RU2495782C1

RU2495782C1 - Hydrodynamic vessel

Info

Publication number: RU2495782C1
Application number: RU2012145922/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Григорчук
Original assignee: Владимир Степанович Григорчук
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-10-20

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to ship building, particularly, to multi-hull vessels with dynamic buoyancy. Hydrodynamic vessel comprises underwater hull jointed by props with clear-water displacement hull with ship high-speed configuration accommodating wheelhouse, passenger compartment, hold, engine compartment accommodating the engine articulated with screw propeller, rudder and control gear. Underwater hull is composed of flat pontoon with pointed fore and aft and top flat and smooth surface and blind inner ducts made at pontoon bottom to open outward and arranged in lines in crosswise and lengthwise directions of cross-section, lengthwise axis of every said channel being inclined backward at 40 degrees to vertical. Opposite walls of every channel feature equal area and height equal to the width of three walls.

EFFECT: better operating performances.

10 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области судостроения и может найти применение в качестве морского иди речного судна.The present invention relates to the field of shipbuilding and may find application as a sea or river ship.

Известно американское судно на подводных крыльях типа "Джетфоил", содержащее корпус, внутри которого размещены водометные движители, приводимые в действие главным двигателем, установленным в моторном отсеке, переднее подводное крыло, установленное на поворотной стойке, заднее подводное крыло, закрепленное на двух стойках и имеющее водозаборник. Длина судна 27,4 м, ширина 9,5 м, пассажировместимость 250 чел., мощность двигателя 4850 кВт, скорость 40 уз., масса 112 т [Р. Шенкнехт, Ю. Люш и др. Суда и судоходство будущего, пер. с немецкого. Л., Судостроение, 1981, с.107-112, 168, рис.82; Морской энциклопедический словарь под ред. д.т.н. В.B. Дмитриева, т.2. СПб., Судостроение, 1993, с.160-161].A US-based Jetfoil-type hydrofoil vessel is known, comprising a hull, inside of which there are water-jet propulsors driven by a main engine installed in the engine compartment, a front hydrofoil mounted on a rotary strut, a rear hydrofoil mounted on two struts and having water intake. The length of the vessel is 27.4 m, width 9.5 m, passenger capacity 250 people, engine power 4850 kW, speed 40 knots, weight 112 t [R. Schenknecht, Yu. Lush et al. Ships and shipping of the future, trans. from German. L., Shipbuilding, 1981, pp. 107-112, 168, Fig. 82; Encyclopedic Maritime Dictionary, Ed. Doctor of Technical Sciences B.B. Dmitrieva, vol. 2. SPb., Shipbuilding, 1993, S. 160-161].

Недостатками известного американского судна "Джетфоил" являются кавитационное воздействие на крылья, малая грузоподъемность (не более 15%), непригодность для перевозки грузов, малая автономность плавания и большая мощность, приходящаяся на 1 т массы.The disadvantages of the famous American ship JetFoil are cavitation effects on the wings, low carrying capacity (not more than 15%), unsuitability for transportation of goods, low autonomy of navigation and high power per 1 ton of mass.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией судна.These shortcomings are due to the design of the vessel.

Известно также американское многокорпусное судно с малой площадью ватерлинии "Трисек", содержащее два сигарообразных подводных корпуса с двумя главными двигателями, установленными внутри и соединенными механически с гребными винтами, надводную грузовую платформу, на которой расположены грузовые и поссажирские помещения, две вертикальные стойки, соединяющие подводные корпуса с грузовой платформой там же, с.102-105, рис.76; Морской энциклопедический словарь, ред. д.т.н. В.В. Дмитриев, т.3., СПб., Судостроение, 1994, с. 209-210].Also known is the American multi-hulled vessel with a small area of the Trisek waterline, containing two cigar-shaped underwater hulls with two main engines installed inside and mechanically connected with propellers, an overhead cargo platform on which cargo and passenger rooms are located, two vertical racks connecting underwater buildings with a cargo platform in the same place, pp. 102-105, Fig. 76; Encyclopedic Marine Dictionary, ed. Doctor of Technical Sciences V.V. Dmitriev, vol. 3, St. Petersburg, Shipbuilding, 1994, p. 209-210].

Известное американское судно "Трисек", как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому полезному результату, принято за прототип.The famous American ship "Trisek", as the closest in technical essence and achieved useful result, is taken as a prototype.

