RU2262463C2 - Method of stabilization of motion and reduction of power requirements of hovercraft and device for realization of this method in form of aft ship's handling characteristics correction mechanism - Google Patents
Method of stabilization of motion and reduction of power requirements of hovercraft and device for realization of this method in form of aft ship's handling characteristics correction mechanism Download PDFInfo
- Publication number
- RU2262463C2 RU2262463C2 RU2003132742/11A RU2003132742A RU2262463C2 RU 2262463 C2 RU2262463 C2 RU 2262463C2 RU 2003132742/11 A RU2003132742/11 A RU 2003132742/11A RU 2003132742 A RU2003132742 A RU 2003132742A RU 2262463 C2 RU2262463 C2 RU 2262463C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wing
- vessel
- hydraulic
- attack
- hull
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к судостроению и касается создания высокоскоростных судов на подводных крыльях (СПК) и может быть использовано в водных транспортных средствах, а более конкретно реализовано на СПК.The present invention relates to shipbuilding and relates to the creation of high-speed hydrofoil vessels (SPK) and can be used in water vehicles, and more specifically implemented on the SPK.
Известны СПК, у которых крыльевое устройство состоит из двух крыльев: носового и кормового. Крылья крепятся к корпусу тремя стойками, две из них расположены по бортам на концах крыла и одна в диаметральной плоскости (ДП). Для кормового крыла в качестве опоры в ДП использован кронштейн гребного вала. Стойки крыльев сделаны разъемными, нижняя часть стоек приварена к крылу, а верхняя крепится болтами к корпусу. Соединение стоек на фланце болтовое. Изменение установочного угла атаки производится постановкой клиньев между фланцами нижней и верхней частей стоек (см. Зайцев Н.А., Маскалик А.И. «Отечественные суда на подводных крыльях», Ленинград, издательство «Судостроение», 1967 г., с.136, рис.87-89).SECs are known in which the wing device consists of two wings: fore and aft. The wings are attached to the body by three uprights, two of them are located on the sides at the ends of the wing and one in the diametrical plane (DP). For the aft wing, the propeller shaft bracket was used as a support in the DP. The wing posts are made detachable, the bottom of the legs is welded to the wing, and the top is bolted to the body. The connection of the struts on the flange is bolted. The installation angle of attack is changed by setting wedges between the flanges of the lower and upper parts of the uprights (see Zaitsev N.A., Maskalik A.I. “Domestic hydrofoil vessels”, Leningrad, Sudostroenie publishing house, 1967, p.136 , Fig. 87-89).
В книге приведена конструкция крыльев пассажирского теплохода «Ракета». Данную конструкцию, как и другие подобные конструкции теплоходов «МЕТЕОР», «БУРЕВЕСТНИК» и др., отличает простота и достаточно надежная схема крыльевых устройств с малопогруженными, жестко закрепленными на корпусе подводными крыльями, однако выход таких типов судов на подводные крылья при максимальной нагрузке обеспечивается установкой крыльев при сборке судна с постоянным и завышенным углом атаки, что снижает их гидродинамические, скоростные качества при движении судна на крыльевом режиме.The book shows the design of the wings of the passenger ship "Rocket". This design, as well as other similar designs of the METEOR, BUREVESTNIK, and other motor ships, is distinguished by its simplicity and a fairly reliable scheme of wing devices with low-loaded hydrofoils, which are rigidly fixed to the hull, but the hydrofoils can reach these types of ships at maximum load installation of the wings during assembly of the vessel with a constant and overestimated angle of attack, which reduces their hydrodynamic, speed characteristics when the vessel moves in wing mode.
Судно с малопогруженными крыльями имеет достаточно высокие гидродинамические качества на эксплуатационных скоростях, однако возможность реализации этого качества связана с режимом выхода судна на подводные крылья. В диапазоне скоростей (0,4...0,6)Vэ (Vэ - эксплуатационная скорость) судно имеет минимальное гидродинамическое качество, так как в этом диапазоне располагается так называемый «горб максимального сопротивления» (см. Зайцев Н.А., Маскалик А.И. «Отечественные суда на подводных крыльях», Ленинград, издательство «Судостроение», 1967 г., с.41, рис.31). На «горбе максимального сопротивления» гидродинамическое качество отечественных судов на подводных крыльях составляет 8...11 вместо 12...16 на эксплуатационных скоростях.A ship with low-loaded wings has a fairly high hydrodynamic quality at operational speeds, however, the possibility of realizing this quality is associated with the mode of the ship's hydrofoil exit. In the speed range (0.4 ... 0.6) V e (V e - operational speed) the vessel has a minimum hydrodynamic quality, since the so-called "hump of maximum resistance" is located in this range (see N. Zaitsev. , A. Maskalik “Domestic hydrofoil vessels”, Leningrad, Sudostroenie publishing house, 1967, p.41, fig. 31). On the “hump of maximum resistance”, the hydrodynamic quality of domestic hydrofoil vessels is 8 ... 11 instead of 12 ... 16 at operating speeds.
Наличие «горба сопротивления» обусловлено сопротивлением воды, которое увеличивается пропорционально квадрату скорости судна, а это значит, что для обеспечения даже незначительного увеличения скорости судна требуется существенно увеличивать мощность двигателя.The presence of a “hump of resistance" is due to the resistance of water, which increases in proportion to the square of the speed of the vessel, which means that to ensure even a slight increase in the speed of the vessel, it is necessary to significantly increase engine power.
На построенных судах на подводных крыльях доля полезной нагрузки составляет всего 30...32% (с учетом топлива) от полной массы судна. Для повышения доли полезной нагрузки, а следовательно, и увеличения экономической эффективности, необходимо искать пути снижения массы судна и ее составляющих, а также доли потребляемой мощности, необходимой для движения СПК на всех режимах плавания.On hydrofoil ships built, the share of payload is only 30 ... 32% (including fuel) of the total weight of the vessel. To increase the share of the payload, and therefore increase the economic efficiency, it is necessary to look for ways to reduce the mass of the vessel and its components, as well as the share of power consumption necessary for the movement of the SEC in all navigation modes.
Наличие «горба сопротивления» не позволяет реализовать в максимальной степени гидродинамическое качество крыльев, поэтому параметры двигателя выбираются не из условия его оптимальности в районе максимального гидродинамического качества (достижения максимальной скорости судна), а из условий обеспечения судну упора, необходимого для преодоления «горба сопротивления» при выходе судна на подводные крылья.The presence of a “hump of resistance” does not allow to maximize the hydrodynamic quality of the wings, therefore the engine parameters are selected not from the conditions of its optimality in the region of maximum hydrodynamic quality (to achieve maximum speed of the vessel), but from the conditions of providing the ship with the stop necessary to overcome the “hump of resistance” when the ship enters hydrofoils.
На современных СПК типа «Ракета», «Метеор», «Беларусь», «Чайка», «Комета» и др. для преодоления «горба сопротивления» при разгоне с полностью погруженными крыльями и приводом гребного винта потребляемая мощность двигателя практически в 1,5...2 раза превышает мощность, необходимую для поддержания движения СПК в эксплуатационном режиме, несмотря на использование встроенных активных элементов увеличения подъемной силы, выходящих из воды по мере роста скорости и подъемной силы основных несущих плоскостей (см. книгу Зайцев Н.А., Маскалик А.И. «Отечественные суда на подводных крыльях», г. Ленинград, издательство «Судостроение», 1967 г., с.с.123, 165, 227, 256, 257 и 317 соответственно).On modern SECs such as Rocket, Meteor, Belarus, Seagull, Comet, etc., to overcome the "hump of resistance" during acceleration with fully submerged wings and propeller drive, the engine power consumption is almost 1.5 ... 2 times the power required to maintain the movement of the SEC in the operational mode, despite the use of built-in active elements to increase the lifting force coming out of the water as the speed and lifting force of the main bearing planes increase (see the book Zaitsev N.A., Maskalik A.I. “About hydrofoil crafts ”, Leningrad, Sudostroenie Publishing House, 1967, pp. 123, 165, 227, 256, 257 and 317, respectively).
