СУДНО С ОТКЛОНЯЮЩИМ ПОТОК ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМ УСТРОЙСТВОМ НОСОВОГО ПОДВОДНОГО КРЫЛА
VESSEL WITH FLOW-DEFLECTING HYDRODYNAMIC ARRANGEMENT OF BOW UNDERWATER WING

Область техники
Настоящее изобретение относится к технической области гидродинамики и, прежде всего, относится к судну, оснащенному гидродинамическим каналом, монтируемым на носу судна для управления водным потоком в процессе плавания, причем канал составляют из двух боковых стенок, по одной на каждой стороне носа судна, и причем две боковые стенки соединяют с нижним участком стенки, который ориентируют горизонтально или с заданным наклоном относительно горизонтали. Такой канал задает пространство водного потока в носу судна во внутреннем пространстве канала с отличными относительно потока снаружи его характеристиками, тем самым обеспечивая уменьшение волнообразования и фрикционных сопротивлений и, соответственно, уменьшение потребления топлива, требуемого для приведения в движение судна. Прежде всего, изобретение направлено на предложение решений для функционально взаимозависимых конструкции гидродинамического канала и конфигурации и геометрии носа судна таким образом, что обеспечена возможность получения в каждом особом случае для различных типов судов оптимального результата в выгодном отличии течения в канале от течения снаружи его, и тем самым получения оптимально уменьшенного сопротивления приведению в движение и соответствующего уменьшения в потреблении топлива.
Уровень техники
В области кораблестроения уменьшение потребления энергии становится все более и более существенным ввиду глобального экономического кризиса и интенсификации проблем охраны окружающей среды.
Одним из важных факторов, который определяет потребности в топливе для приведения в движение судна, является волнообразование и фрикционные сопротивления, с которыми оно сталкивается. Вследствие этого, предпринимаются неустанные попытки уменьшения таких испытываемых судами волнообразования и фрикционных сопротивлений, и предоставления усовершенствований в их приведении в движение через массив воды, который они должны пересечь. Например, каплеобразные утолщения или конфигурации в виде шара на носовой части корпуса судна широко использовались в прошлом для уменьшения сопротивления вследствие волнообразования и, прежде всего, для уменьшения высоты носовой волны.
Однако фронтальная поверхность судна, то есть площадь поверхности носа судна, которая приходит в соприкосновение с водой в процессе приведения судна в движение, является обширной областью, и принимая во внимание, что сопротивление приведению в движение является пропорциональным квадрату скорости судна, из этого следует, что соответственно повышенная машинная мощность обязана преодолевать это сопротивление и обеспечивать приведение в движение судна на номинальной скорости, для которой оно было разработано.
WO-92/22456 (Петроманолакис Ем.) предложил канал, монтируемый на носу судна и простирающийся на высоте выше и ниже его ватерлинии, который канал обеспечивает уменьшение сопротивления вследствие волнообразования в процессе приведения в движение судна, поскольку судно врезается в водную массу посредством канала, а не посредством всей своей фронтальной поверхности. Такой уменьшающий сопротивление вследствие волнообразования и потребление энергии канал был оптимизирован в последующих заявках на патент, причем было достигнуто увеличенное отличие потока через канал относительно потока снаружи.
L
D
L
D
L
L
Прежде всего, WО-2013/011332 (Петроманолакис Ем. и др.) описал, что гидродинамический канал, монтируемый на носу судна, содержит горизонтальный участок стенки и два боковых участка стенки, при этом поток через канал приобретает по существу отличные от течения снаружи характеристики, и тем самым волнообразование и фрикционные сопротивления уменьшаются, и соответственно уменьшается обычно требуемое для приведения в движение судна потребление топлива, канал предусмотрен с центром низкого давления, соответствующим нулевому углу атаки на горизонтальном участке стенки, располагаемом в области образования первой носовой волны, и с центрами низкого давления боковых участков стенки в области соединения этих участков с горизонтальным участком стенки, располагаемыми в выбранном положении между центром низкого давления горизонтального участка стенки и его передней кромкой, или немного перед ней. Кроме того, с целью преодоления недостатков и неполноценностей известного уровня техники предложены структурные проектные параметры родового гидродинамического канала, которые делают возможной оптимизацию выполнения канала. Прежде всего, предлагаются выборочные комбинации производственных параметров горизонтального участка стенки и боковых участков стенки канала, причем те геометрические параметры участков стенки канала, которые задают коэффициент C подъемной силы и коэффициент С сопротивления рассматриваются в плане достижения оптимизации отношения C/С для обоих, как горизонтального, так и для боковых участков стенки канала, равно как для достижения оптимизации отношения коэффициента C подъемной силы горизонтальной стенки к коэффициенту C подъемной силы боковых стенок канала в соответствии с конкретной номинальной скоростью приведения судна в движение и с геометрией носа судна.
Было замечено, однако, что хотя предложенное здесь выше параметрическое проектирование канала и привело к существенным усовершенствованиям, которые усовершенствования были подтверждены в результате испытаний, которые были выполнены на моделях различных типов судов (яхт, контейнеровозов, балкеров и фрегатов), оборудованных гидродинамическим каналом, изменение, очевидное в результатах, полученных с вышеупомянутыми различными типами судов, выявило потребность в дальнейшей работе по параметрическому проектированию канала, причем в процессе такого проектирования необходимо принимать во внимание переменные параметры конфигурации и геометрии каждого особого носа судна и, кроме того, переменной загрузки судна, при этом нос судна должен быть разработан способом, например, для обеспечения оптимального функционирования комбинации канала с носом судна для оптимизации тем самым конечного результата в уменьшенных требованиях по машинной мощности для приведения в движение судна и, соответственно, в уменьшенном потреблении топлива.
