МНОГОКОРПУСНОЕ СУДНО

Полезная модель относится к области судостроения, а именно к разработке многокорпусных судов с заглубленными корпусами и малой площадью ватерлинии.
Эволюция технических решений в области судостроения всегда отражала стремление к созданию судна, обладающего при заданной скорости возможно более низкой потребностью в топливе, хорошей мореходностью, т.е. умеренными качкой и потерей скорости на волнении, высокой комфортабельностью (что предполагает увеличенную площадь палуб надстройки, низкие ускорения при качке на волнении, минимальный уровень шума и вибрации).
Одно из направлений развития водоизмещающих судов составили многокорпусные суда. Наибольшее распространение получили двухкорпусные суда - катамараны и, в меньшей степени, трехкорпусные суда - тримараны (последние, в основном, в качестве океанских спортивных парусников).
В числе катамаранов выделились варианты с двумя полупогруженными корпусами, каждый из которых образован полностью погруженным обтекаемым корпусом (гондолой), соединенным посредством вертикальных стоек, пересекающих поверхность воды, с надводной платформой, на которой размещен блок надстроек.
Конструктивная схема судна с одним заглубленным корпусом впервые защищена патентом в 1880 г. Особенностью этого решения было применение резко зауженной действующей ватерлинии, в результате чего поперечные сечения судна приобретали каплеобразную форму (A Brief Chronology of Swath Development, Интернет-сайт www/swath.com/history. htm).
Английский патент 1946 г.содержал идею применения двух глубоко погруженных корпусов с надводной соединительной платформой (A Brief Chronology of Swath Development, Интернет-сайт www/swath.com/history.htm)
Схема полупогруженного двухкорпусного судна получила развитие в американском патенте 1969 г., защитившем схему, которая с целью уменьшения волновой составляющей сопротивления предусматривала, в частности, разделение каждого заглубленного корпуса на два, расположенных в эшелонном порядке (см. US №3447502, МПК В63В 1/40, 1969 г.).
Развитием этой конструкции была установка системы подводных крыльев, на погруженных корпусах для стабилизации движения судна на высоких скоростях (см. US №3623444, МПК В63В 1/10, 1971 г.). Кроме того, указанный патент содержит, в частности, положения о том, что морское судно, остойчивое статически и динамически, включает: по меньшей мере, две стойки, пересекающие поверхность воды, поперечные и продольные расстояния между которыми таковы, что обеспечивают судну поперечную и продольную остойчивость и устойчивость на курсе; балластные цистерны, расположенные в каждом из погруженных корпусов, обеспечивающие судну, путем приема и откачки воды, изменение осадки; также с целью обеспечения остойчивости и устойчивости на курсе в конструкции судна предусмотрена множественная система стоек.
Число технических решений, относящихся к трехкорпусным судам - тримаранам и, тем более, полупогруженным, значительно меньше. Известны лишь единичные патенты. К ним относятся патенты 1930 и 1971 г.г., где упомянута трехкорпусная схема. Исследованиями 1980-ых годов установлено, что указанная схема имеет существенные преимущества по сравнению с двухкорпусной при сравнении зависимостей мощности главных двигателей от скорости для судов одного и того же водоизмещения. Показано, что тримараны обеспечивают значительное снижение волнового сопротивления (не менее чем в 2 раза, на расчетной скорости), правда, ценой увеличения сопротивления трения (на 15%). Тем не менее, в результате это дает почти 20% экономии мощности (Tri-Hull Development, Интернет-сайт www/swath.com/ history.htm).
Как двухкорпусные, так и трехкорпусные суда реализуют, в первую очередь, идею т.н. «эффекта избежания», т.е. снижения волнового сопротивления путем удаления водоизмещающих объемов от водной поверхности. По этой же причине достигается уменьшение качки, поскольку возмущающие силы от морского волнения с заглублением объемов уменьшаются, а интенсивная качка смещается в зону волнения с большими периодами, которое встречается относительно редко (имеет малую повторяемость). Кроме того, в случае тримарана при продольном сдвиге центрального корпуса относительно боковых возникает т.н. «эффект нейтрализации», т.е. благоприятного взаимодействия (интерференции) волновых систем, создаваемых погруженными корпусами.
Известно многокорпусное судно в котором подводная часть судна образована тремя погруженными поплавками (эквивалентами гондол) - одним центральным и двумя боковыми с определенными количественными соотношениями их размеров, причем боковые поплавки выполнены с балластом (см. RU №2084368, МПК В63В 1/10, 1997 г.). Указанный патент не реализует потенциальные возможности использования «эффекта нейтрализации» с учетом влияния множественности стоек.
Известно также многокорпусное судно, содержащее, как минимум два полностью погруженных обтекаемых корпуса, соединенных посредством вертикальных стоек, пересекающих поверхность воды, с надводной платформой, причем система обтекаемых корпусов и вертикальных стоек симметрична относительно продольной оси судна (см. RU №2287448, МПК В63В 1/10, В63В 1/40, 2005 г.).
