей между собой точки притыкания линии нижней скулы на ее носовом конце к форштевню, а на кормовом конце - к верхней скуле;
4) линия, соединяющая точки перехода верхних криволинейных частей вогнутых участков носовых шпангоутов каждого борта КС в их очерченные дугами окружностей части состоит из двух соединенных между собой без слома участков: носового, занимающего не более 1/3 ее длины и имеющего вид плавной вогнутой линии с выпуклостью в сторону ДП КС, приходящей своим носовым концом в точку притыкания линии нижней скулы к форштевню, и прямолинейного кормового участка, занимающего не менее 2/3 ее длины и приходящего своим кормовым концом в точку притыкания линии нижней скулы к линии верхней скулы;
5) полушироты точек притыкания верхних частей вогнутых участков теоретических линий бортовых ветвей шпангоутов носовой оконечности КС к его верхним скулам не превышают, по своей величине, полуширот точек притыкания их нижних частей к нижним скулам носовой оконечности КС;
6) теоретические линии участков бортовых ветвей шпангоутов носовой оконечности КС, расположенных ниже ее нижних скул в районе, по длине КС, от форштевня до точек притыкания упомянутых нижних скул к соответствующим бортовым скулам днища средней и кормовой частей КС, имеют вид линий, кривизна которых плавно изменяется, в зависимости от их расположения, по длине КС, от слегка вогнутых у самого форштевня КС до слегка выпуклых вблизи точек притыкания упомянутых нижних скул к соответствующим бортовым скулам днища средней и кормовой частей КС;
7) углы наклона плоских поверхностей, образованных нижними прямолинейными частями вогнутых участков шпангоутов обоих бортов носовой оконечности КС, к ОП КС в продольном и поперечном, относительно КС, направлениях выбраны из расчета, чтобы при прохождении КС сквозь волну расчетной высоты с расчетной скоростью движения ГС, на указанных плоских поверхностях образовывалась направленная вниз суммарная гидродинамическая сила, вертикальная составляющая которой имеет величину, приблизительно равную величине дополнительной силы плавучести, приобретаемой носовой оконечностью КС вследствие ее погружения в волну, или большей части этой величины.
При этом, конструкция корпуса ГС может быть снабжена дополнительными существенными отличительными признаками:
8) днище корпуса ГС может быть снабжено расширяющимися, по мере приближения к его носу, бортовыми скегами со срывообразующими кромками, заканчивающимися в носовой части КС поперечным реданом, а также кормовым участком днищевого свода между ними, наклоненным к ОП КС в сторону его транца, ограничивающими собой ДВ для образования в ней, в процессе движения ГС, ИГК, заполненной, атмосферным воздухом или отработанными газами главных двигателей ГС, путем их принудительной подачи в упомянутую ДВ;
9) днище корпуса ГС может быть снабжено расположенной перед ДВ ЦВД, имеющей в плане форму подковы, охватывающей ДВ со стороны носа и бортов КС и ограниченной, в свою очередь, с этих же сторон, линией, эквидистантной, в направлении вдоль КС, срывообразующим кромкам бортовых скегов, а линии днищевых ветвей шпангоутов, проходящие через ЦВД продолжаются без излома на упомянутой эквидистанте, слева и справа от нее, в виде плавных кривых линий с более интенсивным подъемом к бортовым скулам, чем в пределах ЦВД КС;
10) носовая часть корпуса ГС может быть снабжена гидравлическим движителем, установленным в районе поперечного редана, ограничивающего ДВ в нем со стороны носа КС, с приводом от носового главного двигателя;
11) в качестве гидравлического движителя носовая часть корпуса ГС может быть снабжена водометным движителем с щелевидным соплом, причем выпускное отверстие щелевидного сопла может быть расположено на вертикальной стенке поперечного редана, вплотную примыкать к внутренней поверхности наружной обшивки днища КС перед поперечным реданом, простираться на всю ее ширину и отстоять от поверхности днищевого свода ДВ на расстояние, исключающее возможность ее прилипания к поверхности днищевого свода ДВ;
12) кормовая часть корпуса ГС может быть снабжена симметричными относительно его ДП бортовыми спонсонами, транцы которых являются продолжением транца основного КС; линии притыкания днищевой и палубной поверхностей наружной обшивки каждого бортового спонсона к поверхности соответствующего борта основного КС, а также теоретические линии пересечения бортовой поверхности упомянутого спонсона с палубной и днищевой поверхностями его наружной обшивки могут быть выполнены в виде плавных пространственных кривых линий, сходящихся в носовой оконечности бортового спонсона в точке, лежащей на поверхности наружной обшивки соответствующего борта основного КС, расположенной выше СВЛ КС, в непосредственной близости от нее;
