RU2488510C2

RU2488510C2 - High-speed vessel

Info

Publication number: RU2488510C2
Application number: RU2011135343/11A
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Аносов; Татьяна Александровна Дьякова; Олег Александрович Зайцев; Сергей Олегович Рождественский
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2013-07-27
Also published as: RU2011135343A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to ship building, particularly, to high-speed planning foil vessel. Proposed vessel has hard-chine lines, at least, one transverse step and shaped foil mounted astern. Vessel stern has after overhang while foil is arranged there behind or above it. Note here that distance from foil chord center to vessel transom makes, at least, 0.3 of the distance between vessel transom and center of gravity of vessel length. Said foil is fitted at one or two props to very foil angle of attack relative to vessel base plane.

EFFECT: higher directional stability.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, в частности к быстроходным глиссирующим судам, и касается вопроса обеспечения продольной устойчивости движения быстроходных остроскулых глиссирующих судов.The invention relates to shipbuilding, in particular to high-speed planing vessels, and relates to the issue of ensuring longitudinal stability of motion of high-speed sharp-gliding planing vessels.

Известны быстроходные суда, имеющие остроскулые обводы, килеватое днище и транцевую корму (см. книгу И.Т.Егорова, М.М. Бунькова, Ю.М. Садовникова «Ходкость и мореходность глиссирующих судов», изд-во «Судостроение», Ленинград, 1978 г.). Недостатком этих судов является то, что при движении на тихой воде возможна потеря продольной устойчивости движения, которая характеризуется интенсивными совместными колебаниями судна по дифференту и всплытию (т.н. «дельфинирование»). Такие колебания недопустимы по условиям обитаемости и опасны для живучести судна.Known high-speed vessels with sharp-edged contours, keeled bottom and transom stern (see the book of I.T. Egorov, M.M. Bunkov, Yu.M. Sadovnikov "Speed and seaworthiness of planing vessels", publishing house "Shipbuilding", Leningrad , 1978). The disadvantage of these vessels is that when moving in quiet water, a loss of longitudinal stability of movement is possible, which is characterized by intense joint oscillations of the vessel along the trim and ascent (the so-called "delphi"). Such fluctuations are unacceptable in terms of habitability and are dangerous to the survivability of the vessel.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является глиссирующее судно, конструкция которого приведена в работе "The Dynaplane Design for Planing Motorboats", опубликованной в трудах конференции Fast 2007, Shanghai, China September 2007, стр.214-220 - (прототип). Данное судно имеет остроскулые обводы, транцевую корму, реданированное днище. В корме на двух вертикальных стойках установлено подводное V-образное крыло. Крыло разгружает вес судна и обеспечивает в зависимости от скорости хода регулировку ходового дифферента судна, обеспечивая оптимальное его значение. Установка крыла в корме судна способствует также стабилизации продольного движения за счет действия позиционных и демпфирующих сил, возникающих на крыле при колебаниях судна по дифференту и всплытию.Closest to the claimed technical solution is a planing vessel, the design of which is given in the work of "The Dynaplane Design for Planing Motorboats", published in the proceedings of the conference Fast 2007, Shanghai, China September 2007, pp. 214-220 - (prototype). This vessel has sharp-edged contours, transom stern, redaned bottom. In the stern on two vertical racks installed underwater V-shaped wing. The wing unloads the weight of the vessel and provides, depending on the speed of the course, the adjustment of the running trim of the vessel, ensuring its optimal value. The installation of the wing in the stern of the vessel also helps to stabilize the longitudinal movement due to the action of positional and damping forces arising on the wing when the vessel oscillates along the trim and ascent.