Недостаток известного технического решения предопределяется схемой решения задачи обеспечения мореходности судна - за счет сохранения заданного положения (стабилизации) платформы судна над уровнем водной поверхности путем изменения объема гондол (для этого в каждом модуле смонтированы надувные эластичные емкости с возможностью изменения их объема при качке судна) и, тем самым, соответствующего изменения общего погруженного объема и осадки судна. Таким образом, в известном решении, при качке сохраняют метацентрическую высоту судна, что чревато ее большим размахом, кроме того такая конструкция может быть работоспособной только при сравнительно малых водоизмещениях, поскольку скорость изменения плавучести дополнительных емкостей их наддувом воздухом, зависит от производительности воздухонагнетающих средств и может быстро осуществляться только при небольших отношениях этого параметра к объему воздушных емкостей. Таким образом использование известного технического решения не может обеспечить хорошие мореходность и остойчивость многокорпусного судна. Кроме того, управляемость такого судна осложнена сравнительно малой (по сравнению с шириной судна) шириной вертикальных стоек, которые фактически «работают» как перо руля ориентированное вдоль продольной оси судна.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель выражается в повышении мореходности, остойчивости многокорпусного судна и его управляемости.
Технический результат полезной модели проявляется в повышении мореходности, остойчивости многокорпусного судна и его управляемости. Кроме того, обеспечивается возможность повышение скорости судна, при этом, благодаря узкой части корпуса в районе ватерлинии, судно способно преодолевать высокие волны, проходя сквозь них (не преодолевая их всей поверхностью корпуса). При этом направление волн существенно не влияет на качку судна. Дополнительную остойчивость обеспечивает большая ширина подобного судна. При этом обеспечивается возможность регулирования режима движения судна: при отсутствии волнения оно ведет себя как водоизмещающий катамаран с высокой скоростью, экономичностью и с небольшой осадкой; в штормовых условиях прием водяного балласта, заглубляет обтекаемые корпуса ниже уровня волнения и превращает катамаран (тримаран, тетрамаран) в судно с малой площадью ватерлинии. Кроме того, установка балластных цистерн позволит частично скомпенсировать низкую грузоподъемность (изменяя уровень балласта в цистернах можно принимать больше груза, чем традиционное судно с малой площадью ватерлинии) и позволяет изменять осадку судна в зависимости от необходимых условий (например при подходе к мелкому пирсу в закрытой гавани можно полностью осушить балласт и уменьшить осадку до минимума, а при швартовке к глубоководному пирсу в условиях сильного волнения или при швартовке к крупному судну в штормовых условиях возможно заполнить балластные цистерны на 100%, опустить корпуса судна ниже уровня волнения и стабилизировать судно. Кроме того, наличие дополнительных движителей упрощает маневрирование судна, которое можно перемещать перпендикулярно продольной оси. Кроме того, обеспечивается возможность изготовление конструкций судна отдельными модулями, позволяет транспортировать модули на значительные расстояния и с наименьшими затратами собирать судно в месте непосредственно спуска на воду.
Для решения поставленной задачи, многокорпусное судно, содержащее, как минимум два полностью погруженных обтекаемых корпуса, соединенных посредством вертикальных стоек, пересекающих поверхность воды, с надводной платформой, причем система обтекаемых корпусов и вертикальных стоек симметрична относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось судна, отличается тем, что носовые кромки вертикальных стоек выполнены острыми, причем, обтекаемые корпуса снабжены средствами балластировки, кроме того, в обтекаемых корпусах, размещенных симметрично относительно продольной оси судна, размещены энергетические установки, снабженные движителями, при этом, внешние погруженные обтекаемые корпуса снабжены дополнительными движителями, размещенными в горизонтальных сквозных поперечных каналах, предпочтительно, выполненных в носовой и кормовой частях этих обтекаемых корпусов, причем, нижним участкам надводной платформы, расположенным между вертикальными стойками, придана килеватая форма и общий наклон к корме, кроме того, обтекаемые корпуса, вертикальные стойки и надводная платформа жестко соединены посредством разъемных соединений. Кроме того, при количестве обтекаемых корпусов большем двух, высота части стоек отличается от высоты остальных. Кроме того, средства балластировки включают балластные цистерны и средства приема-удаления забортной воды. Кроме того, надводная платформа, выполнена из нескольких, предпочтительно продольных секций, соединеных друг с другом посредством разъемных соединений. Кроме того, по длине обтекаемого корпуса, размещено, как минимум две вертикальных стойки. Кроме того, отношение ширины стоек к расстоянию между их продольными осями составляет от 0,05 до 0,14.
Сравнение совокупности признаков заявленного решения с признаками аналогов и прототипа подтверждает его соответствие критерию "новизна".
При этом, совокупность признаков заявленного решения обеспечивает повышение мореходности, остойчивости многокорпусного судна и его управляемости.
