Универсальный выдвижной нейтрализатор волновых нагрузок на суда и корабли и способ его установки для уменьшения различных видов качки
UNIVERSAL EXTENDING NEUTRALISER OF WAVE LOADS ON VESSELS AND SHIPS AND METHOD FOR INSTALLATION THEREOF FOR REDUCING VARIOUS TYPES OF MOTION

Изобретение принадлежит к пассивно-активным средствам борьбы с качкой кораблей и судов на морском волнении. Пассивным потому, что оно не содержит каких-либо механизмов, требующих постоянных энергетических затрать на уменьшения качки. А к активным - потому, что в нем возмущающее действие волны на надводную часть корабля в 2-3 раза нейтрализуется инерционными силами, действующими на его подводную часть и специально устанавливаемые на удалении 0,8-1,2 высоты расчетной волны нейтрализаторы волновых сил и моментов.
На фиг. 1-2 представлены образцы стационарных нейтрализаторов волновой нагрузки для нейтрализации различных видов качки кораблей и судов. На фиг. 1 - устройство уменьшения бортовой качки судов с большой поперечной остойчивостью с помощью вертикальных пластин по патенту № 2374124, 2003 г., а на фиг. 2 - устройство уменьшения бортовой качки катеров с остроскулыми обводами с помощью системы крыльевых решеток по патенту РФ № 2448863, 2011 г. Проведенные модельные исследования в мореходных бассейнах Военно-морского политехнического института и ФГУП Крыловский ГНЦ показали, что предложенный путь борьбы с качкой обеспечивает 2,5-3 кратное уменьшение различных видов качки.
Несмотря на высокую эффективность применения нейтрализаторов волновой нагрузки (НВН) для нейтрализации отдельных видов качки, например, бортовой, они одновременно не умеряют килевую и вертикальную. Кроме того, торчащие вертикально вниз пластины у патента № 2374124 высотой, наверное, около 1,5 м ограничивают применимость их на мелководье и на судах река-море. Однако в варианте выдвижных нейтрализаторов они вполне могут быть применены в качестве основы для их создания. Наиболее эффективным типом нейтрализаторов бортовой качки являются решетки из крыльевых профилей, особым образом изогнутых в направление движения судна по патенту РФ №2448863. Это устройство стационарно устанавливается вертикально в кормовом подзоре, и тоже уменьшает только бортовую качку. Но сама решетка обладает высокой эффективностью нейтрализации любых видов качки. И, кроме того, она в некоторых случаях не увеличивает сопротивления движению на ходу корабля. Эти 2 патента приняты за прототипы для создания универсального выдвижного нейтрализатора волновых воздействий.
Патентный поиск по выдвижным устройствам уменьшения качки выявляет, в основном, выдвижные управляемые рули или другие типы, требующие подвода энергии из корабля для их работы. Среди пассивных выдвижных устройств умерения качки авторами выявлен успокоитель продольной качки судна по патенту № 9810993. Он устанавливается вблизи форштевня на половине осадки и включает крылья, разворачивающиеся поперек ширины корабля, и уменьшают только килевую качку. Он принят авторами за прототип.
Цели изобретения - расширение возможности применения известных технических решений для комплексного решения задач уменьшения различных видов качки. Указанные цели достигаются тем, что на основе известного решения по патенту № 2374124 стационарно устанавливаемых пластин и решеток из крыльевых профилей патента РФ № 2448863 создается универсальный выдвижной нейтрализатор волновых нагрузок (НВН) для уменьшения различных видов качки, включающий:
фиг. 3 - вид с боку в исходном состоянии с поднятыми НВН для хранения, например, на складе;
фиг. 4 - корпус с выдвинутыми НВН;
фиг 5 - вид с боку с выдвинутыми НВН.
Теоретические исследования управляемости и качки судов и кораблей показывают, что:
- чем ближе к поверхности находится нейтрализатор волновых сил и моментов, тем эффективнее он гасит любую качку,
- наиболее эффективно противостоят всем видам качки (вертикальной, килевой и бортовой) горизонтально установленные на глубине 0,8-1,2 в носу и корме пластинчатые нейтрализаторы, они мало влияют на управляемость судна, но увеличивают погребную ширину следа; при установке только одной пары в носу или в корме
- НВН, установленные в районе скулы (т.е. глубже) под углом 30-45°, уменьшают все виды качки и оказывают положительное влияние на устойчивость движения судна,
- НВН, вертикально установленные под днищем, нейтрализуют только бортовую качку, и эффективность их ослаблена тем, что они погружены глубоко, а параметры волны экспоненциально убывают по мере удаления от поверхности; но при достаточной длине они могут в 2-3 раза уменьшить качку, что проверено на примерах указанных выше патентов; при необходимости хода на мелкой воде они могут быть подняты.
