Корабль без килевой качки на ходу на волнении.

Рег.№ 2007133625, от 07.09.2007 г., вх.№ 036722. Бюл.№ 8 от 20.03.2009 г.
B63B 1/06     ... форма носовой оконечности
В.Н. Храмушин.

Формула изобретения

Корабль, содержащий водонепроницаемый корпус с запасом плавучести для надводного плавания не превышающем водоизмещения корабля,

- отличающийся тем, что форштевень имеет завал назад; надводная часть корпуса в носовой части имеет малый объем; скуловые обводы в носовой части способствуют закручиванию набегающего потока жидкости и затягиванию образующихся гребней корабельных волн под корпус корабля, что означает уменьшение динамически активной длины корпуса и перераспределение гидродинамических сил, при котором воздействие штормовых волн трохоидальной природы не приводит к дифферентующим моментам, так как их силовое воздействие преобразуется в менее опасную вертикальную качку корабля.

(уточнение, отклоненное Роспатентом) ... ; скуловые обводы в носу имеют плавно закрученную поверхность для затягивания набегающего потока под днище корпуса в зоне образования гребня носовой корабельной волны; средняя часть корпуса имеет полные обводы, образующие основной объем водоизмещения; кормовые обводы имеют симметрично закрученную поверхность судовой обшивки, направляющую поток из под днища в зону разрежения у свободной поверхности воды вблизи кормовой раковины, с учетом необходимости безотрывного обтекания винто-рулевого комплекса корабля.

Реферат описания изобретения

«Корабль без килевой качки на ходу на волнении».

Изобретение относится к области судостроения и науки.

Прототипом предполагаемого изобретения служит форма корпуса парусного корабля, изображенного на «Карте с кораблем» Марко Поло, путешествовавшего по Тихому океану на китайских кораблях в 1275-1292 гг.

Для исключения интенсивной килевой качки необходимо использовать заваленный назад форштевень корабля; уменьшенный объем надводного корпуса в носовой части корпуса; и специально закрученную поверхность скуловых обводов в носовой части корпуса, способствующих закручиванию набегающего потока жидкости и затягиванию образующихся гребней корабельных волн под корпус корабля.

В геометрическом смысле это означает уменьшение динамически активной длины корпуса, что позволяет перенести силовое воздействие встречных волн ближе к средней части корпуса, и, соответственно, частично перераспределить пары сил (дифферентующие моменты) в силы, направленные на поступательное (вертикальное) всплытие/погружение корпуса.

Обводы корпуса могут быть оптимизированы с помощью теоретических расчетов и затем поверены экспериментально, при этом должно быть выполнено гидродинамическое условие, чтобы на всех скоростях хода, включая закритически высокие, при движении корабля не образовывалось ходового дифферента, а расходящиеся корабельные волны не образовывали ярко выраженных обрушающихся гребней.

Описание изобретения

Корабль без килевой качки на ходу на волнении.

Изобретение относится к области судостроения и науки.

Прототипом предполагаемого изобретения служит форма корпуса парусного корабля, изображенного на «Карте с кораблем» Марко Поло, путешествовавшего по Тихому океану на китайских кораблях в 1275-1292 гг. Гидродинамические особенности формы корпуса и теоретическое обоснование для минимизации воздействия штормовых волн на корпус корабля опубликованы в работах [1-3].

Распределение гидродинамических сил для компенсации силового воздействия штормовых волн на корпус корабля специальной формы приведено на фиг. 1 и фиг. 2.

Надводный корабль представляется водоизмещающим плавсредством, содержащим водонепроницаемый корпус с запасом плавучести для надводного плавания. Запас плавучести, образованный надводным бортом, не должен превышать водоизмещение корабля.

Для снижения интенсивности килевой качки корабль должен иметь заваленный назад форштевень (фиг. 1) и уменьшенный объем надводного корпуса в носовой части корпуса, что способствует снижению суммарных сил гидростатической природы, возникающих при наклонах поверхности моря на волнении.

Скуловые обводы в носовой части корпуса образуют плавно закрученную поверхность для затягивания набегающего потока под днище корпуса в зоне образования гребня носовой корабельной волны (фиг. 2).

