СУДНО
SHIP

Изобретение относится к области водного транспорта и может быть использовано при проектировании, строительстве, эксплуатации кораблей и судов.
Известны однокорпусные водоизмещающие суда с острыми корпусами, для которых характерна плохая поперечная остойчивость. Для обеспечения остойчивости судна при дальнейшем повышении отношения длины корпуса к ширине по КВЛ с целью повышения скорости и мореходности приходится переходить к многокорпусной схеме (Например, "Си Кэт", тримаран "Айлэн Вояджер", см. журнал "Катера и яхты" №2/1990 и №1/1991, R Triton, см. журнал Ship's GEAR, YARDS&SERVIS, ноябрь, 2002).
Известны суда, использующие принцип глиссирования. Скоростные характеристики глиссеров зависят от погодных условий и резко падают при эксплуатации на волнении.
Известны аппараты, использующие динамическую воздушную подушку, - экранопланы, движущиеся с большой скоростью (более ста километров в час) над поверхностью воды. Для экранопланов характерна низкая по сравнению с судами грузоподъемность, высокая шумность воздушных двигателей и движителей и высокая степень риска при эксплуатации.
Известен глиссирующий катер "Си Рейдер". Катер с воздушной разгрузкой был построен в Японии (Н.И.Белавин. Экранопланы. Л., Судостроение, 1977, с.131). Корпус катера представляет собой глиссирующую моторную лодку длиной 4,7 м, шириной 0,9 м. В кормовой части на уровне палубы установлены два воздушных крыла V-образной формы и размахом 3,2 м. На концах крыльев установлены небольшие надводные поплавки, которые могут входить в воду только в случае большого крена и только поочередно. Кроме того, крыло снабжено управляемым закрылком, угол атаки которого позволяет поддерживать дифферент в зависимости от нагрузки катера, скорости и состояния моря. Недостатки этого катера - плохая поперечная остойчивость на плаву, ограниченная мореходность, то есть недостатки, характерные для глиссеров.
В качестве ближайшего аналога принято судно по патенту US 6732672 В1, МПК В63В 1/16, опубликованному 11.05.2004 г. Судно включает корпус на воздушной смазке, воздушные крылья с поплавками на концах, энергетическую установку, движительно-рулевой комплекс, помещения для экипажа и пассажиров или для размещения вооружения. Указанному судну свойственны вышеперечисленные недостатки.
Целью данного изобретения является создание конструкции, обеспечивающей необходимую остойчивость судна при его высокой скорости и одновременно более высокую мореходность по сравнению с известными.
Указанная цель достигается тем, что корпус судна выполнен водоизмещающим с острой ватерлинией и шпангоутами в форме усеченной параболы, в корме шпангоуты сопряжены с нижней плоскостью воздушного крыла, днище корпуса имеет нишу в форме двугранного угла для заполнении ее воздухом, воздух для аэрации днища поступает через щели на задней кромке крыла, воздушное крыло предельно сдвинуто в корму, имеет стреловидную форму в плане, а нижняя плоскость крыла сопряжена с боковыми поверхностями поплавков, при этом поплавки выполнены глиссирующими и снабжены поперечными реданами. Кроме того, для обеспечения устойчивости на курсе судна поплавки установлены под углом к диаметральной плоскости корпуса судна.
Предлагаемое судно имеет неизвестную ранее гидродинамическую схему, конструкцию и архитектуру. Расчеты показывают его высокую эффективность при эксплуатации на волнении моря до шести баллов.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1, 2 и 3 приведены соответственно вид сбоку, вид сверху и вид с носа.
Предлагаемый тип судна включает в себя следующие элементы: острый корпус 1, внутри которого установлен главный двигатель 2, приводящий во вращение винт 3, воздушные крылья 4, предельно смещенные в корму и имеющие значительную площадь несущей поверхности. На концах крыльев смонтированы поплавки 5, высота которых обеспечивает погруженное состояние поплавков в режиме плавания и выход из воды при движении судна с расчетной скоростью. Помещение для экипажа 6 и помещение для вооружения 7 размещены в корпусе 1.