13) палубная поверхность наружной обшивки каждого бортового спонсона корпуса ГС может быть выполнена плоской, наклоненной под острыми углами как к ХВЛ КС в сторону его носа, так и к ОП КС в сторону от его ДП; причем, углы наклона плоской палубной поверхности каждого спонсона к ОП КС в продольном и поперечном, относительно КС, направлениях могут быть выбраны из расчета, чтобы при прохождении КС сквозь волну расчетной высоты с расчетной скоростью движения ГС, на указанных плоских поверхностях обоих спонсонов образовывалась направленная вниз суммарная гидродинамическая сила, вертикальная составляющая которой имеет величину, равную величине дополнительной силы плавучести, приобретаемой кормовой частью КС вследствие погружения ее в волну, или большей части этой величины;
14) в бортовых спонсонах корпуса ГС могут быть размещены кормовые гидравлические движители с приводом от кормовых главных двигателей;
15) в качестве кормовых гидравлических движителей в бортовых спонсонах корпуса ГС могут быть размещены водометные движители;
16) кормовые водометные движители ГС могут быть снабжены водозаборниками, выполненными, каждый, в виде единого выреза, расположенного частично в днище, и частично в борту соответствующего бортового спонсона КС;
17) корпус ГС весь или, по крайней мере, его части с наиболее сложными для изготовления из металла формами, могут быть выполнены из полимерного композиционного материала.
Новая совокупность существенных отличительных признаков предлагаемой конструкции корпуса ГС обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик ГС путем повышения его ходкости и мореходности.
Благодаря введению признака №1, обеспечивается возможность уменьшения общей длины КС без ущерба его вместимости: грузовой или пассажирской. Это способствует минимизации величины сопротивления его движению, а. следовательно, повышению его ходкости.
Благодаря введению признаков: №: 2, 3, обеспечивается образование нижних плоских частей вогнутых участков бортовых поверхностей, расположенных непосредственно над нижними скулами носовой оконечности КС с требуемой общей площадью их проекции на ОП КС. Это, с учетом того, что нижние скулы носовой оконечности КС имеют наклон к плоскости ХВЛ КС, в сторону его носа, позволяет получить требуемую величину направленной вниз вертикальной составляющей общей гидродинамической силы воздействия набегающей на КС волны при движении ГС "на волнении", что, в свою очередь, препятствует всплытию носовой оконечности КС на волну и, тем самым, способствует снижению величины вертикальных ускорений, возникающих при слеминге в процессе движения ГС "на волнении". Это повышает мореходность предлагаемого КС.
Благодаря введению признака №4, обеспечивается оптимальная величина угла отклонения от ДП КС потока воды, набегающей на КС волны, отбрасываемой его носовой оконечностью в стороны и назад от КС. Это способствует минимизации гидродинамического сопротивления движению ГС "на волнении", и, следовательно, повышению его ходкости.
Благодаря введению признака №5, общая площадь проекций на ОП КС верхних частей вогнутых участков бортовых поверхностей КС, расположенных непосредственно под верхними скулами его носовой оконечности, оказывается меньшей, чем общая площадь проекций на ОП КС нижних частей вогнутых участков бортовых поверхностей КС, расположенных непосредственно над нижними скулами его носовой оконечности. Если к этому добавить, что средняя величина угла наклона к ОП КС верхних частей вогнутых участков бортовых поверхностей КС, расположенных между верхними и нижними скулами носовой оконечности КС, больше, чем средняя величина угла наклона к ОП КС их нижних частей, то становится очевидным, что при движении ГС "на волнении" с предельной расчетной высотой волны (примерно равной высоте над ОП КС верхней скулы в районе форштевня КС) вертикальная составляющая равнодействующей гидродинамических сил воздействия набегающей на КС волны будет направлена вниз. Это будет препятствовать всплытию носовой оконечности КС на волну и, тем самым, способствовать снижению величины вертикальных ускорений, возникающих при слеминге в процессе движения ГС "на волнении", что повышает мореходность предлагаемого КС.
