БЫСТРОХОДНОЕ СУДНО
HIGH-SPEED VESSEL

Изобретение относится к судостроению и касается создания быстроходных судов. Судно имеет скулообразный транцевый корпус с брызгоотбойниками и с носовым и/или кормовым реданами. За ними от скулы до скулы установлены поворотные автоматически управляемые интерцепторы с выпуклой цилиндрической рабочей поверхностью, разделенные побортно на внутренние и наружные секции. Кормовой редан расположен в кормовом подрезе, сдвинут вперед от транца и выполнен в виде вертикальной стенки с выступающим за ее нижнюю кромку днищевым листом. Над выступающей частью днищевого листа и за его срезом вплотную к интерцептору установлено уплотнение, которое зафиксировано в зареданном пространстве с помощью жидкотекучего полимерного состава холодного отверждения. Для уменьшения осадки судна на нем за транцем установлен движительно-рулевой комплекс в виде привода Арнесона с частично погруженными гребными винтами (ЧПГВ), защищенными рулями-плавниками, расположенными перед ЧПГВ на обечайках их валов. Для уменьшения влияния каверны за выдвинутыми интерцепторами на тяговые характеристики ЧПГВ кормовой редан вынесен вперед от транца, а внутренние секции интерцепторов, предназначенные для управления дифферентом судна, выполнены с увеличенными размахами, которые полностью перекрывают в горизонтальной плоскости диаметр диска ЧПГВ, и снабжены тихоходным следящим приводом. Однако увеличение размаха внутренних секций интерцепторов в пределах корпуса судна приводит к уменьшению размаха их наружных секций и к уменьшению их эффективности по умерению бортовой качки. Сущность изобретения заключается в том, что для повышения эффективности наружных секций интерцепторов они выполнены с увеличенным размахом, выходящим на ширину брызгоотбойников за пределы нижней кромки редана кормового подреза. При этом брызгоотбойники в конце своей кормовой части перед выступающими частями интерцепторов выполнены с переменным сечением, переходящим от треугольного сечения к четырехугольному, в котором к корпусу судна приваривается поперечная вертикальная четырехугольная пластина с выступающей за ее нижнюю кромку в сторону транца полосой, совпадающей с обводами днища в сторону борта. Четырехугольная пластина по всей ширине брызгоотбойника выполнена с высотой, превышающей высоту интерцептора и его уплотнения, которое также выполнено с увеличенным размахом. Плавный переход от треугольного сечения брызгоотбойника к четырехугольному выполнен, например, на протяжении одной шпации путем замены исходной верхней пластины брызгоотбойника тремя треугольными пластинами. Два основания этих треугольных пластин совпадают с верхней и боковой кромками новой поперечной четырехугольной пластины, а третье основание - с поперечной кромкой исходной верхней пластины брызгоотбойника. При этом две вершины этих треугольных пластин лежат на концах третьего основания, а третья вершина - на пересечении верхней и боковой кромок четырехугольной пластины. Исходная нижняя пластина брызгоотбойника перед нижней кромкой четырехугольной пластины дополнена приваренной полоской и наложенным полимерным составом, выровненным заподлицо с нижней кромкой четырехугольной пластины. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении эффективности наружных секций интерцепторов по умерению бортовой качки судна.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к судостроению и касается создания быстроходных судов, оборудованных автоматически управляемыми интерцепторами и предназначенных для движения в переходном режиме и в режиме глиссирования в условиях тихой воды и значительного волнения.
В настоящее время быстроходные суда (БС) с комплексами автоматически управляемых интерцепторов (КАУИ) находят все большее применение в судостроении, поскольку они позволяют умерять качку и повышать скорость движения без увеличения мощности главных двигателей. К числу таких судов относятся, например, патрульные суда "Мираж" (Военный парад, 1999, №4 (34), с.124-126 /1/; Военный парад, 2007, №4 (82), с.56-57 /2/), которые оборудованы комплексами автоматически управляемых интерцепторов в соответствии с патентами РФ №№2108258 /3/, 2108260 /4/ и 2163554 /5/. В соответствии с указанными патентами и заявками в состав комплексов входят носовые и кормовые интерцепторы, которые шарнирно закреплены на днище судна и установлены за срезом носового зареданного выступа днища и за транцевой плитой с возможностью выдвига в поток с помощью следящего привода по сигналам системы автоматического управления. Недостатком быстроходного судна "Мираж" является то, что из-за использования в качестве движителей гребных винтов, расположенных под днищем судна, оно имеет увеличенную осадку и заниженное гидродинамическое качество. Уменьшение гидродинамического качества связано с выступающими частями, расположенными на днище: валопровод и его кронштейны, рули направления.