Наиболее близким по совокупности признаков является способ стабилизации движения СПК, осуществляемый посредством двух устройств - носового и кормового крыльев, позволяющих в случае необходимости при движении судна одновременно изменять отстояние от корпуса обоих крыльев с механической фиксацией двух положений:Closest to the totality of features is a method of stabilizing the movement of the SEC, carried out by means of two devices - the fore and aft wings, allowing, if necessary, when moving a vessel, simultaneously change the distance from the hull of both wings with mechanical fixation of two positions:
- с максимальным отстоянием от днища корпуса судна, т.е. в нижнем положении, обеспечивающем необходимое рабочее погружение крыльев,- with a maximum distance from the bottom of the hull, i.e. in the lower position, providing the necessary working immersion of the wings,
- с минимальным отстоянием, т.е. в верхнем положении, с заниженной величиной заглубления крыльев, при этом используются подъемно-выдвижные закрытые рамочные устройства, каждое из которых содержит несущее крыло со стойками и жестко соединяющую их в верхней части опорную штангу и устанавливается в направляющих элементах корпуса с возможностью вертикального перемещения, качения и взаимодействия с изолированно расположенными силовыми гидроцилиндрами управления и с приводом гребного винта (для кормового механизма) (патент ФРГ №1072133, кл. 65 a11 от 09.06.1960 г.).- with minimal distance, i.e. in the upper position, with an underestimated depth of wing penetration, the use of lifting and sliding closed frame devices, each of which contains a carrier wing with struts and a support rod rigidly connecting them in the upper part and is installed in the guide elements of the body with the possibility of vertical movement, rolling and interaction with isolated power control hydraulic cylinders and with a propeller drive (for the stern mechanism) (Germany patent No. 1072133, class 65 a11 of 06/09/1960).
Известный способ стабилизации движения судна путем одновременного ступенчатого уменьшения заглубления обоих крыльев разработан авторами изобретения с целью обеспечения надежности и безопасности плавания в условиях сильного волнения водной среды и при поворотах на курсе, когда возникают значительные дополнительные поперечные силы, создающие закритические динамические изгибающие моменты на крыльевые устройства и давления на корпус судна, способные привести к деформации и разрушению крыльевых устройств и их опорных элементов. При движении судна с уменьшенным заглублением крыльев (в режиме «приседание») снижаются динамические нагрузки от внешних воздействующих факторов и такой режим отвечает требованиям оптимального взаимодействия подводных крыльев, корпуса судна и водной среды.The known method of stabilizing the movement of a ship by simultaneously decreasing the depth of both wings stepwise was developed by the inventors in order to ensure reliability and safety of sailing in conditions of strong waves of the aquatic environment and during heading when significant additional transverse forces arise, creating supercritical dynamic bending moments on the wing devices and pressure on the ship's hull, which can lead to deformation and destruction of wing devices and their supporting elements. When the vessel is moving with a reduced depth of the wings (in the squat mode), dynamic loads from external factors are reduced and this mode meets the requirements for optimal interaction between the hydrofoils, the hull and the aquatic environment.
Недостатком этого способа является то, что возможность его осуществления рассчитана применительно к движению судна на крыльевом режиме с соблюдением определенной синхронизации работы гидроцилиндров управления обоими крыльевыми устройствами. Кроме этого, переход с крыльевого режима движения судна на режим «приседание» с применением указанного способа стабилизации связан с необходимостью увеличения углов атаки обоих крыльев для поддержания постоянства их подъемной силы, что и предусмотрено в известных рамочных устройствах.The disadvantage of this method is that the possibility of its implementation is calculated in relation to the movement of the vessel in the wing mode in compliance with a certain synchronization of the operation of the hydraulic control cylinders of both wing devices. In addition, the transition from the winged mode of movement of the vessel to the "squat" mode using the specified stabilization method is associated with the need to increase the angles of attack of both wings to maintain the constancy of their lifting force, which is provided in the known frame devices.
Наиболее близким по совокупности признаков технического решения к заявленному изобретению по способу и устройству являются устройства (механизмы), уменьшающие отстояние от корпуса судна обоих крыльев одновременно во время движения. Эти устройства выполнены в виде закрытых подъемно-выдвижных рамочных механизмов, каждый из которых включает несущее крыло со стойками (пилонами) и жестко соединяющую их в верхней части опорную штангу и установлен в направляющих элементах корпуса судна с возможностью вертикального перемещения в одно из двух заданных положений с фиксацией в этих положениях, качания и взаимодействия с изолированно (автономно) расположенными силовыми гидроцилиндрами управления и приводом гребного винта (патент ФРГ №1072133, кл. 65 a11 от 09.06.1960 г.).The closest in terms of features of the technical solution to the claimed invention by the method and device are devices (mechanisms) that reduce the distance from the ship's hull of both wings simultaneously during movement. These devices are made in the form of closed lifting and sliding frame mechanisms, each of which includes a supporting wing with uprights (pylons) and a support rod rigidly connecting them in the upper part and is installed in the guiding elements of the ship’s hull with the possibility of vertical movement in one of two specified positions with fixing in these positions, swinging and interaction with isolated (independently) located power control hydraulic cylinders and propeller drive (FRG patent No. 1072133, class 65 a11 of 06/09/1960).
Известны достоинства указанных механизмов, основным из которых является практическое осуществление принципа гидравлического управления положением подводных крыльев при движении судна как по величине отстояния, так и по изменению установочных углов атаки.The advantages of these mechanisms are known, the main of which is the practical implementation of the principle of hydraulic control of the position of the hydrofoils when the vessel is moving, both in terms of the distance and the change in the set angles of attack.
Недостатком известных конструкций является то, что фиксация подводных крыльев предусмотрена только в двух положениях: в нижнем - с рабочим погружением и в верхнем - с уменьшенной величиной заглубления, при этом фиксация выполняется механическими стопорными устройствами, отличающимися нетехнологичностью и трудоемкостью изготовления.A disadvantage of the known structures is that the fixation of the hydrofoils is provided in only two positions: in the lower one with working immersion and in the upper one with a reduced depth of penetration, while the fixation is performed by mechanical locking devices, which are not technologically advanced and laborious to manufacture.
Конструкция известных подъемно-выдвижных устройств предполагает только совместное их использование и применение на обоих крыльевых устройствах с определенной степенью синхронизации управления.The design of the known lifting and sliding devices involves only their combined use and application on both wing devices with a certain degree of control synchronization.
Кроме этого, асимметричное расположение каждого силового гидроцилиндра управления рамочным механизмом увеличивает вероятность работы механизма с перекосами, вызывающими повышенный износ поверхностей сопрягаемых деталей, а нередко и их заклинивание.In addition, the asymmetric arrangement of each power hydraulic cylinder controlling the frame mechanism increases the likelihood of the mechanism working with distortions causing increased wear of the surfaces of the mating parts, and often their jamming.