Недостатками известного американского судна "Трисек", принятого за прототип, являются значительная осадка, повышенный расход материалов, большое сопротивление воды, сложность погрузочно-разгрузочных работ, невозможность движения при повреждении подводных корпусов.The disadvantages of the famous American ship "Trisek", adopted for the prototype, are significant draft, increased consumption of materials, high water resistance, the complexity of loading and unloading, the inability to move when damaged underwater hulls.

Указанные недостатки обусловлены большими геометрическими размерами подводных корпусов и их большой смачиваемой поверхностью, неспособностью платформы двигаться в водоизмещающем режиме, низким расположением главных двигателей.These disadvantages are due to the large geometric dimensions of the underwater hulls and their large wetted surface, the inability of the platform to move in a displacement mode, and the low location of the main engines.

Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств многокорпусного судна.The objective of the present invention is to improve the performance of a multi-hull vessel.

Технический результат обеспечивается тем, что в гидродинамическом судне, содержащем подводный корпус, соединенный стойками с надводным корпусом, внутри которого размещены рубка управления, пассажирское отделение, трюм, моторный отсек, в котором установлен двигатель, кинематически связанный с гребным винтом, руль, механизмы управления, согласно изобретению подводный корпус выполнен в форме плоского понтона, заостренного спереди и сзади, имеющего сверху ровную и гладкую поверхность, в нижней части которого выполнены глухие внутренние каналы, открывающиеся наружу, размещенные рядами в продольном и поперечном направлениях, прямоугольного сечения, продольная ось каждого из которых наклонена назад под углом 40 градусов к вертикали, причем противоположные стенки каждого из каналов равны по площади, а высота каждого из них равна ширине его трех стенок.The technical result is ensured by the fact that in a hydrodynamic vessel containing an underwater hull connected by struts to a surface hull, inside of which there is a control cabin, passenger compartment, hold, engine compartment, in which an engine kinematically connected to the propeller, a rudder, control mechanisms are installed, according to the invention, the underwater housing is made in the form of a flat pontoon, pointed front and rear, having a smooth and even surface on top, in the lower part of which there are blind internal bends opening outward, arranged in rows in the longitudinal and transverse directions, of rectangular cross section, the longitudinal axis of each of which is tilted back at an angle of 40 degrees to the vertical, the opposite walls of each channel being equal in area and the height of each of them equal to the width of its three walls .

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фигуре 1 изображен общий вид гидродинамического судна;figure 1 shows a General view of a hydrodynamic vessel;

на фигуре 2 - вид на гидродинамическое судно спереди;figure 2 is a front view of a hydrodynamic vessel;

на фигуре 3 - вид на гидродинамическое судно сзади;figure 3 is a rear view of the hydrodynamic vessel;

на фигуре 4 - вид на подводный корпус сверху;figure 4 is a view of the underwater hull from above;

на фигуре 5 - вид на подводный корпус снизу;figure 5 is a view of the underwater casing from below;

на фигуре 6 - вид на подводный корпус сбоку в разрезе;figure 6 is a sectional view of the underwater hull;

на фигуре 7 - схема силовой установки судна;figure 7 is a diagram of the power plant of the vessel;

на фигуре 8 - схема возникновения подъемной силы на подводном корпусе;figure 8 is a diagram of the occurrence of lifting force on the underwater housing;

на фигуре 9 - схема движения судна в гидродинамическом режиме с поднятым над поверхностью воды надводным корпусом;figure 9 is a diagram of the movement of the vessel in hydrodynamic mode with the surface hull raised above the surface of the water;

на фигуре 10 - схема движения судна в глиссирующем режиме при максимальной скорости.figure 10 is a diagram of the movement of the vessel in planing mode at maximum speed.

