RU2238871C2

RU2238871C2 - Корпус быстроходного судна

Info

Publication number: RU2238871C2
Application number: RU2001127312A
Authority: RU
Inventors: Ян Джеймс ДУНКАН (GB); Ян Джеймс ДУНКАН
Original assignee: Фьючертек Текнолоджиз Лимитед
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2004-10-27
Also published as: EP1159187A1; WO2000053487A1; ATE258523T1; AU751156B2; ES2215030T3; CA2366225A1; CN1343169A; DK1159187T3; KR20020009573A; DE60007970T2; JP2002539019A; DE60007970D1; EP1159187B1; AU2932800A; CN1180950C; GB9905427D0; US6964240B1

Abstract

Изобретение относится к судостроению и касается создания быстроходных глиссирующих судов. Корпус судна имеет центр тяжести (Cg), который, по существу, находится на одной линии по вертикали с центром гидродинамической подъемной силы (Ср) несущей поверхности корпуса как при скорости подъема от воды, так и при расчетной скорости хода. Корпус выполнен дельта-образным в плане и содержащим центральную часть и две боковые крыльевые части. Каждая из боковых крыльевых частей вытянута вбок и назад от центральной части для образования открытого участка. Этот участок прилегает к транцу центральной части корпуса. Отношение (S

\binom{2}{1}

/A₁) размеров корпуса по действующей ватерлинии при расчетной скорости находится в пределах от 2,5 до 5,0, где а₁ - площадь действующей ватерлинии корпуса при невозмущенной воде, a S₁ - ее размах. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении гидродинамической устойчивости быстроходного судна. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 14 ил.

Description

Изобретение относится к быстроходным глиссирующим судам, в частности к корпусам, которые уменьшают гидродинамическое сопротивление и улучшают гидродинамическую устойчивость таких судов.

Корпуса глиссирующего типа имеют ряд недостатков, в том числе:

1) центр подъемной силы при угле атаки, необходимом для минимального лобового сопротивления, изменяется в широких пределах в зависимости от скорости. Имеется ряд хорошо разработанных способов, касающихся преодоления этой трудности и включающих установку регулируемых триммеров на транце и балансировку движителя для образования уравновешивающего момента. Эти способы оказывают отрицательное влияние на ходовые качества;

2) известные корпуса для быстроходных судов имеют склонность к продольной неустойчивости. При больших углах атаки для корпусов таких видов характерны вертикальные колебания носовой части, наряду с тем что такие корпуса, особенно при выпуклом месте входа по сравнению с, в основном, плоским задним участком, проявляют неустойчивость при небольших углах атаки;

3) корпуса с V-образными обводами из известного уровня техники имеют несущие поверхности, которые по ряду причин работают при плохих отношениях подъемной силы к лобовому сопротивлению. Для таких корпусов характерна, по существу, дельта-образная форма с низким отношением размеров, т.е. отношением квадрата размаха к площади, где размах представляет собой поперечный размер несущей поверхности, а площадь соответствует площади несущей поверхности. Это приводит к значительным потерям по всему размаху. Кроме того, число Фруда [Vs/(g·L], где L представляет собой продольный размер поверхности, является небольшим вследствие высокого значения L, приводящего к большому брызговому сопротивлению и волновому сопротивлению. Более того, вследствие такого V-образного угла входа пелена брызг распространяется вбок, так что она, в основном, не увлекается под несущую поверхность;

4) в оптимальном случае при высоких скоростях центр гидродинамической подъемной силы расположен вблизи транца, тогда как аэродинамический центр подъемной силы обычно находится вблизи центра судна, впереди и на некотором значительном расстоянии от центра гидродинамической подъемной силы. Это приводит к аэродинамической неустойчивости с хорошо известным последствием, которое заключается в том, что такое судно имеет заметную склонность к опрокидыванию назад при волнении или если оно движется при превышающем норму угле атаки;

5) многие известные корпуса имеют склонность “зарываться носом” во время поворота при высоких скоростях, особенно в условиях волнения. Это может быть причиной того, что вектор подъемной силы будет проходить ниже центра тяжести и тем самым вызовет боковой переворот судна. В частности, это происходит при глубоких V-образных корпусах, которые общеизвестны как трудные в управлении в таких условиях при высокой скорости;

6) при установившейся циркуляции центростремительная сила совместно с поперечной силой, вызванной движителем или рулем, которая требуется для поворота судна, должна быть уравновешена равной силой, создаваемой корпусом. V-образные корпуса глиссирующего типа плохо приспособлены для создания такой поперечной силы и фактически могут быть причиной значительного сопротивления, а результирующий поток на протяжении корпуса обуславливает возмущенные условия входа для движителя, приводящие к потере тяги.

