ВОДОИЗМЕЩАЮЩЕЕ СУДНО С ВОЗДУШНЫМИ КАВЕРНАМИ НА ДНИЩЕ
DISPLACEMENT SHIP WITH AIR CAVITIES IN BOTTOM

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования водоизмещающего судна с воздушными кавернами на днище, обеспечивающими снижение гидродинамического сопротивления и улучшение эксплуатационных характеристик судна.
Известно устройство для создания на днище судна единой воздушной каверны по патенту СССР №1145587. Основным элементом устройства является днищевая выемка, внутри которой создается единая воздушная каверна с волновым профилем. Выемка ограничена носовым реданом, бортовыми килями и кормовой наклонной плоскостью. Для повышения поперечной остойчивости судна внутри выемки устанавливаются продольные кили, которые делят каверну на секции.
Внутри выемки установлены поперечные насадки, обеспечивающие возможность создания единой каверны при движении судна.
Устройство имеет недостаток, заключающийся в потере водоизмещения судна при отсутствии воздуха в выемке, что может привести к необходимости увеличения высоты борта судна для выполнения требований классификационных обществ к величине надводного борта или к необходимости увеличения высоты комингсов грузовых трюмов для сохранения их грузовместимости, что, в свою очередь, влечет за собой увеличение массы корпуса и снижение грузоподъемности судна. Устройство может быть использовано только на судах новой постройки.
Известно также судно с устройством для формирования на его днище системы следующих друг за другом воздушных каверн и поддержания последних (Авторское свидетельство СССР №288576 от 03.12.1970 г. по заявке №899822 от 11.05.1964 г.) - прототип. Основными элементами устройства являются поперечные насадки, выполненные в виде наклонных пластин, установленных на плоском участке днища. Расстояние между соседними поперечными насадками принимается равным предельной длине каверны на расчетной скорости хода судна. С боков каверны ограничены побортно установленными на днище продольными ограничительными килями. Высота и длина продольных килей принимается такой, чтобы подаваемый под днище для создания и поддержания каверн воздух не мог стравливаться через них в атмосферу. Воздух от источника воздуха по системе труб подается либо к каждой поперечной насадке, либо только к некоторым из них, но обязательно к первой (носовой) поперечной насадке. Устройство может быть использовано как на вновь строящихся, так и на существующих судах.
Основным недостатком известного устройства является то обстоятельство, что ограничительные и промежуточные продольные кили существенно выступают за основную плоскость днища (для речных судов - на 0.3-0.4 м), что в условиях ограниченной глубины фарватера, на мелководье приводит к необходимости снижения расчетной осадки судна и соответственно к неизбежной потере его грузоподъемности (на 10-20% в зависимости от расчетной осадки). Кроме того, выступающие за основную плоскость днища элементы устройства могут быть легко повреждены в случае посадки судна на мель, при встрече с подводным препятствием или же при значительном уменьшении глубины фарватера.
Кроме того, неустранимым недостатком указанных устройств для создания на днище воздушных каверн является резкое снижение их эффективности при движении в условиях сильного волнения или при движении со значительным начальным дифферентом судна. При движении на интенсивном волнении, либо со значительным начальным дифферентом гидродинамическое сопротивление судна с воздушными кавернами, особенно при использовании выступающих за основную плоскость днища поперечных насадков в виде наклонных пластин, может быть даже выше, чем у традиционного судна.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик водоизмещающего судна с воздушными кавернами на днище в условиях ограниченности фарватера, на мелководье, при движении со значительным начальным дифферентом судна и в условиях движения на интенсивном волнении за счет сохранения расчетной осадки судна и соответственно снижения его сопротивления на волнении и при движении со значительным начальным дифферентом.