Несмотря на то, что рамочные устройства могут поворачиваться относительно своих осей опорных штанг и соответственно при этом могут изменяться углы атаки крыльев при движении судна, в целом крыльевые устройства прототипа выполнены с ограниченными функциональными возможностями и отличаются кинематической, технологической и конструктивной сложностью, обусловленной большим количеством сопрягаемых узлов и деталей, что в совокупности снижает уровень надежности этих устройств и эксплуатационные качества судна.Despite the fact that the frame devices can rotate relative to their axis of the support rods and accordingly, the angles of attack of the wings can change during the movement of the vessel, in general, the wing devices of the prototype are made with limited functionality and differ in kinematic, technological and constructive complexity due to the large number of mating components and parts, which together reduces the level of reliability of these devices and the operational quality of the vessel.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание СПК с лучшими эксплуатационно-техническими показателями в части снижения потребляемой мощности, расхода топлива и реализации возможности осуществлять необходимую коррекцию характеристик управляемости судна при его движении на всех режимах плавания при максимальном сохранении относительной простоты конструкций и схем крыльевых устройств, применяющихся в отечественных СПК (например, жесткое закрепление подводных крыльев на корпусе).The technical task of the invention is the creation of a SEC with the best operational and technical indicators in terms of reducing power consumption, fuel consumption and the ability to carry out the necessary correction of the controllability characteristics of the vessel during its movement in all navigation modes while maximizing the relative simplicity of the designs and schemes of wing devices used in domestic SPK (for example, rigid fastening of hydrofoils on the body).
Предлагаемое изобретение по способу снижения потребляемой мощности путем повышения гидродинамического качества на режиме выхода судна на крылья (уменьшение «горба сопротивления»), стабилизации движения СПК и устройству для его осуществления в виде механизма коррекции характеристик управляемости судна обеспечивает достижение технического результата, который заключается в том, что при осуществлении указанного способа и создании механизма коррекции характеристик управляемости судна, как инструмента для реализации этого способа, возможно либо использование для СПК менее мощных и более экономичных двигателей, либо обеспечение вывода существующих СПК на крыльевой режим при той же потребляемой мощности, но с увеличенной на 20% и более полезной нагрузкой, что значительно повышает экономическую эффективность использования СПК.The present invention by a method of reducing power consumption by increasing the hydrodynamic quality in the mode of the ship's exit to the wings (reducing the "hump of resistance"), stabilizing the movement of the SEC and the device for its implementation in the form of a correction mechanism for the handling characteristics of the vessel provides a technical result, which that when implementing this method and creating a mechanism for correcting the handling characteristics of the vessel, as a tool for implementing this method, You can either use less powerful and more economical engines for the SEC, or ensure that the existing SEC is put into wing mode at the same power consumption, but with an increase of 20% or more payload, which significantly increases the economic efficiency of using the SEC.
Указанный технический результат по способу стабилизации движения и снижения потребляемой мощности судна на подводных крыльях, при котором создают вертикальные возвратно-поступательные перемещения кормового крыла, достигается тем, что, согласно изобретению, используют кормовой механизм коррекции характеристик управляемости с возможностью плавного управления положением кормового крыла по величине его отстояния от корпуса в диапазоне от нуля до максимального значения, гидравлической фиксации кормового крыла в любой точке отстояния и изменения его угла атаки в любой точке отстояния при неизменном отстоянии и угле атаки носового крыла, при этом начало разгона судна из состояния свободного плавания выполняют с носовым крылом, погруженным в воду и жестко присоединенным с помощью стоек непосредственно к корпусу судна с установленными рабочим отстоянием и минимальным углом атаки, обеспечивающим достижение максимальной скорости судна при движении на крыльевом режиме с невысокой нагрузкой, и поднятым заподлицо с днищем кормовым крылом с предварительно установленным минимальным углом атаки с последующим по мере роста скорости движения судна постепенным погружением кормового крыла в воду вначале на глубину, примерно равную 1/3 длины хорды крыла, и поворотом крыла на увеличение угла атаки, обеспечивающие отрыв корпуса судна от поверхности воды, а затем погружением кормового крыла на рабочую глубину и поворот крыла в исходное положение для достижения максимальной скорости судна при движении на крыльевом режиме, при этом для стабилизации движения судна, например, на крыльевом режиме, на поворотах или при волнении коррекцию углов атаки обоих крыльев одновременно и автоматически выполняют изменением дифферента судна на корму путем плавного изменения величины отстояния несущей плоскости кормового крыла от днища корпуса с последующей гидравлической фиксацией крыла в положении наилучшей стабилизации движения, причем с уменьшением дифферента судна на корму, при увеличении отстояния кормового крыла углы атаки обоих крыльев синхронно уменьшаются, а с увеличением дифферента судна на корму, при уменьшении отстояния кормового крыла углы атаки крыльев синхронно увеличиваются.The specified technical result according to the method of stabilizing the movement and reducing the power consumption of the hydrofoil vessel, which creates vertical reciprocating movements of the aft wing, is achieved by the fact that, according to the invention, a stern mechanism for correction of controllability characteristics is used with the ability to smoothly control the position of the aft wing in size its distance from the hull in the range from zero to the maximum value, hydraulic fixation of the aft wing at any point of separation changes in its angle of attack at any point of separation with the same distance and angle of attack of the nasal wing, while the start of the acceleration of the vessel from the free-floating state is performed with the nose wing immersed in water and rigidly attached using racks directly to the hull of the vessel with the established working distance and minimum angle of attack, ensuring maximum speed of the vessel when moving on wing mode with low load, and raised aft flush with the bottom of the aft wing with a pre-installed mi the angle of attack followed by a gradual immersion of the aft wing in the water at first to a depth of approximately 1/3 of the length of the chord of the wing as the vessel’s speed increases, and by turning the wing to increase the angle of attack, which allows the hull of the vessel to be separated from the surface of the water, and then immerse the stern wing to the working depth and turning the wing to its original position to achieve maximum speed of the vessel when moving in wing mode, while stabilizing the movement of the vessel, for example, in wing mode, cornering or during In this case, the correction of the angles of attack of both wings is simultaneously and automatically performed by changing the trim of the vessel to the stern by smoothly changing the distance of the carrier plane of the aft wing from the bottom of the hull, followed by hydraulic fixation of the wing in the position of the best stabilization of movement, and with a decrease in the trim of the vessel to the stern, while increasing the distance of the stern the wing angles of attack of both wings simultaneously decrease, and with the increase in the trim of the vessel to the stern, while the distance of the stern wing decreases, the angle of attack rylev synchronously increased.
Кормовой механизм коррекции характеристик управляемости судна на подводных крыльях, содержащий подъемно-выдвижное рамочное устройство, состоящее из несущего кормового крыла со стойками и опорной штанги, жестко соединяющей стойки в верхней части, установленное с возможностью вертикального перемещения посредством гидродвигателей и взаимодействия с приводом гребного винта, отличающийся тем, что вертикально установленные два или более гидродвигателя двустороннего действия симметрично разнесены относительно диаметральной плоскости, их поршневые штоки нижними концами шарнирно закреплены на транце корпуса судна, а верхними шарнирно связаны со штоками горизонтально расположенных гидродвигателей, предназначенных для угловых перемещений подъемно-выдвижного рамочного устройства, которые шарнирно закреплены на корпусе судна посредством цапф, с предотвращением боковых перемещений, при этом поршневые штоки вертикально установленных гидродвигателей двустороннего действия являются направляющими элементами для формирования вертикальных возвратно-поступательных перемещений силовых гидроцилиндров, жестко прикрепленных к стойкам кормового крыла, а рабочие полости силовых гидроцилиндров вертикально установленных гидродвигателей сообщены с внешним источником гидропитания через четырехлинейный трехпозиционный гидравлический кран управления с плоским поворотным золотником, который в нейтральном положении разобщает и запирает рабочие полости гидроцилиндров, образуя гидрозамок, а в крайних положениях осуществляет подачу или отвод рабочей жидкости в гидродвигатели или от гидродвигателей, при этом рабочие полости силовых гидроцилиндров горизонтально расположенных гидродвигателей сообщены с внешним источником питания через четырехлинейный двухпозиционный гидравлический кран управления, который осуществляет подачу или отвод рабочей жидкости в гидродвигатели или от гидродвигателей.Aft mechanism for correcting hydrofoil vessel controllability characteristics, comprising a lifting-sliding frame device consisting of a supporting aft wing with struts and a support rod rigidly connecting the racks in the upper part, mounted with the possibility of vertical movement by means of hydraulic motors and interaction with the propeller drive, characterized the fact that vertically mounted two or more double-acting hydraulic motors are symmetrically spaced relative to the diametrical plane, their piston rods with their lower ends are pivotally mounted on the transom of the ship’s hull, and their upper ends are pivotally connected to the rods of horizontally located hydraulic motors designed for angular movements of the lifting-sliding frame device, which are pivotally mounted on the ship's hull by means of pins, with the prevention of lateral movements, while the piston rods vertically mounted double-acting hydraulic motors are guiding elements for the formation of vertical reciprocating rooms of power hydraulic cylinders, rigidly attached to the sterns of the aft wing, and the working cavities of the power cylinders of vertically mounted hydraulic motors are connected to an external hydropower source through a four-line three-position hydraulic control valve with a flat rotary valve, which in the neutral position divides and locks the working cavities of the hydraulic cylinders, forming a hydraulic lock, and in extreme positions, delivers or discharges the working fluid to or from hydraulic motors, while Static preparation cavities power cylinders horizontally arranged hydraulic cylinders communicated with the external power source through a four-way two-position hydraulic control valve, which feeds hydraulic fluid or retraction in hydraulic motors or hydraulic motors.
