СКУЛОВОЙ КИЛЬ
BILGE KEEL

Изобретение относится к области судостроения, в частности к пассивным успокоителям бортовой качки с помощью скуловых килей. Скуловые кили умеряют бортовую качку за счет демпфирования, являющегося следствием возникновения нормальной силы на скуловом киле от воздействия поперечного потока воды при качке судна.
В свою очередь, нормальная сила определяется по формуле , смотри [1], стр. 194 (А.Н. Шмырев и другие. Успокоители качки судов. Изд. Судостроение, Ленинград 1972 г. ), где:
отр
Сх - коэффициент отрывного обтекания скулового киля;
- скоростной напор поперечного потока, натекающего на скуловой киль;
S - площадь скулового киля.
отр
отр
Так как величина коэффициента Сх зависит от интенсивности волно- и вихреобразования на свободной кромке скулового киля, Сх может быть увеличен за счет применения конструкции обделки свободной кромки скулового киля, обеспечивающей повешенное волно- и вихреобразование.
Известны скуловые кили судов с обделкой свободной кромки. Например, в ОСТ5Р.1194-95 [2] на стр. 14 и 15 - скуловые кили исполнения 2.2 и 2.3. Однако у этих скуловых килей утолщенная кромка полособульба является недостаточным активизатором волно- и вихреобразования на свободной кромке скулового киля, ввиду малого размера «бульба».
Аналогом предлагаемого скулового киля является также изобретение по а.с. 745764 от 06.10.1978 г., в котором скуловой киль выполнен объемной конструкции с двумя пластинами продленными наружу от свободной кромки скулового киля, создающих две дополнительные свободные кромки, которые повышают волно- и вихреобразование скулового киля во время бортовой качки судна.
Недостатками такого скулового киля являются его громоздкость и сложность изготовления, а также придание судну дополнительного сопротивления движению из-за продольных вихрей, образующихся во внутренних углах обделки скулового киля. Такие громоздкие скуловые кили применяют на больших судах, имеющих малые скорости хода.
Наиболее близким аналогом является изобретение по патенту RU 2238214 С2 от 27.12.2002 г., у которого «гнутая пластина, выполненная в виде равнобокого угольника, прикреплена вершиной к продольной пластине симметрично по отношению к ее оси», выполняет роль большой обделки свободной кромки скулового киля, увеличивающей волно- и вихреобразование при вертикальных перемещениях скулового киля во время бортовой качки судна. Увеличение волно- и вихреобразования происходит за счет дополнительной свободной кромки скулового киля и за счет увеличения присоединенных масс воды от увеличения высоты обделки.
Недостаточная эффективность такого скулового киля очевидна из конфигурации обделки в виде равнобокого угольника. Натекание поперечного потока на обделку скулового киля при бортовой качке судна происходит под углами 45-60° к стороне угольника, встречающего поток воды, поэтому не происходит интенсивного волно- и вихреобразования. Вторая сторона угольника при этом встречает поток воды под углами 45-60° «вскользь», т.е. не кромкой, что также не способствует интенсивному волно- и вихреобразованию на выходящей свободной кромке скулового киля.
Из перечисленных аналогов скуловых килей для умерения бортовой качки прототипом предлагаемого изобретения является скуловой киль по изобретению - патент RU 2238214 С2. Его недостаточная эффективность может быть увеличена.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности умерения бортовой качки судна, находящегося в штормовых условиях при ходе с различными скоростями и в дрейфе.
Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом изобретении обделка свободной кромки скулового киля, на участке в пределах постоянной высоты стенки киля по длине корпуса, выполнена в виде продольной полуцилиндрической незамкнутой поверхности (полутрубы), приваренной своей выпуклой стороной симметрично к стенке скулового киля. Обделка свободной кромки скулового киля может быть выполнена также в виде продольной цилиндрической незамкнутой поверхности с размерами менее половины окружности.
Сущность изобретения заключается в том, что примененная форма обделки в виде продольной полутрубы, приваренной своей выпуклой стороной к стенке киля, обеспечивает повышенную интенсивность волно- и вихреобразования скулового киля при качке судна по сравнению с другими формами обделки скулового киля.
Технический результат при реализации изобретения состоит в повышении эффективности умерения бортовой качки судна за счет повышенной интенсивности волно- и вихреобразования предлагаемого скулового киля и, следовательно, в повышении комфортности для личного состава и в улучшении условий обслуживания оборудования и систем судна.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
Фиг. 1 - поперечное сечение скулового киля по пункту 1 формулы изобретения;
Фиг. 2 - поперечное сечение скулового киля по пункту 2 формулы изобретения;
Фиг. 3 - поперечное сечение скулового киля по пункту 3 формулы изобретения;
Фиг. 4 - поперечное сечение скулового киля прототипа по изобретению - патент RU 2238214 С2.
с.к.
в
в
В соответствии с изобретением по пункту 1 формулы изобретения - скуловой киль состоит (смотри Фиг. 1) из листа стенки киля 1, приваренному к нему полособульбу 2, обделки 3 свободной кромки скулового киля, которая выполнена в виде продольной полуцилиндрической незамкнутой поверхности с полуокружностью радиуса R, составляющего 0,2-0,5 высоты скулового киля h. Обделка 3 приварена своей выпуклой стороной симметрично к полособульбу 2, так что образуются две свободные кромки скулового киля с расстоянием между ними =2R. Здесь «» - высота обделки 3.
с.к.