Например, в то время как было обнаружено, что расположение канала на носу судна в обязательном порядке способствует достижению экономически выгодного крейсерского режима, кроме того, иногда также достигается уменьшение ускорения при вертикальном перемещении носа судна, и тем самым достигается более высокая средняя скорость плавания, при этом считается, что одной из причин дифференцирования результатов, полученных в вышеупомянутых испытаниях, является различие во взаимодействии предложенного канала с судном, когда поток, выходящий из канала, наталкивается на боковые стороны носа судна и/или каплеобразного утолщения, при этом такое воздействие создает очевидные потери и способствует минимизации благоприятного воздействия канала.
Другой причиной разрывов в непрерывности функционирования канала в различных испытаниях, которые были выполнены, являются переменные условия загрузки судна, которые изменяют осадку, то есть глубину погружения судна в воду, тем самым изменяя активный диапазон канала, причем такая проблема проявляется с особой очевидностью для контейнеровозных судов, у которых осадка изменяется значительным образом в крайних случаях судна без груза и судна в полностью загруженном состоянии.
Было также замечено, что в то время как функционирование каплеобразного утолщения на судне является удовлетворительным, пока судно перемещается со своей номинальной скоростью, это функционирование становится менее эффективным при более низких скоростях вследствие сопутствующего изменения в Fn, при этом предоставление канала согласно изобретению обеспечивает удовлетворительную работу также на скоростях, более низких, нежели проектная номинальная скорость (экономическая скорость), и при любом значении Fn.
Поэтому главной целью настоящего изобретения является эффективное преодоление вышеупомянутых недостатков и неполноценностей известного уровня техники, и предложение структурных проектных параметров гидродинамического канала, которые делают возможной оптимизацию его функционирования в сочетании с функционально взаимозависимыми параметрами конфигурации и геометрии носа судна, равно как и с измененяемыми условиями его загрузки.
Поэтому целью изобретения является обеспечение функциональной конструкции носа судна, который является совместимым с установкой монтируемого на нем гидродинамического канала для управления водным потоком, ватерлинии которого являются либо прямолинейными, либо выпуклыми, но не вогнутыми, и всегда располагаются под определенным углом относительно средней линии судна во избежание потока, сталкивающегося с вогнутой криволинейной поверхностью вогнуто изогнутых сторон носа судна и задерживаемого там, поскольку такое столкновение и задержка потока нежелательным образом способствуют замедлению судна. Поэтому плавный поток на выходе канала получен с прямолинейной или выпуклой, но не с вогнутой конфигурацией боковых сторон носа судна, чем минимизированы потери, связанные со столкновением этого потока со стенками носа судна и/или с каплеобразным утолщением.
Прежде всего, в судах, оснащенных каплеобразным утолщением, предложенная здесь конструкция обеспечивает координацию выгодных результатов каплеобразного утолщения с выгодными результатами канала с целью максимизации эффективности крейсерского режима и минимизации потребления топлива. Предпочтительно, цель изобретения, с особым применением на оборудованных каплеобразным утолщением судах, заключается в расположении каплеобразного утолщения таким образом, что верхняя его часть расположена не далеко внизу, но в непосредственной близости от грузовой ватерлинии, и таким образом, что точка торможения каплеобразного утолщения расположена в пределах потока, проходящего через канал согласно изобретению, причем предложенная конструкция способствует воздействию в проходящем через канал потоке на все направленные вверх волнообразующие векторы, а также на некоторые из направленных вниз волнообразующих векторов, тем самым улучшая характеристики потока по боковым сторонам судна.
Кроме того, целью изобретения является предложение управляющего водным потоком гидродинамического канала на носу судна с возможностью вертикального перемещения таким образом, что оптимизируется благотворное воздействие канала при переменных условиях осадки судна, которые зависят от его загрузки и от потребления расходных материалов.
Другая цель изобретения состоит в предложении вышеупомянутого вертикально перемещаемого управляющего водным потоком гидродинамического канала на носу судна с предпочтительным оснащением его средствами, которые обеспечивают его водонепроницаемое прилегание к боковым стенкам носа судна, и тем самым поддержание неизменности характеристик потока в канале. Предпочтительно, целью изобретения является предложение варианта осуществления, в котором канал монтируют на панель, покрывающую нос судна, причем такая панель простирается в продольном направлении судна и покрывает часть или всю длину горизонтального участка стенки канала, а также сдвигается совместно с горизонтальной и боковыми стенками канала, обеспечивая тем самым водонепроницаемые свойства в канале.
