RU2176608C2

RU2176608C2 - High-speed vessel

Info

Publication number: RU2176608C2
Application number: RU99115853A
Authority: RU
Inventors: В.И. Бурнаев; М.А. Мавлюдов; Е.И. Овсиенко
Original assignee: Зеленодольское проектно-конструкторское бюро
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2001-12-10

Abstract

FIELD: shipbuilding; designing ships and boats with air cavity on bottom. SUBSTANCE: high-speed vessel has hull with side skegs bounding the recess in bottom for air cavity and water-jet propellers. Nozzles with vented wheels and impellers of water-jet propellers are secured after transom in such position that lower edge of nozzle projects under dome of recess on bottom in the amount of from 10 to 80% of nozzle diameter. Water conduit tunnels have upper dome in form of cylindrical surface smoothly raising along hull with convexity downward from dome of bottom recess as far as transom. Hydrodynamic washers in form of pointed plates are fitted at areas where side walls of tunnel come to dome of bottom recess. EFFECT: improved propulsive properties of vessel. 5 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, в частности к проектированию судов и катеров с воздушной каверной на днище. The invention relates to shipbuilding, in particular to the design of ships and boats with an air cavity on the bottom.

Известны суда и катера глиссирующего типа, содержащие корпус с бортовыми скулами и с днищевой выемкой для воздушной каверны, образованной бортовыми скегами, например по патенту RU N 2041116, 6 B 63 B 1/38 [1]. Known vessels and boats of a planing type, comprising a hull with side cheekbones and a bottom recess for an air cavity formed by side skegs, for example, according to patent RU N 2041116, 6 B 63 B 1/38 [1].

У таких судов, при их малом гидродинамическом сопротивлении за счет воздушной каверны под днищем корпуса, трудно осуществить хорошие тяговые характеристики движителей. Это обусловлено тем, что воздух из каверны может попадать на гребной винт, а именно на засасывающую сторону лопастей, что вызывает срыв потока и уменьшение тяговой характеристики винта. In such vessels, with their low hydrodynamic resistance due to the air cavity under the bottom of the hull, it is difficult to achieve good traction characteristics of the propulsors. This is due to the fact that air from the cavity can enter the propeller, namely, on the suction side of the blades, which causes a flow stall and a decrease in the propeller’s traction characteristic.

В связи с вышеизложенным, при конструировании судов с воздушной каверной применяют различные конструктивные решения для предотвращения попадания воздуха из каверны в диск гребного винта. In connection with the foregoing, in the design of ships with an air cavity, various constructive solutions are used to prevent air from entering the cavity into the propeller disk.

Например, на судне по патенту RU N 2038255, 6 В 63 В 1/38, В 60 B 3/08 [2] для предотвращения попадания воздуха на гребной винт предусмотрен выносной полутуннель над малопогружным гребным винтом, при этом выносной полутуннель выполнен за плоскостью диска гребного винта с прямолинейной образующей цилиндрической внутренней поверхности, отделен от наружной обшивки корпуса судна и соединен с ним промежуточным элементом. For example, on the vessel according to the patent RU N 2038255, 6 V 63 V 1/38, 60 V 3/08 [2] to prevent air from entering the propeller, a remote half tunnel above the low-propeller screw is provided, while the remote half tunnel is made beyond the plane of the disk a propeller with a rectilinear generatrix of a cylindrical inner surface, separated from the outer skin of the hull and connected to it by an intermediate element.

Однако такое судно, принятое за ближайший аналог, имеет следующие недостатки. However, such a vessel, taken as the closest analogue, has the following disadvantages.

1. Выносной полутуннель не полностью предотвращает засасывание воздуха в диск гребного винта, т.к. с носовой части полутуннель не имеет стенку (иначе поток воды не попадал бы на гребной винт). Поэтому атмосферный воздух с передней части полутуннеля засасывается потоком воды, натекающим на гребной винт, и уменьшает его тяговую характеристику. 1. The remote half-tunnel does not completely prevent air suction into the propeller disk, because from the bow half-tunnel does not have a wall (otherwise the flow of water would not get on the propeller). Therefore, atmospheric air from the front of the half-tunnel is sucked in by a stream of water flowing onto the propeller, and reduces its traction characteristic.