Однако недостатком данного судна является малое плечо позиционных и демпфирующих сил (расстояние между крылом и центром тяжести судна по длине), что требует использования крыла большой площади для обеспечения эффективного гашения килевых и вертикальных колебаний судна. Это в свою очередь приводит к увеличению веса конструкции крыла и росту сопротивления движению судна.However, the disadvantage of this vessel is the small shoulder positional and damping forces (the distance between the wing and the center of gravity of the vessel in length), which requires the use of a large wing to ensure effective damping of keel and vertical vibrations of the vessel. This in turn leads to an increase in the weight of the wing structure and an increase in resistance to the movement of the vessel.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи по повышению продольной устойчивости движения быстроходного остроскулого глиссирующего судна при высоких относительных скоростях хода (число Фруда по водоизмещению Fn_∇>4,0).The present invention is aimed at solving the problem of increasing the longitudinal stability of motion of a high-speed sharp-winged planing vessel at high relative speed (Froude displacement Fn _∇ > 4.0).

Технический результат достигается тем, что у быстроходного судна, имеющего остроскулые обводы, по меньшей мере один поперечный редан и профилированное подводное крыло, кормовая часть выполнена с кормовым свесом, а подводное крыло расположено за кормовым свесом или под ним так, что расстояние от середины хорды подводного крыла до транца судна составляет не менее 0,3 расстояния между транцем судна и центром тяжести по его длине. При этом подводное крыло размещено на одной или двух стойках и установлено с возможностью фиксированного изменения его установочного угла атаки относительно основной плоскости (ОП) судна.The technical result is achieved by the fact that in a high-speed vessel having sharp-edged contours, at least one transverse redan and a profiled hydrofoil, the stern is made with a stern overhang, and the underwater wing is located behind the stern overhang so that the distance from the middle of the underwater chord the wing to the transom of the vessel is not less than 0.3 distance between the transom of the vessel and the center of gravity along its length. In this case, the hydrofoil is placed on one or two racks and installed with the possibility of a fixed change in its installation angle of attack relative to the main plane (OP) of the vessel.

Кроме того, стойки подводного крыла выполнены с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной диаметральной плоскости судна, для изменения установочного угла атаки крыла.In addition, the racks of the hydrofoil are made with the possibility of rotation around an axis perpendicular to the diametrical plane of the vessel to change the installation angle of attack of the wing.

Выполнение кормовой части судна со свесом и установка крыла за кормовым свесом или под ним позволяет увеличить плечо позиционных и демпфирующих сил на крыле, вследствие чего обеспечивается устойчивое движение судна при малой площади подводного крыла.The implementation of the stern of the vessel with an overhang and the installation of the wing behind the aft overhang or below it allows you to increase the shoulder positional and damping forces on the wing, which ensures stable movement of the vessel with a small area of the hydrofoil.

Преимущество установки стабилизирующего крыла, которое крепится к кормовому свесу быстроходного судна, заключается в том, что эффективная стабилизация движения судна достигается с помощью несложного конструктивного мероприятия при малой площади крыла.The advantage of installing a stabilizing wing, which is attached to the aft overhang of a high-speed vessel, is that effective stabilization of the vessel's movement is achieved using a simple design measure with a small wing area.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид быстроходного судна, на фиг.2 приведены результаты модельных испытаний предлагаемого быстроходного глиссирующего судна в опытовом бассейне при килевой качке судна и на фиг.3 - при вертикальной качке судна.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of a high-speed vessel, figure 2 shows the results of model tests of the proposed high-speed planing vessel in the experimental pool with keel pitching of the vessel and figure 3 - with vertical pitching of the vessel.

Быстроходное глиссирующее судно имеет корпус с остроскулыми обводами 1, по меньшей мере один поперечный редан 2, транец судна 3. Кормовая часть судна выполнена с кормовым свесом 4. В пределах кормового свеса 4 или за ним установлено подводное крыло 5 на расстоянии «а» (расстояние между серединой хорды крыла 5 и транцем судна 3), составляющем не менее 0,3 расстояния между транцем судна 3 и центром тяжести по его длине X_G. Подводное крыло 5 закреплено на поворотных стойках 6 и выполнено с возможностью фиксированного изменения его угла атаки.The high-speed planing vessel has a hull with sharp-edged contours 1, at least one transverse redan 2, transom of the vessel 3. The aft part of the vessel is made with a stern overhang 4. Within the stern overhang 4 or behind it there is an underwater wing 5 at a distance “a” (distance between the middle of the chord of wing 5 and the transom of the vessel 3), which is not less than 0.3 distance between the transom of the vessel 3 and the center of gravity along its length X _G. The underwater wing 5 is mounted on the rotary racks 6 and is made with the possibility of a fixed change in its angle of attack.