Другая цель изобретения для случая, когда вышеупомянутые панели, покрывающие боковые стенки носа судна, не предусмотрены, состоит в предложении альтернативного варианта осуществления, согласно которому водонепроницаемого прилегания вертикально перемещаемого горизонтального участка стенки канала к боковым стенкам носа судна достигают при использовании подходящих уплотняющих механизмов, таких как, например, камер, заполненных воздухом или другой текучей средой, или жестких креплений, изготовленных из резины или другого материала, причем такие камеры или жесткие крепления или другие типы средств водонепроницаемого прилегания выдвигают к боковым стенкам носа судна, которые размещены либо на концах горизонтального участка стенки канала, либо в соответствующих заданных положениях боковых стенок носа судна, и в результате приведения в действие посредством гидравлических или пневматических или механических или электрических механизмов приводят в состояние водонепроницаемого прилегания вертикально перемещаемого горизонтального участка стенки канала к боковым сторонам носа судна. Подобные уплотняющие механизмы для водонепроницаемого прилегания могут быть использованы в том случае, когда применены панели для закрытия части длины на концах горизонтального участка стенки канала, при этом такие уплотняющие механизмы размещены в пределах горизонтального участка стенки и используются для обеспечения водонепроницаемого присоединения к боковым стенкам носа судна для остающегося участка длины горизонтального участка стенки, простирающегося за пределами закрытой панелями длины.
Другая цель изобретения состоит в предложении горизонтального участка стенки вышеупомянутого канала управления потоком на носу судна, который на обеих своих сторонах оснащен панелями или пластинами из листовой стали, причем панели или пластины из листовой стали простираются под каналом и сходятся к носу судна, причем эти панели или пластины из листовой стали на каждой стороне от горизонтального участка стенки способствуют уменьшению напряжений, воздействующих на эти участки в процессе вертикальных перемещений носа судна вследствие морского волнения.
Другая цель изобретения состоит в предложении альтернативных способов расположения горизонтального участка стенки гидродинамического канала относительно носа судна с целью оптимизации его функционирования.
Прежде всего, целью изобретения является предложение гидродинамического канала с воображаемой линией, проходящей через переднюю кромку горизонтального участка стенки, и образующей угол а на каждой стороне от оси симметрии судна, и с воображаемой линией, проходящей через заднюю кромку горизонтального участка стенки, и образующей угол b на каждой стороне от оси симметрии, то есть средней линии судна.
Другая цель изобретения состоит в предложении варианта осуществления, в котором горизонтальный участок стенки гидродинамического канала простирается в направлении, параллельном или расположенном под заданным наклоном, вверх или вниз, относительно горизонтального уровня ватерлинии на каждой стороне от оси симметрии судна.
Другая цель изобретения состоит в предложении подходящей геометрии боковых стенок гидродинамического канала относительно носа судна и, в соединении с вышеупомянутыми положениями горизонтального участка стенки, в оптимизации функционирования канала, и прежде всего, в предложении гидродинамического канала с боковыми стенками, образованными таким образом, что их горизонтальная часть следует за геометрией и, прежде всего, за развалом бортов носа судна, причем задняя кромка каждой горизонтальной части боковых стенок поддерживается на постоянном равном расстоянии от боковых стенок носа судна, и причем такое расстояние задано перпендикуляром, взятым от задней кромки боковых стенок, которая соответствует каждой отдельной ватерлинии.
Другая цель изобретения, главным образом по эстетическим причинам, которые являются особо важными проектными параметрами для развлекательных судов (яхты, и т.д.), но также и для других типов судов, состоит в обеспечении условий, когда во избежание неблагоприятного эффекта на эстетику судна, боковые стенки канала согласно изобретению расположены приблизительно на высоте ватерлинии судна, когда оно расположено неподвижно в порту. Также и с целью достижения этого результата предлагается покрытие участка этих боковых стенок частью крылового профиля с аналогичной конфигурацией, или оснащение этих боковых стенок панельными расширениями соответствующей формы, при этом вышеупомянутые части крылового профиля или панельные расширения, когда судно покидает порт и совершает плавание, могут быть перемещены путем сдвигания в вертикальном направлении таким образом, что боковые стенки при любых обстоятельствах могут быть расположены в достаточной степени выше уровня ватерлинии для обеспечения требуемых отличных условий потока в канале.
Другая цель изобретения, служащая тем же самым вышеупомянутым эстетическим аспектам, состоит в предложении канала согласно изобретению, который содержит части боковых стенок или стенки полностью и/или горизонтальный участок стенки, выполненные избирательно невидимыми, при этом скрытая часть боковых стенок и/или горизонтального участка стенки задвигается в судно и выдвигается наружу его посредством подходящего приводного механизма. Предпочтительной целью изобретения является предложение конструкции гидродинамического канала с боковыми стенками, частями или полностью, заключенными в кожух в пределах судна вдоль боковых стенок носа судна и приспособленными для перемещения вниз, когда они должны быть приведены в эксплуатационный режим, при этом они «защелкиваются» в выемки или выступы либо на горизонтально простирающихся выдвигающихся участках горизонтального участка стенки, либо непосредственно в выемки или выступы на горизонтальном участке стенки.
Другая цель изобретения состоит в предоставлении дополнительно одной или нескольких пластин, простирающихся параллельно и с нижним расположением по отношению к горизонтально ориентированному или наклонному участку стенки канала согласно изобретению, причем такие пластины имеют ту же самую или отличную часть крылового профиля, что и горизонтально ориентированный или наклонный участок стенки канала, и причем пространство, располагающееся в промежутке между горизонтально ориентированным или наклонным участком стенки и расположенной снизу дополнительной пластиной, может быть либо покрыто, либо не быть покрыто боковыми пластинами, и причем целью предложения дополнительных одной или нескольких пластин является увеличение скорости поступающего в канал согласно изобретению потока, и обусловленное этим дальнейшее усиление дифференцирования характеристик потока в канале от характеристик потока вне его.