Благодаря введению признака №6, обеспечивается максимально возможное "заострение" ватерлиний подводной части носовой оконечности КС, расположенных ниже ее нижних скул, и нижних участков шпангоутов носовой оконечности КС у его киля. Это способствует минимизации сопротивления вхождению носовой оконечности КС в волну, что, с учетом действия предыдущего признака, направленного на максимальное увеличение сопротивления всплытию носовой оконечности КС на волну, также способствует снижению величины вертикальных ускорений, возникающих при слеминге в процессе движения ГС "на волнении". Это также повышает мореходность предлагаемого КС.
Благодаря введению признака №7, устанавливаются обобщенные геометрические параметры основных элементов формы носовой оконечности КС, способствующие существенному снижению величины вертикальных ускорений, возникающих при слеминге в процессе движения ГС "на волнении", что повышает мореходность предлагаемого КС.
Благодаря введению признаков №: 8, 9, обеспечивается существенное снижение буксировочного сопротивления ГС за счет значительного снижения площади смоченной поверхности предлагаемого КС в процессе его движения, что способствует повышению ходкости предлагаемого КС.
Благодаря введению признака №10, обеспечивается повышение мореходности ГС, так как гидравлический движитель, установленный в носовой части КС частично "съедает" волну, набегающую на КС в процессе его движения на волнении и, тем самым, способствует снижению величины вертикальных ускорений, возникающих при слеминге. А в случае применения носового гидравлического движителя в дополнение к традиционным кормовым движителям возрастает энерговооруженность ГС, следствием которого является повышение эксплуатационной скорости его хода.
Благодаря введению признака №11, достигается повышение ходкости ГС, так как щелевидное сопло носового водометного движителя, занимающее всю ширину поперечного редана, обеспечивает покрытие его реактивной струей значительной части поверхности ДВ КС и исключает, тем самым, контакт большей части поверхности свода ДВ с водой при работающем носовом водомете при любой скорости движения ГС (в том числе при его разгоне), в отличие от других СГК (без водометного движителя с щелевидным соплом), у которых это достигается лишь при достижении ГС расчетной крейсерской скорости движения. Это также способствует повышению ходкости предлагаемого КС.
Благодаря введению признака №12, обеспечивается, во-первых, повышение поперечной остойчивости ГС, как статической, так и динамической, за счет существенного прироста восстанавливающего момента, возникающего при крене КС, вследствие погружения в воду дополнительного объема соответствующего бортового спонсона. Во-вторых, заявленный плавный характер обводов бортовых спонсонов не вызывает нежелательных возмущений обтекающих их струй воды при движении ГС, что позволяет исключить существенный прирост гидродинамического сопротивления этих выступающих частей его корпуса. Это способствует повышению мореходности ГС при минимальном повышении сопротивления его движения.
Благодаря введению признака №13, устанавливаются обобщенные геометрические параметры основных элементов формы бортовых спонсонов КС, способствующие существенному снижению величины вертикальных ускорений, испытываемых кормовой оконечностью КС при движении ГС "на волнении", что повышает мореходность предлагаемого КС.
Благодаря введению признаков №: 14, 15, исключается вероятность засасывания газа, в процессе движения ГС, из ИГК в области рабочих колес кормовых гидравлических движителей. Это положительно сказывается, как на эффективности работы пропульсивного комплекса ГС, так и на эффективности использования на ГС ИГК, что, в конечном итоге, способствует повышению ходкости предлагаемого КС.
Благодаря введению признаков №: 15, 16, обеспечивает возможность эксплуатации ГС на мелководье, так как снижает вероятность "присасывания" КС к дну водоема и нарушения экологических требований при его эксплуатации.
