БУЛЬБОВАЯ НАДЕЛКА КОРПУСА СУДНА
VESSEL BODY BOW BULB

Изобретение относится к области судостроения, касается бульбообразных носовых оконечностей и может быть использовано при постройке и модернизации судов.
Известна конструкция бульба, содержащая наружную обшивку, кольцевые шпангоуты, подкрепленная горизонтальными и вертикальными диафрагмами, а также бимсами (Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. - Л.: Судостроение, 1981. - 552 с., с.537-538, рисунок 338).
Недостатком данной конструкции является высокая жесткость в продольном направлении, вследствие чего при столкновении судов тараненное судно получает пробоину ниже ватерлинии, что нередко приводит к его гибели.
Известна бульбовая наделка корпуса судна, содержащая обтекатель, вставку, выполненную в виде гофров и подкрепленную бракетами, при этом пустоты между поверхностями гофров и бракет заформованы эластичным заполнителем (Авторское свидетельство 1197918, МПК В63В 1/06, опубл. 15.12.1985).
Данная конструкция обладает тем недостатком, что регулировка продольной жесткости бульба возможна только за счет изменения высоты гофр, однако это сопряжено с потерей полезного объема внутри бульба.
В качестве ближайшего аналога принята бульбовая наделка корпуса судна (Патент РФ на изобретение №2108940. МПК В63В 1/06, опубл. 20.04.1998), имеющая конусообразную форму и содержащая обтекатель, вставку, выполненную в виде гофров и подкрепленную бракетами, причем гофры вставки в поперечном сечении имеют форму капли, при этом пустоты между поверхностями гофров и бракет заформованы эластичным заполнителем.
Данная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что предельная нагрузка для гофров, имеющих большой периметр, оказывается существенно более высокой, чем для гофров с малым периметром, находящихся в носовой части бульба, что приводит к увеличению продольной жесткости бульба. Снижение продольной жесткости бульба возможно за счет увеличения вы соты гофр с увеличением их периметра, однако это ведет к потере полезного объема внутри бульба, а также повышает трудоемкость изготовления бульбовой наделки, т.к. связано с необходимостью изготовления гофров различной высоты. Увеличение податливости бульба за счет уменьшения толщины гофров ограничивается тем обстоятельством, что в процессе эксплуатации носовая оконечность судов подвергается интенсивным гидродинамическим нагрузкам.
Изобретение решает задачу обеспечения продольной податливости с сохранением полезного объема бульба и уменьшением трудоемкости его изготовления за счет регулирования предельной нагрузки гофров одинаковой высоты.
Для решения поставленной задачи в известной бульбовой наделке корпуса судна, содержащей обтекатель, вставку, выполненную в виде гофров и подкрепленную бракетами с эластичным заполнителем в пустотах между поверхностями гофров и бракет, предлагается к верхней и нижней частям стенок гофров разместить выточку, глубину которой определять по формуле:
<mrow><mi>Δ</mi><mmultiscripts><mo>=</mo><mprescripts /><mi>i</mi><none /></mmultiscripts><mi>t</mi><mo>−</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mi>h</mi><mo>⋅</mo><mi>P</mi><mmultiscripts><mrow /><mprescripts /><mrow><mn>0</mn><mi>i</mi></mrow><none /></mmultiscripts></mrow><mrow><msub><mi>σ</mi><mi>T</mi></msub><mo>⋅</mo><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>π</mi></munderover><mrow><msqrt><mrow><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>R</mi><mi>i</mi><mo>'</mo></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><mmultiscripts><mo>+</mo><mprescripts /><none /><mn>2</mn></mmultiscripts><mo stretchy="false">[</mo><mi>R</mi><mmultiscripts><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mprescripts /><mi>i</mi><none /></mmultiscripts><mo stretchy="false">]</mo><mmultiscripts><mrow /><mprescripts /><none /><mn>2</mn></mmultiscripts></mrow></msqrt><mi>d</mi><mi>ϕ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow></mfrac></mrow></msqrt></mrow>
,
i
где Δ - глубина выточки i-го гофра;
h - высота гофра;
t - толщина гофра;
0i
Р - предельная нагрузка i-го гофра, обеспечивающая требуемую податливость бульба;
T
σ- предел текучести материала гофра;
i
R(φ) - функция, описывающая форму поперечного сечения i-гo гофра.
В предлагаемом техническом решении при столкновении судов деформирование бульба начинается с гофров, обладающих минимальной предельной нагрузкой, которая может регулироваться изменением глубины выточки, благодаря чему может быть обеспечена требуемая податливость бульба в продольном направлении.
На прилагаемых графических материалах изображено:
на фиг.1 - общий вид бульбовой наделки корпуса судна;
на фиг.2 - разрез A-A на фиг.1:
на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1;
на фиг.4 - узел I на фиг.1.
На графических материалах приняты следующие обозначения:
1 - обтекатель;
2 - гофрированная пеганка;
3 - бракета;
4 - эластичный заполнитель;
5 - выточка;
i
Δ - глубина выточки i-го гофра:
i
R(φ)- функция, описывающая форму поперечного сечения i-го гофра;
h - высота гофра,
t - толщина гофра.
Конструкция бульбовой наделки корпуса судна состоит из обтекателя 1, гофрированной вставки 2, подкрепленной бракетами 3. Пустоты между бракетами, установленными с внешней стороны, заформованы эластичным заполнителем 4. В верхней и нижней частях стопок гофров имеются выточки 5 определенной глубины.
