RU2352492C2 - Ship - Google Patents

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: proposed ship features an air-lubed hull, air wings with floats on their ends, power plant, propulsion and steering complex, crew and passengers compartments or those to accommodate weapons. Ship displacement-type hull features a sharp water line and truncated-parabolas frames conjugated, at stern, with air wing lower surface. Hull bottom has a dihedral-angle recess to be filled with air. Bottom aeration air comes through the wing rear edge slots. Swept air wing is shifted towards the stern. The wing lower surface is coupled with the floats lateral surfaces. The said gliding floats are furnished with crosswise planning steps. To ensure ship stability on course, the said floats are mounted at an angle to the hull midplane.

EFFECT: intact platform stability at high speed and increased seaworthiness.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области водного транспорта и может быть использовано при проектировании, строительстве, эксплуатации кораблей и судов.The invention relates to the field of water transport and can be used in the design, construction, operation of ships and ships.

Известны однокорпусные водоизмещающие суда с острыми корпусами, для которых характерна плохая поперечная остойчивость. Для обеспечения остойчивости судна при дальнейшем повышении отношения длины корпуса к ширине по КВЛ с целью повышения скорости и мореходности приходится переходить к многокорпусной схеме (Например, "Си Кэт", тримаран "Айлэн Вояджер", см. журнал "Катера и яхты" №2/1990 и №1/1991, R Triton, см. журнал Ship's GEAR, YARDS&SERVIS, ноябрь, 2002).Known single-hull displacement vessels with sharp hulls, which are characterized by poor lateral stability. To ensure the stability of the vessel with a further increase in the ratio of the hull length to the width along the waterline, in order to increase speed and seaworthiness, one has to switch to a multi-hull scheme (for example, Sea Kat, trimaran Ailean Voyager, see magazine “Boats and Yachts” No. 2 / 1990 and No. 1/1991, R Triton, see Ship's Journal GEAR, YARDS & SERVIS, November 2002).

Известны суда, использующие принцип глиссирования. Скоростные характеристики глиссеров зависят от погодных условий и резко падают при эксплуатации на волнении.Known vessels using the principle of gliding. The speed characteristics of gliders depend on weather conditions and fall sharply when operating on rough seas.

Известны аппараты, использующие динамическую воздушную подушку, - экранопланы, движущиеся с большой скоростью (более ста километров в час) над поверхностью воды. Для экранопланов характерна низкая по сравнению с судами грузоподъемность, высокая шумность воздушных двигателей и движителей и высокая степень риска при эксплуатации.Known devices that use a dynamic air cushion - ekranoplanes moving at high speed (more than a hundred kilometers per hour) above the surface of the water. Ekranoplanes are characterized by low loading capacity in comparison with ships, high noise of air engines and propulsors and a high degree of risk during operation.

Известен глиссирующий катер "Си Рейдер". Катер с воздушной разгрузкой был построен в Японии (Н.И.Белавин. Экранопланы. Л., Судостроение, 1977, с.131). Корпус катера представляет собой глиссирующую моторную лодку длиной 4,7 м, шириной 0,9 м. В кормовой части на уровне палубы установлены два воздушных крыла V-образной формы и размахом 3,2 м. На концах крыльев установлены небольшие надводные поплавки, которые могут входить в воду только в случае большого крена и только поочередно. Кроме того, крыло снабжено управляемым закрылком, угол атаки которого позволяет поддерживать дифферент в зависимости от нагрузки катера, скорости и состояния моря. Недостатки этого катера - плохая поперечная остойчивость на плаву, ограниченная мореходность, то есть недостатки, характерные для глиссеров.Known planing boat "Sea Raider". An air-unloading boat was built in Japan (N.I. Belavin. Ekranoplanes. L., Shipbuilding, 1977, p. 131). The hull of the boat is a planing motor boat 4.7 m long, 0.9 m wide. In the aft part at the deck level there are two V-shaped air wings and a wingspan of 3.2 m. At the ends of the wings there are small surface floats that can enter the water only in the case of a large roll and only alternately. In addition, the wing is equipped with a controlled flap, the angle of attack of which allows you to maintain trim depending on the load of the boat, speed and state of the sea. The disadvantages of this boat are poor lateral stability afloat, limited seaworthiness, that is, the disadvantages characteristic of gliders.

В качестве ближайшего аналога принято судно по патенту US 6732672 В1, МПК В63В 1/16, опубликованному 11.05.2004 г. Судно включает корпус на воздушной смазке, воздушные крылья с поплавками на концах, энергетическую установку, движительно-рулевой комплекс, помещения для экипажа и пассажиров или для размещения вооружения. Указанному судну свойственны вышеперечисленные недостатки.As the closest analogue, the vessel was adopted according to the patent US 6732672 В1, IPC В63В 1/16, published on 05/11/2004. The vessel includes an air-lubricated hull, air wings with floats at the ends, power plant, propulsion and steering complex, crew rooms and passengers or to place weapons. The specified vessel is characterized by the above disadvantages.