Технический результат предложения заключается в существенном расширении применимости эффективных средств уменьшения различных видов качки судов и кораблей в сложных условиях плавания: на мелководье, в узкостях и каналах, а также возможности существенного повышения их волностойкости за счет установки 2-3 комплектов выдвижных НВН. Кроме того, убирающиеся успокоители качки позволяют судам швартоваться лагом, а судам снабжения - задвинуть выдвижной НВН того борта, с которого будет осуществляться передача грузов. При этом выдвинутые НВН противоположного борта будут уменьшать качку (конечно, меньше, но противоположный борт будет прикрыт судном, принимающим груз, и можно ожидать, что потеря эффективности будет компенсирована).
Важным отличительным преимуществом предложенного технического решения по сравнению с известными является то, что конструкцией прочного корпусе устройства обеспечена надежная опора фундамента нейтрализаторов в выдвинутом положении на специальный контур и закрытия прочного корпуса нижней пластиной при подъеме нейтрализаторов в исходное положение. Подачей в корпус устройства соответствующего давления воздуха может быть обеспечено сухое хранение нейтрализаторов и выдвижных устройств.
Патентный поиск не выявил подобных технических решений, поэтому предложения авторов обладает патентной новизной.
Предложение отвечает также критериям реализуемости, т.к. для его создания не требуются дорогие материалы, а телескопические устройства давно известны и применяются в морских технологиях. Нет и инженерных проблем создания такого универсального выдвижного устройства.
Краткое описание чертежей
Основные элементы устройства - «Универсальный выдвижной нейтрализатор волновых нагрузок на суда и корабли, и способ его установки для уменьшения различных видов качки»:
- прочный корпус (1), герметичный с боков и торцов и открытый снизу,
- телескопические устройства (2) в количестве, определяемом длиной корпуса и расчетами прочности (обычно 2-3), для заданной балльности волнения,
- прочный выдвижной фундамент (3), находящийся внутри корпуса, жестко соединенный сверху с телескопическим устройством, а снизу к этому выдвижному фундаменту крепится выдвижной НВН (например, на сварке), при этом ширина выдвижного фундамента больше ширины крыльевых решеток фиг. 6 или пластин фиг. 7,
- нижняя прочная пластина (6), к которой крепятся крыльевые решетки или пластины,
- днищевой опорный контур прочного корпуса (5) с вырезами для надежной опоры на него выдвижного фундамента сверху и закрытия корпуса снизу нижней пластиной, при этом вырез сверху соответствует ширине выдвижного фундамента, а нижнего - ширине нижней пластины, которая больше ширины крыльевых решеток или пластин, что позволяет при поднятом и выдвинутом НВН подать в прочный корпус давление воздуха и не допустить заполнения его забортной водой, что особенно важно при длительной стоянке в базе,
- нейтрализаторы волновых сил (4) крыльевого фиг. 6 или пластинчатого фиг. 7 типа, прочно соединенные (например, сваркой) с верхним прочным фундаментом: и нижней пластиной.
Способ установки выдвижных нейтрализаторов волновых нагрузок для уменьшения различных видов качки предлагается:
- у прямобортных кораблей - в носу и корме, горизонтально, на глубине 2-3 м, для самого эффективного уменьшения всех видов качки и вертикально вниз - для умерения только бортовой качки фиг. 8;
- у кораблей и судов с плавной скуловой формой поперечного сечения - под углом 45° к горизонту фиг. 9.
При этом устройство выдвижных НВН должно устанавливаться на правом и левом борту корабля, судна так, чтобы у прямобортных корпусов фиг. 8 пластины или крыльевые решетки при вертикальном расположении самого устройства на ходу захватывали пограничный слой и отправляли его под днище, а при горизонтальном чтобы крылья и пластины создавали подъемную силу, что будет способствовать уменьшению потерь скорости хода (само устройство позволяет менять его ориентацию путем разворота на 180%.).
Значение обозначения изображений
Фиг. 1. Устройство уменьшения бортовой качки корабля с большим отношением ширины к осадке. Патент РФ № 2374124, 2000 г.
Фиг. 2. Устройство уменьшения бортовой качки быстроходных катеров. Патент РФ № 2448863, 2011 г.
Фиг. 3. Вид с боку в исходном состоянии с поднятыми НВН.
Фиг. 4. Вид с торца с выдвинутыми НВН.
Фиг. 5. Вид сбоку с выдвинутыми НВН.
Фиг. 6. Вид сверху, нейтрализатор волновых сил крыльевого типа.
Фиг. 7. Вид сверху, нейтрализатор волновых сил пластинчатого типа.
Фиг. 8. У прямобортных кораблей в носу и корме горизонтально на глубине 2-3 м для самого эффективного уменьшения всех видов качки и вертикально вниз - для умерения только бортовой.
Фиг. 9. НВН, установленные в районе скулы (т.е. глубже) под углом 30-450, уменьшают все виды качки.