Изобретение относится к морскому судостроению и касается конструирования штормоустойчивых морских плавсредств с надводным расположением корпуса. The invention relates to marine shipbuilding and for the construction of storm-resistant marine craft with a surface location of the hull.
Известен волноход, содержащий надводный корпус, связанный вертикальными полупогруженными стойками с сигарообразными подводными поплавками, имеющими движители и соединяющие их герметизированные горизонтальные перемычки (см. SU, патент СССР N 893124, кл. B 63 B 1/10, 1981). A known waveguide containing a surface body connected by vertical semi-submerged racks with cigar-shaped underwater floats having propulsors and sealed horizontal jumpers connecting them (see SU, USSR patent N 893124, class B 63 B 1/10, 1981).
Однако для своего поступательного перемещения он не может использовать энергию волн и обладает пониженными эксплуатационными качествами. However, for his translational movement, he cannot use the energy of the waves and has reduced performance.
Технический результат от внедрения описываемого изобретения состоит в использовании энергии волн и в повышении эксплуатационных качеств волнохода. The technical result from the introduction of the described invention consists in the use of wave energy and in improving the performance of the waveguide.
Этот технический эффект достигается тем, что волноход, содержащий надводный корпус, связанный вертикальными погруженными стойками с сигарообразными подводными поплавками, имеющими движители и соединяющие их герметизированные горизонтальные перемычки, выполнен с размещенными по каждому борту по крайней мере тремя боковыми поплавками, каждый из которых шарнирно связан посредством поворотной консоли с соответствующей ему кареткой, установленной в верхней части своей вертикальной полупогруженной стойки, при этом каждая каретка выполнена с выступающими с внутренней стороны за ее пределы двумя кронштейнами, шарнирно соединенными с пластинами внутренних концов консоли, а к каждой из консолей на удалении, не выступающем за пределы днища корпуса судна, шарнирно соединены два удаленные друг от друга на ширину консоли вертикальных штока левой и правой зубчатых реек, каждая из которых зацеплена с цилиндрической шестерней полуоси, на внутреннем конце которой посажена ведущая обойма обгонной муфты, причем обе ведомые ступицы левой и правой обгонных муфт имеют одинаковое направление вращения и посажены на концах вала, имеющего в средней части коническую шестерню, зацепленную с конической шестерней вала отбора мощности, связанного со входным валом мультипликатора, соединенного на выходе через инерционную обгонную муфту с электрогенератором. This technical effect is achieved in that a waveguide containing a surface body connected by vertical submerged racks with cigar-shaped underwater floats having propulsors and sealed horizontal jumpers connecting them is made with at least three side floats placed on each side, each of which is articulated by a rotary console with a corresponding carriage mounted in the upper part of its vertical semi-submerged rack, with each carriage made a pair with two brackets protruding from the inner side beyond its limits, pivotally connected to the plates of the console’s inner ends, and to each of the consoles at a distance that does not protrude beyond the bottom of the ship’s hinge, two vertical rods of the left and right gear racks, each of which is engaged with a cylindrical gear shaft, on the inner end of which the drive cage of the overrunning clutch is planted, and both driven hubs of the left and right overrunning clutches have the same direction rotation and are mounted on the ends of the shaft having in the middle part a bevel gear engaged with the bevel gear of the power take-off shaft connected to the input shaft of the multiplier connected at the output through an inertial overrunning clutch with an electric generator.
Кроме того, с тыльной стороны каждой вертикальной зубчатой рейки может быть установлен подпружинивающий ее ролик, каждая поворотная консоль может быть выполнена с возможностью удержания ее в промежуточном положении на соответствующей ей каретке посредством пружины с регулируемым натяжением, а подводные сигарообразные поплавки могут быть жестко связаны фланцами с герметизированными горизонтальными перемычками, которые могут быть выполнены с крыльевой гидродинамической обтекаемой формой. In addition, a spring-loaded roller can be installed on the back of each vertical gear rack, each pivot console can be held in an intermediate position on its respective carriage by means of a spring with adjustable tension, and underwater cigar-shaped floats can be rigidly connected by flanges with sealed horizontal jumpers, which can be made with a streamlined hydrodynamic wing.
На фиг. 1 изображен вид на волноход со стороны его кормовой оконечности; на фиг. 2 боковой вид волнохода; на фиг. 3 вид сбоку на рейки устройства волнохода для отбора энергии; на фиг. 4 функциональная схема вышеупомянутого устройства для отбора энергии волн; на фиг. 5 вид А на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 7 разрез В-В на фиг. 1. In FIG. 1 shows a view of a waveguide from the side of its aft end; in FIG. 2 side view of the waveguide; in FIG. 3 is a side view of the rails of a waveguide device for energy extraction; in FIG. 4 is a functional diagram of the above wave energy extraction device; in FIG. 5, view A in FIG. one; in FIG. 6 is a section BB in FIG. one; in FIG. 7 is a section BB of FIG. one.