2. При движении судна на волнении воздушная каверна периодически попадает в район транца (ввиду качки) и, следовательно, засасывается гребным винтом, что также уменьшает его тяговую характеристику. 2. When the vessel moves on a wave, an air cavity periodically enters the transom area (due to pitching) and, therefore, is sucked in with a propeller, which also reduces its traction characteristic.

Целью предлагаемого изобретения является повышение пропульсивного качества судна с воздушной каверной на днище. Указанная цель достигается следующим. The aim of the invention is to increase the propulsive quality of the vessel with an air cavity on the bottom. The specified goal is achieved as follows.

1. Водометные движители состоят из трех частей:
1.1. - насадки закрепленной за транцем судна так, что нижний край насадки выступает под свод выемки на днище на величину в диапазоне от 10-ти до 80-ти процентов от ее диаметра;
1.2. - водовода, выполненного в виде туннеля в корпусе судна;
1.3. - вентилируемого рабочего колеса, выходящие кромки лопастей которого расположены в плоскости среза сопла водометного движителя для обеспечения прососа воздуха с торцевого сечения сопла на засасывающие стороны лопастей. Профили сечений лопастей выполнены с утолщенной выходящей кромкой так, что лопасти рабочего колеса работают только своей нагнетающей стороной, а засасывающая сторона лопастей заполнена воздушной каверной.1. Jet propulsion consists of three parts:
1.1. - nozzles attached to the transom of the vessel so that the lower edge of the nozzle protrudes under the arch of the recess on the bottom by an amount in the range from 10 to 80 percent of its diameter;
1.2. - aqueduct made in the form of a tunnel in the hull;
1.3. - a ventilated impeller, the outgoing edges of the blades of which are located in the cut plane of the nozzle of the jet propulsion device to allow air to leak from the end section of the nozzle to the suction sides of the blades. The profiles of the sections of the blades are made with a thickened outgoing edge so that the impeller blades work only with their discharge side, and the suction side of the blades is filled with an air cavity.

Наличие вентилируемого рабочего колеса определяет водометный движитель как вентилируемый водометный движитель. См. [3] стр. 64 и 69. The presence of a ventilated impeller defines a water jet as a ventilated water jet. See [3] pages 64 and 69.

2. Боковые стенки туннеля сформированы продолжением в нос цилиндрической внутренней поверхности насадки, а верхняя поверхность свода туннеля представляет собой цилиндрическую поверхность, плавно поднимающуюся вдоль корпуса выпуклостью вниз от свода выемки днища до транца. 2. The side walls of the tunnel are formed by the extension of the cylindrical inner surface of the nozzle into the nose, and the upper surface of the tunnel vault is a cylindrical surface that rises smoothly along the hull with a bulge down from the arch of the bottom recess to the transom.

3. В местах перехода боковых стенок туннеля к своду выемки днища установлены гидродинамические шайбы в виде заостренных пластин. 3. In the places of transition of the side walls of the tunnel to the arch of the bottom recess, hydrodynamic washers are installed in the form of pointed plates.

Предлагаемое быстроходное судно имеет следующее существенное отличие от ближайшего аналога (см. патент RU N 2038255, 6 B 63 B 1/38, B 60 B 3/08). The proposed high-speed vessel has the following significant difference from the closest analogue (see patent RU N 2038255, 6 B 63 B 1/38, B 60 B 3/08).

На предлагаемом судне установлен водометный движитель, состоящий из насадки с вентилируемым рабочим колесом, закрепленными за транцем с выступанием насадки под свод выемки на днище, и туннеля водовода, выполненного в корпусе судна. A water-jet propulsion device is installed on the proposed vessel, consisting of a nozzle with a vented impeller secured to the transom with the nozzle protruding under the notch arch on the bottom, and a waterway tunnel made in the vessel’s hull.

На ближайшем аналоге установлен малопогружный гребной винт с выносным полутуннелем над ним. On the closest analogue a low-profile propeller with a remote half-tunnel above it is installed.

Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана аксонометрическая проекция быстроходного судна в перевернутом положении; на фиг. 2 - продольное сечение по диаметральной плоскости водометного движителя; на фиг. 3 - сечение лопасти вентилируемого рабочего колеса; на фиг. 4 - сечение А-А по шпангоуту в районе начала туннеля водовода фиг. 2; на фиг. 5 - сечение Б-Б по шпангоуту в средней части туннеля и сечение В-В на транце фиг. 2. In FIG. 1 shows an axonometric projection of a high-speed vessel in an inverted position; in FIG. 2 is a longitudinal section along the diametrical plane of a water jet; in FIG. 3 - section of the blade of the ventilated impeller; in FIG. 4 - section AA along the frame in the area of the beginning of the duct of FIG. 2; in FIG. 5 shows a section BB along the frame in the middle of the tunnel and section BB on the transom of FIG. 2.