Благодаря введению признака №17, обеспечивается технологичность конструкции предлагаемого КС, так как применение полимерного композиционного материала для изготовления сложных по форме участков конструкции предлагаемого КС способствует снижению их трудоемкости при более высокой точности соблюдения их теоретических обводов. Это также способствует максимальному повышению всех эксплуатационных характеристик ГС.
Для наглядности практической реализуемости рассматриваемого технического решения форма предлагаемого корпуса ГС проиллюстрирована эскизами быстроходного глиссирующего морского пассажирского катера прибрежного плавания вместимостью 32 чел., на которых схематически изображены наложенные друг на друга фрагменты проекций:
фиг. 1 - чертежа общего расположения ГС "Продольный разрез" и теоретического чертежа КС "Бок";
фиг. 2 - чертежа общего расположения ГС "План палубы" и теоретического чертежа КС "Полуширота";
фиг. 3 - чертежа общего вида ГС "Вид с кормы" и теоретического чертежа КС "Корпус".
На фиг. 4 изображен фрагмент проекции теоретического чертежа КС "Корпус".
Предлагаемый корпус ГС (см. фиг.: 1-3) имеет V-образное, в поперечном сечении, днище 1, снабженное в средней и кормовой частях его длины бортовыми скулами 2. Борта носовой оконечности КС снабжены, каждый, исходящими из одной расположенной в средней, по длине, части КС точки 3 (см. фиг. 1) двумя скулами: верхней 4, поднимающейся, по мере приближения к форштевню 5 КС, до уровня его верхней палубы 6, и нижней 7, расположенной выше СВЛ КС, в непосредственной близости от нее, с наклоном к плоскости ХВЛ КС в сторону его носа.
Теоретические линии бортовых ветвей шпангоутов носовой оконечности КС снабжены, каждая, расположенным между этими двумя скулами: 4, 7, вогнутым участком, образованным из соединенных между собой без слома по дуге окружности 8 (см. фиг. 3), нижней 9 и верхней 10 частей. При этом, нижние части 9 вогнутых участков упомянутых шпангоутов имеют вид параллельных между собой прямых линий, расположенных в одной плоскости 11, наклоненной под острыми углами, как к плоскости ХВЛ КС, в сторону его носа, так и к ОП КС, в сторону его соответствующего борта. А их верхние части 10 имеют вид плавных вогнутых кривых линий с касательными в точках 12 их притыкания к верхней скуле 4, наклоненными к ОП КС под углами, большими, по их абсолютной величине, чем их прямолинейные нижние части 9.
Форштевень 5 КС (см. фиг. 1) очерчен расположенной в его ДП единой плавной, без уступов, линией с вертикальным или близким к вертикальному прямолинейным участком, пересекающим СВЛ и ХВЛ КС.
Вертикальная проекция на ОП КС линии нижней скулы 7 (см. фиг. 2) каждого борта носовой оконечности КС имеет вид плавной кривой линии с выпуклостью наружу от ДП КС. Линия 13 (см. фиг.: 2, 3), соединяющая точки 14 перехода нижних прямолинейных частей 9 вогнутых участков носовых шпангоутов каждого борта КС в их очерченные дугами окружностей части 8 имеет вид прямой линии, соединяющей между собой точку 15 притыкания линии нижней скулы 7 на ее носовом конце к форштевню 5, и точку 3 притыкания линии нижней скулы 7 на ее кормовом конце к верхней скуле 4. Линия, соединяющая точки 16 перехода верхних криволинейных частей 10 вогнутых участков носовых шпангоутов каждого борта КС в их очерченные дугами окружностей части 8, имеет вид, плавной, без излома, линии, состоящей из двух участков: носового 17, занимающего не более 1/3 ее длины и имеющего вид плавной вогнутой линии с выпуклостью в сторону ДП КС, приходящей своим носовым концом в точку 15 притыкания линии нижней скулы 7 к форштевню 5 КС, и прямолинейного кормового участка 18, занимающего не менее 2/3 ее длины и приходящего своим кормовым концом в точку 3 притыкания линии нижней скулы 7 к линии верхней скулы 4.
