RU2579633C1

RU2579633C1 - Multi-hull ship /versions/

Info

Publication number: RU2579633C1
Application number: RU2015104852/11A
Authority: RU
Inventors: Николай Евгеньевич Староверов
Original assignee: Николай Евгеньевич Староверов
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2016-04-10

Abstract

FIELD: shipbuilding.

SUBSTANCE: invention relates to ship building, namely to trimarans, polymarans and catamarans. Multi-hull ship consists of two or more hulls and beams between them. Vessel has two or more hulls, which are interconnected by two transverse beams, one of which is connected with hulls by two transverse bearings, and second is hinged in pairs or one universal ball joint or Cardanic joint or constant velocity joint (CVJ). However, other beams are connected in pairs by means of lever mechanism, which consists of one vertical lever or are connected by means of lever-crank mechanism, which consists of one horizontal link and lever. Second beam can be fixed transversely on hulls sliding across with possibility of transverse motion with help of automatic tracking system. Transverse beam is connected to each hull by one or two transverse bearings.

EFFECT: reduced forces and mitigation of movement at sea.

12 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, к тримаранам, полимаранам, и катамаранам (далее «катамаран», как наиболее рациональный). Пригодно в основном для кораблей типа «сторожевик» и «эсминец».The invention relates to shipbuilding, to trimarans, polymarans, and catamarans (hereinafter “catamaran”, as the most rational). It is mainly suitable for ships of the "watchdog" and "destroyer" type.

Известны катамараны, в которых два (или более) корпуса соединены жесткими балками, см., например, пат. №№2464200 и 146467. Вследствие такого крепления на балки при косом волнении действуют большие поперечные, продольные и крутильные усилия, а ход на косом волнении может быть слишком жесткий.Catamarans are known in which two (or more) hulls are connected by rigid beams, see, for example, US Pat. No. 2464200 and 146467. As a result of such fastening on beams during oblique waves, large transverse, longitudinal and torsional forces act, and the movement on oblique waves can be too hard.

Задача и технический результат изобретения - исключение или уменьшение указанных усилий и смягчение хода на волнении, путем ограниченной подвижности корпусов в вертикальной продольной плоскости путем получения некоторой свободы перемещений корпусов по вертикали относительно друг друга, при сохранении примерного расстояния между корпусами (с некоторым допуском) и при сохранении примерной параллельности корпусов (с некоторым допуском).The objective and technical result of the invention is the elimination or reduction of these efforts and the softening of the motion on waves, by limited mobility of the bodies in the vertical longitudinal plane by obtaining some freedom of movement of the bodies vertically relative to each other, while maintaining the approximate distance between the bodies (with some tolerance) and maintaining approximate parallelism of the cases (with some tolerance).

ВАРИАНТ 1. Для этого судно имеет, как обычно, два или более корпуса, которые соединены между собой двумя поперечными балками, одна из которых соединена с корпусами двумя поперечными подшипниками, а вторая - попарно двумя шаровыми шарнирами (точнее - число шарниров равно числу корпусов, например, 3 для тримарана и т.п.).OPTION 1. For this, the vessel has, as usual, two or more hulls, which are interconnected by two transverse beams, one of which is connected to the hulls by two transverse bearings, and the second - in pairs by two ball joints (more precisely, the number of hinges is equal to the number of hulls, e.g. 3 for trimaran, etc.).

См. фиг. 1-3, 7, где фиг. 2 - поперечное сечение судна по балке 5, фиг. 3 - поперечное сечение судна по балке 3, а фиг. 7 - вид спереди. На этих эскизах: 1 - два корпуса катамарана, 2 - по два подшипника на каждом корпусе, 3 - мощная поперечная балка (она воспринимает и продольные, и срезающие, и изгибающие нагрузки), 4 - шаровые шарниры, на которых крепится менее прочная носовая балка 5, воспринимающая только нагрузки сжатия-растяжения.See FIG. 1-3, 7, where FIG. 2 is a cross-sectional view of the vessel along beam 5, FIG. 3 is a cross-sectional view of the vessel along beam 3, and FIG. 7 is a front view. On these sketches: 1 - two catamaran hulls, 2 - two bearings on each hull, 3 - a powerful transverse beam (it accepts longitudinal, shear, and bending loads), 4 - ball joints on which a less durable nose beam is attached 5, perceiving only compressive-tensile loads.