Предлагаемое быстроходное судно содержит корпус 1 с поперечным реданом 2, бортовыми скегами 3 и транцем 4, ограничивающими выемку со сводом 5 на днище. За транцем 4 закреплены насадки с вентилируемыми рабочими колесами 6. Лопасти рабочих колес 6 имеют утолщенную выходящую кромку 7, засасывающую сторону 8 и нагнетающую сторону 9. Насадки 10 движителей выступают под свод 5 выемки на днище на величину в диапазоне от 10 до 80% от диаметра насадки. The proposed high-speed vessel contains a hull 1 with a transverse redan 2, side skegs 3 and a transom 4, limiting the recess with a vault 5 on the bottom. Attached to the transom 4 are nozzles with ventilated impellers 6. The impeller blades 6 have a thickened outgoing edge 7, suction side 8 and discharge side 9. The nozzles 10 of the propellers protrude under the arch 5 of the recess on the bottom by a value in the range from 10 to 80% of the diameter nozzles.

Водоводы движителей в корпусе 1 выполнены в виде туннелей 11, верхний свод 12 которых сформирован цилиндрической поверхностью, плавно поднимающейся вдоль корпуса 1 выпуклостью вниз от свода 5 выемки днища до транца 4. The conduits of the propulsors in the casing 1 are made in the form of tunnels 11, the upper arch 12 of which is formed by a cylindrical surface, gradually rising along the casing 1 with a bulge down from the arch 5 of the bottom recess to the transom 4.

Боковые стенки туннеля 11 сформированы продолжением в нос цилиндрической внутренней поверхности насадки 10. The side walls of the tunnel 11 are formed by extending into the nose the cylindrical inner surface of the nozzle 10.

В местах перехода боковых стенок туннеля 11 к своду 5 выемки днища установлены гидродинамические шайбы 13 в виде заостренных пластин. In the places of transition of the side walls of the tunnel 11 to the arch 5 of the bottom recess, hydrodynamic washers 13 are installed in the form of pointed plates.

Внутри корпуса 1 установлено устройство 14 для поддува воздуха в зареданную часть к отверстиям 15 с помощью каналов 16. Inside the housing 1, a device 14 is installed for blowing air into the bored portion to the holes 15 using channels 16.

Быстроходное судно может содержать от одного до пяти водометных движителей. A high-speed vessel may contain from one to five water-jet propulsion devices.

При движении быстроходного судна на расчетной скорости в зареданной днищевой выемке образуется воздушная каверна 17, в которую подается воздух из устройства 14. Воздушная каверна замыкается на свод 5 выемки днища перед туннелями 11 водоводов. Далее по своду 5 и в туннели 11 водоводов идет поток воды с растворенным в нем воздухом в пропорции примерно 4/96. Такой поток воды не ухудшает работу вентилируемого рабочего колеса, т.к. он рассчитан именно на такую удельную плотность воды и его лопасти работают нагнетающей стороной 9, а засасывающая сторона 8 лопастей заполнена воздухом, легко просасывающимся с кормового торца обечайки насадки 10. When the high-speed vessel moves at the calculated speed, an air cavity 17 is formed in the damaged bottom cavity, into which air is supplied from the device 14. The air cavity closes on the arch 5 of the bottom cavity in front of the tunnels 11 of the water conduits. Further along the vault 5 and into the tunnels 11 of the water conduits there is a stream of water with the air dissolved in it in a proportion of approximately 4/96. Such a flow of water does not impair the operation of the ventilated impeller, as it is designed specifically for such a specific density of water and its blades work on the discharge side 9, and the suction side 8 of the blades is filled with air, which easily sucks from the aft end of the shell of the nozzle 10.

