RU2086455C1

RU2086455C1 - Hydrofoil ship

Info

Publication number: RU2086455C1
Application number: RU94045179/11A
Authority: RU
Inventors: Валентин Владимирович Волков
Original assignee: Валентин Владимирович Волков
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1997-08-10
Also published as: RU94045179A

Abstract

FIELD: shipbuilding; design of hydrofoil ships. SUBSTANCE: ship has hull with hydrofoil lifting system including split aft hydrofoil with struts and pivot axles for turn of each half of hydrofoil secured on hull and used for turn of each half of hydrofoil in lifting it along ship; fore hydrofoil in solid with end sections over span; each half of split aft hydrofoil is made in the form of yawing longitudinal forward-swept and dihedral wing; it is provided with two struts. End sections of fore hydrofoil are made in the form of forward swept dihedral wing; fore hydrofoil is connected with hull by more than one strut. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при проектировании судов на подводных крыльях. The invention relates to shipbuilding and can be used in the design of hydrofoil vessels.

Известно судно на подводных крыльях, содержащее корпус с подъемным крыльевым устройством, включающим в себя разрезное кормовое подводное крыло со стойками, а также оси поворота для каждой половины разрезного кормового крыла, закрепленные на корпусе для подъема каждой половины разрезного кормового крыла, а носовое подводное крыло выполнено сплошным с концевыми участками по размаху /Г.П. Злобин и др. Суда на подводных крыльях и воздушной подушке. Л. Судостроение, 1976, с.103-104, рис. 48/. A hydrofoil vessel is known, comprising a hull with a lifting wing device, including a split stern underwater wing with struts, as well as pivot axes for each half of the split stern wing, mounted on the hull for lifting each half of the split stern wing, and a bow hydrofoil continuous with end sections in scope / G.P. Zlobin and others. Hydrofoil and air cushion vessels. L. Shipbuilding, 1976, p. 103-104, fig. 48 /.

Однако такое судно обладает пониженным эксплуатационными качествами из-за увеличения габаритов крыльевого устройства по ширине. However, such a vessel has a reduced performance due to the increase in the dimensions of the wing device in width.

Технический результат от внедрения этого изобретения состоит в повышении эксплуатационных качеств судна на подводных крыльях путем сокращения габаритов его крыльевого устройства по ширине. The technical result from the implementation of this invention is to improve the performance of a hydrofoil vessel by reducing the width of its wing device.

Этот технический результат достигается тем, что судно на подводных крыльях содержит корпус с подъемным крыльевым устройством, включающим в себя разрезное кормовое подводное крыло со стойками, а также оси поворота для каждой половины разрезного кормового крыла, закрепленные на корпусе для разворота каждой половины разрезного кормового крыла при ее подъеме вдоль судна, а носовое подводное крыло выполнено сплошным с концевыми участками по размаху, каждая половина разрезного кормового крыла выполнена в виде скользящего крыла с отрицательной продольной стреловидностью и положительной поперечной V образностью, а количество его стоек равно двум. This technical result is achieved in that the hydrofoil vessel comprises a hull with a lifting wing device including a split stern hydrofoil with uprights, as well as pivot axes for each half of the split stern wing, mounted on the hull for turning each half of the split stern wing when its rise along the vessel, and the forward hydrofoil is made continuous with end sections on a span, each half of the split aft wing is made in the form of a sliding wing with a negative longitudinal sweep and positive transverse V-shaped, and the number of racks is equal to two.

Кроме того, концевые участки носового крыла выполнены с отрицательным углом продольной стреловидности и с положительным углом поперечной V - образности, а носовое крыло соединено с корпусом более, чем одной стойкой. In addition, the end sections of the nasal wing are made with a negative angle of longitudinal sweep and with a positive angle of transverse V - shaped, and the nasal wing is connected to the body by more than one rack.