L
Дополнительная цель изобретения состоит в предоставлении конфигурации горизонтального участка стенки канала, выполненной с группировкой выступов, которые армируют профиль горизонтального участка стенки и, кроме того, действуют в качестве направляющих для выдвигания соответствующих листовых ламинатов через пазы горизонтальной пластины, причем такие листовые ламинаты, простирающиеся в переднем направлении от передней кромки и/или в заднем направлении от задней кромки, при потребности в дополнительном управлении вертикальными векторами ускорения потока и при подборе коэффициента C подъемной силы с целью оптимизации характеристик потока в канале могут быть соответствующим образом размещены в результирующей новой геометрии горизонтального участка стенки канала.
С помощью проектных параметров и их комбинаций, предложенных в настоящем изобретении, предоставлены решения для конструкции гидродинамического канала, функционально взаимозависимого с конструкцией носа судна, на который он монтируется, чем достигают оптимального выгодного дифференцирования характеристик потока в канале от потока снаружи, и, соответственно, достигают уменьшенного волнообразования и фрикционных сопротивлений в процессе приведения в движение, а также являющегося результатом уменьшения в требованиях к машинной мощности и в потреблении топлива.
Эти и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения понятны из подробного описания предпочтительных вариантов.
Краткое описание чертежей
Изобретение полностью описано для специалистов в данной области техники со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых оно представлено иллюстративным и не ограничивающим образом.
Фиг. 1А показывает иллюстративное представление водного потока при выходе из канала согласно изобретению, причем данный поток страдает от потерь вследствие его столкновения с вогнутыми боковыми сторонами носа судна; фиг. 1Б и 1В показывают иллюстративное представление водного потока при выходе из канала согласно изобретению, причем данный поток впоследствии протекает мимо наклонных боковых сторон, соответственно имеющих прямолинейную и криволинейную выпуклую конфигурацию согласно предпочтительным вариантам изобретения, тем самым поток при выходе из канала становится нормализованным и плавным, а потери потока устраняются.
Фиг. 2А показывает иллюстративный вид сбоку носа судна, оснащенного носовым каплеобразным утолщением, а фиг. 2Б показывает иллюстративный вид сбоку носа судна, оснащенного носовым каплеобразным утолщением и гидродинамическим каналом согласно изобретению.
Фиг. 3А показывает вид сбоку, фиг. 3Б - фронтальное представление одной половины поверхности носа судна, а фиг. 3В показывает вид сбоку судна, оборудованного каплеобразным утолщением, к которому присоединяется гидродинамический канал управления потоком, который изображен в иллюстративном перспективном виде, причем такой канал размещают для его свободного перемещения вертикально с целью оптимизации выгоды от его работы при различной осадке (погружении судна в воду).
Фиг. 3Г показывает гидродинамический канал управления потоком на носу судна, причем канал наделен способностью вертикального перемещения и выполнен с горизонтально ориентированной стенкой, оснащенной камерами, заполненным текучей средой, или твердыми упругими элементами, посредством которых производится водонепроницаемый монтаж канала на боковых сторонах носа судна.
Фиг. 4А и 4Б соответственно показывают судно, оснащенное каплеобразным утолщением, и судно с обычным носом с гидродинамическим каналом управления потоком, смонтированным на нем, причем канал с обеих его сторон оснащен панелями или пластинами из листовой стали, причем панели или пластины из листовой стали простираются под каналом и сходятся к носу судна.
Фиг. 5 показывает другой вариант осуществления изобретения, в котором горизонтальный участок стенки канала простирается перпендикулярно оси симметрии судна, а с другой стороны, он простирается таким образом, что воображаемая линия, проходящая через переднюю кромку горизонтального участка стенки, образует угол а на каждой стороне от оси симметрии судна, а воображаемая линия, проходящая через заднюю кромку горизонтального участка стенки, образует угол b на каждой стороне от оси симметрии сосуда.
Фиг. 6А показывает вариант осуществления изобретения с горизонтальным участком стенки гидродинамического канала, простирающимся с заданным восходящим наклоном относительно горизонтального уровня ватерлинии на каждой стороне от оси симметрии судна, а фиг. 6Б показывает другой вариант осуществления изобретения с горизонтальным участком стенки гидродинамического канала, простирающимся с заданным нисходящим наклоном относительно горизонтального уровня ватерлинии на каждой стороне от оси симметрии судна.
Фиг. 7 показывает гидродинамическое устройство канала согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, причем боковые стенки канала подходящим образом размещены в таком положении, что относительно любой произвольной ватерлинии задняя кромка этих боковых стенок поддерживается на постоянном равном расстоянии, как оно измерено вдоль перпендикуляра, взятого от задней кромки до судна, которая соответствует применимой ватерлинии.
Фиг. 8А показывает вид сбоку судна, оснащенного каналом согласно изобретению, причем боковые стенки могут скользить вертикально для расположения их в непосредственной близости, выше или ниже, от ватерлинии в то время, когда судно расположено неподвижно в порту, а фиг. 8Б является поперечным разрезом боковой стенки, оснащенной закрывающей частью крылового профиля.
Фиг. 8В показывает вариант осуществления изобретения, в котором боковые стенки оснащены внутренними криволинейными или прямолинейными листовыми ламинатами, которые выступают наружу во время навигации судна, и простираются вертикально выше боковых стенок для обеспечения дифференцирования потока в канале.