Волноход содержит корпус 1, вертикальные полупогруженные стойки 2 и погруженные в воду сигарообразные подводные поплавки 3 с движителями 4. Волноход имеет с каждого борта по меньшей мере по три боковых поплавка 5. Каждый из последних связан посредством поворотной консоли 6 с кареткой 7, находящейся в верхней части соответствующей ей стойки 2. Каретка 7 с внутренней стороны (под днищем корпуса) имеет выступающие кронштейны 8, позволяющие при небольшом удалении поплавка 5 от стойки 2 иметь увеличенную амплитуду его вертикального перемещения. Консоль 6 в области каретки 7 выполнена из двух пластин 9, шарнирно соединенных концами с кронштейнами 8. К каждой пластине 9 в промежуточной части, не выступающей за пределы корпуса 1, шарнирно присоединен вертикальный шток 10, верхним концом жестко связанный с одной из зубчатых реек. Левая зубчатая рейка 11 зацеплена с шестерней 12, посаженной на левую полуось 13, которая противоположным концом жестко соединена с ведущей обоймой 14 левой обгонной роликовой муфты. Соответственно правая зубчатая рейка 15 зацеплена с шестерней 16, посаженной на первую полуось 17, связанную с ведущей обоймой 18 правой обгонной муфты. С тыльной стороны рейки подпружинены упорными роликами 19. Внутренние ведомые ступицы 20 и 21 этих обгонных муфт посажены на концах вала 22, в средней части которого размещена коническая шестерня 23, зацепленная с конической шестерней 24, посаженной на входной вал мультипликатора 25. Выходной вал мультипликатора 25 посредством инерционной обгонной муфты 26 соединен с электрогенератором 27. Благодаря массивной инерционной обгонной муфте 26 сохраняется равномерная передача крутящего момента на электрогенератор 27 в промежуточные моменты нахождения консоли 6 в крайних (верхнем и нижнем) положении. Передние (носовые) и задние (кормовые) стойки 2 в нижней своей части соединены между собой крыльевыми перемычками 28, имеющими обтекаемую гидродинамическую форму и расположенными под углом атаки к горизонтальной плоскости, позволяющим (как у судов на подводных крыльях) создавать подъемную силу на рейсовой скорости движения. Нижние части стоек 2, контактирующие извне с водой, имеют обтекаемую форму и соединены герметизированными фланцами 29 с сигарообразными поплавками 3. Внутри каждого из поплавков 3 в кормовой части расположена судовая силовая установка 30, топливные цистерны 31 и руль 32. В свободных полостях поплавков 3 размещены накопители 33 энергии (при наличии надпалубных ветроустановок, не показанных на чертежах). Герметизированные от воды поплавки 3 через пустотелые стойки 2 сообщены с корпусом 1 и соответственно с атмосферой, обеспечивая одновременно свободный доступ к судовым силовым установкам обслуживающего персонала и свежего воздуха. The waveguide contains a housing 1, vertical semi-submerged racks 2, and cigar-shaped underwater floats 3 with propulsion devices immersed in water 4. The waveguide has at least three side floats 5 from each side. Each of the latter is connected via a rotary console 6 to the carriage 7 located in the upper part of the corresponding rack 2. The carriage 7 on the inside (under the bottom of the housing) has protruding brackets 8, allowing for a small distance of the float 5 from the rack 2 to have an increased amplitude of its vertical movement. The console 6 in the area of the carriage 7 is made of two plates 9, pivotally connected by ends to the brackets 8. To each plate 9 in the intermediate part not protruding from the housing 1, a vertical rod 10 is pivotally attached, the upper end being rigidly connected to one of the gear racks. The left gear rack 11 is engaged with the gear 12, mounted on the left axle shaft 13, which is rigidly connected to the leading cage 14 of the left overrunning roller clutch with the opposite end. Accordingly, the right gear rack 15 is engaged with the gear 16, mounted on the first axle shaft 17, connected to the drive ring 18 of the right freewheel. From the rear, the rails are spring-loaded with stop rollers 19. The inner driven hubs 20 and 21 of these overrunning clutches are mounted on the ends of the shaft 22, in the middle of which the bevel gear 23 is placed, engaged with the bevel gear 24, mounted on the input shaft of the multiplier 25. The output shaft of the multiplier 25 by means of an inertial overrunning clutch 26 is connected to an electric generator 27. Due to the massive inertial overrunning clutch 26, a uniform transmission of torque to the electric generator 27 is maintained at intermediate moments console 6 in the extreme (upper and lower) position. The front (bow) and rear (aft) struts 2 in their lower part are interconnected by wing jumpers 28, which have a streamlined hydrodynamic shape and are located at an angle of attack to a horizontal plane, which allows (like hydrofoils) to create lift at cruising speed movement. The lower parts of the struts 2, in contact with the water from the outside, are streamlined and are connected by sealed flanges 29 to cigar-shaped floats 3. Inside each of the floats 3 in the aft part there is a ship power unit 30, fuel tanks 31 and steering wheel 32. In the free cavities of the floats 3 are placed energy storage 33 (in the presence of off-deck wind turbines not shown in the drawings). Water-tight floats 3 through hollow racks 2 are connected with the housing 1 and, accordingly, with the atmosphere, providing at the same time free access to ship power plants of maintenance personnel and fresh air.