Балка 3 крепиться, естественно, должна примерно в районе миделя корпуса.The beam 3 should be fastened, of course, approximately in the region of the midship body.

Работает этот вариант так: при подъеме одного корпуса 1 относительно другого, корпуса прокручиваются в подшипниках 2 на балке 3. Благодаря прочности балки 3 корпуса соблюдают и примерную параллельность, и примерно одинаковый крен, и примерное расстояние между носами корпусов. Но только примерные, так как при подъеме одного корпуса балка 5 перекашивается в поперечной вертикальной плоскости, и расстояние между носами корпусов уменьшается (катет всегда меньше гипотенузы).This option works as follows: when lifting one housing 1 relative to another, the housing scrolls in bearings 2 on the beam 3. Due to the strength of the beam 3 of the housing, they observe both approximate parallelism, approximately the same roll, and the approximate distance between the noses of the housings. But only exemplary, since when lifting one body, the beam 5 warps in the transverse vertical plane, and the distance between the noses of the bodies decreases (the leg is always less than the hypotenuse).

То есть, если при жесткой соединяющей балке катамаран при косом волнении одним носом выпрыгивает из воды, а вторым в это время - зарывается в воду, а затем - наоборот, то данное судно (катамаран) как бы «облизывает» волны. То есть каждый корпус имеет собственную килевую качку. Бортовая качка, как и положено на катамаранах, практически отсутствует.That is, if with a rigid connecting beam the catamaran jumps out of the water during one oblique wave with one nose, and burrows into the water with the other at that time, and then vice versa, then this vessel (catamaran) kind of “licks” the waves. That is, each case has its own pitching. Side rolling, as befits a catamaran, is practically absent.

Балка 3 должна иметь разную жесткость относительно продольной и вертикальной осей - относительно продольной оси она должна иметь большую упругость, чтобы компенсировать упомянутое сближение носов (ниже будет рассмотрен способ, уменьшающий или исключающий это явление).The beam 3 must have different stiffness relative to the longitudinal and vertical axes - relative to the longitudinal axis, it must have greater elasticity to compensate for the mentioned approach of the noses (below we will consider a method that reduces or eliminates this phenomenon).

Поэтому поперечное сечение балки 3 может быть, например, таким, как показано на фиг. 5, то есть внутри трубчатой балки 3 имеется вертикальный двутавровый элемент 6. Такая балка почти не гнется в вертикальной плоскости, но в то же время обладает достаточной упругостью, чтобы компенсировать не очень большую разницу в отклонениях носов по вертикали.Therefore, the cross section of the beam 3 can be, for example, as shown in FIG. 5, that is, inside the tubular beam 3 there is a vertical I-beam element 6. Such a beam almost does not bend in the vertical plane, but at the same time has sufficient elasticity to compensate for the not very large difference in the deviations of the noses vertically.

Для облегчения компенсации сближения носов корпусов балка 3 может быть закреплена в резинометаллических шарнирах. Так как корпуса не крутятся относительно друг друга на 360 градусов, а отклоняются, даже в шторм, примерно на ±10 градусов, то резинометаллические шарниры будут допускать такие отклонения (при правильном их расчете, конечно).To facilitate compensation of the convergence of the noses of the bodies, the beam 3 can be fixed in rubber-metal hinges. Since the bodies do not rotate 360 degrees relative to each other, but deviate, even in a storm, by approximately ± 10 degrees, rubber-metal hinges will allow such deviations (if they are correctly calculated, of course).

Применение катамарана вместо однокорпусного судна позволяет получить большой выигрыш в гидродинамическом сопротивлении. Для этого надо сделать корпуса несимметричными - наружные борта сделать плоскими или почти плоскими, а внутренние (обращенные друг к другу) - выпуклыми. Как известно, в этом случае при определенном расстоянии между корпусами и при определенной скорости происходит почти полная интерференция волн. То есть пик носовой волны от одного корпуса попадает точно во впадину кормовой волны от другого корпуса. И за идущим на достаточно большой скорости кораблем не остается почти никаких волн.The use of a catamaran instead of a single-hull vessel allows you to get a big gain in hydrodynamic resistance. To do this, make the hulls asymmetrical - make the outer sides flat or almost flat, and the inner (facing each other) - convex. As is known, in this case, at a certain distance between the bodies and at a certain speed, almost complete interference of the waves occurs. That is, the peak of the nasal wave from one body falls exactly into the cavity of the stern wave from the other body. And behind the ship going at a sufficiently high speed, there are almost no waves left.