В последние годы для улучшения гидродинамической устойчивости предложен ряд усовершенствований корпуса глиссирующего типа, направленных на ослабление изменения положения центра подъемной силы в зависимости от скорости. Примеры таких усовершенствований имеются в патентах США №№4903626 (Haines), 5111767 (Haines) и 5685253 (Alexander), в которых раскрыт вырез в заднем транце, такой, что центр гидродинамической подъемной силы расчетной несущей поверхности оказывается смещенным вперед. Это дает желаемый результат, обеспечивая возможность расположения при расчетной скорости центр гидродинамической подъемной силы на одной линии по вертикали с центром тяжести, так что при расчетной скорости надобность в направленной вниз дифферентующей силе отпадает. Кроме того, результирующая, вытянутая в продольном направлении несущая поверхность способствует продольной устойчивости и содействует уменьшению вероятности возникновения вертикальных колебаний носовой части. Корпуса этого типа все же нуждаются в положительной (направленной кверху) дифферентующей силе, прикладываемой на корме при скорости подъема от воды (иногда также называемой скоростью глиссирования), для преодоления момента, обусловленного тем, что центр гидродинамической подъемной силы выдвинут вперед от центра тяжести, в результате чего при подъеме от воды образуется несущая поверхность, которая имеет два узких, вытянутых назад плеча, приводящих к появлению значительного гидродинамического сопротивления.

Задача настоящего изобретения заключается в исключении или в минимизации одного или нескольких из вышеупомянутых недостатков.

В соответствии с первой особенностью изобретения разработан корпус для судна, в котором центр тяжести корпуса находится, по существу, на одной линии по вертикали с центром гидродинамической подъемной силы несущей поверхности корпуса как при скорости подъема от воды, так и при расчетной скорости хода; отличающийся тем, что отношение размеров корпуса по действующей ватерлинии при расчетной скорости находится в пределах от 2,5 до 5,0.

Предпочтительно центр тяжести и центр гидродинамической подъемной силы находятся, по существу, на одной линии по вертикали при всех скоростях корпуса между скоростью подъема от воды и расчетной скоростью и выше, а также могут находиться, по существу, на одной линии по вертикали при скоростях корпуса ниже скорости подъема от воды (т.е. при скоростях перекладки руля).

Такой корпус обладает преимуществом, заключающемся в повышенной гидродинамической устойчивости, и для него, как правило, не нужны устройства регулирования дифферента. Отношение размеров корпуса при скорости подъема от воды находится предпочтительно в пределах от 1,5 до 2,5.

Предпочтительно входящая кромка смоченной поверхности корпуса при расчетной скорости находится, в основном, поперек направления перемещения корпуса вперед на протяжении, по меньшей мере, части его длины, а предпочтительно - на протяжении значительной части его длины, в результате чего пелена брызг, которая может создаваться корпусом при использовании его, распространяется, в основном, вперед, так что судно скользит по пелене брызг. Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что увлекаемый в брызги воздух способствует снижению поверхностного трения, когда судно скользит вперед по пелене брызг.

Предпочтительно корпус выполнен и размещен так, что, если судно испытывает килевую качку, такую, что нос судна поднимается, то центр гидродинамической подъемной силы (С_р) резко перемещается назад по мере того как корма судна погружается. Поскольку после этого центр тяжести (С_g) корпуса оказывается перед центром гидродинамической подъемной силы (С_р), то масса судна будет создавать восстанавливающий момент, прикладываемый к судну, который стабилизирует судно. Кроме того, с достижением преимущества корпус можно выполнить и разместить так, что, если судно с используемым корпусом испытывает килевую качку, такую, что нос судна опускается, то центр гидродинамической подъемной силы (С_р) резко перемещается вперед. Поскольку после этого центр тяжести (С_g) корпуса оказывается позади центра гидродинамической подъемной силы (С_р), масса судна будет опять создавать восстанавливающий момент, прикладываемый к судну. Использование этих признаков изобретения способствует увеличению продольной устойчивости и уменьшению вертикальных колебаний носовой части судна.

Предпочтительно корпус выполнен в плане, в основном, дельта-образным, содержащим центральную часть и две боковые крыльевые части. С достижением преимущества каждая боковая крыльевая часть вытянута вбок и назад от центральной части судна с тем, чтобы образовать открытый участок, прилегающий к транцу центральной части корпуса. Корпус может дополнительно включать в себя крышку, которая, если необходимо, закрывает этот открытый участок при условии, что пространство под крышкой хорошо продувается.

Предпочтительно корпус снабжен двумя движителями, прикрепленными к транцу центральной части корпуса. Предпочтительно использовать движители, описанные и заявленные в Международной заявке №PCT/GB/00388.

С достижением преимущества корпус может включать круто проходящую вниз заднюю срезанную часть. Задняя срезанная часть может быть выполнена за одно целое с корпусом или может выполнена, что более удобно, в виде кормового дифферентующего закрылка, прикрепленного к заднему концу корпуса, при этом дифферентующий закрылок выступает, в основном, вниз от корпуса под углом, большим чем 45° к свободной поверхности воды (при расчетных условиях), предпочтительно под углом, по существу, равным 90°. Такой дифферентующий закрылок подробно описан в заявке на патент Великобритании, поданной заявителем одновременно с настоящей заявкой, под названием “Корпуса для глиссирующих и полуглиссирующих судов”, содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки. Предпочтительно дифферентующий закрылок проходит по всей ширине транца центральной части корпуса и, предпочтительно, также проходит по всей длине внутренних и задних срезов каждой из боковых крыльевых частей, задающих открытый участок в задней части корпуса. Предпочтительно хорда дифферентующего закрылка является изменяемой. С достижением преимущества хорда дифферентующего закрылка на транце центральной части корпуса может быть изменяемой независимо от хорды дифферентующего закрылка на внутренних и задних срезах крыльевых частей.