На фиг. 1 показана боковая проекция судна на подводных крыльях в месте установки разрезного кормового подводного крыла в рабочем положении; на фиг. 2-тот же боковой вид судна при поднятом в верхнее положение кормовом крыле; на фиг.3 вид сверху на судно на подводных крыльях в месте установки разрезного кормового подводного крыла при его рабочем положении; на фиг. 4 тот же вид при поднятом в верхнее положение разрезном кормовом подводном крыле; на фиг. 5 приведен вид с кормы на судно на подводных крыльях с разрезным кормовым подводным крылом при его рабочем положении; на фиг. 6 тот же вид с кормы на судно при поднятом в верхнее положение разрезном кормовом подводном крыле; на фиг. 7 кормовое подводное крыло, в аксонометрической проекции; на фиг. 8 боковой вид судна на подводных крыльях в месте установки носового подводного крыла в рабочем положении; на фиг. 9 тот же боковой вид судна, но при поднятом в верхнее положение носовом подводном крыле; на фиг. 10 вид снизу на судно в месте установки носового подводного крыла при его рабочем положении; на фиг. 11 тот же вид судна, но при поднятом в верхнее положение носовом подводном крыле; на фиг. 12 вид с носа на судно при рабочем положении носового подводного крыла; на фиг. 13 тот же вид с носа на судно при поднятом в верхнее положение носовом подводном крыле. In FIG. 1 shows a side projection of a hydrofoil vessel at the installation site of a split aft hydrofoil in operating position; in FIG. 2 - the same side view of the vessel with the stern wing raised to the upper position; figure 3 is a top view of the hydrofoil vessel at the installation site of the split stern hydrofoil with its working position; in FIG. 4 is the same view when the split stern underwater wing is raised to the upper position; in FIG. 5 shows a view from the stern of a hydrofoil vessel with a split aft hydrofoil in its working position; in FIG. 6 the same view from the stern to the ship with the split stern underwater wing raised to the upper position; in FIG. 7 stern hydrofoil, in axonometric projection; in FIG. 8 is a side view of the hydrofoil vessel at the installation site of the nose hydrofoil in the working position; in FIG. 9 the same side view of the vessel, but with the raised underwater wing raised to the upper position; in FIG. 10 is a bottom view of the vessel at the installation site of the nasal hydrofoil with its working position; in FIG. 11 the same type of vessel, but with the nose hydrofoil raised to a higher position; in FIG. 12 view from the bow to the ship with the working position of the nasal hydrofoil; in FIG. 13 the same view from the bow to the ship with the nose hydrofoil raised to the upper position.

К кормовой части корпуса 1 описываемого судна с транцем 2 посредством днищевой стойки 3 и бортовой стойки 4 присоединена одна половина разрезного кормового подводного крыла и плоскостью 5, пересекающей поверхность воды под углом поперечной V образности β_к и относящей от диаметральной плоскости /ДП/ на расстояние L/2, как это видно из фиг. 5. Носовая кромка плоскости 5 имеет внутреннюю точку "а" и наружную точку "в" такие, что проведенная через них условная прямая линия не встречается больше с точками носовой кромки этой плоскости 5, а проекции этой условной линии на основную плоскость /ОП/ располагается по отношению к перпендикуляру к диаметральной плоскости под углом продольной стреловидности χ_к имеющим отрицательное значение, как это показано на фиг. 3. Днищевая стойка 3 и бортовая стойка 4 посредством соосных втулок 6 и 7 шарнирно соединены с кронштейнами 8 и 9, закрепленными на корпусе 1 судна на подводных крыльях. Шарнирные соединения втулок 6 и 7 с кронштейнами 8 и 9 допускают свободу вращения половины разрезного подводного крыла вокруг оси, расположенной под острым углом к диаметральной плоскости. В результате такового поворота условная прямая линия между точками "а" и "в", которая при рабочем положении крыла на фигурах имеет обозначение a_pb_p, займет верхнее положение a_bb_g.To the stern of the hull 1 of the described vessel with a transom 2 by means of the bottom post 3 and the side post 4 is attached one half of the split stern hydrofoil and a plane 5 that intersects the surface of the water at an angle of transverse V shape β _to and relative to the diametrical plane / DP / at a distance L / 2, as can be seen from FIG. 5. The nasal edge of plane 5 has an internal point "a" and an external point "b" such that the conditional straight line drawn through them no longer meets the points of the nose edge of this plane 5, and the projection of this conditional line onto the main plane / OP / is located with respect to the perpendicular to the diametrical plane at an angle of longitudinal sweep χ _to having a negative value, as shown in FIG. 3. The bottom post 3 and the side post 4 by means of coaxial bushings 6 and 7 are pivotally connected to the brackets 8 and 9, mounted on the hull 1 of the hydrofoil. Swivel joints of the sleeves 6 and 7 with the brackets 8 and 9 allow freedom of rotation of half of the split underwater wing around an axis located at an acute angle to the diametrical plane. As a result of such a rotation, the conditional straight line between points "a" and "b", which, when the wing is in the working position in the figures, is designated a _p b _p , will occupy the upper position a _b b _g .

Если корпус 1 препятствует бортовой стойке 4 занять оптимальное положение, в его обводах выполняется специальная ниша 10, как это изображено на фиг.1, 2, 3, 4, и 7. If the housing 1 prevents the side strut 4 from taking an optimal position, a special niche 10 is made in its contours, as shown in Figs. 1, 2, 3, 4, and 7.

