ГИБРИДНОЕ ОДНОКОРПУСНОЕ ГЛИССИРУЮЩЕЕ СУДНО
HYBRID SINGLE-BODY GLASSING VESSEL

Область техники
Настоящее изобретение относится, в общем, к корпусам судов и, в частности, к усовершенствованной форме гибридного корпуса для однокорпусного глиссирующего судна с гибридными характеристиками как корпусов катамаранов, так и обычных корпусов с V-образным днищем.
Уровень техники
Днища V-образных корпусов являются хорошо известными в судостроении, включая не полностью V-образные днища корпусов и полностью V-образные днища корпусов как относительно глиссирующих судов, так и судов водоизмещающего типа. Глиссирующие корпуса как однокорпусного катамарана, или иного типа обычно используются как в условиях не на несущей поверхности, так и на несущей поверхности. Известно, что весу судна не на несущей поверхности противостоит выталкивающая сила, создаваемая конфигурацией корпуса. Однако глиссирующие корпуса конструктивно исполнены также для создания значительных подъемных сил на более высоких скоростях, что позволяет скользить по поверхности воды с передней частью корпуса над поверхностью, что известно как режим «глиссирования». Когда глиссирующие однокорпусные суда находятся «на несущей поверхности» («в режиме глиссирования»), гидродинамическая подъемная сила, а не вытеснение, противодействует весу судна. Конкретные размеры, килеватость, характеристики пояса обшивки и линии «острой скулы» (места соединения днища и боковых стенок судна) корпусов весьма различаются в зависимости от типа судна. Эти характеристики могут в значительной степени воздействовать на ходовые качества, скорость и маневренность судна наряду с другими характеристиками и функциями. Такие суда включают в себя, без ограничения, судно для отдыха, прогулочные катера, яхты и скоростные моторные лодки.
По сравнению с однокорпусными судами обычные катамараны являются двухкорпусными парусными и моторными судами, в которых обычно используют два отдельных половинных корпуса с большим соотношением длины и ширины судна, которые отделены друг от друга центральной платформой, рулевым управлением, каютой для пассажиров или рубкой. Катамараны весьма отличаются по размеру, оснащению парусами и/или двигателем и известны в данной области техники. Катамараны обладают преимуществами в качестве судов для отдыха из-за их предпочтительной остойчивости и скорости; однако некоторые характеристики маневренности являются недостаточными и маневренность, в целом, уступает маневренности однокорпусного судна.
Предпринимались отдельные попытки совместить характерные особенности различных известных конструкций корпуса для оптимизирования характеристик хода, управления и рабочей скорости; однако ни одна из них не имеет ни предпочтительно улучшенных характеристик управления и остойчивости однокорпусных конструкций, особенно при маневрировании, ни других преимуществ, как изложено относительно настоящего изобретения.
Например, в патенте США № 6629507 на «УСТРОЙСТВО ОСТРОЙ СКУЛЫ (МЕСТА СОЕДИНЕНИЯ ДНИЩА И БОКОВЫХ СТЕНОК СУДНА)» раскрыто устройство конструкции «острой скулы» для судна, в котором элемент «острой скулы» является соединенным с днищем корпуса по «ребру основания» и выступает в вертикальном направлении на расстоянии от корпуса судна. Криволинейный элемент соединяет уширенную кромку первой конфигурации «острых скул» с расположенными под углом элементами панели корпуса лодки. Цель такой конструкции состоит в уменьшении уровней шума и снижении скорости посредством защиты иным способом острых мест соединения днища и боковых стенок судна посредством криволинейной конфигурации. В результате уменьшен шум, но не улучшена динамика хода.
В патенте США № 6213824 на «СПОСОБ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ОСАДКИ СУДНА» проиллюстрирован корпус лодки, предусматривающий конструкцию для уменьшения осадки судна и содержащий своеобразные туннели, которые являются открытыми книзу в одной части и проходят продольно в пределах корпуса, чтобы создавать «наклонные проходы» для частей корпуса, расположенных ниже в кормовой части судна. Суперкавитирующий гребной винт установлен с местоположением в кормовой части туннеля. Наклонный проход определяется в поперечном сечении как канал, который открывается книзу и может быть в общем прямоугольным. Входное отверстие наклонного прохода становится несущей поверхностью для судна. Изобретение претендует на то, что улучшена эксплуатация судна на мелководье без недостатка, обычно связанного с небольшой осадкой систем приводов или водометов. В то время как туннель с осевым гребным винтом может уменьшать тягу и сопротивление, судно содержит один стандартный V-образный корпус и, таким образом, может иметь характеристики управляемости ниже, чем заданные.