Это в сочетании с традиционно узкими корпусами катамаранов (остойчивость ведь им не нужна) делает движение корабля на этой расчетной скорости очень легким. Правда, смоченная поверхность катамарана будет почти вдвое больше, чем у однотипного однокорпусного корабля, но это с лихвой окупается значительным уменьшением волнового сопротивления.This, combined with the traditionally narrow hulls of the catamarans (they do not need stability, after all) makes the ship moving at this design speed very easy. True, the wetted surface of the catamaran will be almost twice as large as that of a single-hull ship of the same type, but this is more than paid for by a significant decrease in wave resistance.

Следует отметить, что для оптимальной балансировки корабля имеет смысл сделать форштевни корпусов в виде спереди не вертикальными, а наклонными в виде буквы V (см. фиг. 7, толстые линии).It should be noted that for optimal balancing of the ship it makes sense to make the hinges in the front view not vertical, but inclined in the form of the letter V (see Fig. 7, thick lines).

ВАРИАНТ 2. Однако при большом волнении на переднюю, менее прочную, балку могут действовать удары волн. Чтобы они не сломали ее, она может иметь заостренную форму. Но чтобы она при этом сохраняла свою первоначально заданную ориентацию острием вперед, один из шарниров ее крепления должен быть шарниром Гука или Кардана, или шарниром равных угловых скоростей (ШРУСом).OPTION 2. However, with great excitement, shock can act on the front, less durable beam. So that they do not break it, it may have a pointed shape. But in order for her to maintain her initially specified orientation with the tip forward, one of the hinges of her fastening must be a joint of Hook or Cardan, or a joint of equal angular speeds (SHRUS).

То есть судно имеет два или более корпуса, которые соединены между собой двумя поперечными балками, одна из которых соединена с корпусами двумя поперечными подшипниками, а вторая - одним шарниром Гука и шаровыми шарнирами, причем число шаровых шарниров равно числу корпусов, минус единица. То есть в варианте 2 на фиг. 1, 2 и 7 один из шарниров 4 (любой) является шарниром Гука, а второй - шаровым шарниром. В этом случае передняя балка 5, показанная на фиг. 4, будет все время обращена острием вперед (плюс-минус килевая качка).That is, the vessel has two or more hulls that are connected to each other by two transverse beams, one of which is connected to the hull by two transverse bearings, and the second by one Hook joint and ball joints, the number of ball joints being equal to the number of hulls, minus one. That is, in embodiment 2 of FIG. 1, 2 and 7, one of the joints 4 (any) is a Hook joint, and the second is a ball joint. In this case, the front beam 5 shown in FIG. 4, will be pointed forward all the time (plus or minus pitching).

ВАРИАНТ 3. Для того, чтобы при перекашивании носовой балки 5 носы корпусов не сближались, возможны различные кинематические схемы. При этом они не обеспечивают точного совпадения разницы в положениях носов, и разницы в положениях концов балки. Но этого и не нужно - в заданном диапазоне за счет упругости всех частей судна и за счет резинометаллических подшипников небольшое несоответствие компенсируется.OPTION 3. In order for the nose of the hulls to not come together when the nose beam is twisted, various kinematic schemes are possible. However, they do not provide an exact match of the difference in the positions of the noses, and the difference in the positions of the ends of the beams. But this is not necessary - in the specified range due to the elasticity of all parts of the vessel and due to the rubber-metal bearings, the small discrepancy is compensated.