Известно, что при движении судна в крыльевом режиме подводные крылья (носовое и кормовое), установленные на разных отстояниях от килевой линии (носовое - на большем, кормовое - на меньшем), имеют примерно одинаковое заглубление (расстояние) от поверхности воды. Разница в отстояниях крыльев до килевой линии образует дифферент судна и, следовательно, наклон несущих плоскостей к горизонту воды, т.е. некоторый положительный угол атаки.It is known that when the vessel moves in the winged mode, hydrofoils (bow and stern) installed at different distances from the keel line (bow - at the larger, stern - at the smaller) have approximately the same depth (distance) from the surface of the water. The difference in the wing spacing to the keel line forms the trim of the vessel and, therefore, the inclination of the bearing planes to the water horizon, i.e. some positive angle of attack.
Таким образом, плавное изменение дифферента судна во время его движения обеспечивает и плавное регулирование углов атаки обеих крыльев, что особенно важно для преодоления горба сопротивления при относительно высоких скоростях движения.Thus, a smooth change in the trim of the vessel during its movement provides a smooth adjustment of the angles of attack of both wings, which is especially important for overcoming the hump of resistance at relatively high speeds.
У предлагаемого судна увеличение положительных углов атаки несущих плоскостей при стартовом движении обеспечивается увеличенным ходовым дифферентом судна, образуемого полностью погруженным передним крылом и глиссирующей поверхностью кормовой части судна. Кормовая крыльевая система находится в верхнем нерабочем положении, а винт гребного вала заглублен на величину своей рабочей части. Лобовое сопротивление гребного вала сведено до минимума вследствие уменьшения его угла наклона.For the proposed vessel, an increase in the positive angles of attack of the bearing planes during the starting movement is provided by the increased running trim of the vessel, which is formed by the completely submerged front wing and the gliding surface of the stern of the vessel. The aft wing system is in the upper idle position, and the propeller shaft screw is recessed by the size of its working part. The frontal resistance of the propeller shaft is minimized due to a decrease in its angle of inclination.
Таким образом, затраты мощности двигателя на разгон судна и время выхода его на крыло будут меньшими, чем при заглубленных обоих крыльях вместе с гребным винтом. По мере нарастания скорости судна углы атаки обоих крыльев за счет постепенного погружения системы кормового крыла на величину рабочего хода (другими словами, за счет уменьшения ходового дифферента) уменьшаются до своих установленных заранее минимальных значений, что обусловливает достижение максимальной скорости движения судна на крыльевом режиме.Thus, the cost of engine power to accelerate the vessel and its exit time to the wing will be less than when both wings are buried together with the propeller. As the ship’s speed increases, the angles of attack of both wings due to the gradual immersion of the aft wing system by the stroke length (in other words, by reducing the running trim) decrease to their predetermined minimum values, which leads to the achievement of the maximum speed of the vessel in the wing mode.
Возможность варьирования отстоянием кормового крыла от корпуса судна обеспечивается за счет подачи рабочей жидкости под давлением от насоса через крановый трехпозиционный гидрораспределитель в соответствующие полости цилиндров гидродвигателей, поршневые штоки которых шарнирно закреплены на корпусе судна.The possibility of varying the distance of the aft wing from the hull of the vessel is ensured by supplying the working fluid under pressure from the pump through a three-position hydraulic valve to the corresponding cylinder cavities of the hydraulic motors, the piston rods of which are pivotally mounted on the hull of the vessel.
Одним из важных вопросов, решаемых при проектировании СПК, является выбор расположения зон размещения крыльев по длине судна. Существует три схемы расположения крыльев: «самолетная», «утка» и «тандем».One of the important issues to be solved during the design of the SEC is the choice of the location of the wing placement zones along the length of the vessel. There are three wing layouts: “airplane”, “duck” and “tandem”.
При «самолетной» схеме расположения крыльев основная часть нагрузки приходится на подводное крыло, расположенное в средней части корпуса, ближе к носовой, а на кормовое крыло приходится меньшая масса СПК. Схема «утка» построена по обратному принципу. В ней основная часть массы судна приходится на подводное крыло, расположенное в кормовой части корпуса, а малая часть нагрузки - на носовое крыло. Особенность схемы «тандем» заключается в том, что нагрузка распределяется поровну между носовым и кормовым подводными крыльями.In the case of an “airplane” wing arrangement, the main part of the load falls on the submarine wing located in the middle part of the hull, closer to the bow, and the smaller wing of the SEC is on the stern wing. The “duck” scheme is built on the opposite principle. In it, the bulk of the ship’s mass falls on the submarine wing located in the aft part of the hull, and a small part of the load is on the bow. The peculiarity of the “tandem” scheme is that the load is distributed evenly between the fore and aft hydrofoils.
Предлагаемое изобретение позволяет решить круг задач по проектированию СПК со всеми вышеперечисленными схемами расположения крыльевых устройств. Так, для постройки СПК по наиболее распространенной схеме «утка» в предлагаемом изобретении механизм коррекции характеристик соединен с управляемыми горизонтально расположенными гидродвигателями, способными изменять (увеличивать) положительный угол атаки кормового крыла в любой точке отстояния с целью облегчения выхода судна на крыльевой режим и более глубокой стабилизации движения на поворотах или при сильном волнении водной среды.The present invention allows to solve the range of problems in the design of the SEC with all of the above arrangement schemes of wing devices. So, for the construction of an SPK according to the most common “duck” scheme in the present invention, the mechanism for correcting characteristics is connected to controlled horizontally located hydraulic motors capable of changing (increasing) the positive angle of attack of the aft wing at any point of separation in order to facilitate the ship's exit to the wing mode and deeper stabilization of movement in corners or with strong excitement of the aquatic environment.
Поскольку при выборе параметров гидродинамического комплекса СПК главной целью является получение минимального сопротивления (или максимального гидродинамического качества), то в первом приближении расчет сопротивления СПК можно произвести аналитически с использованием экспериментальных материалов.Since the main goal in choosing the parameters of the SEC hydrodynamic complex is to obtain the minimum resistance (or the maximum hydrodynamic quality), in the first approximation, the SEC resistance can be calculated analytically using experimental materials.