В патенте США № 4492176 на «КОРПУС СУДНА» проиллюстрирована конструкция для корпуса судна, содержащего пару поясов обшивки, которые выступают в обратном направлении от транца судна с заданной целью улучшения возможности глиссирования. Полосы обшивки содержат внутренние поверхности, которые, предполагается, способствуют боковому обтеканию со скольжением судна, и в патенте изложены переменные соотношения длины и ширины оптимальной конструкции. В то время как может быть отмечено некоторое расширение эксплуатационных возможностей посредством такой конструкции, все же такое традиционное днище V-образного корпуса испытывает недостаток требуемой остойчивости в определенных условиях.
В патенте США № 5191853 описан корпус ступенчатой формы для глиссера, у которого кормовая часть имеет положительный балансировочный угол, а носовая часть имеет или плоский или положительный балансировочный угол, причем угол носовой части меньше угла кормовой части. Корпус также содержит непосредственно позади редана (уступа) участок, который сообщается с атмосферой посредством воздушных каналов, граничащих с уступом выше ватерлинии для уменьшения сопротивления (среды) на скоростях до выхода в режим глиссирования, когда редан полностью погружен в воду. Воздушные каналы расположены не в продольном направлении, и вентиляционное сообщение фактически происходит через корпус. Что касается традиционных конструкций корпуса ступенчатого типа, киль корпуса также является ступенчатым, уменьшающим устойчивость управления на высоких скоростях.
В патенте США № 7055451 на «КОРПУС СУДНА» описано судно, содержащее пару вентиляционных отверстий, выполненных на «острой скуле» заднего участка, обеспечивающих подачу воздуха к днищу судна. Однако согласно данному патенту это просто вентилируемый карман, дополняющий традиционную форму V-образного корпуса, и он не имеет конфигурации половинного бортового выступа (или спонсона), которая в противном случае улучшила бы статическую и динамическую возможности корпуса, как описано в настоящем изобретении.
Другие примеры отдельных особенностей корпуса содержатся в патенте США № 3996869, который содержит ограниченные бортовые выступы, которые не встроены в корпус по всей длине, и в патенте США № 4192248, в котором описаны ограниченные, весьма узкие бортовые выступы только в носовых частях корпуса. Бортовые выступы согласно упомянутым изобретениям не используются для выполнения подъема так, чтобы создавать аэрируемый туннель внизу корпуса, и соответственно конструкции осуществлены весьма с небольшими преимуществами остойчивости.
В публикации JP 6-227478 описана конструкция корпуса, содержащая переднюю ступенчатую часть, киль, ориентированный в продольном направлении, поперечное подводное крыло и боковые корпуса типа «катамаран». В результате корпус получает остойчивость посредством более мелких половинных корпусов с подводным крылом, соединяющим половинные корпуса, с подводным крылом, создающим подъемную силу глиссирования.
Также на рынке существует ряд моделей с плоским днищем и лодки типа «jon», которые обычно являются «более остойчивыми» (уменьшенные движения крена вне режима глиссирования). Обычно они имеют в плоскости прямоугольную форму корпуса. Хотя такие конструкции вне режима глиссирования являются до некоторой степени остойчивыми, данные конструкции испытывают очень резкое ускорение в неблагоприятных условиях и могут использоваться подходящим образом только на очень спокойной воде. Кроме того, такие прямоугольные корпуса имеют затруднения в удерживании устойчивого курса из-за недоработки по гидродинамике предлагаемого V-образного корпуса.