Это достигается тем, что у водоизмещающего судна с воздушными кавернами на днище, оборудованного устройством для создания на плоском днище искусственных каверн, включающим систему кавернообразования, состоящую из следующих друг за другом по длине судна на днище поперечных насадков в виде наклонных пластин и побортно установленных на днище продольных ограничительных килей, а также источник принудительной подачи по трубопроводам воздуха под днище судна для создания и поддержания образованных за поперечными насадками каверн, по изобретению система кавернообразования выполнена убирающейся, для чего поперечные насадки и продольные кили выполнены с возможностью их раскрытия и складывания с прилеганием к днищу путем их поворота вокруг своих продольных осей, расположенных на днище судна.
Кроме того, на днище между побортно расположенными продольными ограничительными килями установлены промежуточные продольные кили.
Наряду с этим ограничительные и промежуточные продольные кили выполнены разрезными - в виде отдельных, следующих друг за другом частей, длина которых примерно равна расстоянию между задними кромками соответствующих соседних поперечных насадков, при этом зазоры между соседними участками продольных килей выполнены с возможностью минимизации объема стравливания в атмосферу воздуха, подаваемого под днище судна.
Кроме того, водоизмещающее судно оборудовано пневмоприводом, предназначенным для раскрытия в рабочее положение и складывания поперечных насадков, ограничительных и промежуточных продольных килей, а также системой контроля и поддержания ходового крена и дифферента в заданных пределах.
Выполнение поперечных насадков и продольных килей с возможностью их убирания за счет раскрытия и складывания с прилеганием к днищу путем их поворота вокруг своих продольных осей, расположенных на днище судна, обеспечивает в условиях ограниченности фарватера и на мелководье сохранение расчетной осадки судна и снижение его сопротивления в условиях движения при сильном волнении или со значительным начальным дифферентом, когда необходимость использования выступающих за основную плоскость днища поперечных насадков и ограничительных килей отпадает. Кроме того, это исключает возможность повреждения выступающих насадков и ограничительных килей при прохождении судном участков предельного мелководья, шлюзовании, возможности посадки судна на мель, движении задним ходом и т.п.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами, где на фиг.1 схематично показано водоизмещающее судно с воздушными кавернами на днище (вид сбоку), на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 и на фиг.3 - схема складывания поперечного насадка.
На днище 1 судна 2 расположены поперечные насадки 3 в виде наклонных пластин, которые формируют воздушные каверны 4 и поддерживают их, и побортно установлены на днище 1 продольные кили 5, ограничивающие образованные каверны 4 и препятствующие уносу воздуха из каверн 4 в сторону борта судна 2 (фиг.1 и 2). Для повышения поперечной остойчивости судна и предотвращения перетекания воздуха с борта на борт каверны 4 разделяются промежуточными продольными килями 6 на несколько изолированных друг от друга продольных секций 7 (фиг.2). Высота и длина продольных килей 5 принимается такой, чтобы подаваемый под днище воздух для создания и поддержания каверн не мог стравливаться через них в атмосферу. Поперечные насадки 3 имеют возможность складываться на днище 1 путем их поворота вокруг своих продольных осей 8, расположенных на днище судна (фиг.3). Ограничительные 5 и промежуточные 6 продольные кили также имеют возможность складываться на днище путем их поворота вокруг своих продольных осей 9, расположенных на днище судна (фиг.2). В сложенном состоянии поперечные насадки 3, ограничительные 5 и промежуточные 6 продольные кили, складываясь на днище, прижимаются к нему, практически не выступая за основную плоскость ОП судна (фиг.1 и 2).
Судно оборудовано источником принудительной подачи воздуха 10 (воздуходувка или компрессор) по трубопроводам 11 (фиг.1) для создания и поддержания образованных за поперечными насадками 3 каверн 4. Причем воздух может подаваться к каждому поперечному насадку 3 или только к нескольким насадкам, но обязательно к первому (носовому). В последнем случае формирование остальных каверн обеспечивается воздухом, уносимым из хвостовой части каверны, расположенной носовее. Такой вариант подачи воздуха упрощает конструкцию и снижает потери энергии, обусловленные сопротивлением трубопроводов 11.