Центральная часть корпуса может включать в себя носовую часть, которая с достижением преимущества содержит переднюю поверхность, проходящую назад и вниз от носа корпуса по направлению к задней концевой части центральной части корпуса и слегка выпуклую в продольном сечении, так что при использовании корпуса угол указанной передней поверхности по отношению к поверхности воды постепенно уменьшается вдоль длины указанной носовой части по направлению к указанной задней концевой части корпуса. Эта особенность также описана подробно в вышеупомянутой заявке на патент Великобритании, поданной заявителем под названием “Корпуса для глиссирующих и полуглиссирующих судов”, уже включенной в настоящую заявку посредством ссылки.

Предпочтительно каждая боковая крыльевая часть выполнена слегка выпуклой в поперечном сечении, так что угол обратной стороны каждой боковой крыльевой части по отношению к поверхности воды постепенно уменьшается от законцовки крыльевой части вдоль поперечной протяженности крыльевой части по направлению к центральной части корпуса. Предпочтительно каждая боковая крыльевая часть также подобным образом выполнена слегка выпуклой в продольном сечении.

Выпуклые поверхности корпуса согласно изобретению намного снижают поперечное сопротивление, и, следовательно, корпус меньше “зарывается носом” во время поворота.

Кроме того, корпус может содержать шверт или киль, который может быть выполнен и размещен так, что центр его поперечного сопротивления будет находиться, по существу, на одной линии по вертикали с центром тяжести корпуса. Шверт может быть выполнен втягиваемым для уменьшения лобового сопротивления в том случае, когда он не нужен.

Теперь предпочтительные варианты осуществления изобретения будут описаны только для примера со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 - вид сбоку корпуса глиссирующего типа, известного из уровня техники, эксплуатируемого при скорости до глиссирования;

фиг.2 - вид корпуса из фиг.1, эксплуатируемого при расчетной скорости, при этом показано пространственное положение корпуса;

фиг.3 - вид сверху усовершенствованного корпуса из известного уровня техники;

фиг.4 - вид сбоку корпуса с фиг.3;

фиг.5 - изометрический вид сверху корпуса согласно настоящему изобретению;

фиг.6 - вид сбоку корпуса с фиг.5;

фиг.6А - схематичный вид сбоку части корпуса с фиг.6, иллюстрирующий пелену брызг, создаваемую корпусом;

фиг.7 - вид сверху корпуса с фиг.5 и 6, иллюстрирующий его несущие поверхности, при этом для ясности не показаны кормовой дифферентующий закрылок и движители;

фиг.8 - вид сверху корпуса с фиг.6;

фиг.9 - вид сзади корпуса с фиг.6;

фиг.10 - изометрический вид обратной стороны корпуса с фиг.6;

фиг.11 - схематичный вид сбоку варианта осуществления изобретения с использованием скулового корпуса и складываемых крыльев;

фиг.12(а) - поперечное сечение корпуса из фиг.11, сделанное по линии В-В, иллюстрирующее складываемые крылья в опущенных положениях; и

фиг.12(b) - поперечное сечение судна из фиг.11, сделанное по линии А-А.

ОПИСАНИЕ ИЗВЕСТНЫХ ВИДОВ КОРПУСОВ

На фиг.1 показан корпус 1, эксплуатируемый при скорости ниже скорости подъема от воды (следует учесть, что подъем от воды представляет собой момент времени, в который катер достигает минимальной устойчивой скорости глиссирования). Свободная поверхность 2 воды искривлена вследствие носовой корабельной волны, создаваемой корпусом. Корпус имеет положительный угол α₁ атаки в точке 3 входа по отношению к свободной поверхности 2 воды. Центр гидродинамической подъемной силы С_р (также известный как “центр подъемной силы” или “центр давления”) находится впереди относительно центра тяжести С_g, а результирующий, направленный по часовой стрелке момент уравновешивается тем, что направление тяги Т, создаваемой винтом 4, образует равный, направленный против часовой стрелки момент вокруг С_р. В качестве варианта для перемещения центра гидродинамической подъемной силы С_р по направлению к корме можно установить кормовые дифферентующие закрылки таким образом, чтобы они располагались на одной линии по вертикали с центром тяжести С_g.

На фиг.2 показан тот же самый корпус 1, эксплуатируемый при расчетной скорости хода. В данном случае свободная поверхность 2 воды искривлена корпусом намного меньше. Корпус имеет положительный угол α₁ атаки в точке 3 входа по отношению к свободной поверхности 2 воды. Теперь центр гидродинамической подъемной силы С_р переместился к корме от центра тяжести С_g, а результирующий, направленный против часовой стрелки момент уравновешивается тем, что направление тяги Т, создаваемой винтом 4, образует равный, направленный по часовой стрелке момент вокруг С_р. В качестве варианта, чтобы получить отрицательную подъемную силу, например чтобы переместить центр гидродинамической подъемной силы С_р вперед, кормовые дифферентующие закрылки можно расположить таким образом, чтобы они находились на одной линии по вертикали с центром тяжести С_g.