Следовательно, существует определенная потребность в усовершенствованной конструкции корпуса, которая повышает общую характеристику и качество хода глиссирующего V-образного корпуса. Такие суда зачастую испытывают значительные движения крена из-за перемещения веса пассажиров не в режиме глиссирования. Также существует тенденция к крену (наклон к центру поворотного круга) в поворотах на высокой скорости. Эти два движения крена имеют тенденцию создавать дискомфорт для пассажиров судна, относительно чего направлено настоящее изобретение для сведения к минимуму или исключению.
Настоящее изобретение, следовательно, направлено на эффективное решение вышеупомянутых проблем и недостатков техники известного уровня. Однако принимая во внимание существующие в настоящее время конструкции корпусов согласно известным изобретениям, для лиц, не являющихся специалистами в соответствующей области техники, не было очевидным, каким предпочтительным способом можно удовлетворить определенные потребности и как разработать гибридный корпус с конструктивными и функциональными особенностями, изложенными в данном документе.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении рассмотрена форма гибридного корпуса для однокорпусных глиссирующих судов, обеспечивающая оптимальные характеристики скорости и управляемости. В различных вариантах осуществления изобретения в форме корпуса учтены особенности и корпусов катамаранов и обычных V-образных корпусов. Основное различие заключается в использовании половинного бортового выступа вдоль всего днища корпуса. Он до некоторой степени имитирует действия по обеспечению остойчивости глиссирующего катамарана (небольшие углы крена в поворотах и т. д.), сохраняя эксплуатационные качества традиционного корпуса с V-образным днищем. Большинство однокорпусных конструкций, обеспечивающих остойчивость, просто имеют увеличенную траверсу (ширину) или имеют уменьшенную килеватость (угол днища корпуса выше горизонтальной плоскости). Данная конструкция гибридного корпуса обеспечивает судну более высокую остойчивость, чем традиционные V-образные корпуса с приемлемой шириной корпуса, и без принесения в жертву - килеватость днища, что является критичным для ровного хода.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения представлен корпус с формой глиссирующего судна, содержащий V-образную центральную часть и два половинных бортовых выступа, в котором половинные бортовые выступы расположены по обеим сторонам центральной части и проходят по всей длине формы корпуса. Центральная часть и половинные бортовые выступы, каждый, определяют поверхность скольжения, обеспечивая, таким образом, сочетание преимуществ V-образного одинарного корпуса и конструкции катамарана. В некоторых вариантах осуществления изобретения центральная часть содержит центральный угол килеватости, а каждый из половинных бортовых выступов содержит угол килеватости бортового выступа. Центральная часть и каждый из упомянутых половинных бортовых выступов ограничен продольным уступом по упомянутой форме корпуса судна. В некоторых вариантах осуществления половинные бортовые выступы проходят ниже V-образной центральной части.
Соответственно задачей настоящего изобретения является создание новой формы конструкции корпуса судна, подходящей для однокорпусного глиссирующего судна.
Другой задачей настоящего изобретения является создание формы гибридного корпуса с улучшенными конструктивными и функциональными качествами, содержащего компоненты и корпусов катамарана, и традиционных корпусов с V-образным днищем.
Другая задача настоящего изобретения состоит в создании формы гибридного корпуса, который имеет преимущества значительно улучшенного хода, управляемости и в характеристиках маневренности, и на низких и на высоких скоростях.
Другой задачей настоящего изобретения является улучшение характеристик однокорпусного судна посредством объединения возможностей катамарана по обеспечению остойчивости, прежде не зарегистрированных в известной области техники.
В соответствии с этими и другими задачами, которые очевидны из нижеследующего, настоящее изобретение описано с конкретной ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в перспективе одного варианта осуществления формы гибридного корпуса судна согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2 - вид в перспективе сзади варианта осуществления формы гибридного корпуса судна согласно настоящему изобретению.
Фиг. 3 - схематическое изображение в поперечном разрезе кормовой части корпуса судна по одному варианту осуществления гибридного корпуса судна согласно настоящему изобретению.
Фиг. 4 - детальное схематическое изображение в поперечном разрезе гибридного корпуса судна согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, показанного относительно ватерлинии.
Фиг. 5 - таблица характеристик восстанавливающего момента корпуса судна согласно настоящему изобретению, сопоставляемых с другими типовыми формами однокорпусного судна.