Фиг. 9А и 9Б показывают фронтальное представление носа судна, соответственно, в случае обычного носа судна и носа судна, оборудованного каплеобразным утолщением, причем часть или вся длина боковых стенок и/или горизонтальной стенки канала согласно изобретению являются подвижными и выдвигающимися в соответствующих пазах в судне.
Фиг. 10А показывает фронтальное представление канала согласно изобретению с дополнительной пластиной, расположенной снизу параллельно горизонтальному участку стенки, а фиг. 10Б показывает ту же самую конструкцию с зазором между промежуточным горизонтальным участком стенки и дополнительной пластиной, который закрыт боковыми пластинами.
Фиг. 11 показывает вариант осуществления канала согласно изобретению с горизонтальным участком стенки, оснащенным выступающими ребрами, содержащими пазы, через которые листовые ламинаты могут быть выдвинуты наружу для содействия в управлении смещением судна в вертикальном направлении.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Иллюстративные предпочтительные варианты изобретения представлены в дальнейшем со ссылками на сопровождающие чертежи.
Фиг. 1А показывает иллюстративный вариант применения канала согласно изобретению на судне, нос судна которого образован боковыми стенками 101, простирающимися на каждой стороне от оси 100 симметрии, причем вследствие вогнутой конфигурации этих боковых стенок 101, возникают потери, а благоприятное воздействие канала уменьшено, поскольку выходящий из канала поток, как изображено указателями f, набегает на вогнутые боковые стенки 101 носа судна. Подобный результат происходит, когда выходной поток из канала набегает на изогнутые вовнутрь боковые стенки каплеобразного утолщения. Решение этой проблемы представлено на фиг. 1Б и 1В, причем нос судна соответственно оснащен либо прямолинейными стенками 102, либо выпуклыми стенками 103, и водный поток, обозначенный указателями f, при выходе от боковой стенки 2 канала согласно изобретению показан выходящим параллельно прямолинейным боковым стенкам 102 (фиг. 1Б) или выпуклым боковым стенкам 103 (фиг. 1В) носа судна без набегания на них. Поэтому очевидно, что обеспечено выгодное взаимодействие канала согласно изобретению с судном, имеющим нос судна, выполненный либо с прямолинейными боковыми стенками 102, либо с выпуклыми боковыми стенками 103, но не с вогнутыми боковыми стенками 101.
Оснащение каплеобразным утолщением, размещаемым на фронтальной части корпуса, широко использовалось и показало свою способность способствовать уменьшению сопротивления волнообразованию и, прежде всего, уменьшению высоты носовой волны для заданной осадки (погружения) и для проектной скорости. Как иллюстративно показано на фиг. 2А, каплеобразное утолщение 110 впереди носа судна, имеющего прямолинейные боковые стенки 102 или выпуклые боковые стенки 103, при любых обстоятельствах располагается ниже ватерлинии 200. На таком каплеобразном утолщении 110 обозначена точка 111 торможения, которая точка 111 торможения является точкой нулевой скорости набегающего потока.
С целью проектирования судна, оснащенного каплеобразным утолщением и гидродинамическим каналом согласно изобретению, настоящим документом предложено обеспечение условий, которые предоставляют эффективную координацию выгодного функционирования каплеобразного утолщения с выгодным функционированием гидродинамического канала, тем самым максимизируя эффективность в крейсерском режиме и минимизируя потребление топлива. Как приблизительно показано на фиг. 2Б, изображающей канал согласно изобретению, приложенный к носу судна, оборудованного каплеобразным утолщением 110, каплеобразное утолщение расположено таким образом, что его вершина расположена не далеко внизу, но в непосредственной близости от грузовой ватерлинии, то есть ватерлинии 200, и таким образом, что точка 111 торможения каплеобразного утолщения расположена в пределах потока, проходящего через канал согласно изобретению, причем последний содержит горизонтальную стенку 1 и боковые стенки 2 и 3, которые боковые стенки 2, 3 выполнены в направлении, параллельном боковым стенкам каплеобразного утолщения 110, а после него - параллельном прямолинейным боковым стенкам 102 или выпуклым боковым стенкам 103 носа судна.
Предложенная конструкция обеспечивает условия проходящему через канал потоку для воздействия на все волнообразующие векторы с восходящим направлением и на некоторые из волнообразующих векторов с нисходящим направлением, тем самым улучшая характеристики потока вдоль боковых стенок носа судна.
Как упомянуто выше во вводной части, другой причиной переменной эффективности функционирования канала согласно изобретению является переменные условия загрузки судна, которые изменяют погружение судна в воду и, таким образом, изменяют диапазон эффективности канала, причем эта проблема, прежде всего, является актуальной для контейнеровозов и для других типов коммерческих судов, причем погружение в воду значительно изменяется для крайних условий судна без груза, частично и полностью загруженного судна.
Вышеупомянутая проблема разрешается посредством гидродинамического канала, который имеет способность к перемещению в вертикальном направлении таким образом, что при различных условиях осадки судна в воде вследствие переменной его загрузки, а кроме того, вследствие переменного потребления им расходных материалов, гидродинамический канал способен обеспечивать максимально эффективное функционирование. Перемещение гидродинамического канала, приспособленного для выполнения управления потоком на носу судна, предпочтительно, осуществляется с помощью средств, которые обеспечивают водонепроницаемый его монтаж на боковые стенки носа судна для поддержания постоянных значений скоростных векторов потока в канале.