Полушироты точек 12 (см. фиг. 3) притыкания верхних частей 10 вогнутых участков теоретических линий бортовых ветвей шпангоутов носовой оконечности КС к ее верхним скулам 4 не превышают, по своей величине, полуширот точек 19 притыкания их нижних прямолинейных частей 9 к нижним скулам 7 носовой оконечности КС.
Теоретические линии участков 20 (см. фиг. 3) бортовых ветвей шпангоутов носовой оконечности КС, расположенных ниже ее нижних скул 7 в районе, по длине КС, от форштевня 5 до точек 21 притыкания упомянутых нижних скул 7 к соответствующим бортовым скулам 2 днища 1 средней и кормовой частей КС, имеют вид линий, кривизна которых плавно изменяется, в зависимости от их расположения, по длине КС, от слегка вогнутых у самого форштевня 5 КС до слегка выпуклых вблизи точек 21 притыкания к упомянутым нижним скулам 7 соответствующих бортовых скул 2 днища 1 средней и кормовой частей КС.
Углы наклона плоских поверхностей 11, образованных нижними прямолинейными частями 9 вогнутых участков шпангоутов обоих бортов носовой оконечности КС, к ОП КС в продольном (см. фиг.: 1, 2) и поперечном (см. фиг. 3), относительно КС, направлениях выбраны из расчета, чтобы при прохождении КС сквозь волну расчетной высоты с расчетной скоростью движения ГС, на указанных плоских поверхностях 11 образовывалась направленная вниз суммарная гидродинамическая сила, вертикальная составляющая которой имеет величину, приблизительно равную величине дополнительной силы плавучести, приобретаемой носовой оконечностью КС вследствие ее погружения в волну, или большей части этой величины.
Днище 1 корпуса ГС может быть снабжено расширяющимися, по мере приближения к его носу, бортовыми скегами 22 со срывообразующими кромками 23 (см. фиг.: 2, 4), заканчивающимися в носовой части КС поперечным реданом 24, а также кормовым участком 25 днищевого свода 26, расположенным между упомянутыми скегами 22, наклоненным к ОП КС (см. фиг. 1) в сторону его транца 27, ограничивающими собой ДВ для образования в ней, в процессе движения ГС, ИГК, заполненной, атмосферным воздухом или отработанными газами главных двигателей ГС, путем их принудительной подачи в упомянутую ДВ.
Днище 1 корпуса ГС может быть снабжено расположенной перед ДВ ЦВД 28 (см. фиг. 2, 4), имеющей в плане форму подковы, охватывающей ДВ со стороны носа и бортов КС и ограниченной, в свою очередь, с этих же сторон, линией 29, эквидистантной, в направлении вдоль КС, срывообразующим кромкам 23 бортовых скегов 22. А линии днищевых ветвей 30 шпангоутов, проходящие через ЦВД 28 (см. фиг. 3, 4) продолжаются без излома на упомянутой эквидистанте 29, слева и справа от нее, в виде плавных кривых линий с более интенсивным подъемом к бортовым скулам 2, чем в пределах ЦВД 28 КС.
Корпус ГС может быть снабжен носовым гидравлическим движителем, с приводом от носового главного двигателя, установленного в районе поперечного редана 24, ограничивающего ДВ со стороны носа КС. В качестве такого движителя могут быть использованы, например: водометный движитель на основе осевого гидравлического насоса, или угловая поворотно-откидная колонка, или подвесной лодочный мотор (на эскизах не показаны). В случае использования угловой поворотно-откидной колонки или подвесного лодочного мотора в носовой части днищевого свода 26 ДВ, непосредственно за поперечным реданом 24, может быть выполнена специальная ниша (на эскизах не показана) с габаритными размерами, обеспечивающими размещение в ней угловой поворотно-откидной колонки или подвесного лодочного мотора в отклоненном назад-вверх положении, при котором самые нижние точки их конструкций находятся не ниже линии киля 31 (см. фиг. 1), расположенной перед поперечным реданом 24 носовой части КС [13].
