Корабль гидрографической и патрульной службы

Формула изобретения

Корабль гидрографической и патрульной службы для всепогодного океанского дежурства по охране морских рубежей и контроля морских акваторий на Дальнем Востоке России, отличающийся тем, что его форма корпуса и общекорабельная архитектура оптимизированы для эффективного решения широкого круга морских экспедиционных научно-исследовательских, поисковых и боевых задач в условиях ураганных ветров и интенсивного штормового волнения.

Ключевыми особенностями корабля являются:

– надводный объем герметичного корпуса меньше водоизмещения корабля;

– заваленный в средней части корпуса борт корабля имеет максимальный углом наклона на уровне действующей ватерлинии;

– диаграмма статической остойчивости имеет S-образную форму с углом заката 180°.

– в штормовых условиях на любой участок палубы вдоль борта корабля заливается примерно одинаковым количеством воды;

– наводная часть форштевня корабля завалена в корму, а в подводной части форштевня сделан наклонный подрез;

– крейсерская корма имеет завал надводного борта и минимальное нависание кормового подзора, допускаемого использованием двухвальной схемой винто-рулевого комплекса;

– непосредственно за гребными винтами установлены горизонтальные крылья активных успокоителей качки на подпружиненных баллерах, которые в случае остановки главных машин начинают работать в качестве аварийных штормовых движителей;

– геометрия корпуса корабля с палубными рубками определяется охватывающим круговым цилиндром, при этом подводная часть корпуса гладкая и не содержит продольных скуловых или днищевых килей, а вдоль бортов на верхней палубе устраивается открытый проход, на котором потоки воды из гребней штормовых волн удерживаются с помощью палубных рубок и продольных комингсов;

– все бытовые и служебные помещения корабля располагаются под верхней палубой, которая одновременно является главной палубой прочного водонепроницаемого корпуса.

Реферат описания изобретения

Корабль гидрографической и патрульной службы

Изобретение относится к области судостроения и науки.

Патрульно-гидрографический корабль повышенной штормовой мореходности, предназначен для всепогодного несения службы и эффективного решения научно-исследовательских, поисковых и боевых задач в открытом океане на Дальнем Востоке России и в северной части Тихого океана.

Прототипом корабля являются эскадренные миноносцы конца XIX века, обладавшие способностью штормового плавания в любых погодных условиях.

В средней части корпуса имеется завал борта с максимальным углом наклоном борта на уровне действующей ватерлинии. В штормовых условиях на любом участке борта на верхнюю палубу корабля может заливаться примерно одинаковое количество воды.

Корабль имеет крейсерскую корму. Непосредственно за гребными винтами установлены подпружиненные горизонтальные крылья активных успокоителей качки, которые при остановке главных двигателей начинают работать в качестве штормовых машущих крыльевых движителей.

Подводная часть форштевня имеет косой подрез, а надводная ветвь форштевня завалена в корму. Ветви надводных шпангоутов в носовой части корабля имеют небольшой развал. Подводные ветви носовых шпангоутов создают закрученную поверхность, от небольшого завала борта над бульбом, плавно направляющую потоки воды под днище корабля.

Диаграмма плеч статической остойчивости формы корпуса корабля S-образна. Угол заката диаграммы для корпуса без учета палубных рубок уходит на 180°.

Опытовые мореходные испытания самоходной телеуправляемой модели корабля в опытовом бассейне на регулярном волнении, также как и его мореходные испытания на реальном ветровом волнении в открытом море, полностью подтвердили правильность выбранных технических решений по форме корпуса и общекорабельной архитектуре корабля.

Описание изобретения

Корабль гидрографической и патрульной службы

Изобретение относится к области судостроения и науки.

Патрульно-гидрографический корабль повышенной штормовой мореходности для открытого океана, предназначен для всепогодного несения службы в дальневосточных морях России; непрерывного и комплексного контроля состояния морских акваторий; наблюдения за надводной и подводной обстановкой в открытом море и вблизи побережья Сахалина и Курильских островов, в том числе способный обеспечивать непрерывное решение поисковых и научно-исследовательских задач, проводить морскую разведку, гидрографическую и гидрометеорологическую поддержку сил флота; а также, во взаимодействии с береговыми морскими службами, эффективно решать задачи спасения человеческой жизни на море и информационного обеспечения безопасности мореплавания в штормовых условиях дальневосточных морей России и северо-западной части Тихого океана.

Историческими прототипами корабля являются эскадренные миноносцы конца XIX века [1], обладавшие способностью штормового плавания в любых погодных условиях.