Гидродинамическое судно содержит подводный корпус 1, который посредством стоек 2 соединен с надводным корпусом 3, выполненным водоизмещающим с обводами скоростного судна, внутри которого размещены рубка управления, пассажирское отделение, трюм для багажа пассажиров, моторное отделение, в котором установлен двигатель 4 с разобщительной муфтой 5 и редуктором переднего и заднего хода 6. Посредством соединительных муфт 7 и валов двигатель соединен с верхним поворотным редуктором 8 и нижним поворотным редуктором 9, а последний посредством дейдвудного вала 10 соединен с гребным винтом 11, в водяном потоке которого установлен руль 12. Подводный корпус выполнен в форме плоского понтона, заостренного спереди и сзади, имеющего сверху ровную и гладкую поверхность. В низшей части подводного корпуса выполнены глухие внутренние каналы 13, открывающиеся наружу вниз, размещенные рядами в продольном и поперечном направлениях. Продольная ось каждого из каналов наклонена назад под углом 40 градусов к вертикали. Противоположные стенки каждого из каналов равны по площади S=S₁ и S₂=S₃. Высота каждого из каналов равна ширине его трех сторон h=3ℓ.The hydrodynamic vessel comprises an underwater hull 1, which is connected by means of struts 2 to the surface hull 3, which is displacement with the contours of a high-speed vessel, inside which there is a control cabin, a passenger compartment, a hold for passengers' luggage, a motor compartment in which an engine 4 with an isolation clutch 5 is installed and a forward and reverse gear 6. By means of couplings 7 and shafts, the engine is connected to the upper rotary gear 8 and the lower rotary gear 9, and the latter by means of udnogo shaft 10 is connected to the propeller 11 into the water stream which is mounted wheel 12. The underwater housing is in the form of a flat pontoon sharpened front and rear, top having a flat and smooth surface. In the lower part of the underwater casing, blind internal channels 13 are made, opening outward downward, arranged in rows in the longitudinal and transverse directions. The longitudinal axis of each channel is tilted back at an angle of 40 degrees to the vertical. The opposite walls of each of the channels are equal in area S = S ₁ and S ₂ = S ₃ . The height of each channel is equal to the width of its three sides h = 3ℓ.

Работает гидродинамическое судно следующим образом.Works hydrodynamic vessel as follows.

После того как запущен двигатель 4 посредством рукояток редуктор переднего и заднего хода 6 переводится в положение "передний ход" и включается разобщительная муфта 5. Вращающийся момент от двигателя передается через верхний поворотный редуктор 8, нижний поворотный редуктор 9, дейдвудный вал 10 на гребной вал 11, приводя его во вращение. Судно приходит в движение. При этом подводный корпус 1 обтекается водяным потоком, который делится на две части (фиг.8). Первая часть водяного потока обтекает верхнюю ровную поверхность, а вторая часть водяного потока обтекает нижнюю поверхность подводного корпуса. При обтекании верхней поверхности на ней образуется движущийся пограничный слой воды. Из аэрогидродинамики известно, что давление внутри движущегося потока газа или воды меньше, чем в неподвижной среде. Поэтому на верхней поверхности подводного корпуса 1 будет создаваться разрежение Fp. Т.е. давление атмосферного воздуха и воды на нее будет меньше, чем когда она неподвижна. Вместе с этим часть водяного потока, обтекающего нижнюю поверхность подводного корпуса, будет двигаться внутрь глухих внутренних каналов 13 со скоростью V, создавая в них динамическое давление. Эту скорость можно вычислить по формуле V²=2gh, где g - земное ускорение, a h - высота, на которую поднимается вода при данной скорости потока. (Здесь и далее Роман Куркевич. Пять стихий Аристотеля, пер. с польского М. Дубравского, ред. русского издания С.В. Чумаков. Наша Ксенгарня. Варшава, 1977, с. 52-53).After the engine 4 is started by means of the handles, the forward and reverse gear 6 is put into the “forward” position and the uncoupling clutch 5 is turned on. The torque from the engine is transmitted through the upper rotary gear 8, the lower rotary gear 9, the stern shaft 10 to the propeller shaft 11 bringing it into rotation. The ship sets in motion. In this case, the underwater housing 1 is surrounded by a water stream, which is divided into two parts (Fig. 8). The first part of the water stream flows around the upper flat surface, and the second part of the water stream flows around the lower surface of the underwater hull. When flowing around the upper surface, a moving boundary layer of water forms on it. From aerohydrodynamics it is known that the pressure inside a moving stream of gas or water is less than in a stationary medium. Therefore, a vacuum Fp will be created on the upper surface of the underwater housing 1. Those. the pressure of atmospheric air and water on it will be less than when it is motionless. At the same time, a part of the water stream flowing around the lower surface of the underwater body will move into the blind internal channels 13 at a speed V, creating a dynamic pressure in them. This speed can be calculated by the formula V ² = 2gh, where g is the Earth's acceleration, ah is the height at which water rises at a given flow rate. (Hereinafter, Roman Kurkevich. The Five Elements of Aristotle, translated from Polish by M. Dubravsky, ed. Of the Russian edition S.V. Chumakov. Our Ksengarnya. Warsaw, 1977, p. 52-53).