В качестве носового гидравлического движителя ГС может быть использован, также, водометный движитель, образованный двумя симметричными, по форме и расположению относительно ДП КС, центробежными гидравлическими насосами 32 (см. фиг. 2), приводящимися от одного носового главного двигателя 33. При этом, каждый центробежный насос 32 может быть снабжен щелевидным соплом 34 с выпускным отверстием 35, расположенным на вертикальной стенке поперечного редана 24, вплотную примыкающим к внутренней поверхности наружной обшивки днища 1 КС перед поперечным реданом 24, простирающимся на всю, соответствующую ему, половину ширины стенки поперечного редана 24 и отстоящим от поверхности днищевого свода 26 ДВ на расстояние, исключающее прилипание к нему реактивной струи водомета (см. фиг. 3).
Кормовая часть корпуса ГС может быть снабжена (см. фиг. 1-3) симметричными относительно его ДП бортовыми спонсонами 36, транцы 37 которых являются продолжением транца 27 основного КС. Линии притыкания днищевой 38 и палубной 39 поверхностей наружной обшивки каждого бортового спонсона 36 к поверхности соответствующего борта основного КС, а также линии пересечения бортовой поверхности 40 бортового спонсона с палубной 39 и днищевой 38 поверхностями его наружной обшивки выполнены в виде плавных пространственных кривых линий, сходящихся в носовой оконечности бортового спонсона в точке 41, лежащей на поверхности наружной обшивки соответствующего борта основного КС, расположенной выше СВЛ КС, в непосредственной близости от нее. Палубная поверхность 39 наружной обшивки каждого бортового спонсона 36 выполнена плоской, наклоненной под острыми углами как к ХВЛ КС в сторону его носа, так и к ОП КС в сторону его борта 40. При этом, углы наклона плоской палубной поверхности 39 каждого бортового спонсона 36 к ОП КС в продольном и поперечном, относительно КС, направлениях выбраны из расчета, чтобы при прохождении КС сквозь волну расчетной высоты с расчетной скоростью движения ГС, на указанных плоских палубных поверхностях 39 обоих бортовых спонсонов 36 образовывалась направленная вниз суммарная гидродинамическая сила, вертикальная составляющая которой имеет величину, равную величине дополнительной силы плавучести, приобретаемой кормовой оконечностью КС вследствие погружения ее в волну, или большей части этой величины.
В бортовых спонсонах 36 корпуса ГС могут быть размещены кормовые гидравлические движители с приводом от кормовых главных двигателей 42. В качестве таких движителей могут быть использованы, например: глубоко погруженные гребные винты с пропущенными через днища 38 бортовых спонсонов 36 наклонными гребными валами, частично погруженные гребные винты с гребными валами, пропущенными через нижние части транцев 37 спонсонов 36, а также угловые поворотно-откидные колонки или подвесные лодочные моторы (на эскизах не показаны) [13].
В качестве кормовых гидравлических движителей ГС, размещенных в бортовых спонсонах 36 его корпуса, могут быть использованы, также, водометные движители 43, в частности, снабженные водозаборниками 44, выполненными, каждый, в виде единого выреза, расположенного частично в днище 38, и частично в борту 40 соответствующего бортового спонсона 36 [15], [16].
Изображенный на фиг.: 1-3 морской пассажирский катер имеет также ходовую рубку 45 и пассажирский салон 46, оборудованный креслами 47 и багажными полками 48. С целью защиты от волн и брызг открытый участок 49 палубы в корме катера оборудован защитным фальшбортом 50. Катер снабжен мачтовым устройством 51, оборудованным необходимыми навигационными приборами 52. Для удобства осуществления посадки и высадки пассажиров через бортовые входные двери 53 корпус катера снабжен бортовыми кринолинами 54. Перед бортовыми входными дверями 53 в обитаемые помещения: 45, 46, на корпусе катера установлены специальные кринолины 54.
При эксплуатации ГС на "тихой воде" его корпус работает следующим образом. Благодаря тому, что точка 15 (см. фиг. 1) притыкания линии нижней скулы 7 каждого борта носовой оконечности корпуса ГС к его форштевню 5 и точка 41, в которой притыкаются к соответствующему борту основного КС линии пересечения бортовой поверхности 40 каждого бортового спонсона 36 с его днищевой 38 и палубной 39 поверхностями, располагаются выше СВЛ КС и, тем более, выше его ХВЛ, плоские поверхности 11 (см. фиг.: 2, 3), образованные нижними прямолинейными частями 9 вогнутых участков носовых шпангоутов КС, и плоские палубные поверхности 39 бортовых спонсонов 36 КС в процессе движения ГС во взаимодействии КС с набегающим на него потоком воды не участвуют. Обтекание рассматриваемого КС происходит в соответствии с закономерностями, присущими гидродинамике обычных СГК.