Эффект стабилизации движения предлагаемого глиссирующего судна на высоких скоростях реализуется следующим образом.The effect of stabilizing the movement of the proposed planing vessel at high speeds is implemented as follows.

При потере продольной устойчивости движения судно начинает совершать колебания по дифференту, что приводит к появлению знакопеременных вертикальных сил, действующих на корпус и являющихся причиной возникновения вертикальной качки судна. Подводное крыло 5, установленное на кормовом свесе 4, совершает вертикальные и угловые колебания вместе с судном, вследствие чего на нем возникают демпфирующие и позиционные силы, которые приводят к появлению дополнительных моментов, действующих на судно. Демпфирующие силы и моменты, возникающие на кормовом подводном крыле 5, пропорциональны вертикальной составляющей скорости крыла, которая возникает вследствие килевой и вертикальной качки судна.With the loss of longitudinal stability of movement, the vessel begins to oscillate along the trim, which leads to the appearance of alternating vertical forces acting on the hull and causing the ship to roll. The hydrofoil 5, mounted on the aft overhang 4, performs vertical and angular oscillations together with the vessel, as a result of which damping and positional forces arise on it, which lead to the appearance of additional moments acting on the vessel. The damping forces and moments that occur on the aft hydrofoil 5 are proportional to the vertical component of the wing velocity, which occurs due to keel and vertical pitching of the vessel.

Поскольку вертикальные перемещения и составляющая скорости крыла из-за килевой и вертикальной качки судна находятся в противофазе, то величина демпфирующих сил и моментов, действующих на судно, недостаточна для эффективной стабилизации его движения.Since the vertical movements and the component of the wing velocity due to the keel and the pitching of the vessel are in antiphase, the magnitude of the damping forces and moments acting on the vessel is insufficient to effectively stabilize its movement.

Позиционные силы, возникающие на кормовом подводном крыле, оказывают на судно двойное воздействие. При увеличении угла дифферента судна на угол ΔΨ вследствие килевой качки угол атаки кормового подводного крыла увеличивается на такую же величину. Поэтому на нем возникает дополнительная вертикальная сила, равная:The positional forces arising on the stern hydrofoil have a double effect on the ship. When the angle of the trim of the vessel increases by the angle ΔΨ due to pitching, the angle of attack of the aft hydrofoil increases by the same amount. Therefore, an additional vertical force arises on it, equal to:

$Δ R_{z} = \frac{d C_{y}}{d α} \cdot Δ ψ \cdot \frac{ρ V^{2}}{2} \cdot S$

Δ R_{z} = \frac{d C_{y}}{d α} \cdot Δ ψ \cdot \frac{ρ V^{2}}{2} \cdot S

где $\frac{d C_{y}}{d α}$

- производная подъемной силы подводного крыла по углу атаки;Where

\frac{d C_{y}}{d α}

- derivative of the lifting force of the hydrofoil in terms of angle of attack;

S - площадь подводного крыла;S is the area of the hydrofoil;

ρ - плотность воды;ρ is the density of water;

V - скорость движения судна.V is the speed of the vessel.

Указанная сила имеет тот же знак, что и дополнительная вертикальная сила на корпусе судна, поэтому последняя способствует увеличению вертикальной качки судна.The indicated force has the same sign as the additional vertical force on the hull of the vessel, so the latter contributes to an increase in the vertical roll of the vessel.