Конкретно, как показано на сопровождающих фиг. 3А-3Г, на судне с типичным обычным носом судна или с каплеобразным утолщением, включающим в себя простирающиеся в длину прямолинейные боковые стенки 102 или выпуклые боковые стенки 103 на каждой стороне от центральной оси 100 симметрии судна, причем поверхности носа судна простираются относительно вертикального направления вертикально вверх или с заданным наклоном (развалом бортов), причем канал согласно изобретению размещен таким образом, что он предоставляет возможность вертикального перемещения между верхним конечным положением а и нижним конечным положением b своего горизонтального участка 1 стенки.
При вертикальном перемещении канала между вышеупомянутыми верхним конечным положением а и нижним конечным положением b горизонтального участка 1 стенки могут быть использованы средства, которые обеспечивают водонепроницаемое прилегание горизонтальной стенки 1 канала к боковым стенкам носа судна.
Согласно первому предпочтительному варианту изобретения вышеупомянутые средства водонепроницаемого прилегания горизонтальной стенки 1 канала к боковым стенкам носа судна, как показано на фиг. 3Б, реализованы в виде панелей, закрывающих обе боковые стенки носа судна, причем панели указаны на чертежах ссылочными обозначениями 102', 103', и выполнены в каждом случае соответственно носу судна с прямолинейными или выпуклыми боковыми стенками 102, 103, простирающимися в продольном направлении судна и без наклона или с заданным развалом бортов относительно вертикального направления, причем эти панели 102', 103' покрывают полную или частичную длину канала в продольном направлении судна и перемещаются совместно с горизонтальным участком 1 стенки и боковыми стенками 2, 3 канала, обеспечивая водонепроницаемое припасовывание его к боковым стенкам носа судна независимо от положения, которое он занимает в вертикальном направлении с целью приспосабливания к переменным условиям осадки, то есть погружения судна в воду.
Согласно другому, второму предпочтительному варианту изобретения, вышеупомянутые средства водонепроницаемого прилегания горизонтальной стенки 1 канала к боковым стенкам носа судна, как показано на фиг. 3Г, вместо реализации в виде вышеупомянутых панелей, закрывающих боковые стенки носа судна, реализованы посредством оснащения горизонтального участка 1 стенки камерами, заполненными либо воздухом, либо другой текучей средой для обеспечения водонепроницаемого припасовывания концов горизонтального участка 1 стенки к боковым стенкам носа судна в процессе его перемещения в вертикальном направлении. Альтернативно, концы горизонтального участка 1 стенки могут быть оснащены другими видами жестких креплений 15 или другими уплотняющими механизмами, размещаемыми в пределах горизонтального участка 1 стенки и приводимыми в действие посредством гидравлических или пневматических или механических или электрических механизмов с целью их приведения в состояние прилегания к боковым стенкам носа судна в произвольном вертикальном положении, занятом вертикально подвижным горизонтальным участком 1 стенки гидродинамического канала.
Тем самым показано, что в том случае, когда панели 102', 103' вышеописанного первого варианта осуществления используются для обеспечения водонепроницаемого припасовывания канала к боковым стенкам носа судна, и эти панели закрывают не всю длину, но часть длины на концах горизонтального участка 1 стенки, другие водонепроницаемые подходящие механизмы, такие как вышеупомянутые жесткие крепления 15 или другие уплотняющие механизмы, размещенные в пределах горизонтального участка 1 стенки, также могут быть использованы для обеспечения водонепроницаемого припасовывания к боковым стенкам носа судна для остающегося участка длины горизонтального участка 1 стенки, простирающегося вне длины, которая закрыта пластинами 102', 103'.
Кроме того, показано, что вышеупомянутые средства для водонепроницаемого припасовывания горизонтального участка 1 стенки к носу судна, то есть камеры, заполненные воздухом или другой текучей средой, или жесткие крепления 15 или другие механизмы, могут вместо их размещения на концах горизонтального участка 1 стенки с целью обеспечения прилегания к боковым стенкам носа судна, могут быть размещены на боковых стенках носа судна и могут простираться к горизонтальному участку 1 стенки с целью обеспечения прилегания к его концам, причем такие механизмы аналогичным образом приводят в действие посредством гидравлических или пневматических или механических или электрических механизмов.
В дальнейшем представлена иллюстративная компоновка гидродинамического канала согласно изобретению, смонтированного на обычный нос судна (фиг. 4Б), и на нос судна, оборудованный каплеобразным утолщением (фиг. 4А), причем горизонтальный участок 1 стенки канала с обеих его сторон оснащен панелями или пластинами 11a, 11b из листовой стали, причем панели или пластины из листовой стали простираются под каналом и сходятся к носу судна. Эти размещенные на каждой стороне от горизонтального участка 1 стенки панели или пластины 11a, 11b из листовой стали способствуют уменьшению усилий, прилагаемых к горизонтальному участку 1 стенки в процессе вертикальных перемещений носа судна вследствие морского волнения и, кроме того, эти панели или пластины 11a, 11b из листовой стали обеспечивают отличные характеристики потока, что способствует оптимизации потока в канале, то есть в пределах пространства, задаваемого горизонтальным участком 1 стенки и боковыми стенками 2, 3. Настоящее изобретение далее стремится к предоставлению подходящего расположения канала с альтернативными расположениями его горизонтального участка стенки относительно носа судна с целью оптимизации его функционирования.