В проекте корабля использованы технические решения, изложенные в патенте России RU-2360827 – «Корабль без бортовой качки на волнении» [2] и в заявке на изобретение № 2007133625 – «Корабль без килевой качки на ходу на волнении» [3].

Предметом изобретения является корабль (фиг. 1, фиг. 2) неограниченного района плавания, форма корпуса и общекорабельная архитектура которого обеспечивают наилучшие штормовые мореходные качествами в любых погодных условиях дальних океанских походов, что выражается в возможности поддержания высокой скорости хода любым курсом относительно ураганного ветра и штормовых волн с минимальной бортовой и килевой качкой, и, как следствие, способного эффективно использовать все бортовые и забортные технические средства наблюдения и корабельные вооружения.

Основные технические характеристики корабля:

Корабль является надводным плавсредством с запасом плавучести не превышающем водоизмещения, не имеющем скуловых и днищевых килей, или других активных крыльевых стабилизаторов качки в средней части корпуса. Рассматриваются два варианта установки подкильной гидроакустической станции:

1 – оптимальный (фиг. 1) – в средней части корпуса в виде выдвижной хорошо обтекаемой гондолы, закрепленной на двух узких стойках, не оказывающих влияния на поперечные потоки воды при бортовой качке корабля;

2 – традиционный (фиг. 2) – в обтекателе носового бульба, у которого, тем не менее, имеется подрез форштевня для облегчения рыскания корабля в условиях интенсивного штормового волнения.

На борту корабля имеются противокорабельное и зенитное вооружение; радиолокационные комплексы контроля надводной обстановки и специальные системы гидрометеорологического наблюдения; кормовая аппарель для спуска на воду крупного автономного или буксируемого плавсредства, а также гидрофизическое и гидрографическое поисковое оборудование, в том числе представленное самоходными надводными и подводными аппаратами и буксируемыми параванами. При проведении подводных поисковых или гидрографических работ корабль способен образовать широкое поле самоходных и буксируемых гидрофизических станций, обеспечивая покрытие большой по площади морской акватории за один галс.

Для согласования всего комплекса стоящих перед будущим кораблем задач, в его проектировании реализованы технические решения в соответствии с принципами непротиворечивого проектирования сложных морских инженерных сооружений и хорошей морской практики.

В средней части корпуса имеется завал борта с максимальным углом наклоном шпангоутов уровне действующей ватерлинии (фиг. 3, корпус). Продольное распределение высоты борта корабля выполнено с таким расчетом, чтобы в штормовых условиях на любом участке борта на верхнюю палубу корабля могло заливаться примерно одинаковое количество воды. На корабле не устанавливается надстройки по ширине палубы от одного до другого борта, а все крупные надпалубные конструкции сделаны в виде рубок, с единственным протяженным по длине корабля широким проходом в районе мидель-шпангоута. Это означает, что при захлестывании волнового гребня на палубу корабля, вся масса воды останется на том же борту, что создаст небольшой спрямляющий момент после ударов волны о борт корабля.

Корабль имеет крейсерскую корму, при этом вся кормовая часть корпуса имеет завал надводного борта, что необходимо для исключения захвата корпуса попутной волной и недопущения брочинга. Кормовой подзор короткий, и не образует висящего над водой избыточного надводного объема, что возможно при использовании двухвинтовой схемы винто-рулевого комплекса. Непосредственно за гребными винтами установлены подпружиненные горизонтальные крылья активных успокоителей качки [4], которые при остановке главных двигателей начинают работать в качестве штормовых машущих крыльевых движителей, воспринимающих энергию вертикальных перемещений кормовой части корабля относительно поверхности воды, возникающих при интенсивной килевой качке корабля без хода.

Подводная часть форштевня имеет косой подрез, а надводная ветвь форштевня завалена в корму (фиг.1), что необходимо для снятия ударных нагрузок на корпус при прорезании гребней волн на полном ходу корабля. Заваленный форштевень всегда под тупым углом подрезает гребни волн, а подводный подрез форштевня дает возможность самопроизвольного отклонения от курса (рыскания), что также исключает концентрированные удары волн о развал скулы надводного борта корабля. Ветви надводных шпангоутов в носовой части корпуса имеют небольшой развал, что необходимо для исключения глубокого заныривания верхней палубы под гребни крупных штормовых волн на полном ходу корабля. Подводные ветви носовых шпангоутов создают закрученную поверхность, начинающуюся от небольшого завала борта над бульбом, плавно направляющую потоки воды под днище корабля. Такая носовая скула затягивает вниз и гасит гребень первой носовой расходящейся корабельной волны, и аналогично пропускает под днище встречные корабельные волны, не давая им концентрировать удары по корпусу корабля.