На фиг.3 показан вид сверху корпуса 1 того типа, который предложен в патенте США №5685253, иллюстрирующий часть площади несущей поверхности корпуса при скорости подъема от воды и при расчетной скорости корпуса. На фиг.4 показан вид сбоку тех же самых поверхностей. Нижний индекс 1 относится к значениям при расчетной скорости, а нижний индекс 2 - к значениям при скорости глиссирования (т.е. подъема от воды). При расчетной скорости корпус 1 пересекает свободную поверхность 2₁ воды при угле α₁₁ атаки, при этом центр подъемной силы находится в С_р, а площадь плоскости по действующей ватерлинии (т.е. площадь плоскостного пересечения поверхности невозмущенной воды с корпусом) составляет A₁, и она имеет размах S₁. Центр тяжести С_g расположен на одной линии по вертикали с центром C_p1 гидродинамической подъемной силы. При скорости подъема от воды площадь А₂ несущей поверхности намного больше, но размах S₂ возрастает только в минимальной степени. В этом случае центр C_p2 подъемной силы значительно продвигается вперед относительно центра тяжести С_g, так что корпус необходимо каким-либо образом дифферентовать. Для получения повышенного коэффициента подъемной силы угол α₁₂ атаки при подъеме от воды обычно должен быть значительно больше, чем расчетный угол α₁₁ атаки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.5 показан изометрический вид сверху корпуса согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения. На фиг.6 показан вид сбоку корпуса. Как видно из фиг.5, корпус в целом выполнен дельта-образным, имеющим центральную часть 1а и две боковые крыльевые части 1b, 1с, вытянутые вбок и назад от центральной части 1а. Каждая боковая крыльевая часть 1b, 1с заключает в себе заднюю концевую часть 2b, 2с, которая выступает назад за транец 3 центральной части 1а корпуса, при этом задние концевые части крыльевых частей 1b, 1с образуют открытый участок 5 в задней части корпуса, прилегающий к транцу 3 его центральной части. Как правило, дельта-образный корпус обеспечивает хорошую аэродинамическую устойчивость за счет перемещения центра аэродинамической подъемной С_а силы намного дальше по направлению к корме, чем в известных корпусах. При сравнении корпуса с фиг.5 с известным корпусом с фиг.3 можно видеть, что открытый участок или “вырез” 5 корпуса настоящего изобретения в целом выполнен более глубоким и с большим отношением длины и ширины к полной длине и ширине корпуса, чем открытый участок, образованный в известном корпусе. Как показано на чертежах, центр аэродинамической подъемной силы С_а корпуса с фиг.5 находится намного дальше по направлению к корме, чем корпуса с фиг.3. Кроме того, нос 1d центральной части 1с корпуса с фиг.5 выполнен намного более широким и тупым, чем заостренный V-образный нос корпуса с фиг.3.

В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг.6, передняя часть обратной стороны центральной части 1а корпуса выполнена слегка выпуклой, как это описано в вышеупомянутой другой заявке, поданной заявителем одновременно с настоящей заявкой, так что при использовании корпуса угол указанной передней поверхности по отношению к поверхности воды постепенно уменьшается по длине указанной носовой части в направлении к указанной задней концевой части корпуса.

Кроме того, в этом предпочтительном варианте осуществления к корпусу 1 прикреплен кормовой дифферентующий закрылок 20 таким образом, что он находится под углом 90° к расчетной плоскости 2₁ воды. Дифферентующий закрылок 20 образует транец 3 центральной части 1а корпуса и проходит по всей длине внутренних срезов 6b, 6с двух выступающих частей 2b, 2с боковых крыльевых частей 1b, 1с и на протяжении задних срезов 7b, 7с. Винты 22, 22а с изменяемой поверхностью, описанные в Международной заявке №PCT/GB99/00388, приводятся во вращение электродвигателями 24, 24а с регулируемой частотой вращения через редукторы 23, 23а, которые прикреплены болтами к дифферентующему закрылку 20. (Возможны другие варианты осуществления, в которых не используется дифферентующий закрылок 20, показанный на фиг.5. Следует учесть, что в таких случаях редукторы 23, 23а должны быть прикреплены к заднему концу центральной части 1а корпуса).

Должно быть понятно, что корпус может создавать небольшую боковую тягу для компенсации любой боковой силы, создаваемой движителем (движителями) во время поворота корпуса, и что для создания такой боковой тяги может потребоваться шверт или киль 50, например, показанный (пунктирными линиями) на фиг.6 (проходящий вниз от обратной стороны корпуса). В действительности, при использовании винтов 22, 22а с изменяемой поверхностью допускается возможность появления вращающего момента при повышении тяги одного винта и одновременном снижении тяги другого, и в этом случае очень небольшая боковая сила прикладывается или не прикладывается к корпусу движителями. Обратная сторона 50b, 50с каждого бокового крыла выполнена слегка выпуклой как в поперечном, так и в продольном сечении, так что угол обратной стороны каждого бокового крыла относительно поверхности воды постепенно уменьшается вдоль поперечной и продольной протяженности бокового крыла, от законцовки 10b, 10с каждого крыла по направлению к центральной части корпуса и от задних срезов 7b, 7с каждого крыла по направлению к переднему концу каждого крыла соответственно.