На фиг.1 показан вид судна сбоку; на фиг.2 показан вид судна спереди; на фиг.3-4 даны возможные компоновки многокорпусного судна; на фиг.5 схематически показано устройство погруженных обтекаемых корпусов.
На чертежах показано многокорпусное судно в варианте катамарана, при этом показаны, два полностью погруженных обтекаемых корпуса 1, соединенных посредством вертикальных стоек 2, пересекающих поверхность воды 3, с надводной платформой 4, причем система обтекаемых корпусов и вертикальных стоек симметрична относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось 5 судна, средства балластировки, выполненные известным образом, включающие балластные цистерны 6 и средства приема-удаления забортной воды 7 (источник сжатого воздуха и насосы, снабженные соответствующими трубопроводами и клапанами - на чертежах не показаны), обеспечивающие прием забортной воды в балластные цистерны 6 и сброс ее обратно. Кроме того, показаны энергетические установки 8, снабженные движителями 9, дополнительные движители 10 (например, выполненные в виде гондол, снабженных винтами с электроприводом) размещенные в горизонтальных сквозных поперечных каналах 11, предпочтительно, выполненных в носовой и кормовой частях соответствующих обтекаемых корпусов 11. Также показан, нижний участок 12 надводной платформы 4, расположенный между вертикальными стойками, которому придана килеватая форма и общий наклон к корме. Кроме того, показаны рули 13, надстройки 14 и плоскости разъема 15 конструкции судна (на обтекаемые корпуса, вертикальные стойки, надводную платформу и надстройку), которые соединены друг с другом жестко, посредством разъемных соединений. Надводная платформа 4, в свою очередь, также может быть выполнена из нескольких, предпочтительно продольных секций, также соединенных друг с другом жестко, посредством разъемных соединений (такое может быть целесообразно при большой ширине надводной платформы 4). Кроме того, по длине обтекаемого корпуса 1, может быть размещено несколько, как минимум две, вертикальных стойки 2. Отношение ширины стоек к расстоянию между их продольными осями составляет от 0,05 до 0,14, при этом меньшие значения диапазона соответствуют судам с большими размерениями, а большие соответствуют малотоннажным судам.
При необходимости, судно изготавливают на судостроительном предприятии, достаточно далеко удаленном от бассейна, где судно будет эксплуатироваться, при этом конструкцию судна изготавливают отдельными модулями, размеры которых позволяет их транспортировать на значительные расстояния и с наименьшими затратами собирать судно в месте непосредственно спуска на воду. При этом сборка сводится к соответствующему стыкованию соединяемых узлов и жесткому скреплению их посредством разъемных соединений, типа болтов. При необходимости на стыкуемых поверхностях размещают герметизирующие прокладки (на чертежах не показаны).
Многокорпусное судно работает следующим образом.
При малом волнении судно эксплуатируют как водоизмещающий катамаран с высокой скоростью, экономичностью и с малой осадкой (при этом балластные цистерны 6 погруженных обтекаемых корпусов 1) пусты. При этом, благодаря малой ширине корпуса в районе ватерлинии, судно способно преодолевать высокие волны, проходя сквозь них (прорезая, а не преодолевая их всей поверхностью корпуса). В штормовых условиях в балластные цистерны 6 принимают водяной балласт, заглубляя обтекаемые корпуса 1 ниже уровня волнения, что превращает катамаран (тримаран, тетрамаран) в судно с малой площадью ватерлинии. Конечно, из-за увеличенной смоченной поверхности корпуса скорость судна снизится, но при этом все равно останется недостижимо высокой для других типов корпусов при аналогичном волнении моря. При этом, размах качки уменьшается еще и из-за больших присоединенных масс воды «в которые упираются» боковые поверхности вертикальных стоек 2.
При встрече с волнением предельной интенсивности, когда высота волны превышает высоту стоек, судно имеет возможность перейти в режим штормования, погрузившись на полную высоту стоек после полного приема балласта. В этом случае килеватая форма нижней части 12 платформы 4 способствует снижению нагрузок при соударении с поверхностью воды.
При необходимости изменения осадки судна, например при подходе к пирсу, размещенному на мелководном участке закрытой гавани можно полностью осушить балласт и уменьшить осадку до минимума, а при швартовке (к глубоководному пирсу в условиях сильного волнения к крупному судну в штормовых условиях) можно заполнить балластные цистерны, опустить обтекаемые корпуса 1 судна ниже уровня волнения и стабилизировать судно. При необходимости маневрирования в стесненных условиях используют дополнительные движителей 10, которые упрощает маневрирование судном, за счет формирования дополнительного вектора тяги, который обеспечивает возможность перемещения судна перпендикулярно продольной оси 5.
Наклон к корме нижнего участка 12 надводной платформы 4, расположенного между вертикальными стойками 2, способствует дополнительному снижению осадки на больших скоростях движения вперед (за счет возникновения, подъемной силы, направленной противоположно весу судна).