Фиг. 6A - диаграмма, отображающая угол крена и время инициирования поворота для типовой конструкции одинарного корпуса; и
фиг. 6B - диаграмма, отображающая угол крена и время инициирования поворота для корпуса судна настоящего изобретения, показывающего значительное улучшение по сравнению с изображением на фиг. 6A.
Подробное описание изобретения
Вид в перспективе одного варианта осуществления формы гибридного корпуса судна показан на фиг. 1. Форма 10 корпуса судна обычно содержит носовую часть 11 и кормовую часть 12. Форма 10 корпуса судна обычно содержит V-образную центральную секцию 13 и расположенные по обеим противоположным сторонам половинные бортовые выступы 14 и 15. Половинные бортовые выступы 14 и 15 расположены по обеим сторонам центральной части 13 и проходят по всей длине формы 10 корпуса судна для повышения остойчивости формы 10 корпуса судна. Половинные бортовые выступы 14 и 15, в некоторых вариантах осуществления изобретения, сконфигурированы в виде поверхностей скольжения катамарана и служат в качестве несущих поверхностей. Половинные бортовые выступы 14 и 15 по всей длине обеспечивают существенное преимущество для успокоения крена судна с формой 10 корпуса, при этом делая возможным обеспечение эффективности использования V-образной центральной секции 13. Это происходит потому, что, в отличие от существующего судна-катамарана, центральная часть 13 формы 10 корпуса судна при этом сохраняет контакт с поверхностью воды. Таким образом, настоящее изобретение уникальным образом объединяет преимущества V-образного корпуса судна и корпуса судна-катамарана в одной высокоэффективной форме 10 корпуса судна.
Согласно виду в перспективе сзади формы 10 корпуса судна с фиг. 2, центральный угол α килеватости V-образной центральной части 13 может изменяться в зависимости от тоннажа и габаритов судна и заданной управляемости и рабочих характеристик. Аналогично угол β килеватости бортового выступа может изменяться в зависимости от тоннажа и габаритов судна и заданной управляемости и рабочих характеристик. Таким образом, половинные бортовые выступы 14 и 15 действуют в качестве глиссирующих катамаранов, имеют угол β килеватости бортового выступа по всей линии «острых скул» 14' и 15' соответственно.
На фиг. 3 показано изображение формы 10 корпуса судна в поперечном разрезе согласно настоящему изобретению. Также показана V-образная центральная часть 13 и бортовые выступы 14 и 15 по обеим сторонам. Также показаны «острые скулы» 14' и 15', ограничивающие концевую сторону или режущую кромку глиссирующих половинных бортовых выступов 14 и 15. Переходной участок между V-образной центральной частью 13 и половинными бортовыми выступами 14 и 15 ограничен уступами 13' у кромки каждой стороны центральной части 13. Ступенчатые элементы 13' расположены в продольном направлении по всей длине формы 10 корпуса судна, как показано на фиг. 1-3.
На фиг. 4 показан более детально вид в поперечном разрезе другой формы 10 корпуса судна согласно настоящему изобретению. Форма 10 корпуса судна здесь показана относительно статической ватерлинии 17. В некоторых вариантах осуществления изобретения половинные бортовые выступы 14 и 15 проходят книзу с углом места ниже самой нижней точки центральной части 13. Как упоминалось, форма 10 корпуса судна, согласно настоящему изобретению, сконфигурирована таким образом, что все три рабочие поверхности, то есть центральная часть 13 и половинные бортовые выступы 14 и 15 остаются в контакте с водой по всей рабочей зоне судна. Это делает возможным обеспечивать судну характеристики управляемости обычной однокорпусной конструкции с сохранением динамической и статической остойчивости, присущей конструкции катамаранов.