Благодаря показанной выше профилировке днища 1 КС и принудительной подаче в ДВ сжатого газа, в процессе движения предлагаемого корпуса ГС с расчетной скоростью на поверхности днищевого свода 26 ДВ (см. фиг. 2), расположенной кормовее поперечного редана 24 и срывообразующих кромок 23 бортовых скегов 22 КС, образуется устойчивая ИГК, замыкающаяся у самого транца 27 КС на кормовом наклонном участке 25 днищевого свода 26 ДВ. ИГК отделяет поверхность днищевого свода 26 ДВ от контакта с водой. Это значительно уменьшает площадь смоченной поверхности подводной части КС и за счет этого существенно снижает величину сопротивления движению ГС в воде.
Расположение кормовых движителей 43 ГС в бортовых спонсонах 36 КС обеспечивает надежную гарантию от попадания в зоны расположения рабочих колес упомянутых движителей газа из ИГК. Этому же способствует, в случае использования в качестве кормовых движителей водометов, и выполнение их водозаборников 44 (см. фиг.: 1, 2), в виде единых вырезов, выполненных частично в днищевой 38 и частично в бортовой 40 поверхностях бортовых спонсонов 36 КС. Это обеспечивает стабильную работу двигательно-движительного комплекса ГС с расчетным КПД.
ИГК, образующаяся при движении СГК под его днищем 1 за поперечным реданом 24, создает возможность применения на нем носового двигательно-движительного комплекса с движителем, установленным на поперечном редане 24. Это способствует не только существенному повышению энерговооруженности ГС, но и некоторых других важных эксплуатационных качеств ГС.
Важнейшим из них является повышение эффективности использования ИГК на разгонном участке движения СГК. Так как длина ИГК пропорциональна скорости обтекания днища КС потоком воды, то на разгонном участке, когда скорость движения ГС еще не достигла крейсерской величины, под днищем обычного СГК образуется относительно короткая ИГК и возникает, так называемый, "горб сопротивления" на кривой буксировочного сопротивления СГК. Применение носового движителя, установленного на поперечном редане 24, позволяет придать потоку воды, обтекающей днище СГК, относительно высокую скорость даже в самый начальный момент его движения при разгоне. Это, в свою очередь, позволяет получить ИГК с большей длиной и, таким образом, ликвидировать или, по крайней мере, существенно уменьшить величину упомянутого выше "горба сопротивления".
Важными положительными эффектами применения носового движителя на СГК при его эксплуатации на "тихой воде" являются также: снижению величины волновой составляющей общего сопротивления движению СГК, а также существенное повышение его маневренности.
При эксплуатации ГС "на волнении" его корпус работает следующим образом. Благодаря тому, что точка 15 (см. фиг. 1) притыкания линии нижней скулы 7 каждого борта носовой оконечности корпуса ГС к его форштевню 5 и точка 41, в которой притыкаются к соответствующему борту основного КС линии пересечения бортовой поверхности 40 каждого бортового спонсона 36 с его днищевой 38 и палубной 39 поверхностями, располагаются, хотя и выше ХВЛ КС, но в непосредственной близости от нее, плоские поверхности 11 (см. фиг.: 2, 3), образованные нижними прямолинейными частями 9 вогнутых участков носовых шпангоутов КС, и плоские палубные поверхности 39 бортовых спонсонов 36 КС в процессе движения ГС "на волнении" вступают во взаимодействии КС с набегающим на него потоком воды. При прохождении КС через набегающую волну на каждой из этих поверхностей, по причине их обратного наклона к плоскости ХВЛ КС, возникает гидродинамическая сила давления, направленная нормально к ней, то есть, почти вертикально вниз, вследствие малой величины упомянутых углов наклона. Эти силы препятствуют всплытию КС на волну и, таким образом, существенно снижают величину вертикальных ускорений, вызываемых килевой и вертикальной качками корпуса ГС при его движении "на волнении"
Естественно, погружение дополнительных объемов КС в набегающую волну сопровождается соответствующим увеличением площади смоченной поверхности КС и, следовательно, соответствующим увеличением гидродинамического сопротивления его движению. Однако, это увеличенное гидродинамическое сопротивление движению КС предлагаемого ГС, в любом случае, остается меньшим, чем у аналогичного ГС без ИГК.