Конструкция работает следующим образом:
- в начале разгона судно имеет конструктивный дифферент на корму, который задает увеличенный угол атаки воздушного крыла и глиссирующих поверхностей поплавков; таким образом, облегчается выход на крейсерский режим;
- когда судно наберет расчетную скорость, на него подействует гидроаэродинамическая сила, точка приложения которой смещена в корму от центра масс; момент от действия пары сил веса и гидродинамических приведет к выравниванию корпуса и частичному выходу поплавков из воды;
- остойчивость судна на крейсерском режиме обеспечивается наличием динамической воздушной подушки под крылом и гидродинамических сил на поплавках; при незначительных наклонениях крыла происходит усиление экранного эффекта, а на погруженный поплавок воздействует дополнительный восстанавливающий импульс;
- для обеспечения устойчивости на курсе судна поплавки установлены под небольшим углом к ДП;
- высокая скорость на волнении обеспечивается особо острыми формообразованиями в носовых оконечностях корпуса и поплавков, а также обтекаемой и герметичной конструкцией надстройки; при движении на скорости более 100 км/ч судно острым носом прокалывает волну, не успевая вследствие инерции реагировать на циклические изменения гидростатических сил поддержания.
Судно проектируется со смещением центра масс в корму, благодаря чему на плаву присутствует конструктивный дифферент на корму 1-4° (меньшее значение угла дифферента соответствует крупным судам). Особо острый корпус (отношение длины к ширине L/B=10-20) не может обеспечить поперечную остойчивость судна без дополнительных средств. Поэтому на концах крыльев установлены поплавки, которые в режиме плавания судна погружены в воду, что обеспечивает судну остойчивость на стоянке. Конструктивный дифферент в начале задает увеличенный угол атаки воздушных крыльев, глиссирующих поверхностей корпуса и поплавков, что облегчает выход на крейсерский режим без применения закрылков. Когда судно набирает расчетную скорость, на него действуют гидродинамические силы, равнодействующая которых направлена вверх и приложена в ДП со смещением в корму от центра масс, что приводит к выравниванию корпуса и частичному выходу его и поплавков из воды. Остойчивость судна при движении обеспечивается наличием динамической воздушной подушки под крыльями и гидродинамических сил на корпусе. При незначительных наклонениях происходит усиление экранного эффекта под крылом, приближающимся к поверхности воды, и снижение эффекта под поднимающимся крылом. Таким образом, возникает восстанавливающий момент. При дальнейшем наклонении судна поплавок касается воды и под действием гидродинамических и гидростатических сил дает дополнительный восстанавливающий импульс. Для того чтобы компенсировать разворачивающий судно по курсу момент, поплавок установлен под углом к ДП судна. Для усиления поперечного стабилизирующего эффекта воздушных крыльев на ходу судна большого водоизмещения применены раздельно и автоматически управляемые закрылки.
Судно типа «Атлант» способно двигаться со скоростью 120-200 км/ч благодаря малому общему сопротивлению. Главные составляющие сопротивления движению для традиционно водоизмещающих судов - волновое сопротивление, сопротивление трения и сопротивление формы сведены до минимума. Воздушное сопротивление при обтекаемом корпусе и надстройке также невелико. Волновое сопротивление пренебрежительно мало, так как судно имеет сильно острую ватерлинию. Сопротивление трения подводной части корпуса уменьшено снижением площади смоченной поверхности и наличием воздушной смазки, разрушающей пограничный слой жидкости на смоченной поверхности. Для повышения эффективности воздушных крыльев воздух для аэрации днища отсасывается через отверстия с их верхней плоскости на задней кромке.
∞
2
3
Известно, что поток воздуха вокруг крыла создает циркуляцию, которая согласно теореме акад. Н.Е.Жуковского Y=pVГ, где V - скорость набегающего потока (м/с), Г - циркуляция скорости (м/с), р - плотность набегающего потока (кг/м).
При отсасывании воздуха с верхней поверхности крыла в районе задней кромки имеют место:
сдувание пограничного слоя;
дополнительное увеличение циркуляции на величину ЛГ, которая приводит к увеличению подъемной силы на величину ЛУ.
Высокая скорость на волнении обеспечивается особо острыми формообразованиями носовой оконечности корпуса и поплавков, а также обтекаемой и герметичной конструкцией надстройки. При движении со скоростью более 100 км/ч судно острым носом прокалывает волну, не успевая вследствие инертности реагировать на циклические изменения гидростатических сил поддержания. Неизбежная для традиционно водоизмещающих судов качка на судне типа «Атлант» практически отсутствует, что обеспечивает пассажирам и экипажу комфортность при движении с высокой скоростью по волнам. Предлагаемое техническое решение позволяет создать быстроходное судно неограниченной мореходности, различных размеров и водоизмещения, от небольшого катера до океанского лайнера.
Использованные в заявке судостроительные сокращения:
ДП - диаметральная плоскость
ОП - основная плоскость
ВЛ - ватерлиния
КВЛ - конструктивная ватерлиния
КП - кормовой перпендикуляр