Бульбовая наделка корпуса судна работает следующим образом. При столкновении судов в контакт с подводной частью бордового перекрытия входит бульбовая наделка, а в надводной части по мере деформирования наделки - верхняя часть форштевня судна. Так как податливость в продольном направлении бульбовой наделки велика, при столкновении судов она деформируется с образованием пластических шарниров в районе выточек на стенках гофров, при этом предельная нагрузка предлагаемой конструкции может регулироваться за счет изменения глубины выточки, которая определяется по формуле:
<mrow><mi>Δ</mi><mmultiscripts><mo>=</mo><mprescripts /><mi>i</mi><none /></mmultiscripts><mi>t</mi><mo>−</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mi>h</mi><mo>⋅</mo><mi>P</mi><mmultiscripts><mrow /><mprescripts /><mrow><mn>0</mn><mi>i</mi></mrow><none /></mmultiscripts></mrow><mrow><msub><mi>σ</mi><mi>T</mi></msub><mo>⋅</mo><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>π</mi></munderover><mrow><msqrt><mrow><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>R</mi><mi>i</mi><mo>'</mo></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><mmultiscripts><mo>+</mo><mprescripts /><none /><mn>2</mn></mmultiscripts><mo stretchy="false">[</mo><mi>R</mi><mmultiscripts><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mprescripts /><mi>i</mi><none /></mmultiscripts><mo stretchy="false">]</mo><mmultiscripts><mrow /><mprescripts /><none /><mn>2</mn></mmultiscripts></mrow></msqrt><mi>d</mi><mi>ϕ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow></mfrac></mrow></msqrt></mrow>
,
где
i
Δ - глубина выточки i-го гофра: *
h - высота гофра;
t - толщина гофра;
0i
P, - предельная нагрузка i-гo гофра, обеспечивающая требуемую податливость бульба;
T
σ - предел текучести материала гофра;
i
R(φ) - функция, описывающая форму поперечного сечения i-гo гофра.
Если требуется обеспечить одинаковую предельную нагрузку для гофров с различным периметром, то глубина выточек i-гo гофра и j-гo гофра должна определяться из условия
<mrow><mi>Δ</mi><mmultiscripts><mo>=</mo><mprescripts /><mi>j</mi><none /></mmultiscripts><mi>Δ</mi><mmultiscripts><mo>⋅</mo><mprescripts /><mi>i</mi><none /></mmultiscripts><msqrt><mrow><mfrac><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>π</mi></munderover><mrow><msqrt><mrow><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>R</mi><mi>i</mi><mo>'</mo></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><mmultiscripts><mo>+</mo><mprescripts /><none /><mn>2</mn></mmultiscripts><mo stretchy="false">[</mo><mi>R</mi><mmultiscripts><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mprescripts /><mi>i</mi><none /></mmultiscripts><mo stretchy="false">]</mo><mmultiscripts><mrow /><mprescripts /><none /><mn>2</mn></mmultiscripts></mrow></msqrt><mi>d</mi><mi>ϕ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>π</mi></munderover><mrow><msqrt><mrow><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>R</mi><mi>j</mi><mo>'</mo></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><mmultiscripts><mo>+</mo><mprescripts /><none /><mn>2</mn></mmultiscripts><mo stretchy="false">[</mo><mi>R</mi><mmultiscripts><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mprescripts /><mi>j</mi><none /></mmultiscripts><mo stretchy="false">]</mo><mmultiscripts><mrow /><mprescripts /><none /><mn>2</mn></mmultiscripts></mrow></msqrt><mi>d</mi><mi>ϕ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mo>+</mo><mi>t</mi><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>π</mi></munderover><mrow><msqrt><mrow><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>R</mi><mi>i</mi><mo>'</mo></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><mmultiscripts><mo>+</mo><mprescripts /><none /><mn>2</mn></mmultiscripts><mo stretchy="false">[</mo><mi>R</mi><mmultiscripts><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mprescripts /><mi>i</mi><none /></mmultiscripts><mo stretchy="false">]</mo><mmultiscripts><mrow /><mprescripts /><none /><mn>2</mn></mmultiscripts></mrow></msqrt><mi>d</mi><mi>ϕ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>π</mi></munderover><mrow><msqrt><mrow><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>R</mi><mi>j</mi><mo>'</mo></msubsup><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><mmultiscripts><mo>+</mo><mprescripts /><none /><mn>2</mn></mmultiscripts><mo stretchy="false">[</mo><mi>R</mi><mmultiscripts><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mprescripts /><mi>j</mi><none /></mmultiscripts><mo stretchy="false">]</mo><mmultiscripts><mrow /><mprescripts /><none /><mn>2</mn></mmultiscripts></mrow></msqrt><mi>d</mi><mi>ϕ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow></mfrac></mrow></msqrt></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mrow></msqrt><mo>,</mo></mrow>
где обозначения соответствуют представленным выше.
При обеспечении достаточной податливости бульбовой наделки в продольном направлении в подводной части тараненного судна деформации бортового перекрытия остаются незначительными, что позволяет избежать появления пробоины ниже ватерлинии. Таким образом, предлагаемая конструкция бульбовой наделки корпуса судна позволяет избежать гибели судна и экипажа путем уменьшения повреждения корпуса при столкновении, а также существенно сократить объем ремонтных работ.