Закрепление насадок 10 за транцем 4 и выпуск их ниже свода 5 выемки днища позволяют движителям принимать большую часть потока воды без захвата воздушной каверны 17 в случае колебаний ее кормовой границы при движении быстроходного судна на волнении. В этом случае возможно попадание некоторых объемов воздуха на рабочие колеса 6 продолжительностью около 2 сек с периодом от 15 до 30 сек. Однако такие явления не ухудшают работу водометных движителей, т.к. цилиндрическая поверхность свода 12 водовода с выпуклостью вниз совместно с насадкой 10 движителя создают подпор давления на 10...15 % перед рабочим колесом 6, что позволяет ему перерабатывать недостающую массу воды без значительной потери тяги. К тому же, попавший в движитель воздух никак не влияет на засасывающие стороны лопастей указанного рабочего колеса, т.к. их засасывающие стороны вентилируемые (заполнены воздухом) в отличие от обычных некавитирующих и кавитирующих гребных винтов, у которых незначительные объемы воздуха, попадая на засасывающие стороны лопастей, уменьшают их тяговые характеристики примерно вдвое. Fixing the nozzles 10 to the transom 4 and releasing them below the arch 5 of the bottom recess allows the movers to receive most of the water flow without capturing the air cavity 17 in case of fluctuations in its stern border during the movement of a high-speed vessel on a wave. In this case, some volumes of air may enter the impellers 6 for a duration of about 2 seconds with a period of 15 to 30 seconds. However, such phenomena do not impair the operation of water-jet propulsors, since the cylindrical surface of the arch 12 of the water conduit with a bulge down together with the nozzle 10 of the propulsor creates a pressure backpressure of 10 ... 15% in front of the impeller 6, which allows it to process the missing mass of water without significant loss of traction. In addition, the air trapped in the propeller does not affect the suction side of the blades of the specified impeller, since their suction sides are ventilated (filled with air), unlike conventional non-cavitating and cavitating propellers, in which insignificant volumes of air, falling on the suction sides of the blades, reduce their traction characteristics by about half.

Гидродинамические шайбы 13, установленные в местах переходов боковых стенок туннелей 11 к своду 5 выемки днища, предотвращают попадание воздуха в водометные движители с бокового направления при нахождении воздушной каверны в зоне туннелей 11 водоводов. Hydrodynamic washers 13, installed at the junctions of the side walls of the tunnels 11 to the arch 5 of the bottom recess, prevent air from entering the water jet propulsion from the lateral direction when the air cavity is located in the zone of the tunnels 11 of the water conduits.

Испытания модели днища быстроходного судна с водометным движителем в кавитационной трубе подтверждают эффективность предложенных конструктивных решений для повышения пропульсивного качества судна. Tests of the model of the bottom of a high-speed vessel with a jet propulsion in a cavitation pipe confirm the effectiveness of the proposed design solutions to improve the propulsive quality of the vessel.

Предложенное быстроходное судно может использоваться для пассажирских и транспортных перевозок. Зеленодольское ПКБ разработало технический проект пассажирского судна "Вега" пр. 05520 на основе предложенных решений, что подтверждает возможность практической реализации. The proposed high-speed vessel can be used for passenger and transportation. Zelenodolsk Design Bureau developed the technical design of the passenger ship Vega, Project 05520, based on the proposed solutions, which confirms the possibility of practical implementation.

Библиография
1. Патент Российской Федерации RU N 2041116, кл.6 B 63 B 1/38.Bibliography
1. Patent of the Russian Federation RU N 2041116, cl.6 B 63 B 1/38.

2. Патент Российской Федерации RU N 2038255, кл.6 B 63 B 1/38, B 60 B 3/08. 2. Patent of the Russian Federation RU N 2038255, cl.6 B 63 B 1/38, B 60 B 3/08.

3. Труды ЦНИИ им.акад. А.Н.Крылова, 1996 г., выпуск 2 (286), С-Петербург, ISSN 0869-8422. 3. Proceedings of the Central Research Institute named after acad. A.N. Krylova, 1996, issue 2 (286), St. Petersburg, ISSN 0869-8422.

Claims

A high-speed vessel containing a hull with side skegs restricting a recess in the bottom for an air cavity, and water-jet propulsors, characterized in that the nozzles with ventilated impellers of the water-jet propulsors are fixed to the transom so that the lower edge of the nozzle protrudes below the recess on the bottom by an amount of in the range from 10 to 80% of the nozzle diameter, the water passage tunnels in the housing have an upper arch in the form of a cylindrical surface, smoothly rising along the housing with a bulge down from the arch of the bottom to the transom, and in places of the transition of the side walls of the tunnel to the arch of the bottom recess, hydrodynamic washers are installed in the form of pointed plates.