На фиг.7 показан схематичный вид в плане обратной стороны корпуса 1, иллюстрирующий несущие поверхности корпуса при скорости глиссирования и расчетной скорости корпуса 1. Для упрощения на фиг.7 опущены кормовой дифферентующий закрылок 20 и движители. Как и раньше, нижний индекс 1 относится к значениям при расчетной скорости, а нижний индекс 2 - к значениям при скорости подъема от воды. Как показано на фиг.6, при расчетной скорости корпус 1 пересекает свободную поверхность 2₁ воды в точке 3₁ на фиг.6 под углом α₁₁, а центр гидродинамической подъемной силы С_р корпуса находится примерно на середине хорды С1 несущей поверхности A₁ и расположен на одной линии по вертикали с центром тяжести С_g корпуса. Центр аэродинамической подъемной силы С_а находится впереди от гидродинамического центра подъемной силы С_р, а фактически находится над корпусом 1. Местоположение С_а по вертикали по отношению к корпусу показано на фиг.6. Площадь A₁ поверхности по действующей ватерлинии имеет размах S₁ при расчетной скорости. Из рассмотрения фиг.3 и фиг.7 становится очевидно, что отношение размеров (S²/A) при расчетной скорости намного больше для корпуса с фиг.7, чем для известного корпуса, показанного на фиг.3 и 4. Кроме того, следует отметить, что несущая поверхность при расчетной скорости имеет, в основном, форму вытянутого прямоугольника без каких-либо узких вытянутых назад плеч, аналогичных имеющимся на несущей поверхности корпуса с фиг.3 при расчетной скорости.

При скорости подъема от воды корпус 1 пересекает свободную поверхность 2₂ воды на части длины корпуса в точке 3₂ под углом α₁₂. При этом следует отметить, что передняя часть корпуса не соприкасается с поверхностью воды при скорости подъема от воды. Площадь A₂ несущей поверхности и размах S₂ больше A₁ и S₁ (площади несущей поверхности и размаха соответственно при расчетной скорости, т.е. скорости, на которую катер рассчитан при плавании), но, хотя отношение размеров (S

\binom{2}{2}

/A₂) при подъеме от воды меньше, чем отношение размеров (S

\binom{2}{1}

/A₁) для расчетных условий, оно все же весьма сопоставимо с отношением размеров для корпуса из уровня техники, показанного на фиг.3 и 4. Как можно видеть из фиг.7, формы несущих поверхностей А₂, A₁ при скорости подъема от воды и расчетной скорости являются такими, что их центры совпадают. Поэтому центр гидродинамической подъемной сипы С_р2 при скорости подъема от воды совпадает с центром подъемной силы C_p1 при расчетной скорости. Следует отметить, что несущая поверхность А₂ корпуса с фиг.7 при скорости подъема от воды, является, в общем, больше U-образной, чем V-образной, имея толстую переднюю часть Р и два вытянутых назад плеча Q, R. В корпусе 1 с фиг.5, 6 и 7 центр гидродинамической подъемной силы С_р сохраняется расположенным на одной линии по вертикали с центром тяжести С_g в условиях скорости подъема от воды и расчетной скорости. Угол α12 атаки больше α₁₁, так что обеспечивается повышенный коэффициент подъемной силы, но положение корпуса 1 в пространстве остается вполне неизменным. Тяга Т практически находится на одной линии с центром давления С_р, вокруг которого она создает небольшой момент.

Поперечная линия 12 на фиг.1, представляющая собой переднюю часть входящей кромки 28, на которой корпус встречается с поверхностью воды в условиях расчетной скорости, соответствует точке 3₁ на фиг.6. На фиг.7 эта линия 12 показана перпендикулярной к продольной оси Х симметрии корпуса, но в других возможных вариантах осуществления входящая кромка 28 может проходить по некоторой иной траектории, которая обычно расположена поперек большей части его длины, как, например, криволинейная траектория 12а, показанная пунктирной линией на фиг.7. Из фиг.7 очевидно, что размах S₁ несущей поверхности в расчетной точке является значительным по сравнению с хордой С1 (т.е. с длиной катера по действующей ватерлинии в продольном направлении) и что линия 12, проходящая, по существу, в поперечном направлении, будет создавать пелену 26 брызг, показанную на фиг.6А, обычно распространяющуюся вперед, так что судно будет скользить по ней. На практике, при небольшом угле α₁₁ количество создаваемых брызг является минимальным, но все-таки достаточным для заметного снижения сопротивления трения благодаря участию воздуха при скольжении по брызгам корпуса. Еще одно преимущество высокого отношения размеров заключается в том, что пики давления, возникающие на входящей кромке смоченного участка (и также на задней кромке смоченного участка в предпочтительном варианте осуществления корпуса, описанном ниже со ссылкой на фиг.7), будут оставаться вполне на уровне их теоретических двумерных значений на протяжении большей части размаха. Из-за наличия участка 27 несущей поверхности А₂ при подъеме от воды, окружающего расчетную несущую поверхность A₁, потери по всему размаху аэродинамической поверхности, являющиеся результатом снижения давления на входящей кромке 28, существенно снижены по сравнению с потерями для крыльев летательных аппаратов с тем же самым отношением размеров.

При скорости подъема от воды передняя часть 11b входящей кромки 11 смоченного участка (эта передняя часть соответствует точке 3₂ на фиг.6), предпочтительно, расположена так, что она находится поперек значительной части смоченного размаха S₂, так что судно, как и раньше, скользит по выступающей вперед пелене брызг. В этом случае задняя часть 11а входящей кромки 11 резко изогнута по направлению к корме, переходя в концевой участок 11с. Для оптимизации равновесия судна и минимизации смоченной площади можно задать линию 11 с точной формой. Например, она может изгибаться в обратную сторону при более резком изменении угла и после этого поворачивать наружу для образования крылышка в корме, показанного линией 11d на фиг.7.

ПРОДОЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

При обращении к фиг.5, 6 и 7 становится очевидно, что, если судно испытывает килевую качку, такую, что его нос 32 поднимается, то центр гидродинамической подъемной силы С_р будет резко перемещаться назад по мере того как корма 31 будет погружаться. Теперь центр тяжести С_g будет далеко впереди от центра гидродинамической подъемной силы С_р, масса судна будет создавать сильный восстанавливающий момент для стабилизации судна. Кроме того, это перемещение центра гидродинамической подъемной силы снижает угловую амплитуду килевой качки.

В случае, когда нос 32 опускается, входящая кромка смоченного участка 12 будет быстро перемещаться вперед, и, если корпус 1 имеет продольное сечение, в котором передняя поверхность центральной части 1а корпуса имеет, в основном, слегка выпуклую форму (как вышеописанную), корпус 1 будет стремиться скатываться вперед, так что центр гидродинамической подъемной силы С_р будет быстро перемещаться вперед, тогда как угол α₁₁ атаки остается вполне постоянным. Обычно дельта-образный корпус и высокое отношение его размеров рассчитывают так, чтобы центр гидродинамической подъемной силы С_р мог в типичном случае перемещаться от 60% длины катера до 100% в случае изменения угла атаки на 3 или 4°. Усиленное перемещение центра гидродинамической подъемной силы вперед или по направлению к корме при небольших изменениях угловой амплитуды килевой качки придает судну экстремальную устойчивость при килевой качке.

АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

Хотя вырез кормы (открытый участок 5) корпуса на фиг.5 и 6 показан открытым, с достижением удобства в него можно настелить палубу или иным образом закрыть при условии, что образовавшееся пространство должно оставаться хорошо продуваемым. Покрытие выреза скажется на перемещении аэродинамического центра гидродинамической подъемной силы С_а дальше по направлению к корме. Кроме того, для этой цели можно предусмотреть хвостовой шверт или киль 30. В случае, когда начинается такая килевая качка корпуса, что аэродинамическая подъемная сила возрастает (например, в условиях сильного ветра и/или волнения, которые являются причиной установки судна под большим углом атаки), то центр гидродинамической подъемной силы С_р резко перемещается назад по мере того как корма 31 погружается. Теперь центр тяжести С_g будет далеко впереди от гидродинамического центра подъемной силы, масса судна будет создавать сильный восстанавливающий момент для стабилизации катера и предотвращения его переворота.

ПОВОРОТ

Шверту 50 придана такая форма, что его собственный центр тяжести расположен на одной линии по вертикали с его собственным центром гидродинамической подъемной силы. Шверт 50 работает при небольшом угле скольжения и создает очень малое сопротивление при маневре поворота. Шверт также работает при небольших углах дрейфа и только в минимальной степени влияет на поток к винтам. Кроме того, шверт 50 выполнен втягиваемым, так что его можно втянуть, когда он не требуется.

Положение дифферентующего закрылка 20 по отношению к корпусу 1 можно регулировать, чтобы получать изменяемую хорду дифферентующего закрылка, как это предложено в другой вышеупомянутой заявке, поданной заявителем одновременно с настоящей заявкой. Четыре гидропривода 21 низкого давления обеспечивают дифференциальную регулировку передней части и задней части дифферентующего закрылка 20. С достижением преимущества могут быть предусмотрены регулировочные средства (непоказанные) для изменения вертикальных положений редукторов 23, 23а по отношению к дифферентующему закрылку 20.

На фиг.8 показан вид сверху варианта осуществления с фиг.7, а на фиг.9 - вид сзади того же варианта осуществления, из которых можно видеть, что каждая из двух боковых крыльевых частей 2b, 2с отклонена кверху на угол Δ по отношению к обратной стороне 36 центральной части 1а корпуса. Обычно угол А следует выбирать в пределах от 2 до 10°. Это обеспечит требуемый размах в точке скорости подъема от воды и в точке расчетной скорости, а также обеспечит условия плавного входа корпуса во время маневра поворота.

На фиг.10 показан изометрический вид обратной стороны варианта осуществления корпуса с фиг.6, из которого должны быть очевидными теоретический чертеж корпуса и отсутствие создающих сопротивление выступающих частей.

Следует отметить, что ширина корпуса в вышеописанном варианте осуществления из фиг.5 обычно больше, чем ширина корпусов из известного уровня техники, и позволяет достигать более высоких отношений размеров для корпуса настоящего изобретения и, кроме того, позволяет повысить число Фруда, а также получать лучшие отношения подъемной силы к лобовому сопротивлению. Широкий корпус также способствует созданию благоприятных условий входа при маневрах поворота. Обычно отношение длины корпуса к ширине корпуса в соответствии с изобретением находится в пределах от 1,75 для небольшого прогулочного катера вплоть до 3,0 или более для крупных кораблей.