Диаграмма плеч статической остойчивости формы корпуса (фиг. 3), за счет вогнутого надводного борта в средней части корпуса имеет ярко выраженную S-образность. Угол заката диаграммы остойчивости для корабля без палубных рубок уходит на 180°, что формально это означает абсолютную остойчивость, исключающую теоретическую возможность плавания корабля кверху килем. Добавление объема палубных рубок в расчеты восстанавливающих моментов на больших углах крена, показывает практическую невозможность опрокидывания корабля.

Для оценки поведения корабля на волнении введем понятие полосы активных ватерлиний, которая для данного корабля будет составлять ±1,25 м. В этой полосе будет проявляться силовое воздействие морских волн с высотой порядка 3-4 м.

Анализ гидростатических кривых (фиг. 3, кривые элементов теоретического чертежа), выявляет следующие мореходные качества формы корпуса корабля:

– на уровне действующей ватерлинии корпус имеет минимум аппликаты метацентра (zM), что обеспечивает безусловное поддержание заданной остойчивости при вертикальной качке корабля на интенсивном штормовом волнении;

– в полосе активных ватерлиний, за счет завала бортов, при погружении корпуса быстро уменьшается поперечный момент инерции (Jx) и метацентрический радиус (r). Это означает, что при подъеме уровня воды вблизи одного борта, одновременно происходит частичное гашение гидростатических кренящих моментов. Если в это же время на противоположном борту происходит опускание уровня воды, то быстрый рост условного метацентрического радиуса (r) создает условия для компенсации одностороннего недостатка плавучести за счет увеличения плеча восстанавливающего момента. Указанный эффект не исключает полностью, а лишь снижает кренящий момент на наклонах поверхности моря, однако, специально спроектированная форма корпуса может полностью погасить бортовую качку корабля, возникающую в результате совместного силового воздействия гидростатических и гидродинамических сил со стороны трохоидального волнения (в случае развала бортов в средней части корпуса, моменты гидростатических и гидродинамических сил действуют негативно и складываются, обусловливая увеличение интенсивности бортовой качки даже на слабом волнении).

– в зоне активных ватерлиний абсцисса центра величины (xC) практически не изменяется, в то время как центр площади ватерлиний (xS) смещается в корму (сближается с xC) при погружении корабля, и в сторону бульба/форштевня – при всплытии. Это означает, что в условиях интенсивного волнения корабль будет накапливать динамический дифферент на нос, необходимый для компенсации сил всплытия в районе развала надводных ветвей носовых шпангоутов и предотвращения отрыва носовой оконечности корабля от поверхности воды при прохождении через гребни крупных штормовых волн;

– несмотря на то, что площадь действующей ватерлинии (Swl) практически не изменяется, в активной полосе продольный момент инерции действующей ватерлинии (Jy) быстро растет при погружении корпуса за счет развала бортов в оконечностях, что обеспечивает традиционное демпфирование килевой качки, и удержание палубы корабля параллельно локальным участкам волновых склонов.

Общеархитектурное решение представлено включением всех палубных рубок и устройств внутрь общегабаритного кругового цилиндра, кроме центральной рубки с ходовым мостиком. На высоком острове ходовой рубки расположены ниши для хранения и быстрого спуска за борт самоходных гидрофизических модулей и параванов, над рубкой установлены системы внешнего воздушного наблюдения. Все бытовые и служебные помещения размещены внутри герметичного корпуса, верхняя палуба которого является главной водонепроницаемой палубой корабля. Вдоль правого борта проходит сквозной коридор, разделенный автоматическими дверями на водонепроницаемых переборках, все жилые и служебные помещения расположены по левому борту. Судовые машины и механизмы, грузовые помещения и танки для жидких грузов находятся ниже верхнего жилого яруса в корпусе корабля.

Опытовые мореходные испытания самоходной телеуправляемой модели корабля в опытовом бассейне на регулярном волнении, также как и испытания на реальном ветровом волнении в открытом море, полностью подтвердили правильность выбранных технических решений по форме корпуса и общекорабельной архитектуре корабля:

– потери хода при движении корабля произвольным курсом относительно крутых волн, высота которых превышала высоту корпуса корабля вместе с надстройками, не превышают 25-30%%;

– бортовая качка, как на полном ходу корабля, так и при остановке машин остается минимальной, что ярко проявлялось в сравнении с наклонами поверхности штормовых волн;

– углы дифферента и вертикальные ускорения в оконечностях корабля составляют 20-30%% от естественных вертикальных ускорений частиц жидкости на поверхности воды и, соответственно, – видимых наклонов между гребнями и впадинами штормовых волн;

– даже под воздействием крупных гребней штормовых волн, ударяющих в центральную рубку и полностью накрывающих другие более низкие палубные конструкции, корабль не подвергался большим накренениям.