Обделка 3 приварена к «бульбу» полособульба (смотри Фиг. 1, 2, 3) только на участке в пределах постоянной высоты скулового киля h. Такое соединение обделки 3 со скуловым килем через полособульб обеспечивает ему необходимую прочность и жесткость.
При виде сбоку, в плоскости листа стенки киля, обделка 3 срезана в носовой и кормовой оконечностях по плавной кривой и заострены ее кромки.
Для обеспечения необходимой прочности скулового киля предусмотрена нижняя стенка 4 киля. Скуловой киль приварен к корпусу 5 с помощью подкладных планок.
с.к.
Скуловой киль по пункту 2 формулы изобретения (смотри Фиг. 2) также состоит из листа стенки киля 1, полособульба 2, нижней стенки 4 киля и обделки 3 свободной кромки скулового киля, закрепленной с помощью сварки только на участке в пределах постоянной высоты скулового киля h и отличается от скулового киля по пункту 1 формулы изобретения тем, что обделка 3 выполнена в виде продольной цилиндрической незамкнутой поверхности радиуса R с размерами менее половины окружности, при этом сектор, ограничивающий цилиндрическую обделку 3, составляет угол у примерно равный 80° симметрично относительно стенки скулового киля 1.
На Фиг. 1 и 2 также обозначено:
с.к.
Δh - добавка высоты скулового киля за счет обделки 3;
в
- высота обделки 3, т.е. расстояние между свободными кромками обделки 3.
с.к.
На Фиг. 3 представлено поперечное сечение скулового киля по пункту 3 формулы изобретения. Такая конструкция поперечного сечения скулового киля обусловлена тем, что в случае, когда радиус R продольной полуцилиндрической незамкнутой поверхности обделки 3 составляет более 0,3 высоты скулового киля h, требуется установка дополнительной нижней пластины 6, привариваемой одним концом к обделке 3, а другим концом к нижней стенке 4 киля. В этом случае прочность скулового киля будет обеспечена при достаточно больших размерах обделки 3.
На Фиг. 3 обозначения соответствуют Фиг. 1 и Фиг. 2, а поз. 6 - дополнительная нижняя пластина.
На Фиг. 4 представлено поперечное сечение скулового киля прототипа по патенту RU 2238214 С2 для наглядности описания отличия предлагаемого изобретения от прототипа.
Скуловой киль прототипа состоит из листа стенки киля 1, полособульба 2 и обделки 3 свободной кромки скулового киля. Скуловой киль приварен к корпусу 4 с помощью подкладной планки.
На Фиг. 4 обозначено:
с.к.
h - высота скулового киля;
с.к.
Δh - добавка высоты скулового киля за счет обделки 3;
в
- высота обделки 3, т.е. расстояние между концами равнобокого угольника;
β - угол между сторонами равнобокого угольника равный 60-90°.
На Фиг. 1, 2 и 4 стрелками обозначено направление линий тока поперечного потока воды при движении скулового киля сверху вниз при бортовой качке судна на волнении.
Скуловой киль по пунктам 1, 2 и 3 формулы изобретения работает следующим образом (смотри Фиг. 1 и 2).
При бортовой качке судна на волнении и движении скулового киля, например, сверху вниз натекание поперечного потока воды на поверхности, находящиеся вблизи обеих свободных кромок обделки 3, происходит снизу-вверх под углами близкими к 90°. Поэтому осуществляется резкий поворот потока наружу от скулового киля с последующим отрывом за счет натекания поперечного потока воды, с волнообразованием и вихреобразованием на обоих свободных кромках обделки 3. При этом волно- и вихреобразование более интенсивные, чем при натекании поперечного потока воды на обделку 3 прототипа. Из Фиг. 4 видно, что натекание поперечного потока воды на входящую и выходящую кромки равнобокого угольника происходит под меньшими углами, близкими к 45-60°, что не вызывает резкого поворота потока и хорошего отрывного обтекания на обеих кромках равнобокого угольника с необходимым волно- и вихреобразованием.
отр
Следует отметить, что внутренняя вогнутая поверхность обделки 3 в предлагаемом изобретении (смотри Фиг. 1 и 2) способствует отрыву потока воды на входящей кромке а также крутому изменению направления потока воды с последующим отрывом на выходящей кромке обделки 3 за счет встречного вертикального потока. Тем самым образовывается интенсивное волно- и вихреобразование на скуловом киле, которое увеличивает его коэффициент отрывного обтекания Сх и, следовательно, увеличивает эффективность работы скуловых килей по умерению бортовой качки.
с.к.
с.к.
Для корректного и наглядного сравнения физических картин натекания поперечного потока воды на скуловые кили по предлагаемому изобретению и по прототипу (патент RU 2238214 С2) на Фиг. 1, 2 и 4 скуловые кили изображены с одинаковыми значениями высоты скулового киля h и добавки скулового киля Δh за счет обделки 3.
Так как предлагаемые скуловые кили существенно увеличивают интенсивность волно- и вихреобразования, увеличивая эффективность умерения бортовой качки судна как на ходу, так и в режиме дрейфа на интенсивном волнении, технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности умерения бортовой качки и, следовательно, в повышении комфортности для личного состава и в улучшении условий обслуживания оборудования и систем судна.
Источники информации
1. А.Н. Шмырев и другие. Успокоители качки судов. Изд. Судостроение, Ленинград 1972 г.
2. ОСТ5Р.1194-95. Кили скуловые. Нормы и правила проектирования.