Исследования показывают, что превалирующими составляющими сопротивления СПК на малых скоростях, включая режим «выхода», являются сопротивление корпуса судна и выступающих частей, заметное влияние на величину которых оказывает и свободная поверхность воды. Из-за образования волн и брызг при пересечении выступающими частями поверхности воды сопротивление движению увеличивается.Studies show that the prevailing components of the resistance of the SEC at low speeds, including the “exit” mode, are the resistance of the hull and protruding parts, a significant effect on which is exerted by the free surface of the water. Due to the formation of waves and splashes when crossing the protruding parts of the surface of the water, the resistance to movement increases.
В режиме «на плаву» (водоизмещающем режиме) при числе Фруда FrD=0...1 вследствие малой скорости возникающие подъемные силы на подводных крыльях незначительны и их величиной можно пренебречь. Поэтому на данном режиме движения подводные крылья рассматриваются как выступающие части и полное сопротивление движению может быть записано в видеIn the “afloat” mode (displacement mode) with the Froude number Fr D = 0 ... 1 due to the low speed, the arising lift forces on the hydrofoils are insignificant and their value can be neglected. Therefore, in this mode of movement, hydrofoils are considered as protruding parts and the total resistance to movement can be written as
R=Rкорп+Rвч (1),R = R + R Bldg rf (1)
где R - полное сопротивление судна,where R is the total resistance of the vessel,
Rкорп - сопротивление корпуса судна,R cor - the hull resistance,
Rвч - сопротивление выступающих частей (подводные крылья, их стойки, руль, гребной вал и т.д.).R RF - the resistance of the protruding parts (hydrofoils, their racks, steering wheel, propeller shaft, etc.).
По данным Зайцева Н.А. и Маскалика А.И. «Отечественные суда на подводных крыльях», Ленинград, издательство «Судостроение», 1967 г., с.12, сопротивление выступающих частей для одновинтовых СПК составляют 15...30% от полного сопротивления судна.According to Zaitsev N.A. and Maskalika A.I. “Domestic hydrofoil vessels”, Leningrad, Sudostroenie Publishing House, 1967, p.12, the resistance of the protruding parts for single-screw SPK is 15 ... 30% of the total resistance of the vessel.
При использовании предлагаемого способа проводить разгон судна с поднятым над уровнем воды или днища корпуса кормовым комплексом (не учитывая уменьшение лобового сопротивления гребного вала) с небольшой долей ошибки можно принять уменьшение общего сопротивления выступающих частей (Rвч) на величину 7...10%. Это уменьшение на начальном участке разгона судна ускоряет выход СПК на крылья при числе FrD=1...2, 3, когда имеет место значительный рост гидродинамических сил, возникающих на корпусе и подводных крыльях, корпус в этом режиме глиссирует и полное сопротивление выражается формулойWhen using the proposed method, to accelerate the vessel with the feed complex raised above the water level or the bottom of the hull (not taking into account the decrease in the drag of the propeller shaft) with a small error, it is possible to accept a decrease in the total resistance of the protruding parts (R RF ) by 7 ... 10%. This decrease in the initial portion of the acceleration of the vessel accelerates the exit of the SEC on the wings with the number Fr D = 1 ... 2, 3, when there is a significant increase in the hydrodynamic forces arising on the hull and hydrofoils, the hull in this mode glides and the impedance is expressed by the formula
R=Rкорп+Rкр+Rвч (2),R = R bld + R cr + R rf (2),
где Rкорп - сопротивление корпуса судна, которое находится в зависимости:where R cor - the hull resistance of the vessel, which is dependent on:
Rкорп=Δ·tgαр+Rт (3),R corp = Δ · tgα p + R t (3),
где Δ·tgαp - сопротивление давления,where Δ · tgα p is the pressure resistance,
Δ=D-(Yн+Yк) - нагрузка на редан,Δ = D- (Y n + Y k ) - load on redan,
где D - водоизмещение судна,where D is the displacement of the vessel,
Yн, Yк - подъемная сила соответственно носового и кормового крыльев,Y n , Y to - the lifting force, respectively, of the fore and aft wings,
αр - угол редана,α p is the angle of the redan,
Rт=(ξгп+ξшер)ρν2 Sк/2 (4),R t = (ξ rn + ξ cher ) ρν 2 S c / 2 (4),
где Rт - сопротивление трения,where R t - friction resistance,
ξгп - коэффициент сопротивления гладкой пластины,ξ gp is the drag coefficient of a smooth plate,
ξшер - надбавка к коэффициенту ξгп, учитывающая шероховатость корпуса,ξ cher - allowance for the coefficient ξ gp , taking into account the roughness of the body,
Sк - площадь смоченной поверхности корпуса.S to - the area of the wetted surface of the housing.
Погруженный на рабочую глубину кормовой комплекс совместно с гребным валом при разгоне судна создает повышенный ходовой дифферент на корму из-за значительного плеча силы упора (Zp, см. фиг.1), создающего момент, действующий на корпус относительно центра тяжести судна. Разгон судна с поднятым кормовым комплексом уменьшает плечо силы упора (Zp, см фиг.3) и, следовательно, действующий на корпус момент, в результате чего дифферент судна на корму и соответственно угол атаки редана судна уменьшаются почти вдвое. От снижения угла атаки редана [составляющей Δ·tgαp (3)] и соответственно площади, омываемой поверхности корпуса [составляющей Rт (4)] полное сопротивление корпуса [Rкорп (2)], как показывают расчеты, снижается примерно на 20%. Это значение полного сопротивления минимально и дано без учета положительного фактора, заключающегося в том, что при достижении скорости судном 20...25 км/ч (т.е. ниже, чем 0,5Vэкс., при которой сопротивление максимально) создаются достаточные гидродинамические подъемные силы у носового погруженного крыла, которые приподнимают переднюю часть корпуса судна, дополнительно сокращая площадь омываемой поверхности и соответственно уменьшая сопротивление корпуса судна.Submerged to the working depth, the feed complex together with the propeller shaft during acceleration of the vessel creates an increased running trim on the stern due to the significant shoulder of the stop force (Zp, see Fig. 1), which creates a moment acting on the hull relative to the center of gravity of the vessel. Acceleration of a vessel with a raised feed complex reduces the shoulder of the thrust force (Zp, see Fig. 3) and, consequently, the moment acting on the hull, as a result of which the vessel's trim on the stern and, accordingly, the angle of attack of the vessel’s redan are almost halved. From a decrease in the angle of attack of the redan [component Δ · tgα p (3)] and, accordingly, the area washed by the surface of the body [component R t (4)], the total resistance of the body [R cor (2)], as shown by calculations, decreases by about 20% . This value of the impedance is minimal and is given without taking into account the positive factor, namely, that when the vessel reaches a speed of 20 ... 25 km / h (i.e. lower than 0.5 V ex. , At which the resistance is maximum), sufficient hydrodynamic lifting forces at the bow of the submerged wing, which raise the front of the hull, further reducing the area of the washed surface and, accordingly, reducing the resistance of the hull.
При плавном заглублении кормового комплекса (крыла) в воду в режиме глиссирования корпуса судна сопротивление кормового крыла незначительно из-за его высоких гидродинамических качеств, когда при погружении крыла на относительно небольшую глубину h/b=0,2 (h - глубина погружения, b - хорда крыла) уже возникают значительные подъемные гидродинамические силы, под действием которых кормовая часть корпуса судна начинает отрываться от поверхности воды (см. с.19, 20 книги Зайцева Н.А. и Маскалика А.И. «Отечественные суда на подводных крыльях», 1967 г.).When the feed complex (wing) is smoothly deepened into the water in the ship hull planing mode, the resistance of the feed wing is insignificant due to its high hydrodynamic qualities, when when the wing is immersed to a relatively small depth h / b = 0.2 (h is the immersion depth, b is wing chord) significant hydrodynamic lifting forces already arise, under the influence of which the stern of the ship's hull begins to break away from the surface of the water (see p. 19, 20 of the book by N. A. Zaitsev and A. I. Maskalik “Domestic hydrofoil vessels”, 1967).