Для обеспечения складывания и раскрытия ограничительных 5 и промежуточных 6 продольных килей они выполнены разрезными - в виде отдельных, следующих друг за другом частей, длина которых примерно равна расстоянию между задними кромками 13 соответствующих соседних поперечных насадков 3 (фиг.1). При этом зазоры между соседними участками продольных килей 5 выполнены с возможностью минимизации объема стравливания в атмосферу воздуха, подаваемого под днище судна.
Судно 2 оснащено пневмоприводом (не показано), предназначенным для раскрытия в рабочее положение и складывания поперечных насадков 3, а также ограничительных 5 и продольных 6 килей.
Для повышения эффективности применения воздушных каверн судно оборудовано системой контроля и поддержания ходового крена и дифферента в заданных пределах (не показано).
Работа устройства осуществляется следующим образом.
При необходимости создания на днище судна воздушных каверн поперечные насадки 3 и продольные ограничительные 5 и промежуточные кили 6 с помощью пневмопривода раскрываются на расчетные углы путем поворота их вокруг своих продольных осей 8 и соответственно 9. С помощью источника принудительной подачи воздуха 10 в область поперечных насадков 3 подается воздух, причем обязательно воздух подается к первому носовому насадку, а формирование остальных, следующих за первым насадком, каверн обеспечивается воздухом, уносимым из хвостовой части каверны, расположенной носовее. Образовавшиеся каверны 4 обеспечивают снижение сопротивления трения судна при его движении.
В случае же движения судна в условиях ограниченности глубины фарватера, на мелководье, сильного волнения или со значительным начальным дифферентом судна, для предотвращения опасности повреждения выступающих за основную плоскость поперечных насадков 3 и продольных килей 5, 6, а также уменьшения сопротивления движению судна на волнении или со значительным начальным дифферентом, насадки и кили принудительно складываются путем их поворота вокруг своих продольных осей 8 и 9 с прилеганием к днищу 1.
Кормовые части 13 поперечных насадков 3 задают место и угол схода воздушных каверн 4. Каверны 4, кроме последней (кормовой), плавно замыкаются на поперечных насадках 3. Последняя каверна замыкается на плоском днище судна. С боков каверны 4 ограничиваются побортно установленными продольными ограничительными килями 5, препятствующими уносу воздуха из каверн в сторону борта.
На фиг.4 показан вариант предлагаемого устройства, у которого высота промежуточных поперечных насадков меньше высоты носового (первого) и кормового (последнего) поперечных насадков. В этом случае на днище 1 судна 2 можно сформировать единую воздушную каверну с волновым профилем 14. Эта каверна формируется носовым поперечным насадком и замыкается на кормовом поперечном насадке. Для обеспечения плавного обтекания кормового поперечного насадка за ним формируется короткая каверна 4, которая замыкается на плоском днище.
Количество промежуточных поперечных насадков принимается равным целой части величины
,
k
где: L - расстояние между задними кромками последним и первым поперечным насадком, измеренное в диаметральной плоскости судна, м;
p
2
V - расчетная скорость движения судна, м/с; g=9.81 м/с; π=3.14.
В зависимости от условий эксплуатации эффект снижения гидродинамического сопротивления судов с каверной на днище может быть реализован двумя способами: за счет экономии топлива при выполнении того же объема транспортной работы, что и у традиционного судна, или за счет увеличения объема транспортной работы вследствие роста скорости хода судна с кавернами при неизменной мощности главных двигателей.
Предлагаемое водоизмещающее судно в значительной степени свободно от недостатков, которые являются неустранимыми в случае использования ранее разработанной модификации-прототипа; оно обладает большей эксплуатационной надежностью, не ведет к заметному снижению грузоподъемности, а при движении на интенсивном волнении или со значительным начальным дифферентом - к росту гидродинамического сопротивления судна, что его выгодно отличает от прототипа.