Известно также быстроходное судно, описанное в статье Военный парад, 2007, №4 (82), с.56-57 /2/, которое является наиболее близким аналогом изобретения и выбрано в качестве прототипа. Судно также оборудовано комплексом автоматически управляемых интерцепторов в соответствии с патентами РФ №№2108258, 2108260 и 2163554, но в отличие от БС "Мираж" в качестве движительно-рулевого комплекса на нем используется привод Арнесона с двумя ЧПГВ и кормовые интерцепторы установлены в кормовом подрезе за кормовым реданом от скулы до скулы в соответствии с патентом РФ №2108259 /6/. Это вызвано необходимостью сдвинуть кормовые интерцепторы в нос, чтобы они оказывали при работе меньшее влияние на тяговые характеристики ЧПГВ. При этом внутренние секции выполнены с увеличенным размахом, который полностью перекрывает сметаемый диск ЧПГВ, оборудованы тихоходным следящим приводом и предназначены только для управления дифферентом БС. Недостатком такого БС является то, что при ограниченной ширине кормового подреза с увеличением размаха внутренних секций интерцепторов, за которыми располагаются ЧПГВ, уменьшается размах и эффективность наружных секций интерцепторов, предназначенных для управления и стабилизации крена. При этом следует помнить, что ЧПГВ также могут перемещаться автономно в вертикальной плоскости и совместно в горизонтальной плоскости с помощью гидропривода, входящего в состав привода Арнесона, и попадать под влияние переменной по высоте каверны, появляющейся за наружными секциями кормовых интерцепторов (КИ).
Патентуемое изобретение направлено на повышение эффективности наружных секций КИ. Данный технический результат достигается тем, что у быстроходного судна, содержащего скулообразный корпус с брызгоотбойниками и кормовым подрезом, за реданом которого от скулы до скулы установлены поворотные кормовые автоматически управляемые интерцепторы с выпуклой цилиндрической рабочей поверхностью, разделенные побортно на внутренние и наружные секции, наружные секции выполнены с увеличенным размахом, выходящим на ширину брызгоотбойников за пределы нижней кромки редана кормового подреза. При этом брызгоотбойники в конце своей кормовой части перед выступающими частями интерцепторов выполнены с переменным поперечным сечением, переходящим от исходного, например, треугольного сечения к четырехугольному, с которым выполнена забортная поперечная приварная четырехугольная пластина с нижней приваренной полосой, являющейся продолжением в сторону борта днища и нижней кромки редана, и с высотой, превышающей по всей ширине брызгоотбойника высоту интерцептора. Переход от треугольного сечения брызгоотбойника к четырехугольному выполнен, например, на протяжении одной шпации и с помощью трех треугольных пластин, основания двух из которых совпадают с верхней и боковой кромками четырехугольной пластины концевого сечения брызгоотбойника, а вершины лежат на верхнем и нижнем концах поперечного сечения верхней пластины исходного треугольного брызгоотбойника соответственно. Основанием третьей переходной треугольной пластины является указанная сторона, а вершиной - точка пересечения верхней и боковой кромок четырехугольной пластины. Кроме того, в зареданном пространстве кормового подреза и четырехугольной пластины перед интерцепторами по всей их длине и высоте на расстоянии 0,2÷1,5 мм установлено концентричное уплотнение, выполненное из электроизоляционного материала, например, из фторопласта или форпласта и закрепленное на вертикальной стенке редана кормового подреза и концевой четырехугольной пластины брызгоотбойника с помощью жидкотекучего полимерного состава холодного отверждения. При этом на нижней пластине исходного брызгоотбойника, приваренной боковой стороной к борту корпуса судна с возвышением 15-30 мм над скулой и задней стороной к вышеупомянутой поперечной четырехугольной пластине, эквидистантно скуле и на расстоянии 15-30 мм от нее снизу на длине не менее одной шпации приварена треугольная пластина, не выходящая своей высотой по всей длине за обводы днища судна, а объемы, расположенные слева и справа от нее и вровень с ее высотой, заполнены пастообразным полимерным составом холодного отверждения или порошком, полученным на основе металла корпуса судна и нанесенным методом газодинамического напыления.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 на виде снизу показана кормовая часть предлагаемого судна, оборудованного кормовыми автоматически управляемыми интерцепторами и движительно-рулевым комплексом на базе привода Арнесона с ЧПГВ.