К носовой части корпуса судна с форштевнем 11 и кринолином 12 посредством килевой стойки 13 и других бортовых стоек 14 присоединена плоскость носового крыла 15, бортовые участки по концам размаха которой пересекают поверхность воды под углом поперечной V образности β_н как это показано на фиг. 12, а в проекции на основную плоскость располагаются под углом продольной стреловидности по носовой кроме χ_н имеющим отрицательное значение, как это видно из фиг. 10. Килевая стойка 13 в верхней части может быть жестко связана с бортовыми стойками 14 посредством кронштейнов 16, как этом видно из фиг. 8 13. Верхние участки бортовых стоек 14 шарнирно связаны с кронштейном 17, конструктивно закрепленном на форштевне 11 таким образом, что носовое крыло имеет свободу вращения вокруг оси, расположенной перпендикулярно к диаметральной плоскости судна.By the keel rack 13 and other side racks 14, a bow wing plane 15 is attached to the bow of the ship’s hull with foreshaft 11 and crinoline 12, the side sections at the ends of the span of which intersect the surface of the water at an angle of transverse V shape β _n as shown in FIG. 12, and in the projection onto the main plane, they are located at an angle of longitudinal sweep along the bow except for χ _n having a negative value, as can be seen from FIG. 10. The keel post 13 in the upper part can be rigidly connected to the side posts 14 by means of brackets 16, as can be seen from FIG. 8 13. The upper sections of the side struts 14 are pivotally connected to an arm 17 structurally mounted on the stem 11 in such a way that the nose wing has freedom of rotation about an axis located perpendicular to the ship’s diametrical plane.

В рабочем и верхнем положениях кормовые крылья и носовое крыло фиксируются одним из известных устройств /не показано/. Их подъем и опускание выполняется за счет какого-либо силового привода /не показан/. In the working and upper positions, the aft wings and the nasal wing are fixed by one of the known devices (not shown). Their raising and lowering is carried out due to any power drive / not shown /.

При проектировании кормового подъемного крыльевого устройства задается рабочее положение скользящего подводного крыла с отрицательным углом продольной стреловидности χ_к и отстоянием от диаметральной плоскости L/2.When designing the aft lifting wing device, the working position of the sliding underwater wing with a negative angle of longitudinal sweep χ _to and a distance from the diametrical plane L / 2 is set.

Такая геометрия подводного крыла оправдана с позиций гидродинамики, т.к. зависимость изменения производной коэффициента подъемной силы по погружению C $\binom{h}{у}$ в функции от глубины h_o погружения для крыла, пересекающего поверхность воды, с отрицательной стреловидностью является лучшей из рассмотренных в отношении удовлетворения требованиям эксплуатации судна на подводных крыльях. Такое крыло характеризуется также устойчивым обтеканием в широком диапазоне углов атаки и погружений. Поэтому для элементов крыльевых устройств, пересекающих поверхность воды и обеспечивающих продольную стабилизацию и остойчивость судна, как более рациональная может быть рекомендована отрицательная стреловидность. Затем определяется область приемлемых положений крыла в верхнем положении. Варьируя углом отрицательной продольной стреловидности, отстоянием крыла от диаметральной плоскости и положением поднятого крыла, с учетом рационального расположения стоек, определяется положение оси поворота подводного крыла. Для этого можно условную прямую линию "ab" рассматривать как прямолинейную образующую однополостного гиперболоида вращения, при котором рабочие и верхние положения два из всех возможных. Очевидно, что ось поворота подъемного крыльевого устройства совпадает с продольной осью этого гиперболоида вращения. Она совпадает с линией пересечения плоскостей, проходящих через середины a_pa_b и b_pb_b перпендикулярно к ним.Such a hydrofoil geometry is justified from the standpoint of hydrodynamics, since the dependence of the change in the derivative of the coefficient of lift with respect to immersion $\binom{h}{at}$ depending on the depth h _{o of} immersion for a wing crossing a water surface with a negative sweep it is the best considered in relation to meeting the requirements for hydrofoil operation. Such a wing is also characterized by stable flow over a wide range of angles of attack and immersion. Therefore, for elements of wing devices crossing the water surface and providing longitudinal stabilization and stability of the vessel, negative sweep can be recommended as more rational. Then, the region of acceptable wing positions in the upper position is determined. Varying the angle of negative longitudinal sweep, the distance of the wing from the diametrical plane and the position of the raised wing, taking into account the rational arrangement of the struts, the position of the axis of rotation of the underwater wing is determined. To do this, you can consider the conditional straight line "ab" as the rectilinear generatrix of a single-cavity rotation hyperboloid, in which the working and upper positions are two of all possible. Obviously, the axis of rotation of the lifting wing device coincides with the longitudinal axis of this hyperboloid of rotation. It coincides with the line of intersection of the planes passing through the midpoints a _p a _b and b _p b _b perpendicular to them.