Целью данного изобретения является создание конструкции, обеспечивающей необходимую остойчивость судна при его высокой скорости и одновременно более высокую мореходность по сравнению с известными.The aim of this invention is to create a design that provides the necessary stability of the vessel at its high speed and at the same time higher seaworthiness compared to the known ones.

Указанная цель достигается тем, что корпус судна выполнен водоизмещающим с острой ватерлинией и шпангоутами в форме усеченной параболы, в корме шпангоуты сопряжены с нижней плоскостью воздушного крыла, днище корпуса имеет нишу в форме двугранного угла для заполнении ее воздухом, воздух для аэрации днища поступает через щели на задней кромке крыла, воздушное крыло предельно сдвинуто в корму, имеет стреловидную форму в плане, а нижняя плоскость крыла сопряжена с боковыми поверхностями поплавков, при этом поплавки выполнены глиссирующими и снабжены поперечными реданами. Кроме того, для обеспечения устойчивости на курсе судна поплавки установлены под углом к диаметральной плоскости корпуса судна.This goal is achieved by the fact that the hull is displaced with a sharp waterline and frames in the form of a truncated parabola, in the stern the frames are paired with the lower plane of the air wing, the bottom of the hull has a niche in the form of a dihedral angle for filling it with air, air for aeration of the bottom enters through the slots on the trailing edge of the wing, the air wing is shifted extremely aft, has a swept shape in plan, and the lower plane of the wing is associated with the side surfaces of the floats, while the floats are gliding provided with transverse redanami. In addition, to ensure stability on the course of the vessel, the floats are installed at an angle to the diametrical plane of the hull.

Предлагаемое судно имеет неизвестную ранее гидродинамическую схему, конструкцию и архитектуру. Расчеты показывают его высокую эффективность при эксплуатации на волнении моря до шести баллов.The proposed vessel has a previously unknown hydrodynamic design, construction and architecture. Calculations show its high efficiency when operating on sea waves up to six points.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1, 2 и 3 приведены соответственно вид сбоку, вид сверху и вид с носа.The invention is illustrated by drawings. 1, 2 and 3 are respectively side view, a top view and a view from the nose.

Предлагаемый тип судна включает в себя следующие элементы: острый корпус 1, внутри которого установлен главный двигатель 2, приводящий во вращение винт 3, воздушные крылья 4, предельно смещенные в корму и имеющие значительную площадь несущей поверхности. На концах крыльев смонтированы поплавки 5, высота которых обеспечивает погруженное состояние поплавков в режиме плавания и выход из воды при движении судна с расчетной скоростью. Помещение для экипажа 6 и помещение для вооружения 7 размещены в корпусе 1.The proposed type of vessel includes the following elements: a sharp hull 1, inside which there is a main engine 2, which rotates the screw 3, air wings 4, extremely displaced to the stern and having a significant bearing surface area. At the ends of the wings mounted floats 5, the height of which ensures the submerged state of the floats in the sailing mode and out of the water when the vessel is moving at a design speed. The room for the crew 6 and the room for weapons 7 are placed in the housing 1.

Конструкция работает следующим образом:The design works as follows:

- в начале разгона судно имеет конструктивный дифферент на корму, который задает увеличенный угол атаки воздушного крыла и глиссирующих поверхностей поплавков; таким образом, облегчается выход на крейсерский режим;- at the beginning of acceleration, the vessel has a constructive trim on the stern, which sets an increased angle of attack of the air wing and planing surfaces of the floats; thus facilitating access to cruising mode;

- когда судно наберет расчетную скорость, на него подействует гидроаэродинамическая сила, точка приложения которой смещена в корму от центра масс; момент от действия пары сил веса и гидродинамических приведет к выравниванию корпуса и частичному выходу поплавков из воды;- when the vessel reaches the estimated speed, hydroaerodynamic force will act on it, the point of application of which is shifted aft from the center of mass; the moment from the action of a pair of weight and hydrodynamic forces will lead to alignment of the body and a partial exit of the floats from the water;

- остойчивость судна на крейсерском режиме обеспечивается наличием динамической воздушной подушки под крылом и гидродинамических сил на поплавках; при незначительных наклонениях крыла происходит усиление экранного эффекта, а на погруженный поплавок воздействует дополнительный восстанавливающий импульс;- the stability of the vessel in cruising mode is ensured by the presence of a dynamic air cushion under the wing and hydrodynamic forces on the floats; with slight inclinations of the wing, the screen effect intensifies, and an additional restoring impulse acts on the submerged float;