Таким образом, полное сопротивление судна на режиме выхода его на крылья снижается примерно на 27%.Thus, the total resistance of the vessel in the mode of its exit to the wings decreases by about 27%.
Учитывая формулу Nр=R·V/75·ηв,Given the formula N p = R · V / 75 · η in
где Nр - расчетная мощность двигателя, подводимая к винту,where N p - the estimated engine power supplied to the screw,
R - полное сопротивление движению,R is the total resistance to movement,
V - скорость движения судна,V is the speed of the vessel,
ηв - кпд винта,η in - screw efficiency,
снижение общего сопротивления движению на 27% соответственно снижает на эту же величину и потребляемую мощность двигателя.a 27% decrease in overall resistance to movement reduces the engine power consumption by the same amount.
Результаты выполненных расчетов по примерной величине снижения потребляемой мощности были подтверждены проведенными натурными испытаниями на маломерном судне (лодке) типа «казанка» с подводными крыльями и подвесным двигателем мощностью 20 л.с. (Вихрь-20), который в блоке с кормовым крылом в виде подъемно-выдвижного устройства совершал возвратно-поступательные вертикальные перемещения с помощью гидроцилиндров двух гидродвигателей двустороннего действия, штоки которых, являясь одновременно направляющими элементами, были вертикально расположены и параллельно между собой закреплены на транце судна. Варьирование отстоянием кормового крыла от днища корпуса лодки во время ее движения осуществлялось с помощью гидравлического ручного насоса и кранового трехпозиционного гидрораспределителя с возможностью фиксации крыла в любой точке отстояния.The results of the calculations based on the approximate reduction in power consumption were confirmed by field tests carried out on a small vessel (boat) of the Kazanka type with hydrofoils and an outboard engine with a power of 20 hp. (Whirlwind-20), which in the block with the aft wing in the form of a lifting-sliding device made reciprocating vertical movements with the help of hydraulic cylinders of two double-acting hydraulic motors, the rods of which, being simultaneously guiding elements, were vertically located and parallel to each other mounted on the transom vessel. Varying the distance of the aft wing from the bottom of the hull of the boat during its movement was carried out using a hydraulic hand pump and a three-position valve with the possibility of fixing the wing at any point of separation.
Проведенные испытания дали следующие результаты.The tests carried out gave the following results.
- При выходе судна на крылья с погруженным на рабочее отстояние передним крылом и погруженным на рабочее отстояние кормовым крылом вместе с двигателем (кормовым блоком) максимальная полезная нагрузка составила 300...320 кг (4 человека), максимальная скорость лодки при этой нагрузке в крыльевом режиме составила 40...42 км/ч.- When the vessel reached the wings with the front wing immersed in the working distance and the stern wing immersed in the working distance, together with the engine (aft block), the maximum payload was 300 ... 320 kg (4 people), the maximum speed of the boat with this load in the wing mode was 40 ... 42 km / h.
- При выходе судна на крылья с погруженным на рабочее отстояние передним крылом и полностью поднятым вначале кормовым блоком (с предварительно установленными и уменьшенными на 30...50% углами атаки обоих крыльев) с последующим по мере роста скорости постепенным погружением кормового блока максимальная нагрузка составила 390...410 кг (5 человек), а скорость судна возросла до 48...50 км/ч. В результате эффективность по приросту полезной нагрузки составила 25%, а по скорости ~20%, на 30...50% сократилось время выхода судна на крыльевой режим.- When the vessel enters the wings with the front wing immersed in the working distance and the aft block initially fully raised (with the angles of attack of both wings pre-installed and reduced by 30 ... 50%), followed by a gradual sinking of the aft block as the speed increases, the maximum load is 390 ... 410 kg (5 people), and the speed of the ship increased to 48 ... 50 km / h. As a result, the efficiency in terms of the increase in the payload was 25%, and in terms of speed ~ 20%, the time required for the vessel to reach the wing mode was reduced by 30 ... 50%.
Таким образом, варьируя величиной отстояния кормового крыла и изменяя его угол атаки в блоке с винтом гребного вала двигателя при разгоне судна, можно за счет существенного снижения сопротивления движению получить наилучшие гидродинамические и скоростные качества СПК при наименьших энергетических затратах.Thus, by varying the distance of the aft wing and changing its angle of attack in the block with the propeller shaft of the engine during acceleration of the vessel, it is possible to obtain the best hydrodynamic and high-speed qualities of the SEC at the lowest energy costs due to a significant decrease in the resistance to movement.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, гдеThe essence of the invention is illustrated by drawings, where
- на фиг.1 показано судно на подводных крыльях с жестко закрепленным к корпусу носовым крылом с рабочим не изменяющимся отстоянием и кормовым механизмом коррекции характеристик управляемости 4 судна 3 с кормовым крылом 7 в положении максимального (рабочего) отстояния от корпуса судна и гидравлической схемой подсоединения горизонтально расположенных гидродвигателей 27, 27а к общему четырехлинейному двухпозиционному гидравлическому крану ручного управления 32, к которому подведено рабочее давление;- figure 1 shows a hydrofoil vessel with a nose wing rigidly fixed to the hull with a fixed working distance and a stern mechanism for adjusting the controllability characteristics of 4
- на фиг.2 показан общий вид с кормы фиг.1, разрез кормового механизма коррекции характеристик управляемости 4, гидравлическая схема подсоединения вертикально расположенных гидродвигателей 15, 15а механизма к четырехлинейному трехпозиционному гидравлическому крану ручного управления 22 и сечение по месту цапфового подсоединения горизонтально расположенных гидродвигателей 27, 27а к корпусу судна с помощью кронштейнов 29, 29а;- figure 2 shows a General view from the stern of figure 1, a section of the stern mechanism for adjusting the
- на фиг.3 показано судно на подводных крыльях с носовым крылом 1 в положении рабочего отстояния и поднятым до уровня днища корпуса судна (или основной линии) кормовым крылом 7 при движении в режиме «разгона» с минимальным гидравлическим сопротивлением;- figure 3 shows a hydrofoil vessel with a
- на фиг.4 показано судно с жестко закрепленным к корпусу носовым крылом 1 и кормовым механизмом коррекции 4 с кормовым крылом 7 в положении рабочего отстояния и отклоненным на максимальный положительный угол атаки исполнительными штоками 26, 26а горизонтально расположенных гидродвигателей управления 27, 27а.- Fig. 4 shows a vessel with a
Эти же чертежи иллюстрируют способ стабилизации и снижения потребляемой мощности движения судна на подводных крыльях.The same drawings illustrate a method of stabilizing and reducing the power consumption of a hydrofoil vessel.
Описание способа стабилизации движения и снижения потребляемой мощности дается на примере работы механизма коррекции характеристик управляемости судна.A description of the method of stabilizing movement and reducing power consumption is given by the example of the operation of the mechanism for correcting the handling characteristics of a vessel.
