Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Сахалинский государственный университет»
693008, Россия, г. Южно-Сахалинск, ул. Ленина, 290
Тел.:(4242) 424357, факс: 429945, email: Rector@SakhGU.ru
Заявка на изобретение
« Корабль, остойчивый в штормовом плавании »
№ 2011129192 от 12.07.2011 г.
Автор: Храмушин Василий Николаевич
Правообладатель: Сахалинский государственный университет
Vessel of Increased Stability in Heavy Gale
Abstract of invention:
Field: transport.
Substance:
vessel features high draft, pointed
ends and reserve buoyancy concentrated at mishap
body. At design draft, metacentric height (initial
stability) is at minimum to increase at whatever
state in hull up and down motion at heaving due to
hull configuration in the band of variable waterlines.
.
Effect: higher stability in heavy gale.
2 dwg.
Водоизмещающий корабль с большой осадкой, заостренными оконечностями и запасом плавучести для надводного плавания, сосредоточенным в средней части корпуса,
– отличающийся тем, что на конструктивной осадке метацентрическая высота (начальная остойчивость) минимальна, и возрастает при любом изменении посадки в процессе всплытия и погружения корпуса в условиях вертикальной качки на штормовом волнении, что достигается за счет специальных обводов в полосе переменных ватерлиний.
«Корабль, остойчивый в штормовом плавании».
Изобретение относится к области судостроения.
Безусловная остойчивость в условиях штормового плавания обеспечивается формой обводов корпуса в полосе переменных ватерлиний. Эффект достигается для различных вариантов судовых обводов: в меньшей степени для корпусов с округлыми шпангоутами (фиг. 1); в наибольшей – с вогнутыми контурами шпангоутов на уровне конструктивной ватерлинии (фиг. 2). Количественная характеристика формы (фиг. 1,2 – справа) связана с условием взаимной компенсации изменений момента объема корпуса zC•V относительно основной линии за счет момента инерции площади действующей ватерлинии JX. Геометрически это сводится к оптимизации величины наклона борта в средней части корпуса на уровне конструктивной ватерлинии, численное решение которой реализовано в программе для ЭВМ – Hull, № Г/р 2010615849.
На диаграммах статической остойчивости (фиг. 1,2 – слева внизу), построенных для различных посадок корпуса при фиксированной аппликате центра масс, график с нулевой метацентрической высотой (5) соответствует конструктивной осадке, другие графики (3,4 и 6,7) – показывают восстановление положительной начальной остойчивости при всплытии и погружении корпуса на уровень соответствующих ватерлиний.
«Корабль, остойчивый в штормовом плавании».
Изобретение относится к области судостроения.
Настоящим изобретением определяется способ построения обводов в средней части корпуса корабля для достижения безусловно положительной начальной остойчивости при интенсивной вертикальной качке в условиях штормового волнения.
Для достижения плавности бортовой качки в штормовом плавании судоводитель старается минимизировать поперечную остойчивость корабля. Судовые обводы с минимальной остойчивостью на конструктивной осадке способствуют уменьшению внешнего динамического воздействия короткопериодных штормовых волн, однако для поддержания положительной остойчивости в условиях вертикальной качки требуется построение особых обводов корпуса в полосе переменных ватерлиний, омываемых штормовыми волнами.
В концепции непротиворечивого проектирования корабля повышенной штормовой мореходности [1] рассматривается форма корпуса с заостренной крейсерской кормой и малым объемом надводного борта в носовой оконечности корабля, способного к поддержанию активного хода с минимальной килевой качкой в режиме прорезания гребней штормовых волн. Для такого проекта корабля, отличающегося почти вертикальной строевой по ватерлиниям и ослабленным демпфированием вертикальной качки, настоящее изобретение имеет особо высокую значимость.
Для современных судов с широкой транцевой кормой и большим развалом надводного борта в носовой оконечности, характерно плавание с интенсивной килевой качкой при отслеживании корпусом поверхности штормового моря во избежание заливаемости верхних палуб. В таком режиме существенно гидродинамическое влияние завышенных надводных объемов в оконечностях при посадках корпуса на гребне и над подошвой штормовых трохоидальных волн. Тем не менее, гидростатический подход к рассмотрению данной проблемы не противоречит осуществлению изобретения в компромиссе с использованием развала борта [2, стр. 137] на уровне конструктивной ватерлинии.
Оценка остойчивости формы корпуса корабля выполняется с помощью метацентрической высоты h, на изменение которой при вертикальной качке сказывается смещение центра величины zC, компенсируемое обратной зависимостью синхронно меняющегося объемного водоизмещения V. Рассмотрим вариант формы корпуса с фиксированным положением центра масс и условно неизменной величиной поперечного (относительно продольной оси x) момента инерции площади действующей ватерлинии Jx :
В случае судовых обводов с вертикальными бортами в средней части корпуса, искомый экстремум минимума аппликаты метацентра zM приходится на осадку Т приблизительно в три раза меньшую ширины корпуса В. Соответственно, для судовых обводов с отношением ширины к осадке больше трех (B/T > 3), минимум аппликаты метацентра zM(z) достигается при развале бортов за счет быстрого роста JX(z) на метацентрической диаграмме (фиг. 1, 2 – справа). Штормовое плавание такого судна сопровождается резкой килевой и бортовой качкой при интенсивном гидродинамическом влиянии на корпус корабля штормовых волн, силовое воздействие которых может превалировать на фоне положительных гидростатических эффектов данного изобретения, тем не менее, сохраняющего свое полезное влияние на частичную минимизацию качки и достижение безопасности штормового мореплавания.
Судно повышенной штормовой мореходности, имеющее отношение ширины корпуса к осадке приблизительно равное или меньшее двух (B/T @ или £ 2), обретает искомый минимум остойчивости на конструктивной ватерлинии при устройстве завала бортов в средней части корпуса, способствующего росту аппликаты метацентра zM(z) за счет увеличения момента инерции площади ватерлинии JX(z) при всплытии корпуса, и не подавляющем естественного прироста высоты метацентра zM(z) за при естественном увеличении аппликаты центра величины zС(z) в фазе погружения корпуса при вертикальной качке на штормовом волнении.
Судовые обводы с округлыми шпангоутами в средней части корпуса ослабляют эффект повышения остойчивости при изменении осадки (фиг. 1), и потому реализация изобретения становится значимой для поддержания безусловно положительной остойчивости корабля в штормовом плавании с помощью построения специальных обводов корпуса в полосе переменных ватерлиний. Максимальный эффект повышения остойчивости при штормовом изменении посадки достигается в том случае, если контуры шпангоутов в средней части корпуса имеют вогнутость на уровне действующей ватерлинии (фиг. 2).
На двух рисунках слева вверху приведены теоретические чертежи в проекции корпус для двух судов повышенной штормовой мореходности.
На графиках слева внизу приведены диаграммы остойчивости, где кривая 5 соответствует конструктивной осадке, кривые 6 и 7 – погружению корпуса на соответствующие ватерлинии, отмеченные на теоретическом чертеже выше, кривые 4, 3 и 2 – соответственно всплытию корпуса. Все расчеты выполнены для фиксированного положения аппликаты центра масс zg, приведенного точно к метацентру на конструктивной осадке, где начальная остойчивость становится равной нулю (hKWL=0).
На графиках справа приведены кривые элементов теоретического чертежа в функции от осадки по корпусу судна, изображенному левее этих графиков. Ниже графиков приведены шкалы с отсчетами гидростатических величин.
Расчеты выполнены с использованием программного комплекса Hull [3].