- для обеспечения устойчивости на курсе судна поплавки установлены под небольшим углом к ДП;- to ensure stability on the course of the vessel, the floats are installed at a small angle to the DP;

- высокая скорость на волнении обеспечивается особо острыми формообразованиями в носовых оконечностях корпуса и поплавков, а также обтекаемой и герметичной конструкцией надстройки; при движении на скорости более 100 км/ч судно острым носом прокалывает волну, не успевая вследствие инерции реагировать на циклические изменения гидростатических сил поддержания.- high speed on waves is ensured by particularly sharp formations in the nasal extremities of the body and floats, as well as the streamlined and sealed design of the superstructure; when moving at a speed of more than 100 km / h, the vessel pierces the wave with a sharp nose, not having time to react due to inertia to cyclical changes in hydrostatic support forces.

Судно проектируется со смещением центра масс в корму, благодаря чему на плаву присутствует конструктивный дифферент на корму 1-4° (меньшее значение угла дифферента соответствует крупным судам). Особо острый корпус (отношение длины к ширине L/B=10-20) не может обеспечить поперечную остойчивость судна без дополнительных средств. Поэтому на концах крыльев установлены поплавки, которые в режиме плавания судна погружены в воду, что обеспечивает судну остойчивость на стоянке. Конструктивный дифферент в начале задает увеличенный угол атаки воздушных крыльев, глиссирующих поверхностей корпуса и поплавков, что облегчает выход на крейсерский режим без применения закрылков. Когда судно набирает расчетную скорость, на него действуют гидродинамические силы, равнодействующая которых направлена вверх и приложена в ДП со смещением в корму от центра масс, что приводит к выравниванию корпуса и частичному выходу его и поплавков из воды. Остойчивость судна при движении обеспечивается наличием динамической воздушной подушки под крыльями и гидродинамических сил на корпусе. При незначительных наклонениях происходит усиление экранного эффекта под крылом, приближающимся к поверхности воды, и снижение эффекта под поднимающимся крылом. Таким образом, возникает восстанавливающий момент. При дальнейшем наклонении судна поплавок касается воды и под действием гидродинамических и гидростатических сил дает дополнительный восстанавливающий импульс. Для того чтобы компенсировать разворачивающий судно по курсу момент, поплавок установлен под углом к ДП судна. Для усиления поперечного стабилизирующего эффекта воздушных крыльев на ходу судна большого водоизмещения применены раздельно и автоматически управляемые закрылки.The vessel is designed with the center of mass shifted to the stern, due to which the structural trim in the stern is 1-4 ° afloat (a smaller value of the trim angle corresponds to large vessels). A particularly sharp hull (length to width ratio L / B = 10-20) cannot provide lateral stability of the vessel without additional funds. Therefore, floats are installed at the ends of the wings, which are immersed in water in the ship’s navigation mode, which ensures the ship’s stability in the parking lot. The structural trim at the beginning sets an increased angle of attack of the air wings, planing surfaces of the hull and floats, which facilitates access to the cruising mode without the use of flaps. When the vessel gains design speed, hydrodynamic forces act on it, the resultant of which is directed upward and applied to the DP with a shift in the stern from the center of mass, which leads to the alignment of the hull and partial exit of it and the floats from the water. The stability of the vessel during movement is ensured by the presence of a dynamic air cushion under the wings and hydrodynamic forces on the hull. With slight inclinations, there is an increase in the screen effect under the wing, approaching the surface of the water, and a decrease in the effect under the rising wing. Thus, a regenerative moment arises. With further inclination of the vessel, the float touches the water and, under the action of hydrodynamic and hydrostatic forces, gives an additional restoring impulse. In order to compensate for the unfolding vessel at the heading moment, the float is installed at an angle to the vessel's drift. To enhance the transverse stabilizing effect of air wings on the course of a large-displacement ship, separately and automatically controlled flaps are used.

Судно типа «Атлант» способно двигаться со скоростью 120-200 км/ч благодаря малому общему сопротивлению. Главные составляющие сопротивления движению для традиционно водоизмещающих судов - волновое сопротивление, сопротивление трения и сопротивление формы сведены до минимума. Воздушное сопротивление при обтекаемом корпусе и надстройке также невелико. Волновое сопротивление пренебрежительно мало, так как судно имеет сильно острую ватерлинию. Сопротивление трения подводной части корпуса уменьшено снижением площади смоченной поверхности и наличием воздушной смазки, разрушающей пограничный слой жидкости на смоченной поверхности. Для повышения эффективности воздушных крыльев воздух для аэрации днища отсасывается через отверстия с их верхней плоскости на задней кромке.The Atlant type vessel is capable of moving at a speed of 120-200 km / h due to the low total resistance. The main components of the resistance to movement for traditionally displacement vessels - wave resistance, friction resistance and shape resistance are minimized. Air resistance with a streamlined body and superstructure is also small. The impedance is negligible, as the ship has a very sharp waterline. The friction resistance of the underwater part of the body is reduced by reducing the area of the wetted surface and the presence of air grease that destroys the boundary layer of liquid on the wetted surface. To increase the efficiency of air wings, air for aeration of the bottom is sucked out through openings from their upper plane at the trailing edge.