Следует учесть, что в корпусах согласно изобретению, описанных выше, конфигурация корпуса выбрана такой, что подъемная сила и лобовое сопротивление, по существу, не зависят от курса ε судна, т.е. от угла между действительным курсом и продольной осью симметрии судна, показанного на фиг.8. В действительности, при небольших углах курса (составляющих несколько градусов) делается несущественным любое значительное изменение продольного сечения корпуса. Это обусловлено, главным образом, закругленной и тупой формой носовой части корпуса, который спроектирован так, что сечение через корпус в любой точке весьма сходно с продольным сечением корпуса. Результат заключается в достижении плавного входа без создания отрицательных значений коэффициента давления при всех значениях курса носовой части судна. Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что при повороте скорость не будет потеряна.

Вариант осуществления корпуса, показанного на чертежах, предназначен, как правило, для небольшого глиссирующего прогулочного катера, снабженного электроприводом, хотя корпус изобретения также можно применить для судов других типов. В тех случаях, когда необходимо большее водоизмещение для оборудования жилых помещений или для перевозки грузов, с верхней частью корпуса, показанного на чертежах, можно объединить скуловой корпус; например, на фиг.11 схематично показан такой корпус 40, имеющий нижнюю корпусную часть 41 и скуловой корпус 42, объединенный с ней. Чтобы обеспечить возможность уменьшения ширины или длины корпуса для удовлетворения требованиям при причаливании, требованиям РАNAМАХ (касающимся разрешенной ширины при движении по Панамскому каналу) и т.д., можно также использовать корпуса со складывающимися крыльями 1b, 1с, или дифферентующими закрылками, или со складывающимися надставками кормы. Корпус из фиг.11 имеет пару таких складывающихся крыльев 43b, 43с и надставку 46 кормы. На фиг.12 показано судно с опущенными в положения 44b, 44с крыльями. Когда это необходимо для уменьшения ширины и/или длины корпуса, каждое крыло можно поднять до положения 45b, 45с складывания.

Кроме того, следует учесть, что, хотя корпус согласно изобретению спроектирован так, что его центр тяжести С_g и центр гидродинамической подъемной силы С_р расположены, по существу, на одной линии по вертикали как при скорости подъема от воды, так и при расчетной скорости, при практической эксплуатации судна с использованием корпуса небольшие отклонения от расположения С_g и С_р на одной линии по вертикали являются допустимыми, а в некоторых случаях могут быть неизбежными. Например, хотя часть переменной нагрузки (например, топливные баки) корпуса может быть размещена вблизи центра тяжести, остальная часть переменной нагрузки может быть расположена в другом месте, а это означает, что при практическом использовании корпуса точное положение центра тяжести будет часто меняться, по меньшей мере, в некоторых пределах. В общем случае хорду дифферентующего закрылка, хорду корпуса и ориентацию корпуса (угол дифферента) можно изменять таким образом, чтобы оптимизировать отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению при соблюдении критерия устойчивости (для этой цели можно предусмотреть “интеллектуальный” контроллер).

В качестве примера допустимого изменения положения центра тяжести С_g по отношению к С_р для небольшого прогулочного катера заявитель предлагает изменение положения С_g по отношению к С_р (по горизонтали) вплоть до примерно 3% длины катера (при скорости подъема от воды и при расчетной скорости), которое будет приводить к изменению ориентации корпуса (угла дифферента) только примерно на 0,3°.

Кроме того, должно быть понятно, что точное положение центра гидродинамической подъемной силы С_р по отношению к центру тяжести С_g будет, по меньшей мере, в некоторой степени, зависеть от моментов, обусловленных различными силами, включая силы тяги движителя, силы инерции, аэродинамическую подъемную силы и силы лобового сопротивления, одновременно воздействующие на судно. За исключением быстроходного катера или легкого катера, эксплуатируемого при очень больших углах атаки, аэродинамические моменты, действующие на судно, являются небольшими. Момент, обусловленный тягой, теоретически также довольно небольшой, а инерционные моменты довольно малы, исключая случай быстрого ускорения легкого катера. Тем не менее, если это необходимо, в большинстве случаев перемещение центра давления можно учесть путем небольшого изменения ориентации корпуса (а именно, угла дифферента) с тем, чтобы видоизменить форму несущей поверхности и, следовательно, положение центра гидродинамической подъемной силы С_р. В случае, когда предусмотрен интеллектуальный контроллер, регулировку можно осуществлять путем изменения положения дифферентующего закрылка, чтобы изменять коэффициент подъемной силы и смещать центр гидродинамической подъемной силы С_р. В качестве варианта регулировку можно производить путем сочетания этих двух способов.

Аналогично, можно сделать поправку на изменение положения центра тяжести при расчетной скорости либо путем допущения небольшого дифферента судна на нос для перемещения центра гидродинамической подъемной силы С_р, либо путем допущения дифферента судна на корму для перемещения центра подъемной силы по направлению к корме. В качестве варианта хорду дифферентующего закрылка можно немного уменьшить, в результате чего снизится коэффициент подъемной силы и переместится центр подъемной силы вперед, или увеличить хорду дифферентующего закрылка, и это вызовет перемещение центра подъемной силы по направлению к корме.