Требуемые для уменьшения до приемлемого уровня величин вертикальных ускорений, вызываемых килевой и вертикальной качками корпуса ГС при движении "на волнении", величины площадей и углов наклона к плоскости ХВЛ КС указанных выше поверхностей 11, 39, в зависимости от особенностей формы КС и диапазона эксплуатационных скоростей движения ГС, могут быть установлены с помощью предварительного расчета и последующих испытаний масштабной модели КС в опытовом бассейне.
Использованные источники
1. Авт.св. СССР №910486. Носовая оконечность корпуса судна. МПК: В63В 1/06. Заявл. 16.05.1980. Опубл. 07.03.1982.
2. Патент Великобритании №1060017. Bow Bulb for Ships. МПК: B63D; B63B. Заявл. 27.08.1965. Опубл. 22.02.1967.
3. Патент России №2514964. Способ создания и конструкция носового бульба. МПК: В63В 1/06. Заявл. 16.02.2010. Опубл. 10.05.2014.
4. Международная заявка WO 2010/092560. Method and Arrangement of Bulbous Bow. МПК: B63B 1/06. Заявл. 16.02.2010. Опубл. 19.08.2010.
5. Патент России №2570511. Форма надводной части носовой оконечности судна для работы в условиях интенсивного морского волнения. МПК: В63В 1/06. Заявл. 28.11.2013. Опубл. 10.06.2015.
6. Патент Канады №2359532. Monohull Wave Piercing Bow. МПК: B63B 1/32. Заявл. 27.09.2001. Опубл. 27.03.2003.
7. Патентная заявка США №2003/0089290. Wave Piercing Bow of a Monohull Marine Craft. МПК: B63B 1/00. Заявл. 08.10.2002. Опубл. 15.05.2003.
8. Патент России №2041116. Быстроходное судно. МПК: В63В 1/38. Заявл. 08.09.1993. Опубл. 09.08.1995.
9. Международная заявка WO 95/07210. High-speed Boat. МПК: В63В 1/38. Заявл. 18.11.1993. Опубл. 16.03.1995.
10. Европейский патент ЕР 0667282. High-speed Boat. МПК: В63В 1/38. Заявл. 18.11.1993. Опубл. 09.06.1999.
11. Патент России №2153998. Корпус быстроходного судна. МПК: В63В 1/38. Заявл. 27.05.1999. Опубл. 10.08.2000.
12. Патент Украины №33974. Корпус швидкохiдного судна. МПК: В63В 1/38. Заявл. 06.05.1999. Опубл. 15.02.2001.
13. Патент РФ №2610754. Быстроходное судно. МПК: В63В 1/38; В63В 1/34; В63Н 20/04; В63Н 11/00; В63Н 5/00. Заявл. 18.06.2015. Опубл. 15.02.2017.
14. Международная заявка WO 88/09283. High-speed Boat. МПК: В63В 1/18. Заявл. 25.05.1988. Опубл. 01.12.1988.
15 Патент России №2381131. Судно на воздушной каверне с водометным движителем. МПК: В63В 1/38; В63Н 11/08. Заявл. 30.05.2008. Опубл. 10.02.2010.
16. Патент России №2387569. Скоростное глиссирующее судно. МПК: В63В 1/18; В63Н 11/08; В63В 1/38. Заявл. 26.03.2008. Опубл. 27.04.2010.
17. Патент РФ №2324618. Корпус глиссирующего судна. МПК: В63В 1/18; В63В 1/38; В63В 1/40. Заявл. 11.08.2005. Опубл. 20.05.2008. (прототип).