Известно, что поток воздуха вокруг крыла создает циркуляцию, которая согласно теореме акад. Н.Е.Жуковского Y=pV_∞Г, где V - скорость набегающего потока (м/с), Г - циркуляция скорости (м/с²), р - плотность набегающего потока (кг/м³).It is known that the air flow around the wing creates a circulation, which, according to the Acad. N.E. Zhukovsky Y = pV _∞ Г, where V is the free-stream velocity (m / s), G is the velocity circulation (m / s ² ), and p is the free-stream density (kg / m ³ ).

При отсасывании воздуха с верхней поверхности крыла в районе задней кромки имеют место:When aspirating air from the upper surface of the wing in the region of the trailing edge, there are:

сдувание пограничного слоя;deflating the boundary layer;

дополнительное увеличение циркуляции на величину ЛГ, которая приводит к увеличению подъемной силы на величину ЛУ.an additional increase in circulation by the LH value, which leads to an increase in the lifting force by the LH value.

Высокая скорость на волнении обеспечивается особо острыми формообразованиями носовой оконечности корпуса и поплавков, а также обтекаемой и герметичной конструкцией надстройки. При движении со скоростью более 100 км/ч судно острым носом прокалывает волну, не успевая вследствие инертности реагировать на циклические изменения гидростатических сил поддержания. Неизбежная для традиционно водоизмещающих судов качка на судне типа «Атлант» практически отсутствует, что обеспечивает пассажирам и экипажу комфортность при движении с высокой скоростью по волнам. Предлагаемое техническое решение позволяет создать быстроходное судно неограниченной мореходности, различных размеров и водоизмещения, от небольшого катера до океанского лайнера.High speed on waves is ensured by particularly sharp formations of the nasal tip of the hull and floats, as well as the streamlined and sealed design of the superstructure. When moving at a speed of more than 100 km / h, the ship pierces the wave with a sharp nose, not being able to react due to inertia to cyclical changes in hydrostatic support forces. Inevitable for traditionally displacement ships, the pitching on the Atlant-type vessel is practically absent, which provides passengers and crew with comfort when traveling at high speed along the waves. The proposed technical solution allows you to create a high-speed vessel of unlimited seaworthiness, of various sizes and displacement, from a small boat to an ocean liner.

Использованные в заявке судостроительные сокращения:Shipbuilding abbreviations used in the application:

ДП - диаметральная плоскостьDP - diametrical plane

ОП - основная плоскостьOP - the main plane

ВЛ - ватерлинияVL - waterline

КВЛ - конструктивная ватерлинияKVL - constructive waterline

КП - кормовой перпендикулярKP - feed perpendicular

Claims (2)

1. Судно с воздушной разгрузкой, содержащее корпус на воздушной смазке, воздушные крылья с поплавками на концах, энергетическую установку, движительно-рулевой комплекс, помещения для экипажа и пассажиров или для размещения вооружения, отличающееся тем, что корпус судна выполнен водоизмещающим с острой ватерлинией и шпангоутами в форме усеченной параболы, в корме шпангоуты сопряжены с нижней плоскостью воздушного крыла, днище корпуса имеет нишу в форме двугранного угла для заполнения ее воздухом, воздух для аэрации днища поступает через щели на задней кромке крыла, воздушное крыло предельно сдвинуто в корму, имеет стреловидную форму в плане, а нижняя плоскость крыла сопряжена с боковыми поверхностями поплавков, при этом поплавки выполнены глиссирующими и снабжены поперечными реданами.1. The vessel with air unloading, comprising an air-lubricated hull, air wings with floats at the ends, power plant, propulsion system, rooms for crew and passengers or for placing weapons, characterized in that the hull is displacement with a sharp waterline and frames in the form of a truncated parabola, in the stern the frames are paired with the lower plane of the air wing, the bottom of the body has a niche in the form of a dihedral angle to fill it with air, air for aeration of the bottom enters through ate at the trailing edge of the wing, the wing aircraft maximum is shifted aft, has arrow-shaped in plan, and the lower wing plane conjugate with the side surfaces of the floats, the floats are formed and provided with transverse planing redanami. 2. Судно по п.1, отличающееся тем, что поплавки установлены под углом к диаметральной плоскости корпуса судна. 2. The ship according to claim 1, characterized in that the floats are installed at an angle to the diametrical plane of the hull.

Images