Судно на подводных крыльях (фиг.1, 2) содержит носовое крыло 1, жестко закрепленное с не изменяющимся рабочим отстоянием и углом атаки с помощью стоек (пилонов) 2 к корпусу судна 3, кормовой механизм коррекции характеристик управляемости 4, состоящий из подъемно-выдвижного рамочного устройства 5 и двух встроенных, вертикально установленных силовых гидродвигателей 6, 6а двустороннего действия. Подъемно-выдвижное рамочное устройство 5 включает в себя кормовое крыло 7, две стойки (пилона) 8 и жестко соединяющую их в верхней части опорную штангу 9. На кормовом крыле 7 в диаметральной плоскости образована шарнирная опора 10 для гребного вала 11 с возможностью осевого смещения вала в момент процесса варьирования отстоянием кормового крыла 7. Гребной вал 11 связан с валом двигателя через карданный шарнир 12. Поршневые штоки 13, 13а гидродвигателей 6, 6а симметрично разнесены относительно диаметральной плоскости судна (ДП) и нижними концами через опорные вилки 14 шарнирно закреплены на транце корпуса судна 3 с возможностью качания (поворота) вокруг осей опорных вилок 14. Штоки 13, 13а, гидродвигателей 6, 6а являются направляющими элементами для формирования вертикальных возвратно-поступательных перемещений силовых гидроцилиндров 15, 15а, жестко прикрепленных болтами 16 к стойкам 8 кормового крыла 7 рамочного устройства 5.The hydrofoil vessel (FIGS. 1, 2) contains a
Поршень штока 13 левого гидроцилиндра 15 (фиг.2) образует верхнюю рабочую камеру 17 и нижнюю рабочую камеру 18. Поршень штока 13 а правого гидроцилиндра 15а образует соответственно рабочие камеры 19 и 20.The piston of the
Предлагаемый механизм коррекции характеристик управляемости судна, объединяющий в один общий блок кормовое крыло 7, гребной вал 11 и гидродвигатели управления 6, 6а, отличается от известных устройств более высоким качеством компоновочного решения и рациональным исполнением конструктивно-силовой схемы.The proposed mechanism for correcting the handling characteristics of the vessel, combining the
Возможность варьирования - осуществление плавного изменения величины отстояния кормового крыла относительно днища судна или его основной линии обеспечивается переводом рычага управления 21 фиг.2 четырехлинейного трехпозиционного гидравлического крана-распределителя с плоским поворотным золотником 22 в одно из крайних положений, при котором рабочая жидкость под давлением подается одновременно в соответствующие полости камеры обоих гидроцилиндров 15 и 15 а кормового механизма 4. Необходимое стопорение кормового крыла 7 (соответственно всего механизма 4) с необходимым отстоянием (глубиной погружения) осуществляется путем перевода рычага управления 21 крана 22 из крайнего положения в среднее (нейтральное), при котором плоский золотник с большой степенью герметичности разобщает и запирает рабочие камеры гидроцилиндров 15, 15а, образуя гидрозамок, воспринимающий всю кормовую нагрузку судна.The possibility of variation - the implementation of a smooth change in the distance of the aft wing relative to the bottom of the vessel or its main line is provided by the translation of the
Для обеспечения плавности работы гидродвигателей 6,6а кормового крыла 7 в линию слива крана-распределителя 22 встроен регулируемый дроссель 23, а в линию подачи - обратный клапан 24 с целью исключения просадки кормового крыла при внезапных внешних перегрузках в момент рабочего погружения. Наконечники 25, 25а вертикально расположенных поршневых штоков 13 и 13а кинематически (шарнирно) соединены с исполнительными штоками 26, 26а гидроцилиндров 27, 27а, которые шарнирно через цапфы 28 и 28а соединены с корпусом судна 3 с помощью кронштейнов 29 и 29а и болтов 30.To ensure the smooth operation of the hydraulic motors 6.6a of the
Изменение (увеличение) угла атаки кормового крыла 7 выполняется путем перевода рычага управления 31 (фиг.4) четырехлинейного двухпозиционного гидравлического крана - распределителя 32 с плоским поворотным золотником в правое (по схеме) крайнее положение, при котором рабочая жидкость под давлением подается одновременно в правые полости горизонтально расположенных гидроцилиндров 27 и 27а, при этом исполнительные штоки 26 и 26а (фиг.2), перемещаясь до упора во втулку 33 гидроцилиндров 27 и 27а (фиг.2), поворачивают кормовой механизм коррекции 4 относительно оси нижней опоры 14 на рабочий угол, при этом увеличивается на эту же величину угол атаки кормового крыла 7. Для обеспечения плавности работы гидродвигателей 27 и 27а и исключения просадки штоков 26 и 26а (фиг.2) от внешних нагрузок в линию слива гидрораспределителя 32 встроен регулируемый дроссель 34, а в линию подачи - обратный клапан 35.Changing (increasing) the angle of attack of the
Способ снижения потребляемой мощности, гидродинамического сопротивления движению и стабилизации движения СПК, крыльевые устройства которого установлены по схеме «утка», осуществляется следующим образом (фиг.3, 4)A method of reducing power consumption, hydrodynamic resistance to movement and stabilizing the movement of the SEC, the wing devices of which are installed according to the "duck" scheme, is as follows (Fig.3, 4)
Начало разгона судна из состояния свободного плавания выполняют с носовым крылом 1, погруженным в воду и жестко присоединенным с помощью стоек (пилонов) 2 непосредственно к корпусу судна 3 с установленными рабочим отстоянием и минимальным углом атаки, обеспечивающим достижение максимальной скорости судна при движении на крыльевом режиме с невысокой нагрузкой и поднятым с помощью механизма коррекции 4 заподлицо с днищем или несколько выше кормовым крылом 7 с предварительно установленным минимальным углом атаки. Необходимое увеличение положительных углов атаки несущих плоскостей обоих крыльев устройств 1 и 7 при стартовом движении обеспечивается увеличенным ходовым дифферентом судна на корму, образуемого полностью погруженным носовым крылом и глиссирующей поверхностью кормовой части судна. Лобовое сопротивление кормового комплекса сведено до минимума. Поднятый кормовой комплекс 4 вместе с гребным валом 11 за счет значительного уменьшения плеча силы упора (Zp) относительно поперечной оси, проходящей через центр тяжести судна, создает минимальный действующий на корпус момент, в результате чего дифферент судна, угол атаки редана, площадь омываемой поверхности Ви, соответственно гидродинамическое сопротивление корпуса и потребляемая мощность значительно уменьшаются.The start of the acceleration of the vessel from the state of free navigation is performed with the
Снижение до минимума лобового сопротивления кормового комплекса и повышение гидродинамического качества корпуса судна позволяют СПК развить за более короткое время скорость движения, близкую к глиссированию при числе Фруда=1...2,3.Reducing the drag of the feed complex to a minimum and increasing the hydrodynamic quality of the hull allow the SEC to develop in a shorter time a speed close to gliding with the Froude number = 1 ... 2,3.