Для любого конкретного судна центр подъемной силы при скоростях ниже расчетной скорости можно изменить путем увеличения или уменьшения хорды дифферентующего закрылка на переднем конце выреза 5 в задней части судна. При увеличении хорды дифферентующего закрылка повышается подъемная сила, так что при увеличении хорды дифферентующего закрылка для центральной части 1а и уменьшении ее для крыльев большая подъемная сила будет создаваться передней центральной частью и меньшая будет создаваться крыльевыми частями 2b, 2с, которые расположены дальше по направлению к корме. Эффект будет заключаться в перемещении центра подъемной силы вперед (или в дифференте судна на корму). Увеличение хорды дифферентующего закрылка для крыльевых частей и уменьшение хорды дифферентующего закрылка для центральной части корпуса будет создавать противоположный эффект.

Claims

1. Корпус (1) судна, в котором центр его тяжести (Cg), по существу, находится на одной линии по вертикали с центром гидродинамической подъемной силы (Ср) несущей поверхности корпуса как при скорости подъема от воды, так и при расчетной скорости хода, отличающийся тем, что корпус (1) выполнен дельтаобразным в плане и содержащим центральную часть (1а) и две боковые крыльевые части (1b, 1с), при этом каждая из боковых крыльевых частей (1b, 1с) вытянута вбок и назад от центральной части (1а) для образования открытого участка (5), прилегающего к транцу (3) центральной части корпуса, при этом отношение (S

\binom{2}{1}

/A₁) размеров корпуса (1) по действующей ватерлинии при расчетной скорости находится в пределах от 2,5 до 5,0, где A₁ - площадь действующей ватерлинии корпуса при невозмущенной воде, a S₁ - ее размах.

2. Корпус по п.1, отличающийся тем, что центр его тяжести (Cg) находится на одной линии по вертикали с центром гидродинамической подъемной силы (Ср) несущей поверхности корпуса при всех скоростях корпуса между скоростью подъема от воды и расчетной скоростью и выше.

3. Корпус по п.1, отличающийся тем, что центр его тяжести (Cg) находится на одной линии по вертикали с центром гидродинамической подъемной силы (Ср) несущей поверхности корпуса при скоростях корпуса ниже скорости подъема от воды.

4. Корпус по п.1 или 2, отличающийся тем, что отношение (S

\binom{2}{2}

/A₂) размеров корпуса (1) по действующей ватерлинии при скорости подъема от воды находится в пределах 1,5 - 2,5, где A₂ - площадь несущей поверхности, a S₂ - ее размах.

5. Корпус по п.1 или 2, отличающийся тем, что входящая кромка (28) смоченной поверхности корпуса (1) при расчетной скорости расположена поперек направления перемещения корпуса вперед на протяжении по крайней мере части (12) его длины, в результате чего пелена (26) брызг, которая может создаваться корпусом при его использовании, распространяется вперед, так что судно скользит по пелене брызг.

6. Корпус по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что корпус (1) дополнительно включает в себя крышку для закрытия участка (5).

7. Корпус по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он снабжен двумя движителями (22, 22а), прикрепленными к транцу (3) центральной части корпуса.

8. Корпус по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что дополнительно содержит круто падающую вниз заднюю срезанную часть.

9. Корпус по п.8, отличающийся тем, что упомянутая задняя срезанная часть выполнена за одно целое с корпусом.

10. Корпус по п.8, отличающийся тем, что упомянутая задняя срезанная часть выполнена в виде дифферентующего закрылка (20), прикрепленного к заднему концу корпуса и выступающего вниз под углом к свободной поверхности (2) воды, большим чем 45°.

11. Корпус по п.10, отличающийся тем, что закрылок (20) выступает вниз от корпуса под углом, равным 90°.

12. Корпус по п.10 или 11, отличающийся тем, что закрылок (20) проходит по всей ширине транца центральной части корпуса и по всей длине внутренних (6b, 6с) и задних (7b, 7с) срезов каждой из боковых крыльевых частей (1b, 1с), образующих открытый участок (5) в средней части корпуса (1).

13. Корпус по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что его центральная часть (1а) имеет носовую часть (1d), которая содержит переднюю поверхность, проходящую назад и вниз от носа корпуса по направлению к задней концевой части центральной части корпуса и выпуклую в продольном сечении так, что при использовании корпуса угол указанной передней поверхности по отношению к поверхности воды постепенно уменьшается вдоль длины указанной носовой части по направлению к указанной задней концевой части корпуса.

14. Корпус по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждая боковая крыльевая часть (1b, 1с) выполнена выпуклой в поперечном сечении, так что угол днищевой стороны (50b, 50с) каждой боковой крыльевой части по отношению к поверхности воды постепенно уменьшается от законцовки (10b, 10с) крыльевой части вдоль поперечной протяженности крыльевой части по направлению к центральной части (1а) корпуса (1).

15. Корпус по п.14, отличающийся тем, что каждая крыльевая часть (1b, 1с) также выполнена выпуклой в продольном направлении.

16. Корпус по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждая боковая крыльевая часть (1b, 1с) имеет часть днищевой стороны, которая наклонена к днищевой стороне (36) центральной части (1a) корпуса под углом Δ, который находится в пределах 2 - 10°.

17. Корпус по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что дополнительно содержит киль (50), проходящий вниз от днищевой поверхности корпуса, причем киль выполнен и размещен так, что центр бокового сопротивления киля (50) находится на одной линии по вертикали с центром тяжести (Cg) корпуса.

18. Корпус по п.17, отличающийся тем, что указанный киль выполнен втягиваемым.

19. Судно, содержащее корпус (1) по любому из предшествующих пунктов.