На фиг.2 по стрелке А (фиг.1) схематично изображена конструкция переходной части кормового брызгоотбойника правого борта.
На фиг.3 показан вид по стрелке Б (фиг.1 и 2) на наружную секцию кормового интерцептора правого борта.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Остроскулый корпус быстроходного судна (фиг.1) состоит из отогнутого кверху (в соответствии с /4/) днища 1 с переменной килеватостью, убывающей от носа к корме, наклонных бортов 2 и наклонного транца 3, за которым расположен движительно-рулевой комплекс в виде привода Арнесона с частично погруженными гребными винтами 4. Эти винты закреплены на затранцевых участках валов 5 и установлены в обечайках 6. В свою очередь, валы 5 и обечайки 6 шарнирно соединены с валами и обечайками, выходящими из транца, и имеют возможность отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскостях с помощью гидроцилиндров 7 и 8 соответственно. На обечайках 6 перед ЧПГВ закреплены рули-плавники 9, которые защищают винты от плавающих предметов и выполняют роль рулей направления, хотя в основном разворот по курсу и циркуляция судна обеспечивается за счет поворота валов 5 и обечаек 6 в горизонтальной плоскости с помощью гидроцилиндров 8. В кормовой части судна днище 1 выполнено с вертикальной ступенькой - реданом 10 и с образованием кормового подреза, в котором установлены автоматически управляемые интерцепторы (в соответствии с /6/), побортно разделенные на внутренние 11 и наружные 12 секции. За интерцепторами 11 и 12 по всему их размаху на расстоянии 3-5 мм, в сторону транца приварена к днищу кормового подреза антивихревая перегородка в соответствии с /5/ (не показана). Удаление редана 10 от транца 3 и размах внутренних секций интерцепторов 11 выбраны из условия оказания минимального вредного влияния каверны за интерцепторами при их работе на тяговые характеристики ЧПГВ. Днищевой редан 10 в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости судна, переходит в бортовой редан 13 (в соответствии с /3/), который может быть выполнен в виде ступеньки на борту или в виде накладки 14, установленной на обшивке борта 2 снаружи, как это показано на фиг.1. Вдоль линий стыковки днища 1 с наклонными бортами 2, т.е. вдоль скул 15 закреплены брызгоотбойники 16, которые выполнены из двух пластин - верхней 17 и нижней 18, приваренных на вертикальном удалении друг от друга к борту 2 и сваренных друг с другом. Эти две пластины между собой подкреплены кницами и в поперечном сечении образуют треугольник. Нижняя пластина 18 приваривается к борту выше линии скулы 15 на 15-30 мм, чтобы исключить сварку по сварке. Поскольку в пределах ширины реданов 10 и 13 (фиг.2) между скулами 15 увеличение размаха внутренних секций интерцепторов 11, работающих по дифференту, приводит к уменьшению размаха наружных секций 12, работающих по крену, то для повышения их эффективности они также выполнены с увеличенным размахом, выходящим на ширину брызгоотбойников 16 за пределы нижней кромки днищевого 10 и бортового 13 реданов. Для того чтобы удлиненная выступающая часть наружных секций интерцепторов 12 могла нормально работать, т.е. в убранном состоянии должна быть защищена от набегающего потока воды, а в выпущенном состоянии - тормозить поток и создавать на площадке перед интерцептором дополнительный подпор и дополнительную подъемную силу, брызгоотбойники 16 в кормовой части перед интерцепторами выполнены с переменным сечением, переходящим на длине, например, одной шпации, от исходного треугольного сечения к четырехугольному. Схематично конструктивные особенности предлагаемого брызгоотбойника показаны на фиг.2 (интерцепторы 12 и их уплотнение 19 представлены на фиг.3, на фиг.2 они отсутствуют). Вертикальный редан 10 здесь показан плоскостью ВЕДД, а бортовой редан 13 - плоскостью ШШКДШ. Площадка ДДКЗИД представляет собой выпуск днищевого листа 20 за пределы реданов 10 и 13, к нижней кромке ИЗ которого прикладывают уплотнение 19 вместе с интерцепторами 12 при их установке в зареданном пространстве и кормовом подрезе. Бортовая скула 15 представлена линией КС, а скула 21 кормового подреза - линией EE. Пространство, ограниченное плоскостями ВВГГВГВКЗГ - ДКЗИД, - это объем, занимаемый ранее ножом 22 интерцептора 12 и его уплотнением 19 (до их удлинения) после их фиксации в зареданном пространстве с помощью полимерного состава 23. После удлинения интерцепторов 12 и их уплотнения 19 на ширину брызгоотбойников указанное пространство также увеличивается и ограничивается дополнительными плоскостями: ЖЖЛЕЖ - ЖГВЕЖ - ЛКЛММОХХЖЛ - КВКЛК - ЛМНКЛ - HMMHH - OMHИO-3КННИЗ. Концевое четырехугольное сечение НММНН на фиг.2 представляет соответствующую поперечную пластину 24, которая ребром МН приваривается к борту 2 со сдвигом в нос от кромки КШ, на 