Например, может быть применена схема на фиг. 6. Судно, как и в вариантах 2, 3, имеет два или более корпуса, которые соединены между собой двумя поперечными балками, одна из которых соединена с корпусами двумя поперечными подшипниками, а другие - попарно с помощью рычажного механизма, состоящего из одного вертикального рычага, имеющего возможность совершать поперечные колебания (на резинометаллических шарнирах), а второй горизонтальный рычаг прикреплен к корпусу и ко второй балке так, что при положении судна на ровном киле точка крепления горизонтального рычага к корпусу судна расположена на одной прямой с двумя точками крепления двух рычагов ко второй балке.For example, the circuit of FIG. 6. The vessel, as in options 2, 3, has two or more hulls that are interconnected by two transverse beams, one of which is connected to the hulls by two transverse bearings, and the other in pairs using a lever mechanism consisting of one vertical lever with the ability to make lateral vibrations (on rubber-metal hinges), and the second horizontal lever is attached to the hull and to the second beam so that when the vessel is on a flat keel, the point of attachment of the horizontal lever to the hull of the vessel is on the same straight line with two points of attachment of the two levers of the second beam.

На фиг. 5 балка 5 в точке «A» крепится вертикальным рычагом 7 к корпусу судна, а конец балки в точке «C» крепится также рычагом 8 к корпусу судна в точке «B». На ровном киле точки A, B, C лежат на одной прямой. Понятно, что чем больше длина вертикального рычага 7, тем лучше (в идеале он принимается равным бесконечности).In FIG. 5, beam 5 at point “A” is attached with a vertical lever 7 to the hull of the vessel, and the end of the beam at point “C” is also attached with lever 8 to the hull at point “B”. On an even keel, points A, B, C lie on one straight line. It is clear that the longer the length of the vertical lever 7, the better (ideally, it is taken equal to infinity).

Величина BC в зависимости от класса корабля будет составлять примерно 30-40% от величины AC.The value of BC depending on the class of the ship will be approximately 30-40% of the value of AC.

ВАРИАНТ 4. Вместо вертикального рычага в точке «A» может быть применено горизонтальное кулисное крепление (которое как раз является аналогом бесконечного рычага). Но кулисное крепление подвержено износу, а при качаниях корпусов будет издавать стуки. Поэтому его лучше не применять.OPTION 4. Instead of a vertical lever at point “A”, a horizontal rocker mount (which is just an analog of an infinite lever) can be used. But the rocker mount is subject to wear, and when the bodies swing, it will knock. Therefore, it is better not to use it.

ВАРИАНТ 5. Для компенсации непараллельности корпусов при перекосе «второй», то есть носовой балки, она закреплена на корпусах поперечно скользяще с возможностью поперечного перемещения с помощью следящей автоматической системы.OPTION 5. To compensate for the non-parallelism of the cases when the “second”, that is, the nose beam, is skewed, it is mounted on the bodies laterally sliding with the possibility of lateral movement by means of a servo automatic system.

Эскизом эта система не иллюстрируется ввиду очевидности, а работает система так: датчики угла перекоса «второй» балки подают сигнал на процессор, который высчитывает разницу в непараллельности корпусов и половину этого значения подает на исполнительные механизмы, перемещающие точку крепления «второй» балки по каждой палубе. При выходе из строя одного из исполнительных механизмов, оставшийся механизм будут перемещать точку крепления «второй» балки к палубе на целое нужное расстояние.This system is not illustrated with a sketch due to obviousness, but the system works like this: the skew angle sensors of the “second” beam supply a signal to the processor, which calculates the difference in the non-parallelism of the hulls and supplies half of this value to the actuators moving the fastening point of the “second” beam on each deck . If one of the actuators fails, the remaining mechanism will move the attachment point of the "second" beam to the deck an entire desired distance.

ВАРИАНТ 6. Параллельность корпусов может быть обеспечена и одной вращающейся балкой достаточной прочности. То есть судно имеет, как обычно, два или более корпуса, которые соединены между собой поперечной балкой, соединенной с каждым корпусом одним или двумя поперечными подшипниками (а в случае катамарана - можно и одним).OPTION 6. The parallelism of the hulls can be provided with one rotating beam of sufficient strength. That is, the vessel has, as usual, two or more hulls, which are interconnected by a transverse beam connected to each hull by one or two transverse bearings (and in the case of a catamaran, it is possible to use one).

Эскизом эта система не иллюстрируется ввиду очевидности, а работает система так: при перекосе корпусов судна на косом волнении они прокручиваются в подшипниках.This system is not illustrated with a sketch due to obviousness, but the system works like this: when the hulls are skewed on an oblique wave, they scroll in bearings.

