RU2188778C2 - Ship's bow - Google Patents

Abstract

FIELD: hydrodynamics; increasing running speed of ships. SUBSTANCE: ship's bow has shields mounted on either side below waterline. Front portion of shields is parallel to direction of ship's motion lower and upper horizontal edges of shields are connected with ship's skin by means of plates. Passages thus formed have hydrodynamic shape in longitudinal direction along shields and fore skin of ship. Angle between chord of surface of fore hydrodynamic skin and CL of ship shall be no less than 35 deg. EFFECT: increased thrust of ship with no increase in power of power plants or reduced power (fuel saving) at rated speed. 2 dwg

Description

Изобретение относится к гидродинамике и может быть использовано для увеличения скорости движения судов без повышения мощности энергетических установок или для снижения мощности (экономии топлива) судов при расчетной скорости хода. The invention relates to hydrodynamics and can be used to increase the speed of ships without increasing the power of power plants or to reduce the power (fuel economy) of ships at the estimated speed.

Известно устройство для повышения силы тяги, содержащее щиты, установленные ниже ватерлинии с двух сторон носа судна и закрепленные к его обшивке, а также вращаемые цилиндрические роторы, размещаемые в пространстве между обшивкой носа и щитами (авт. свидет. 19479, В 63 В 1/4, СССР, публ. 1931 г.). A device for increasing traction, which contains shields installed below the waterline on both sides of the bow of the vessel and secured to its skin, as well as rotatable cylindrical rotors placed in the space between the skin of the nose and shields (auth. Witness 19479, 63 V 1 / 4, USSR, publ. 1931).

Известен способ увеличения скорости движения в водной среде, заключающийся в создании колебаний рабочего органа в виде жесткого обтекателя в носу поступательно движущегося в воде судна, осуществляемых подпружиненным толкателем от источника колебаний (патент 2006415, В 63 В 1/36, Россия, 1994 г.). There is a method of increasing the speed of movement in the aquatic environment, which consists in creating vibrations of the working body in the form of a rigid fairing in the bow of a vessel moving in the water, carried out by a spring-loaded pusher from the source of oscillations (patent 2006415, 63 V 1/36, Russia, 1994) .

Известно устройство для увеличения силы тяги в виде колеблющегося носового крыльевого профиля, установленного впереди корпуса судна (патент США 5090352, В 63 В 1/36, 1993 г.). A device for increasing traction in the form of an oscillating nose wing profile installed in front of the hull of the vessel (US patent 5090352, 63 V 1/36, 1993).

Общие недостатки перечисленных устройств - наличие крупногабаритных, массивных колеблющихся (или вращаемых) деталей, конструкций и необходимость существенных затрат дополнительной энергии. Common disadvantages of these devices are the presence of large, massive oscillating (or rotatable) parts, structures and the need for significant additional energy costs.

Известен нос судна, содержащий щиты, установленные ниже ватерлинии с двух его сторон, причем передняя часть щитов параллельна направлению движения судна, нижние и верхние горизонтальные кромки щитов соединены с обшивкой пластинами, при этом образуемые каналы имеют гидродинамическую форму в продольном направлении вдоль щитов и обшивки борта судна (патент 2131374, В 63 В 1/40, Россия, опубл. 10.06.1999 г.). A ship’s bow is known, comprising shields installed below the waterline on its two sides, the front of the shields parallel to the direction of movement of the ship, the lower and upper horizontal edges of the shields connected to the skin by the plates, while the channels formed are hydrodynamic in the longitudinal direction along the boards and the side skin vessel (patent 2131374, 63 V 1/40, Russia, publ. 06/10/1999).