15-30 мм во избежание совпадения сварочных швов. Для обеспечения необходимой прочности брызгоотбойника на переходном участке пластина 24 подкреплена сверху верхней пластиной 25 (ХЛЛММОХХ), сбоку - боковой пластиной 26 (ОМНИО) и снизу - полосой 27 (3КНННЗ). По линии ХЛ пластина 25 приваривается к борту 28 кормового подреза /со сдвигом на 15-30 мм кверху от скулы 21 (EE) во избежание близкого расположения сварочных швов/, по линии ЛЛ - к торцу бортового редана 13 (14) и по линии ЛМ - к борту 2. Следует отметить, что прямая линия ЗИ является продолжением прямой линии ИЗ, а по линии ЗК полоса 27 приваривается к боковой кромке выпуска днищевого листа 20. Угол килеватости верхней пластины 25 должен быть равен углу килеватости линии ИЗИ. Переход от треугольного сечения PPTP к четырехугольному MMHHM выполнен на протяжении, например, одной шпации с помощью трех треугольных пластин: верхней пластины 29 (MMPM), средней пластины 30 (MPPM) и боковой пластины 31 (MPHM). При практической реализации переходного узла пластины 26 и 30 могут быть выполнены в виде единой пластины, а между пластинами 25, 26 и 27 для усиления конструкции могут быть приварены дополнительные кницы (поз.46 на фиг.3). Если полоса 27 приваривается к четырехугольной пластине 24 со стороны кормы, то исходная нижняя пластина 18 брызгоотбойника 16 приваривается к пластине 24 со стороны носа по линии TH. К борту 2 пластина 18 приваривается по линии TT, которая лежит выше скулы 15 (КНС) на 15-30 мм, чтобы избежать сварки "шов по шву". Поскольку для эффективной работы интерцепторов 12 необходимо, чтобы набегающий поток подходил к ним без завихрений и был ламинарным, то для этого снизу к нижней пластине 18 брызгоотбойника 16 приварена треугольная полоса 32 длиной менее шпации и высотой, не выступающей за обводы днища 1 в сторону борта. При этом объемы, лежащие внутри пирамидки 33 с основанием ТУУНТ и высотой УИ (в сторону носа) и внутри пирамидки 34 с основанием УНУУ и той же высотой, заполняются пастообразным полимерным составом с помощью шпателя или порошком, полученным на основе маталла корпуса судна и нанесенным методом газодинамического напыления.
На фиг.3 показан вид на наружную секцию реального интерцептора 12 со стороны правого борта по стрелке А (фиг.1, 2). Буквами отмечены точки конструкции, перенесенные со схематического изображения узла на фиг.2. Интерцептор 12 представляет собой прямоугольную пластину 36, обработанную по радиусу и подкрепленную узлом жесткости 37 (внутри узла установлены: ребро жесткости, нервюры, втулки, законцовки, короб), к втулкам и коробу которого приварены штанги 38. Эти штанги шарнирно закреплены в опорах 39, которые с помощью болтов крепятся на вертикальной стенке 40, приваренной к днищу 35 кормового подреза. Поскольку интерцептор 12 может быть выполнен из металла, отличного от металла днищ 1, 35 корпуса, то в местах его крепления должны быть предусмотрены электроизоляционные детали (прокладки 41 и втулки под болты), исключающие электрохимическую коррозию. Для обеспечения минимального зазора Δ=0,2÷1,5 мм между цилиндрической поверхностью интерцептора и концентричной поверхностью уплотнения 19 они перед креплением на опорах 39 и вертикальной стенки 40 соединяются друг с другом с помощью болтов 42. Уплотнение 19 состоит из бруса 43, выполненного, например, из фторопласта или форпласта и обработанного по радиусу R+Δ, и металлического короба 44, соединенных друг с другом с помощью винтов. Минимальный зазор Δ необходим, чтобы до предела уменьшить перетекание воды через зазор и, следовательно, уменьшить потерю давления перед интерцептором, а также чтобы исключить появление и нарастание в зазоре водорослей и болянусов. В собранном виде конструкция "вертикальная стенка 40 + опора 39 + интерцептор 12 + уплотнение 19" прижимается к нижней кромке (точка Ю) кормового редана и производится приварка стенки 40 к днищу 35. Затем пространство между уплотнением и стенкой 10 заполняется жидкотекучим полимерным составом холодного отверждения 23, например, на базе составляющих: эпоксидная смола, например, ЭД-20, + отвердитель, например, полиэтиленполиамин, + пластификатор, например, дибутилфталат, + наполнитель, например, стекловолокно или молотый пылевидный кварц. Вязкость полимерного состава регулируют путем добавления этилового спирта или уменьшения доли наполнителя. После полимеризации состава 23 и жесткой фиксации уплотнения 23 выворачиваются болты 42 и интерцептор получает возможность поворачиваться относительно пальцев 43 в опорах 40. Количество штанг 38 и опор 40 для каждого интерцептора определяется его размахом. Для повышения жесткости нижней полосы 27 предусмотрена кница 46, которая приваривается к четырехугольной пластине 24, верхней пластине 25 и полосе 27.