Это решение имеет ряд преимуществ - оно конструктивно простое, надежное, а большой внутренний диаметр балки-трубы обеспечивает хороший переход экипажа из одного корпуса в другой. Такой балке можно придать форму крыла, и она будет еще и создавать подъемную силу.This solution has several advantages - it is structurally simple, reliable, and the large internal diameter of the beam-tube ensures a good transition of the crew from one hull to another. Such a beam can be shaped like a wing, and it will also create lift.

Желательно, чтобы каждый корпус судна по любому из перечисленных вариантов имел запас закрыто-пористого пенопласта для непотопляемости. На катамаранах это особенно желательно, так как при полном затоплении одного корпуса, второй приобретает крен около 90 градусов (при условии, что он полностью герметичен), а при таком крене боеспособность корабля сомнительна (хотя и возможна). И, наоборот - если один корпус даже после серьезных повреждений остается на плаву, то на боеспособности второго корпуса это практически не сказывается.It is desirable that each hull of the vessel according to any of the above options has a stock of closed-porous foam for unsinkability. On catamarans, this is especially desirable, since with the complete flooding of one hull, the second acquires a roll of about 90 degrees (provided that it is completely airtight), and with such a roll the combat efficiency of the ship is doubtful (although possible). And, on the contrary, if one hull remains afloat even after serious damage, this practically does not affect the combat efficiency of the second hull.

ВАРИАНТ 7. В любом из вышеперечисленных вариантов крепление балок к корпусам может быть выполнено с возможностью изменения расстояния между корпусами для оптимизации внутреннего волнообразования применительно к определенной скорости. То есть судно имеет, как обычно, два или более корпуса, которые соединены между собой одной или двумя поперечными балками с возможностью изменения расстояния между корпусами. Что интересно, при экспериментах в оптовом бассейне может оказаться, что корпусам при этом не обязательно быть параллельными, и что эта непараллельность может оказаться своей для каждой скорости.OPTION 7. In any of the above options, the attachment of the beams to the bodies can be performed with the possibility of changing the distance between the bodies to optimize the internal wave formation with reference to a certain speed. That is, the vessel has, as usual, two or more hulls that are interconnected by one or two transverse beams with the possibility of changing the distance between the hulls. Interestingly, in experiments in the wholesale pool, it may turn out that the bodies do not have to be parallel, and that this non-parallelism may turn out to be its own for each speed.

Claims

1. Многокорпусное судно, состоящее из двух или более корпусов и балок между ними, отличающееся тем, что судно имеет два или более корпуса, которые соединены между собой двумя поперечными балками, одна из которых соединена с корпусами двумя поперечными подшипниками, а вторая - попарно шаровыми шарнирами, причем число шарниров равно числу корпусов.1. A multi-hull vessel, consisting of two or more hulls and beams between them, characterized in that the vessel has two or more hulls that are interconnected by two transverse beams, one of which is connected to the hulls by two transverse bearings, and the second by pair of ball hinges, the number of hinges being equal to the number of bodies.

2. Судно по п.1, отличающееся тем, что балка, крепящаяся в подшипниках, представляет собой трубу и имеет внутри вертикальный двутавровый элемент.2. The vessel according to claim 1, characterized in that the beam, mounted in bearings, is a pipe and has a vertical I-beam element inside.

3. Судно по п.1, отличающееся тем, что подшипниками являются резино-металлические подшипники.3. The vessel according to claim 1, characterized in that the bearings are rubber-metal bearings.

4. Судно по п.1, отличающееся тем, что корпуса выполнены несимметричными - наружные борта выполнены плоскими или почти плоскими, а внутренние (обращенные друг к другу) - выпуклыми.4. The vessel according to claim 1, characterized in that the hulls are asymmetrical - the outer sides are flat or almost flat, and the inner (facing each other) is convex.

5. Судно по п.1, отличающееся тем, что форштевни корпусов в виде спереди выполнены не вертикальными, а наклонными в виде буквы V.5. The vessel according to claim 1, characterized in that the hinges in the front view are not vertical, but inclined in the form of the letter V.

