КОРПУС СУДНА
SHIP HULL

Изобретение относится к области судостроения, в частности к проектированию корпусов судов.
Известна конструкция передней части судна вытеснительного типа (Патент РФ на изобретение №2374120, МПК В63В 1/06, опубл. 27.11.2009 г.) с поперечной симметрией относительно центральной оси, причем образующие линии корпуса увеличиваются по ширине от базовой линии. Низ является плоским или имеет килеватость и переходит в днище с заданным радиусом днища. От днища и до заданной высоты образующие линии немного наклонены наружу. На уровне палубы бака форма наклонной наружу линии прекращается и проходит вверх в виде изогнутой линии обратно в направлении центральной оси.
Данная конструкция обладает следующими недостатками:
- судно имеет большую парусность;
- рулевая рубка удалена от машинного отделения, что затрудняет прокладку кабельных трасс;
- плохие условия обитаемости;
- удары волн могут выбить иллюминаторы в рубке и привести к повреждению навигационного оборудования;
- при большой высоте волн они могут перехлестнуться через надстройку, при этом плоские поверхности палубы будут способствовать захвату носа судна волной [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е. Некоторые проблемы обеспечения общей прочности судов в чрезвычайных ситуациях // Труды Крыловского государственного научного центра - Вып. 82 (366), 2014 - С. 21-30];
- плохая всхожесть на волну, т.к. из-за стройности ватерлинии судно врезается в волну, и она скручивается над носом и в сторону, в результате чего нос судна может быть захвачен волной, что приведет к гибели судна.
Известен корпус судна с завалом борта и обратным наклоном форштевня (Патент США на изобретение №6601529, В63В 3/00, опубл. 05.08.2003 г.).
Недостатком данной конструкции является низкая остойчивость судна, что может привести к его опрокидыванию и гибели экипажа. Это объясняется уменьшенной по сравнению с традиционной конструкцией площадью ватерлинии, особенно при прохождении гребней волн, а также невысокими значениями восстанавливающего момента, действующего на судно при его накренении, что обусловлено малой величиной погружаемых в воду объемов судна при наклонении.
В качестве ближайшего аналога принят корпус судна, представляющий собой непроницаемую оболочку, состоящую из тонких листов, которые подкреплены балками, выполненными из прокатных или составных сварных профилей (Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. Л., Судостроение, 1981. - 552 с., с. 9-11, рисунок 1).
Данная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в возможности захвата носовой оконечности волной, что обусловлено наличием плоских поверхностей палубы и надстройки бака, вследствие чего может произойти падение метацентрической высоты и опрокидывание судна либо разрушение его корпуса [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е. Некоторые проблемы обеспечения общей прочности судов в чрезвычайных ситуациях // Труды Крыловского государственного научного центра - Вып. 82 (366), 2014 - С. 21-30]. Захват носовой оконечности волной означает, что при сильном заливании палубы она работает в подводном положении как крыло, обтекаемое потоком жидкости, в результате чего на плоских поверхностях возникает равнодействующая сил давления, определяющаяся углом атаки и скоростью набегающей жидкости. Это обтекание неустойчиво, в результате чего равнодействующая может в любой момент сместиться в сторону от диаметральной плоскости и вызвать сильный крен или опрокидывание судна, а также разрушение его корпуса. Под действием равнодействующей гидродинамических сил дифферент судна растет, при этом наблюдается резкое снижение поперечной метацентрической высоты, что способствует опрокидыванию судна.
Изобретение решает задачу повышения безопасности мореплавания, исключая катастрофическое снижение остойчивости судна и разрушение его корпуса при захвате волной носовой оконечности за счет изменения формы носовой оконечности судна при наступлении опасного волнения для уменьшения гидродинамической силы, действующей на корпус судна, и увеличения момента инерции площади ватерлинии.