Средняя часть корпуса может иметь полные обводы, образующие основной объем водоизмещения. Кормовые обводы могут иметь симметрично закрученную поверхность судовой обшивки, направляющую поток из под днища в зону разрежения у свободной поверхности воды вблизи кормовой раковины, при этом, ключевым требованием, для судна с механическим двигателем, является необходимость обеспечения безотрывного обтекания корпуса непосредственно до винто-рулевого комплекса корабля.

В геометрическом смысле описанные обводы определяют эффект уменьшения динамически активной длины корпуса, что позволяет перенести центр сил всплытия ближе к средней части корпуса, а в носовой части корпуса создать небольшую притапливающую гидродинамическую силу и дифферентующий момент, способствующие преобразованию килевой качки корпуса в вертикальную. Такое перераспределение сил не приводит к резонансному усилению вертикальных поступательных колебаний корпуса корабля, что достигается взаимным гашением гидростатических сил всплытия и сил гидродинамической природы, а также особенностями нелинейного демпфирования за счет геометрически сложных обводов в оконечностях [4].

Чисто вертикальная качка не столь сильно сказывается на снижении ходкости корабля на волнении, и в целом, она не столь сильно отражается на условиях обитаемости внутри корпуса, в отличие от килевой качки, приводящей к зарываемости носовой оконечности под встречную волну и чрезмерно сильным ускорениям, вплоть до компенсации сил тяжести и отрыва груза от палубы в оконечностях корпуса.

Обводы корпуса могут быть оптимизированы с помощью теоретических расчетов и затем поверены экспериментально, при этом должно быть выполнено гидродинамическое условие, чтобы на всех скоростях хода, включая закритически высокие, при движении корабля не образовывалось ходового дифферента, а расходящиеся корабельные волны не образовывали ярко выраженных обрушающихся гребней.

Краткое описание чертежей.


Фиг. 1. Проекция «бок». Изображен оптимизированный корабль, способный преодолевать крупное штормовое волнение с минимальной килевой качкой. Схематически показано воздействие на корабль встречной прогрессивной трохоидальной штормовой волны, подхватывающей корпус в его средней части на участке: L - волнообразующей–волновоспринимающей длины. L – значительно большая длина корпуса по конструктивной ватерлинии. В зоне отрыва корабельной волны на ходу корабля образуется пониженное давление и небольшая притапливающая сила, компенсирующая появление суммарного дифферентующего момента, что обеспечивает гидродинамическую компенсацию килевой качки на ходу корабля, за счет ее полного преобразования в вертикальные перемещения корабля при его движении на большой скорости в условиях штормового волнения [4].

Фиг. 2. Проекция «корпус». Иллюстрирует образование скулового вихря, способного погасить гребень носовой корабельной волны, и полностью скомпенсировать гидродинамический дифферент, возникающий при движении корабля на большой скорости на тихой воде, что происходит в результате затягивания набегающего потока под днище корабля. Исходя из принципа взаимности процессов корабельного волнообразования и воздействия на корпус корабля штормовых волн, корабль будет также подминать под себя штормовые волны, преобразуя дифферентующие моменты во взаимно скомпенсированные пары сил, приводящие только к вертикальной качке корпуса корабля.


Литература

  1. В.Н. Храмушин. Поисковые исследования штормовой мореходности корабля. Владивосток: Дальнаука, 2003. 172 с.
  2. В.Н. Храмушин. Исследования по оптимизации формы корпуса корабля // Вестник ДВО РАН. 2003. № 1. С. 50-65.
  3. История штормовой мореходности (от древности до наших дней): по материалам поисковых и научно-исследовательских работ. Калининград, 1975–Владивосток–Санкт-Петербург–Сахалин, 2003 / В.Н. Храмушин, С.В. Антоненко, А.А. Комарицын и др. – Южно-Сахалинск : Сах. кн. изд-во, 2004. – 288 с., ил. + 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). (http://www.shipdesign.ru/History.html).
  4. http://www.YouTube.ru/Khramushin -
    «China-1275 from Marco Polo's Map with Ship on Pacific Ocean».avi (11,6 Мб, 02:25),
    «China ship from Marco Polo with Flapping Wing Propulsion».avi (11,2 Мб, 02:20),
    «Ancient_Arabian_Ship_on_Stormy_Sea».avi (14,7 Мб, 03:03).)