Волноход эксплуатируется следующим образом. После первого спуска на воду (в доке) при порожнем корпусе 1 (без полезных грузов, команды и пассажиров) заполнение топливом сигарообразных поплавков 3 выбирается таким, при котором днище корпуса 1 со снятыми боковыми поплавками 5 будет находиться в непосредственной близости от горизонтальной поверхности воды или касаться ее. После установки боковых поплавков 5 корпус 1 независимо от последующей его загрузки всегда будет находиться в подводном положении. Консоли 6 на спокойной воде с помощью мощных пружин 34, имеющих регулируемый натяг, устанавливаются в среднее положение (при общей загрузке корпуса 1 на 60-70%). В дальнейшем при плавании на больших волнах каждый из поплавков 5 будет повторять амплитуду hm его колебаний и препятствовать передаче энергии волн на надводный корпус 1. Для более эффективного повторения траектории волн поплавки 5 снабжены с двух боковых сторон закрылками 35 обтекаемой формы. В принципе, энергии, вырабатываемой по меньшей мере шестью мощными электрогенераторами 27 и аккумулируемой размещенными в поплавках 3 накопителями, достаточно для небыстроходного длительного плавания без потребления топлива вообще. При дополнительном надпалубном размещении, например, двух ветроустановок (на чертеже не показаны) энергоснабжение такого экологически чистого плавсредства существенно улучшается и может быть вполне достаточным для нормального поступательного движения на электрическом ходу. В основном (топливном) варианте исполнения при достаточной мощности дизельных судовых установок 30 и соответствующей им загрузке корпуса 1 волноход после достижения рейсовой скорости может при верхнем расположении кареток 7 и подъеме всех боковых поплавков 5 выйти на форсированный глиссирующий (или близкий к нему) режим. Это в ряде случаев может быть важным особенно при изменении курса в сторону терпящего бедствие другого судна. Так как колебания вверх-вниз поплавков 5 на волнах происходят невзаимосвязанно между собой, усредненное результирующее их воздействие на судно будет незначительным и в идеальном случае стремиться к нулевому, что позволит даже в штормовую погоду (при размещении поплавков 3 ниже уровня волн) сохранять постоянным горизонтальное положение палубы корпуса 1. Этому дополнительно будут способствовать обтекаемые плоскости крыльевых перемычек 28 особенно во время движения судна. При разной загрузке корпуса 1 с целью сохранения одинаковой плавучести (и глубины погружения) боковых поплавков 5 каретки 7 снабжены средствами их вертикального перемещения в пределах верхней части стоек 2 (на чертежах эти средства не показаны).The waveguide is operated as follows. After the first launch into the water (in the dock) with the empty hull 1 (without payloads, crew and passengers), the cigar-shaped floats 3 are filled with fuel so that the bottom of the hull 1 with the side floats removed 5 will be in close proximity to the horizontal surface of the water or touch her. After installing the side floats 5, the housing 1, regardless of its subsequent loading, will always be in the underwater position. Consoles 6 on calm water with the help of powerful springs 34 having adjustable tension are installed in the middle position (with a total load of the housing 1 by 60-70%). Later, when swimming at large waves, each of the floats 5 will repeat the amplitude h m of its vibrations and will prevent the transfer of wave energy to the surface body 1. For more effective repetition of the wave paths, the floats 5 are equipped with streamlined flaps 35 on both sides. In principle, the energy generated by at least six powerful electric generators 27 and accumulated by the storage devices located in the floats 3 is sufficient for slow non-fast swimming without fuel consumption in general. With the additional above-deck placement, for example, of two wind turbines (not shown in the drawing), the energy supply of such an environmentally friendly craft significantly improves and can be quite sufficient for normal translational movement on an electric course. In the main (fuel) version, with sufficient diesel engine power 30 and a corresponding load of the hull 1, the wave-walker can reach the forced planing (or close to it) mode when the carriages 7 are located at the top and all the side floats 5 are lifted up. This in some cases can be important especially when changing course in the direction of another ship in distress. Since up and down vibrations of the floats 5 on the waves occur non-interconnected, the average resulting effect on the vessel will be insignificant and, in the ideal case, tend to zero, which will even keep the horizontal position constant in stormy weather (when floats 3 are below the wave level) deck hull 1. This will further contribute to the streamlined plane of the wing jumpers 28 especially during the movement of the vessel. With different loading of the housing 1 in order to maintain the same buoyancy (and immersion depth) of the side floats 5 of the carriage 7 are equipped with means for their vertical movement within the upper part of the uprights 2 (these means are not shown in the drawings).