Высота, на которую поднимется вода, может быть определена из формулы $h = \frac{V^{2}}{2 g}$

. Попадая в глухие внутренние каналы, вода производит давление на стенки и дно. Давление в них определяется как Р=hγ - где γ - удельный вес воды. Так как площадь противоположных стенок глухих внутренних каналов 13 равны, то и давление на них одинаково. Силы, действующие на эти стенки взаимно уравновешивают друг друга F=F₁, как в продольном, так и в поперечном направлениях. Силы F₂, действующие на дно глухих внутренних каналов 13, ничем не уравновешены. Таким образом, на подводный корпус 1 будут действовать силы Fp+F₂. Равнодействующая этих сил Fобщ будет действовать в вертикальной плоскости против силы тяжести, поднимая надводный корпус 3 над поверхностью воды, величина подъема надводного корпуса 3 над водой будет зависить от скорости движения судна. Если скорость движения судна средняя, то надводный корпус 3 выйдет из воды и будет двигаться над поверхностью воды (фиг.9), а подводный корпус 1 будет оставаться под водой. При максимальной скорости движения сила Fобщ вытолкнет подводный корпус 1 на поверхность воды и судно будет совершать глиссирующее движение (фиг.10). В глиссирующем режиме, какой бы ни была скорость движения, подводный корпус 1 не сможет оторваться от поверхности воды, иначе сразу же уменьшается подъемная сила и подводный корпус 1 опускается вниз. Таким образом, поддержание судна на определенной высоте производится автоматически за счет определенной скорости движения. Для движения задним ходом при маневрировании рукоятка редуктора переднего и заднего хода 6 перемещается в положение "задний ход". А так как движение задним ходом происходит на малой скорости, то выталкивания надводного корпуса 3 не происходит.The height to which water rises can be determined from the formula

h = \frac{V^{2}}{2 g}

. Getting into the blind internal channels, water produces pressure on the walls and bottom. The pressure in them is defined as P = hγ - where γ is the specific gravity of water. Since the area of the opposite walls of the blind internal channels 13 are equal, the pressure on them is the same. The forces acting on these walls mutually balance each other F = F ₁ , both in the longitudinal and transverse directions. The forces F ₂ acting on the bottom of the deaf internal channels 13 are not balanced. Thus, the forces Fp + F ₂ will act on the underwater hull 1. The resultant of these forces Ftotal will act in a vertical plane against gravity, lifting the surface hull 3 above the surface of the water, the amount of rise of the surface hull 3 above the water will depend on the speed of the vessel. If the speed of the vessel is average, then the surface of the hull 3 will come out of the water and will move above the surface of the water (Fig.9), and the underwater hull 1 will remain under water. At maximum speed, the force Ftotal will push the underwater hull 1 to the surface of the water and the vessel will make gliding movement (Fig. 10). In the planing mode, no matter what the speed of movement, the underwater body 1 will not be able to tear itself away from the surface of the water, otherwise the lifting force will immediately decrease and the underwater body 1 will drop down. Thus, maintaining the vessel at a certain height is carried out automatically due to a certain speed. To reverse when maneuvering, the handle of the forward and reverse gears 6 moves to the "reverse" position. And since the reverse movement occurs at low speed, the pushing of the surface of the body 3 does not occur.

Изобретение позволяет уменьшить мощность двигателя, экономить топливо, уменьшить сопротивление воды, повысить скорость движения и уменьшить вес судна.The invention allows to reduce engine power, save fuel, reduce water resistance, increase speed and reduce ship weight.

Claims

Гидродинамическое судно, содержащее подводный корпус, соединенный стойками с надводным корпусом, внутри которого размещены рубка управления, пассажирское отделение, трюм, моторный отсек, в котором установлен двигатель, кинематически связанный с гребным винтом, руль, механизм управления, отличающееся тем, что подводный корпус выполнен в форме плоского понтона, заостренного спереди и сзади, имеющего сверху ровную и гладкую поверхность, в нижней части которого выполнены глухие внутренние каналы, открывающиеся наружу, размещенные рядами в продольном и поперечном направлениях, прямоугольного сечения, продольная ось каждого из которых наклонена назад под углом 40° к вертикали, причем противоположные стенки каждого из каналов равны по площади, а высота каждого из них равна ширине его трех стенок. A hydrodynamic vessel comprising an underwater hull connected by struts to a surface hull, inside of which there is a control cabin, passenger compartment, hold, engine compartment in which an engine kinematically connected with a propeller, a rudder, a control mechanism, characterized in that the underwater hull is made in the form of a flat pontoon, pointed in front and behind, having a smooth and even surface on top, in the lower part of which there are blind internal channels opening outward, placed in rows in longitudinal and transverse directions, of rectangular cross section, the longitudinal axis of each of which is tilted back at an angle of 40 ° to the vertical, with the opposite walls of each of the channels being equal in area and the height of each of them equal to the width of its three walls.