В этом случае относительно осей, жестко связанных с судном, задаются координаты точек:

и, обозначая

получают каноническое уравнение осевой линии. Его можно представить выражением:

Может также быть решена и обратная задача, т.е. определено верхнее положение подводного крыла по его рабочему положению и оптимальному положению оси поворота. При использовании предлагаемого кормового подъемного крыльевого устройства угол между осью поворота и диаметральной плоскостью судна не может быть ограничен снизу величиной 30^oC.In this case, relative to the axes rigidly connected with the vessel, the coordinates of the points are set:

and, denoting

get the canonical center line equation. It can be represented by the expression:

The inverse problem can also be solved, i.e. the upper position of the hydrofoil is determined by its working position and the optimal position of the axis of rotation. When using the proposed aft lifting wing device, the angle between the axis of rotation and the diametrical plane of the vessel cannot be limited from below to a value of 30 ^o C.

Например, у изображенного на фиг. 7 судна при угле продольной стреловидности крыла χ -31 угол между осью поворота и диаметральной плоскостью составляет 28,5. Возможность оптимизации в этом случае расширяется также за счет того, что ось поворота располагается не обязательно в плоскости палубы, как у ближайшего аналога, а может пересекать ее под необходимым углом, как это показано на фиг. 1, 2, 5, 6. В этом случае, располагая кронштейн для опоры днищевой стойки за транцем судна, можно найти такое положение кронштейна бортовой стойки на корпусе, при котором обеспечивается оптимальное относительное удлинение подводного крыла, а также устранить неизбежные нагрузки в стойке и механизме поворота вблизи оси поворота за счет увеличения расстояния между опорами днищевой и кормовой стоек. For example, in FIG. 7 of the vessel with an angle of longitudinal sweep of the wing χ -31, the angle between the axis of rotation and the diametrical plane is 28.5. The possibility of optimization in this case also expands due to the fact that the axis of rotation is not necessarily in the plane of the deck, as in the closest analogue, but can intersect it at the required angle, as shown in FIG. 1, 2, 5, 6. In this case, having the bracket for supporting the bottom stand behind the transom of the vessel, you can find the position of the side stand bracket on the hull, which ensures optimal elongation of the hydrofoil, as well as eliminate the inevitable loads in the rack and mechanism rotation near the rotation axis by increasing the distance between the supports of the bottom and aft racks.

Применительно к носовому подъемному крыльевому устройству используется возможность обеспечения оптимального сочетания обводов носовой части корпуса 1 судна и распределения углов обратной продольной стреловидности по размаху плоскости 15 для расположения ее в необходимой близости к носовой части корпуса 1 при верхнем положении крыла, как это показано на фиг. 9, 11 и 13. With regard to the nose wing wing device, the opportunity is used to ensure the optimal combination of the contours of the bow of the hull 1 of the vessel and the distribution of the angles of the inverse longitudinal sweep along the span of the plane 15 for its location in the necessary proximity to the bow of the hull 1 with the upper position of the wing, as shown in FIG. 9, 11 and 13.

При швартовке, для защиты носового крыла может быть использован кринолин 12, называемый также носовым транцем, как это видно из тех же фиг.9, 11 и 13. Размеры кринолина в этом случае близки к общепринятым и заметно не влияют на габариты судна. When mooring, to protect the nasal wing can be used crinoline 12, also called the nasal transom, as can be seen from the same figures 9, 11 and 13. The dimensions of the crinoline in this case are close to generally accepted and do not significantly affect the dimensions of the vessel.

Ось поворота носового подъемного крыльевого устройства располагается перпендикулярно диаметральной плоскости судна. Килевая стойка 13 может иметь свою шарнирную опору, а может быть конструктивно связана с верхними частями бортовых стоек посредством кронштейнов 16, как это представлено на фиг.8 13. Эти верхние части шарнирно связаны с кронштейном 17, выполняемым на форштевне 11 корпуса 1 так, чтобы в верхнем положении носовое крыло занимало оптимальное положение. The axis of rotation of the bow lifting wing device is perpendicular to the diametrical plane of the vessel. The keel post 13 can have its hinge support, and can be structurally connected to the upper parts of the side racks by means of brackets 16, as shown in Fig. 8. 13. These upper parts are pivotally connected to the bracket 17, performed on the stem 11 of the housing 1 so that in the upper position, the nasal wing occupied an optimal position.

Claims

1. The hydrofoil vessel, comprising a hull with a lifting wing device, including a split stern underwater wing with racks, as well as pivot axes for each half of the split stern wing, mounted on the hull to turn each half of the split stern wing when it is raised along the ship and the nasal underwater wing is made continuous with end sections on a span, characterized in that each half of the split aft wing is made in the form of a sliding wing with a negative longitudinal arrow idnostyu and positive transverse V-type, and the number of its pillars is two.

2. The vessel according to claim 1, characterized in that the end sections of the nose wing are made with a negative angle of longitudinal sweep and with a positive angle of the transverse V-shape, and the nose wing is connected to the hull by more than one rack.