В то же время дополнительная вертикальная сила на подводном крыле приводит к появлению дополнительного дифферентующего момента относительно центра тяжести судна:At the same time, additional vertical force on the hydrofoil leads to the appearance of an additional trim moment relative to the center of gravity of the vessel:

ΔM_y=ΔR_z·(X_G+a),ΔM _y = ΔR _z · (X _G + a ),

который препятствует возрастанию угла дифферента, т.к. дифферентующий момент подводного крыла относительно центра тяжести судна и возмущающий дифферентующий момент, возникающий на корпусе судна, по знаку всегда противоположны.which prevents the increase of the trim angle, because the trim moment of the hydrofoil relative to the center of gravity of the ship and the disturbing trim moment arising on the hull of the ship are always opposite in sign.

В предлагаемом техническом решении эффективная стабилизация судна достигается благодаря увеличению плеча (X_G+a) позиционной вертикальной силы на подводном крыле ΔR_z за счет установки крыла 5 на кормовом свесе, что позволяет обеспечить стабилизирующий дифферентующий момент ΔM_y при меньшей вертикальной силе и соответственно меньшей площади крыла.In the proposed technical solution, effective stabilization of the vessel is achieved by increasing the shoulder (X _G + a ) positional vertical force on the hydrofoil ΔR _z due to the installation of wing 5 on the aft overhang, which allows for stabilizing differentiating moment ΔM _y with a smaller vertical force and correspondingly smaller area wings.

Эффект стабилизации движения быстроходного глиссирующего судна с использованием подводного крыла 5, установленного предложенным образом на модели остроскулого судна, был подтвержден экспериментально при буксировочных испытаниях модели судна в скоростном опытовом бассейне в диапазоне относительных скоростей Fn_∇=4,0÷5,5 при a=0,7. Эффект использования подводного крыла 5 показан на графике фиг.2 при килевой качке модели судна (колебания по дифференту уменьшаются ≈ на 75÷90% в зависимости от угла атаки крыла) и на графике фиг.3 при вертикальной качке модели судна (колебания по всплытию уменьшаются на ≈80÷90%).The effect of stabilization of the movement of a high-speed planing vessel using a hydrofoil 5, which was established by the proposed method on a model of a sharp-winged vessel, was confirmed experimentally by towing tests of a vessel model in a high-speed experimental pool in the range of relative speeds Fn _∇ = 4.0 ÷ 5.5 at a = 0 , 7. The effect of using a hydrofoil 5 is shown in the graph of Fig. 2 for keel rolling of the ship model (the trim fluctuations decrease ≈ 75 ÷ 90% depending on the angle of attack of the wing) and in the graph of Fig. 3 for vertical rolling of the ship model (vibrations in ascent decrease ≈80 ÷ 90%).

Предлагаемое быстроходное остроскулое глиссирующее судно обладает более эффективной стабилизацией продольного движения при высоких относительных скоростях хода (число Фруда по водоизмещению Fn_∇>4,0), что выгодно отличает его от прототипа.The proposed high-speed sharp-chipped planing vessel has a more effective stabilization of longitudinal movement at high relative speeds (Froude number of displacement Fn _∇ > 4.0), which distinguishes it from the prototype.

Claims

1. A high-speed vessel having sharp-edged contours, at least one transverse redan and a profiled hydrofoil installed in the aft, characterized in that the aft of the vessel is made with an overhang, and the underwater wing is located behind the aft overhang or below it so that the distance from the middle of the chord of the hydrofoil to the transom of the vessel is not less than 0.3 distance between the transom of the vessel and the center of gravity along its length, while the hydrofoil is placed on one or two racks and installed with the possibility of fixed Menenius its installation angle of attack relative to the main plane of the vessel.

2. The high-speed vessel according to claim 1, characterized in that the racks of the hydrofoil are rotatable around an axis perpendicular to the diametrical plane of the vessel to change the installation angle of attack of the wing.