Таким образом, в то время как в первом предпочтительном варианте изобретения горизонтальный участок 1 стенки канала простирается перпендикулярно оси симметрии судна, то есть с воображаемой линией, проходящей через переднюю кромку 1а горизонтального участка стенки перпендикулярно оси симметрии 100 судна, и с воображаемой линией, проходящей через заднюю кромку lb горизонтального участка стенки также перпендикулярно оси симметрии сосуда, альтернативно является возможным, как показано на фиг. 5, наличие горизонтального участка 1 стенки, постоянно простирающегося вдоль той же самой продольно размещенной горизонтальной плоскости, при этом, однако, таким образом, что он образует угол на каждой стороне от оси 100 симметрии судна, причем воображаемая линия, проходящая через переднюю кромку 1а' горизонтального участка стенки, образует угол а на каждой стороне от оси симметрии судна, а воображаемая линия, проходящая через заднюю кромку 1b' горизонтального участка стенки образует угол b на каждой стороне от оси симметрии судна, и причем угол а может быть равным углу b, или он может отличаться от угла b.
Согласно другому варианту осуществления изобретения горизонтальный участок стенки гидродинамического канала согласно изобретению простирается с заданным наклоном на каждой стороне от оси симметрии 100 судна.
Конкретно, как показано на фиг. 6А, согласно одному варианту осуществления изобретения, горизонтальный участок 1'' стенки гидродинамического канала простирается с заданным наклоном под углом с вверх относительно горизонтальной плоскости ватерлинии 200 на каждой стороне от оси 100 симметрии судна и, как показано на фиг. 6Б, согласно другому варианту осуществления изобретения горизонтальный участок стенки гидродинамического канала простирается с заданным наклоном под углом d вниз относительно горизонтальной плоскости ватерлинии 200 на каждой стороне от средней линии 100 судна.
Кроме того, является возможным, что горизонтальный участок стенки канала согласно изобретению простирается для образования угла, показанного на фиг. 5 на каждой стороне от оси 100 симметрии судна с воображаемой линией, проходящей через переднюю кромку горизонтального участка стенки с заданным наклоном под углом а, и с воображаемой линией, проходящей через заднюю кромку горизонтального участка стенки с заданным наклоном под углом b относительно оси симметрии судна, причем каждый из углов а или b может изменяться в пределах диапазона 10-170°, и причем угол b может быть равным или отличным от угла а, в то время как горизонтальный участок стенки канала простирается с заданным восходящим наклоном (фиг. 6А) или с заданным нисходящим наклоном (фиг. 6Б) относительно горизонтальной плоскости ватерлинии 200 на каждой стороне от оси 100 симметрии судна.
Настоящее изобретение также рассматривает подходящую геометрию боковых стенок гидродинамического канала относительно носа судна и в сочетании с вышеупомянутыми положениями горизонтального участка стенки с целью оптимизации функционирования канала. Конкретно, как показано на фиг. 7, гидродинамический канал согласно изобретению оснащен боковыми участками 2, 3 стенки, выполненными таким образом, что в любом занятом вертикально перемещаемой горизонтальной плоскостью при прохождении через ватерлинию 200 положении, горизонтальная часть боковых стенок 2, 3 следует за геометрией и, прежде всего, за развалом бортов носа судна, причем задняя кромка каждой горизонтальной части боковых стенок поддерживается на постоянном равном расстоянии от боковых стенок носа судна, причем расстояние задано перпендикуляром, взятым от задней кромки боковых стенок, которая соответствует каждой отдельной ватерлинии. На фиг. 7 особо показано, что для двух различных уровней 200а и 200b ватерлинии, соответствующее расстояние (АА') и (ВВ') до задних кромок (2b, 3b), измеренное вдоль перпендикуляра к боковым сторонам носа судна, остается постоянным, то есть два линейных сегмента (АА') и (ВВ') имеют одинаковую длину.
Согласно другому предпочтительному варианту изобретения, который находит особое применение на судах, для которых эстетика является проектным параметром особого значения, таких как развлекательные суда (яхты, и т.д.), предложено, что боковые стенки 2, 3 канала согласно изобретению могут перемещаться вертикально для расположения их в непосредственной близости, выше или ниже, от ватерлинии 200 в то время, когда судно расположено неподвижно в порту (фиг. 8А). Согласно одному варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 8Б, этот результат получен с помощью частей 2', 3' крылового профиля, которые имеют соответствующие размеры и конфигурацию таким образом, что они соответственно закрывают боковые стенки 2, 3, причем такие части 2', 3' крылового профиля выполнены для вертикального скольжения таким образом, что боковые стенки 2, 3 канала согласно изобретению могут располагаться в непосредственной близости, выше или ниже, от ватерлинии 200 в то время, когда судно расположено неподвижно в порту.
Согласно альтернативному предпочтительному варианту изобретения, показанному на фиг. 8В, боковые стенки 2, 3 соответственно оснащены внутренними криволинейными или прямолинейными листовыми ламинатами 20', 30', которые выступают наружу во время навигации судна и простираются вертикально выше боковых стенок для обеспечения дифференцирования потока в канале, в то время как они задвинуты вовнутрь для обеспечения соответствия эстетическим требованиям, когда судно расположено неподвижно в порту.