При достижении определенной скорости носовое крыло 1 вследствие возрастания подъемной силы начинает всплывать, выталкивая носовую часть корпуса судна 3 из воды и дифферентуя судно на корму, угол атаки носового крыла 1 увеличивается и крыло получает дополнительную подъемную силу. При достижении глиссирующей скорости приводится в действие кормовой механизм коррекции 4 по заглублению кормового крыла (увеличение величины его отстояния) путем перевода рычага управления 21 гидравлического крана-распределителя 22 из среднего положения в крайнее левое по схеме положение (фиг.2), при этом рабочая жидкость от внешнего источника (насоса) будет поступать одновременно в нижние камеры 18 и 20 гидроцилиндров 15 и 15а, плавно перемещая кормовое крыло 7.When a certain speed is reached, the
При погружении крыла в воду примерно на 1/3 длины его хорды, когда уже создаются значительные подъемные силы, крыло поворачивают в сторону увеличения его угла атаки путем подачи рабочего давления в правые полости горизонтально расположенных гидроцилиндров 27, 27а переводом ручки 31 (соответственно и золотника) гидрораспределителя 32 в правое крайнее положение (фиг.4). Исполнительные штоки 26 и 26а (фиг.2), перемещаясь до упора во втулки 33, 33а, поворачивают кормовой механизм 4 вместе с крылом 7 относительно осей нижних опор 14 на необходимый положительный угол атаки. За счет увеличения подъемной силы крыла 7 корпус судна отрывается от поверхности воды. Дальнейшее заглубление крыла до рабочего отстояния и нарастание скорости движения на крыльевом режиме уменьшают дифферент судна и соответственно углы атаки обеих крыльев 1 и 7 одновременно. Для достижения максимальной скорости движения СПК кормовое крыло 7 (механизм коррекции 4) по вышеописанной аналогии поворачивают в обратную сторону, в исходное положение, при котором угол атаки крыла уменьшается до своих минимально установленных значений.When the wing is immersed in water by about 1/3 of its chord length, when significant lifting forces are already being created, the wing is turned to increase its angle of attack by applying working pressure to the right cavities of horizontally located
Стабилизацию движения судна, например, на крыльевом режиме при поворотах или волнении коррекцию углов атаки обоих крыльев одновременно и автоматически осуществляют изменением дифферента судна на корму путем плавного изменения величины отстояния несущей плоскости кормового крыла от днища корпуса с помощью кормового механизма коррекции характеристик управляемости 4 с последующей гидравлической фиксацией крыла в положении наилучшей стабилизации движения, при этом при уменьшении дифферента судна на корму, т.е. при увеличении заглубления или отстояния кормового крыла, углы атаки обоих крыльев 1 и 7 синхронно уменьшаются, и наоборот.The stabilization of the vessel’s movement, for example, in the wing mode during turns or waves, the correction of the angles of attack of both wings is simultaneously and automatically carried out by changing the trim of the vessel to the stern by smoothly changing the distance of the carrier plane of the aft wing from the bottom of the hull using the stern mechanism for correcting the
Судно на подводных крыльях с кормовым механизмом коррекции характеристик управляемости позволяет повысить надежность управления самого судна и получить наилучшие гидродинамические и скоростные качества при наименьших энергетических затратах за счет возможности осуществления способа стабилизации движения и снижения потребляемой мощности путем варьирования величиной отстояния кормового крыла от корпуса судна в диапазоне от нуля до максимального рабочего значения при неизменном рабочем отстоянии носового крыла.A hydrofoil vessel with a stern mechanism for adjusting steering characteristics improves the control reliability of the vessel itself and obtains the best hydrodynamic and speed characteristics at the lowest energy costs due to the possibility of implementing a method of stabilizing movement and reducing power consumption by varying the distance of the stern wing from the ship's hull in the range from zero to the maximum working value with a constant working distance of the nasal wing.
Способ позволяет:The method allows:
- минимизировать значения гидродинамического сопротивления судна (горба сопротивления) и соответственно потребляемой мощности в режиме выхода СПК на крылья,- to minimize the values of the hydrodynamic resistance of the vessel (hump of resistance) and, accordingly, power consumption in the mode of exit of the SEC to the wings,
- увеличить скорость судна и долю полезной нагрузки до 25% при равной затрачиваемой мощности,- increase the speed of the vessel and the share of the payload up to 25% with equal power expended,
- проводить коррекцию углов атаки обоих крыльев и их подъемную силу при движении СПК,- carry out the correction of the angles of attack of both wings and their lifting force during the movement of the SEC,
- при поднятом в самое верхнее положение кормовом комплексе улучшается маневренность судна за счет уменьшения радиуса поворота или разворота, а также может быть решена задача причаливания судна на мелководных участках,- when the feed complex is raised to its highest position, the maneuverability of the vessel is improved by reducing the turning or turning radius, and the problem of mooring the vessel in shallow areas can also be solved,
- исключить применение встраиваемых активных элементов по созданию дополнительной подъемной силы для облегчения выхода судна на крыльевой режим.- exclude the use of built-in active elements to create additional lifting force to facilitate the exit of the vessel on the wing mode.
Эффективность применения предлагаемой конструкции кормового комплекса со способом стабилизации движения судна подтвердилась проведенными натурными испытаниями и опытом эксплуатации маломерного судна, изготовленного в соответствии с предлагаемой конструкцией механизма коррекции характеристик управляемости и принципом стабилизации.The effectiveness of the proposed design of the feed complex with the method of stabilizing the movement of the vessel was confirmed by field tests and operating experience of a small vessel, manufactured in accordance with the proposed design of the mechanism for correction of handling characteristics and the principle of stabilization.
Преимущественные показатели перед известными техническими решениями подтвердились при достаточно несложном конструктивно-техническом исполнении предложенного устройства, открывающего возможность к осуществлению более экономичного и быстроходного плавания СПК.The advantageous indicators over the well-known technical solutions were confirmed with a fairly simple structural and technical design of the proposed device, which opens up the possibility of more economical and high-speed navigation of the SEC.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003132742/11A RU2262463C2 (en) | 2003-11-10 | 2003-11-10 | Method of stabilization of motion and reduction of power requirements of hovercraft and device for realization of this method in form of aft ship's handling characteristics correction mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003132742/11A RU2262463C2 (en) | 2003-11-10 | 2003-11-10 | Method of stabilization of motion and reduction of power requirements of hovercraft and device for realization of this method in form of aft ship's handling characteristics correction mechanism |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003132742A RU2003132742A (en) | 2005-04-27 |
| RU2262463C2 true RU2262463C2 (en) | 2005-10-20 |
Family
ID=35635750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003132742/11A RU2262463C2 (en) | 2003-11-10 | 2003-11-10 | Method of stabilization of motion and reduction of power requirements of hovercraft and device for realization of this method in form of aft ship's handling characteristics correction mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2262463C2 (en) |
-
2003
- 2003-11-10 RU RU2003132742/11A patent/RU2262463C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003132742A (en) | 2005-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0080308B1 (en) | Foil stabilized monohull vessel | |
| US6895883B2 (en) | Powered boat hull | |
| US4040373A (en) | Steering and stabilization apparatus for watercraft | |
| AU2002254156A1 (en) | Powered boat hull | |
| AU2016374621B2 (en) | Stabilized hull for a keeled monohull sailboat or sail and motor boat | |
| CN105083509A (en) | Oscillating foil propulsion system and method for controlling motion of oscillating movable foil | |
| KR20120081431A (en) | Lift fin and ship including the same | |
| CN109911100A (en) | A kind of high-speed craft having additional spin characteristics and its control method | |
| US20180354592A1 (en) | Sail boat propulsion and stabilisation system and device | |
| WO2012136980A1 (en) | Buoyancy device | |
| WO2006119120A1 (en) | A vessel for water travel | |
| RU2124451C1 (en) | Sea-going vessel | |
| US20070245943A1 (en) | Wing In Ground Effect Hydrofoil Vessel | |
| CN109941393A (en) | The bulb bow and control method with the active controllable wing for Deep-vee hull form | |
| RU2262463C2 (en) | Method of stabilization of motion and reduction of power requirements of hovercraft and device for realization of this method in form of aft ship's handling characteristics correction mechanism | |
| RU2262462C2 (en) | Method of stabilization of motion and reduction of power requirements of hovercraft and device for realization of this method in form of aft ship's handling characteristics correction mechanism | |
| WO2008013476A1 (en) | Engine provided with dynamic hydrofoils (variants) | |
| US20230192237A1 (en) | Hull with variable geometry | |
| JP3319788B2 (en) | Ship with hydrofoil | |
| US3379158A (en) | Automatic stabilizer for watercraft | |
| WO2020035725A1 (en) | Stabilized hull of a monohull motor boat, which surfs on a water cushion and has a deeply submerged supporting blade | |
| CN218085962U (en) | Marine multi-functional water spray anti-sway system | |
| US3260229A (en) | Automatic stabilizer for watercraft | |
| JPH01226488A (en) | Ballast regulator for floating body such as vessel | |
| WO1991011359A1 (en) | High stability displacement hull device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051111 |