Для решения поставленной задачи в корпусе судна, выполненном в виде непроницаемой оболочки, сформированной из наружной обшивки и балок набора, предлагается непроницаемую оболочку выполнить в виде основной части корпуса, имеющей в носовой оконечности завал борта и обратный наклон форштевня, и булей, формирующих плоскую поверхность палубы и обеспечивающих развал борта в носовой оконечности. В носовой оконечности основной части корпуса предлагается разместить гидроцилиндры, штоки которых связать с булями, установленными с возможностью смещения по направлению к миделю судна.
В предлагаемом техническом решении при попадании судна в неблагоприятные погодные условия, сопровождающиеся заливанием палубы в носовой оконечности и возникновением опасности захвата волной носовой оконечности, происходит смещение сдвигаемых булей с помощью гидроцилиндров по направлению от носа судна к миделю, в результате чего уменьшается нагрузка, действующая на носовую оконечность, и за счет увеличения момента инерции площади ватерлинии повышается остойчивость, благодаря чему исключается опрокидывание судна и разрушение его корпуса.
На прилагаемых графических материалах изображено:
на фиг. 1 - общий вид корпуса судна;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.
На графических материалах приняты следующие обозначения:
1 - основная часть корпуса;
2 - були сдвигаемые;
3 - гидроцилиндры;
4 - направляющие.
Конструкция корпуса судна состоит из наружной обшивки и балок набора, формирующих основную часть корпуса 1 и сдвигаемые були 2, которые перемещаются в направляющих 4 с помощью гидроцилиндров 3.
Корпус судна работает следующим образом. В режиме нормальной эксплуатации судна, когда волны не достигают палубы, сдвигаемые були находятся в носовой оконечности и формируют плоскую поверхность палубы. При движении судна на сильном встречном волнении может происходить периодическое погружение в воду носовой оконечности, что ведет к появлению сложного режима обтекания палубы. В таких условиях возможно возникновение значительных нагрузок, действующих на корпус судна, вызванных обтеканием погруженной палубы, которую можно рассматривать как крыло сложной формы, расположенное под углом атаки к набегающему потоку жидкости. Под действием гидродинамической силы дифферент судна будет увеличиваться, а параметры его остойчивости резко снижаться. Кроме того, происходит рост напряжений от общего изгиба, что может привести к разрушению корпуса судна [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е. Некоторые проблемы обеспечения общей прочности судов в чрезвычайных ситуациях // Труды Крыловского государственного научного центра - Вып. 82 (366), 2014 - С. 21-30]. При возникновении опасной ситуации в предлагаемой конструкции по команде судоводителя или бортовой интеллектуальной системы с помощью гидроцилиндров 3 происходит перемещение сдвигаемых булей 2 по направляющим 4 в направлении от носа судна к миделю. После смещения сдвигаемых булей 2 гидродинамические нагрузки, действующие на носовую оконечность основной части корпуса 1, уменьшатся за счет разрезающей волны формы носовой оконечности основной части корпуса 1, которая характеризуется завалом борта и обратным наклоном форштевня. При этом смещение булей в предлагаемой конструкции сопровождается их удалением от диаметральной плоскости судна (фиг. 3), что способствует существенному росту момента инерции площади ватерлинии относительно продольной оси, и, соответственно, резкому увеличению поперечного метацентрического радиуса.
Для идентификации опасной ситуации, при которой возникает вероятность захвата волной носовой оконечности судна, и, соответственно, необходимость перемещения сдвигаемых булей в направлении от носа судна к миделю, могут быть использованы подходы к контролю динамики судна, изложенные в [Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И. Построение алгоритма контроля ситуации захвата волной носовой оконечности судна методами современной теории катастроф // Известия КГТУ. - Калининград: ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2015. - №37. - С. 178-185]. При этом команда на перемещение булей может отдаваться как судоводителем, так и бортовой интеллектуальной системой в автоматическом режиме.
Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет исключить потерю остойчивости и разрушение корпуса судна при движении на встречном волнении в штормовых условиях, что способствует повышению безопасности мореплавания, в отличие от корпуса судна в ближайшем аналоге.