Кроме того, цель изобретения в плане удовлетворения вышеупомянутых эстетических требований состоит в предложении конструкции канала согласно изобретению с частично или полностью невидимыми боковыми и/или горизонтальными участками стенки, причем скрытые частичные или полные протяженности боковых и/или горизонтальных стенок выполнены таким образом, что они задвигаются в судно и выдвигаются из него по потребности с приведением их в действие посредством соответствующих механизмов для перемещения размещенного на носу судна гидродинамического канала в соответствующее положение для управления водным потоком на различных высотных уровнях, равно как при переменной осадке судна.
Конкретно, это показано на фиг. 9А, изображающей фронтальное представление такой способности перемещения полных или частичных бокового и/или горизонтальных участков стенки канала в случае судна с обычной конфигурацией носа судна, причем боковые стенки на каждой стороне носа судна содержат пазы 112, 113, в пределы которых соответственно задвигаются, и через которые выдвигаются по мере потребности боковые стенки 2, 3 канала согласно изобретению. Боковые стенки 2, 3 при выступании наружу судна соответственно содержат расширения 22, 33, причем расширения 22, 33 предпочтительно выполнены таким образом, что при приведении в рабочее положения они располагаются приблизительно на уровне ватерлинии 200, и при этом соединены с существующим расположенными снизу, неподвижно смонтированными боковыми стенками 2, 3 канала. Соответствующий паз предусмотрен для задвигания в судно или для выдвигания из него горизонтального участка 1 стенки, причем этот паз не показан на фиг. 9А.
Фиг. 9Б показывает фронтальное представление носа судна с такой возможностью перемещения полных или частичных бокового и/или горизонтальных участков стенки канала в случае судна с носом судна, оснащенным каплеобразным утолщением 110, причем боковые стенки 2, 3 простираются, соответственно, в расширения 2', 3', которые расширения соединены посредством дополнительного горизонтального элемента 10'. Расширения 2', 3' и дополнительный горизонтальный элемент 10' могут быть неподвижно присоединены к поверхности каплеобразного утолщения 110, причем под каналом содержатся боковые стенки 2, 3, а также горизонтальный участок 1 стенки, которые могут быть по желанию задвинуты или выдвинуты, либо каждый из них по отдельности, либо все совместно как единое целое. Настоящим документом показано, что горизонтальная стенка 10' может быть оснащена средствами для водонепроницаемого прилаживаемого ее прилегания к стенкам каплеобразного утолщения 110.
Также на судне с обычным носом судна или с каплеобразным утолщением является возможным, что участки боковых стенок канала, которые задвигаются в судно, могут при их выхождении через соответствующие пазы судна соприкасаться с неподвижно смонтированными участками боковых стенок, которые соединены с горизонтальным участком стенки и, соответственно, простираются приблизительно на уровне ватерлинии, соответствующей разгруженному состоянию судна. Является даже возможным, что боковые стенки 2, 3 полностью заключены в пределах судна на боковых стенках носа судна, и они могут опускаться по потребности до соприкосновения с горизонтальным участком 1 стенки, концы которого оборудованы подходящими выемками или выступами, делающими возможным защелкивающееся припасовывание спускающихся боковых стенок 2, 3.
Согласно другому предпочтительному варианту изобретения другая цель изобретения состоит в предоставлении одного или нескольких дополнительных участков стенки, простирающихся горизонтально, параллельно и с нижним расположением по отношению к ориентированному горизонтально или наклонно участку 1 стенки канала согласно изобретению. Эти дополнительные один или несколько участков стенки имеют часть крылового профиля, одинаковую или отличную от части крылового профиля горизонтального или наклонного участка стенки канала, причем зазор между горизонтальным или наклонным участком 1 стенки и расположенными снизу дополнительными одним или несколькими участками стенки либо закрыт или не закрыт посредством боковых стенок, причем назначение предложенных дополнительных одного или нескольких участков стенки состоит в повышении скорости поступающего в канал согласно изобретению потока, и таким образом, в увеличении дифференцирования характеристик потока в канале от окружающего потока. Приводимые в качестве примера иллюстрации вышеупомянутых вариантов осуществления изображены на фиг. 10А и 10Б, где, прежде всего, фиг. 10А показывает фронтальное представление канала согласно изобретению с дополнительным участком 1 стенки, простирающимся параллельно лежащему сверху горизонтальному участку 1 стенки, а фиг. 10Б показывает ту же самую конструкцию с зазором между двумя горизонтальными участками 1 стенки, закрытым боковыми участками стенки, имеющими ту же самую или отличную конфигурацию по сравнению с боковыми стенками 2, 3 канала.
L
Фиг. 11 показывает другой вариант осуществления изобретения с горизонтальным участком 1 стенки, который оснащен выступающими ребрами 16, которые, с одной стороны, обеспечивают усиление горизонтального участка 1 стенки, а с другой стороны, служат направляющими для извлечения через пазы, предусмотренные на горизонтальном участке 1 стенки, листовых ламинатов 17а, 17b, выступающих наружу из, соответственно, передней кромки и задней кромки части крылового профиля горизонтального участка 1 стенки при необходимости обеспечения дополнительного управления векторами ускорения потока и задания соответствующего значения коэффициента C подъемной силы для заново полученной геометрии горизонтального участка стенки, и для способствования тем самым оптимизации характеристик потока в канале, причем такое задвигание или выдвигание листовых ламинатов 17а, 17b может быть выполнено посредством соответствующих механизмов, предусмотренных в инновационном судне.