6. Многокорпусное судно, состоящее из двух или более корпусов и балок между ними, отличающееся тем, что судно имеет два или более корпуса, которые соединены между собой двумя поперечными балками, одна из которых соединена с корпусами двумя поперечными подшипниками, а вторая - одним шарниром Гука или Кардана, или шарниром равных угловых скоростей (шрусом), и шаровыми шарнирами, причем число шаровых шарниров равно числу корпусов, минус единица.6. A multi-hull vessel, consisting of two or more hulls and beams between them, characterized in that the vessel has two or more hulls that are interconnected by two transverse beams, one of which is connected to the hulls by two transverse bearings, and the second by one hinge Hooke or Cardan, or a joint of equal angular speeds (CV joint), and ball joints, and the number of ball joints is equal to the number of bodies, minus one.

7. Судно по п.6, отличающееся тем, что вторая балка является передней и имеет заостренную переднюю оконечность.7. The vessel according to claim 6, characterized in that the second beam is front and has a pointed front end.

8. Многокорпусное судно, состоящее из двух или более корпусов и балок между ними, отличающееся тем, что имеет два или более корпуса, которые соединены между собой двумя поперечными балками, одна из которых соединена с корпусами двумя поперечными подшипниками, а другие - попарно с помощью рычажного механизма, состоящего из одного вертикального рычага, имеющего возможность совершать поперечные колебания, а второй рычаг прикреплен к корпусу и ко второй балке так, что при положении судна на ровном киле точка крепления балки к корпусу судна расположена на одной прямой с двумя точками крепления двух рычагов ко второй балке.8. A multi-hull vessel, consisting of two or more hulls and beams between them, characterized in that it has two or more hulls that are interconnected by two transverse beams, one of which is connected to the hull by two transverse bearings, and the other in pairs with lever mechanism, consisting of one vertical lever with the ability to perform lateral vibrations, and the second lever is attached to the hull and to the second beam so that when the vessel is on a flat keel, the point of attachment of the beam to the hull of the vessel is laid on a straight line with two points of attachment of two levers to the second beam.

9. Многокорпусное судно, состоящее из двух или более корпусов и балок между ними, отличающееся тем, что имеет два или более корпуса, которые соединены между собой двумя поперечными балками, одна из которых соединена с корпусами двумя поперечными подшипниками, а другие - попарно с помощью рычажно-кулисного механизма, состоящего из одной горизонтальной кулисы, и рычага, прикрепленного к корпусу и ко второй балке так, что при положении судна на ровном киле, точка крепления балки к корпусу судна расположена на одной прямой с двумя точками крепления на второй балке.9. A multi-hull vessel, consisting of two or more hulls and beams between them, characterized in that it has two or more hulls that are interconnected by two transverse beams, one of which is connected to the hull by two transverse bearings, and the other in pairs with lever-link mechanism, consisting of one horizontal link, and a lever attached to the hull and to the second beam so that when the vessel is on an even keel, the point of attachment of the beam to the hull is located on a straight line with two points stronger tions for the second beam.

10. Многокорпусное судно, состоящее из двух или более корпусов и балок между ними, отличающееся тем, что судно имеет два или более корпуса, которые соединены между собой двумя поперечными балками, одна из которых соединена с корпусами двумя поперечными подшипниками, а вторая закреплена поперечно на корпусах скользяще поперечно с возможностью поперечного перемещения с помощью следящей автоматической системы.10. A multihull vessel, consisting of two or more hulls and beams between them, characterized in that the vessel has two or more hulls that are interconnected by two transverse beams, one of which is connected to the hulls by two transverse bearings, and the second is mounted transversely on the housings are sliding transversely with the possibility of lateral movement using a servo automatic system.

11. Многокорпусное судно, состоящее из двух или более корпусов и балки между ними, отличающееся тем, что судно имеет два или более корпуса, которые соединены между собой поперечной балкой, соединенной с каждым корпусом одним или двумя поперечными подшипниками.11. A multi-hull vessel, consisting of two or more hulls and a beam between them, characterized in that the vessel has two or more hulls that are interconnected by a transverse beam connected to each hull by one or two transverse bearings.

12. Судно по п.11, отличающееся тем, что имеет запас закрыто-пористого пенопласта для непотопляемости. 12. The vessel according to claim 11, characterized in that it has a stock of closed-porous foam for unsinkability.