Недостаток этого устройства, принятого за прототип, заключается в отсутствии такого признака, как угол между хордой поверхности носовой обшивки гидродинамической формы и диаметральной плоскостью судна. От указанного угла в конечном счете зависит достижение технического результата предлагаемого изобретения - увеличение силы тяги. The disadvantage of this device, taken as a prototype, is the absence of such a feature as the angle between the chord surface of the nasal sheathing of a hydrodynamic shape and the diametrical plane of the vessel. On the specified angle ultimately depends on the achievement of the technical result of the invention - an increase in traction.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем щиты, установленные ниже ватерлинии с двух сторон носа судна, передняя часть щитов параллельна направлению движения судна, причем нижние и верхние горизонтальные кромки щитов соединены с обшивкой пластинами, а образуемые при этом каналы имеют гидродинамическую форму в продольном направлении вдоль щитов и обшивки борта судна, угол между хордой поверхности носовой обшивки гидродинамической формы и диаметральной плоскостью судна должен быть не менее 35 градусов. The technical result is achieved in that in a device containing shields installed below the waterline on both sides of the bow of the ship, the front of the shields is parallel to the direction of movement of the ship, with the lower and upper horizontal edges of the shields connected to the skin by the plates, and the channels formed in this case have a hydrodynamic shape in the longitudinal direction along the boards and the side of the vessel, the angle between the chord of the surface of the bow of the hydrodynamic shape and the diametrical plane of the vessel should be at least 35 degrees.

Для оценки величины указанного угла рассмотрим каналы, в которых часть обшивки корпуса судна выполнена в виде выпуклой крыльевой поверхности, а противолежащая ей внутренняя поверхность щитов параллельна хорде обшивки и имеет искусственную шероховатость. Скорость обтекания потоком обшивки будет выше скорости обтекания поверхности щита, а оказываемые на них давления со стороны потока наоборот. В результате разности этих давлений появляется гидродинамическая сила Ркр, приложенная перпендикулярно хорде и щиту и направленная в сторону от судна. Проекция этой силы на направление движения судна Ткр = Ркр sinα представляет собой дополнительную силу тяги. Очевидно, что величина ее зависит от угла α между хордой поверхности носовой обшивки судна гидродинамической формы и диаметральной плоскостью судна. Чем этот угол больше, тем дополнительная сила тяги выше. To assess the magnitude of the indicated angle, we consider the channels in which part of the hull sheathing is made in the form of a convex wing surface, and the opposite inner surface of the shields is parallel to the chord of the sheathing and has an artificial roughness. The speed of flow around the cladding stream will be higher than the speed of flow around the surface of the shield, and the pressure exerted on them from the side of the flow is the opposite. As a result of the difference in these pressures, the hydrodynamic force Pkr appears, applied perpendicular to the chord and shield and directed away from the vessel. The projection of this force on the direction of the vessel Tkr = Pkr sinα is an additional traction force. Obviously, its value depends on the angle α between the chord of the surface of the bow of the vessel of hydrodynamic shape and the diametrical plane of the vessel. The larger this angle, the greater the additional traction force.

Размещение пластинчатого интерцептора на задней кромке щита тормозит поток и также вызывает повышение давления потока на внутреннюю поверхность щитов, результирующая которого перпендикулярна щиту и равна Ринт, и появление еще одной дополнительной силы тяги Тинт = Ринт sinα, зависящей от угла между щитом и диаметральной плоскостью судна. Кроме этого, интерцептор вносит дополнительно сопротивление Rинт, которое снижает силу тяги на величину Тсопр = Rинт cosα. Placing a plate-like interceptor on the trailing edge of the shield slows down the flow and also causes an increase in flow pressure on the inner surface of the shields, the result of which is perpendicular to the shield and equal to Rint, and the appearance of another additional thrust force Tint = Rint sinα, depending on the angle between the shield and the ship’s diametrical plane. In addition, the interceptor introduces an additional resistance Rint, which reduces the traction by an amount Tcop = Rint cosα.