Наружные интерцепторы 12 с помощью тяги шарнирно соединены с первым рычагом качалки, расположенной внутри корпуса судна, тогда как второй рычаг качалки шарнирно закреплен на штоке быстродействующего следящего привода. Сигналы управления на этот привод поступают от системы управления, которая формирует их для каждого интерцептора с помощью датчиков углов и угловых скоростей крена и дифферента судна и датчиков обратной связи приводов. В качестве датчика углов и угловых скоростей можно использовать, например, безплатформенный инерциальный измерительный модуль "Мининавигация", а в качестве датчиков обратной связи приводов - вращающиеся трансформаторы типа 2,5 БВТ. В качестве быстродействующих следящих приводов для наружных интерцепторов 12 целесообразно использовать привода со скоростью выдвига штока, равной с учетом передаточного коэффициента кинематики двойному максимальному выдвигу интерцептора за 1 секунду, и способностью отрабатывать входной сигнал на частоте 1 Гц с фазовым сдвигом не более 10°. К числу таких приводов относятся электромеханические исполнительные механизмы ЭМИМ-12200 с соответствующими блоками управления, входящими в комплект ЭМСПИ-12200 по техническим условиям ИРЦУ.657213.001 ТУ. Для внутренних интерцепторов 11, используемых для управления дифферентом и с учетом расположения за ними ЧПГВ, возможно применение тихоходных механизмов типа МП-250 Р, скорость выдвига штока которых составляет всего 6,7 мм/с.
Быстроходное судно, оборудованное комплексом автоматически управляемых носовых и/или кормовых интерцепторов, используют следующим образом. Включают главные двигатели (ГД) и с помощью ЧПГВ начинают движение, выводя далее ГД на  обороты и разгоняя судно до скоростей, когда целесообразно использовать КАУИ. Затем включают КАУИ и интерцепторы начинают работать, придавая судну оптимальную посадку и парируя качку от ветроволновых возмущений, если движение происходит в условиях неспокойного моря.
Как показывают расчеты, эффективность умерения бортовой качки при использовании предлагаемого изобретения применительно к БС "Соболь" увеличится почти на 20%. Действительно увеличение исходного размаха наружных кормовых интерцепторов с 652 мм на 104 мм до 756 мм позволяет при размахе внутренних секций 1240 мм создать больший кренящий момент, а именно 1229 условных единиц вместо 1025, т.е. на 19,9% больше по сравнению с исходным размахом кормовых наружных интерцепторов.
Предлагаемое изобретение включено в рабочую конструкторскую документацию патрульного катера проекта 12200 "Соболь" и запущено в производство для серийных катеров, начиная с заводского номера 202.
Список источников
1. Военный парад, 1999, №4 (34), с.124-126.
2. Военный парад, 2007, №4 (82), с.56-57.
3. Патент РФ №2108258 от 25.03.96 (БИ №10 - 10.04.98).
4. Патент РФ №2108260 от 25.03.96 (БЙ №10 - 10.04.98).
5. Патент РФ №2163554 от 21.03.00 (БИ №6 - 27.02.01).
6. Патент РФ №2108259 от 25.03.96 (БИ №10- 10.04.98).