Форма корпуса корабля и общекорабельная архитектура корабля в целом удовлетворяет принципам непротиворечивого проектирования корабля, согласующих все технические решения без взаимных противоречий. Корабль соответствует главному правилу хорошей морской практики, чтобы на его борту не было ничего лишнего.

Краткое описание чертежей.

Фиг.1. Представлен общий вид корабля. Гидроакустическая станция располагается на выдвижных штоках в средней части корпуса. Подводная часть форштевня имеет подрез, способствующий свободному рысканию носовой части корпуса корабля на интенсивном штормовом волнении. Форштевень завален в корму для обеспечения косого подрезания гребней волн на ходу корабля и недопущения взлета носовой части корпуса над поверхностью воды. Корма крейсерская, с полным кормовым подзором для двухвинтовой схемы главных движителей. В потоке за гребными винтами установлены горизонтальные крылья активных успокоителей качки с подпружиненными баллерами, которые при потере хода начинают работать в качестве штормовых аварийных движителей. Руль управления полубалансирный, расположен в диаметральной плоскости корабля. Корабль оснащен орудием главного калибра, четырьмя ракетными шахтами контейнерного типа и двумя скорострельными зенитными пушками. Научно-поисковое оборудование представлено четырьмя параванами или самоходными аппаратами с кабельным управлением. В кормовой части имеется ангар и аппарель для спуска на воду крупногабаритных самоходных или буксируемых аппаратов.

Фиг. 2. Представлен тот же корабль с расположением подкильной гидроакустической станции в носовом бульбе. В проекции полуширота приведены теоретические ватерлинии по левому борту корабля, по правому борту показано расположение палубных рубок, вооружений и судовых устройств.

Фиг. 3. В левой верхней части рисунка приведена проекция «корпус» теоретического чертежа корабля. Справа от него изображены «гидростатические кривые элементов теоретического чертежа», согласованные по уровням с положениями осадок на проекции «корпус». Снизу слева показана диаграмма статической остойчивости корабля для осадок в полосе активных ватерлиний. Центральная кривая соответствует конструктивной осадке корабля, верхняя – подвспытию на 1 м., нижняя – погружению на 1 м.

Храмушин В.Н. Поисковые исследования штормовой мореходности корабля. - Владивосток: Дальнаука, 2003, 172 с. Храмушин В.Н. и др. История штормовой мореходности (от древности до наших дней), гл.4., Сах.кн.изд., Южно-Сахалинск, 2004, 288 с. RU 65016 U1, 27.07.2007. RU 64588 U1, 10.07.2007. GB 1166976 A, 15.10.1969. US 5711239A, 27.01.1998. Храмушин В.Н. и др. О возможности активного штормового маневрирования самоходного приборно-измерительного модуля с повышенным запасом плавучести. Ж.: Морские исследования и технологии изучения Мирового океана, вып.1, 2005, с.184-188.

1. Храмушин В.Н. Поисковые исследования штормовой мореходности корабля. Владивосток: Дальнаука, 2003. 172 с.
2. Храмушин В.Н. Корабль без бортовой качки на волнении. Патент № 2360827, от 10 июля 2009 г. + http://www.YouTube.ru/Khramushin -
   «Ship with small rolling on heavy waves in towing tank».mp4 (21,5 Мб, 01:40),
   «Historical Ship on Hurricane Storm Waves».mp4 (71,2 Мб, 06:35).
3. Храмушин В.Н. Корабль без килевой качки на ходу на волнении. Заявка на изобретение в области кораблестроения и науки. № 2007133625, от 07.09.2007 г., Вх.№ 036722. + http://www.YouTube.ru/Khramushin -
   «Ancient_Arabian_Ship_on_Stormy_Sea».mp4 (9,3 Мб, 03:03).
   «China-1275 from Marco Polo's Map with Ship on Pacific Ocean».mp4 (16.4 Мб, 02:25).,
   «China ship from Marco Polo with Flapping Wing Propulsion».mp4 (15,4 Мб, 02:20).
4. Храмушин В.Н. Активный успокоитель килевой и бортовой качки корабля – аварийный штормовой движитель. Патент RU-2384457, 20 марта 2010 г.