Таким образом, в случае применения трех разных устройств суммарная дополнительная сила тяги судна будет равна

Из (1) найдем значение угла α, при котором дополнительная сила тяги имеет наибольшую величину,
α = arctgPинт/(Ркр + Рш + Ринт). (2)
Выполненные расчеты показали, что в пределах реальных изменений геометрических параметров крыльевой поверхности обшивки, интерцепторов и искусственной шероховатости щитов существенная величина дополнительной силы тяги возникает при угле α не менее 35 градусов.Thus, in the case of using three different devices, the total additional thrust of the vessel will be equal to

From (1) we find the value of the angle α at which the additional traction force has the largest value,
α = arctgPint / (Pkr + Psh + Rint). (2)
The calculations showed that within the real changes in the geometric parameters of the wing surface of the skin, the interceptors and the artificial roughness of the shields, a significant amount of additional thrust occurs at an angle α of at least 35 degrees.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 - общий вид устройства при сечении корпуса судна горизонтальной плоскостью; фиг.2 - сечение А - А на фиг. 1. The invention is illustrated by drawings, in which figure 1 is a General view of the device when the cross section of the hull is horizontal; FIG. 2 is a section A - A in FIG. 1.

Устройство содержит размещаемые в носу судна 1 ниже ватерлинии щиты 2, участки носовой обшивки судна в виде крыльевого профиля 3, пластинчатые интерцепторы 4, нижние и верхние пластины 5. The device comprises shields 2 located in the bow of the vessel 1 below the waterline, sections of the bow of the vessel in the form of a wing profile 3, plate-shaped spoilers 4, lower and upper plates 5.

Устройство работает следующим образом. При движении судна набегающий на нос судна поток воды поступает в каналы, образованные обшивкой носа судна 1, щитами 2 и горизонтальными пластинами 5. При этом скорость потока на крыльевой поверхности обшивки 3 оказывается выше, чем на противолежащей внутренней поверхности щита 2. К тому же обтекание последней тормозится искусственной шероховатостью и наличием интерцептора 4. Разность скоростей потока на крыльевой поверхности 3 и поверхности щита 2 приводит к разности давлений на них и, как результат, к результирующей гидродинамической силе, перпендикулярной хорде крыльевой поверхности и щиту. Проекция ее на направление движения судна дает дополнительную силу тяги к основной силе тяги. The device operates as follows. When the vessel is moving, the flow of water running on the bow of the ship enters the channels formed by the bow of the ship 1, shields 2 and horizontal plates 5. Moreover, the flow rate on the wing surface of the skin 3 is higher than on the opposite inner surface of the shield 2. Moreover, the flow around the latter is inhibited by artificial roughness and the presence of an interceptor 4. The difference in the flow rates on the wing surface 3 and the surface of the shield 2 leads to a difference in pressure on them and, as a result, to the resulting hydrodynamic force perpendicular to the chord of the wing surface and shield. Its projection on the direction of movement of the vessel gives additional thrust to the main thrust.

Устройство не имеет каких-либо движущих частей, не требует специальных затрат энергии. При этом дополнительная сила тяги может достигать 20% и более от основной силы тяги судна. The device does not have any moving parts, does not require special energy costs. In this case, the additional thrust can reach 20% or more of the main thrust of the vessel.

Claims (1)

Hoc судна, содержащий щиты, установленные ниже ватерлинии с двух его сторон, причем передняя часть щитов параллельна направлению движения судна, нижние и верхние горизонтальные кромки щитов соединены с обшивкой пластинами, при этом образуемые каналы имеют гидродинамическую форму в продольном направлении вдоль щитов и носовой обшивки, отличающийся тем, что угол между хордой поверхности носовой обшивки гидродинамической формы и диаметральной плоскостью составляет не менее 35^o.Hoc of the vessel, comprising shields installed below the waterline on its two sides, the front part of the shields parallel to the direction of movement of the vessel, the lower and upper horizontal edges of the shields connected to the skin by the plates, while the channels formed are hydrodynamic in the longitudinal direction along the boards and the bow, characterized in that the angle between the chord surface of the nasal sheathing hydrodynamic shape and the diametrical plane is not less than 35 ^o .

Images