В частности, форма корпуса судна, согласно настоящему изобретению, улучшает ходовые качества и остойчивость посредством придания определенной формы для уменьшения крена судна и во время хода с глиссированием и без глиссирования. В отличие от обычного однокорпусного судна или катамарана форма 10 корпуса судна настоящего изобретения обеспечивает три отдельных участка поверхности скольжения, центральную часть 13 и половинные бортовые выступы 14 и 15, отделяемые уступами 13'. Когда судно, использующее форму 10 корпуса согласно настоящему изобретению, находится не на несущей поверхности благодаря расположенным по двум сторонам половинным бортовым выступам 14 и 15, распределение рабочего объема формы 10 корпуса судна сосредотачивается дальше от борта по сравнению с традиционной V-образной конструкцией корпуса. Это приводит к увеличению восстанавливающего момента/степени формы 10 корпуса судна, придавая судну ощущение большей остойчивости на низких скоростях. В положении на несущей поверхности расположенные по обеим сторонам половинные бортовые выступы 14 и 15 формы 10 корпуса судна, согласно настоящему изобретению, обеспечивают возможность судну совершать поворот с уменьшенным углом крена (то есть с наклоном внутрь или с расположением судна под углом к центру изгиба) по сравнению со стандартными судами с V-образным корпусом аналогичного размера. В этом плане судно, однако, действует подобно однокорпусной конструкции при повороте и не совершает крен в направлении наружу от центра наклона, как обычно это выполняет большинство катамаранов.
Эмпирические данные показывают, что восстанавливающий момент формы 10 корпуса судна настоящего изобретения является намного более значительным, чем у конструкций корпуса стандартной формы. Восстанавливающий момент является прямым показателем стремления судна сопротивляться движению крена при отклонении, то есть в рабочем режиме «не на несущей поверхности». Более высокий восстанавливающий момент указывает на увеличение сопротивления движению крена, и, следовательно, остойчивость и комфорт являются лучше. На фиг. 5 представлен пример сравнения настоящего изобретения, обозначенного как «Элемент 160», с тремя другими однокорпусными конструкциями. В некоторых конфигурациях у объекта настоящего изобретения восстанавливающий момент составляет больше чем в два раза по сравнению с однокорпусными конструкциями аналогичных габаритов.
При действии «на несущей поверхности» подъемная сила, создаваемая половинными бортовыми выступами 14 и 15, уменьшает максимальный угол крена, достигаемый во время маневрирования, по сравнению с аналогичными по размерам V-образными корпусами. Угол крена, создаваемый при поворотах на высокой скорости, не только уменьшается, но и приводит к увеличению крена по углу, занимая при этом больше времени. На фиг. 6A и 6B отображено сравнение формы 10 корпуса судна (настоящего изобретения) с аналогичным по размеру стандартным одинарным корпусом судна во время левого поворота на высокой скорости на «несущей поверхности». Уменьшение угла максимального крена и более длинный переходный участок формы 10 корпуса уменьшают силы, воздействующие на пользователя во время маневрирования. Тестирование показывает, что настоящая форма 10 корпуса (названного «Bayliner 160 Element» на фиг. 6B) уменьшает угол максимального крена во время выполнения поворотов, по меньшей мере, на 33% по сравнению с традиционным однокорпусным судном аналогичных габаритов и силовых установок (названного «Bayliner 160 ОВ» на фиг. 6A). Кроме того, время между началом выполнения поворота и достижением угла максимального крена увеличено приблизительно от 1 секунды до 12 секунд. Это создает очень устойчивый, ровный и предсказуемый навык пользователя, без внезапных движений крена даже во время резких маневров. Соответственно преимущества формы 10 корпуса судна, согласно настоящему изобретению, являются очевидными и существенными по сравнению с традиционными однокорпусными конструкциями.
Следует учитывать, что относительный размер и форма судна, построенного в соответствии с формой 10 корпуса, согласно настоящему изобретению, могут быть изменены в зависимости от общих характеристик конструкции без выхода за пределы существа и объема настоящего изобретения. Кроме того, форма 10 корпуса судна в соответствии с настоящим изобретением может содержать многообразие материалов, которые могут быть пространственно расположены в качестве бортового, наружного или бортового/наружного оборудования судна без выхода за пределы существа и объема. Упомянутые материалы также являются предметом изобретения, хотя настоящее изобретение является особенно применимым для производства известного в данной области техники стандартного корпуса из стекловолокна.
Настоящее изобретение показано и описано в данном документе в качестве одного из вариантов наиболее практичного и предпочтительного осуществления изобретения. Однако является признанным, что отступления могут быть осуществлены без выхода из объема изобретения и что очевидные модификации могут быть выполнены специалистом в данной области техники.