RU2664137C1 - Плоскодонное судно и способ управления длиной по меньшей мере одной воздушной полости - Google Patents

Плоскодонное судно и способ управления длиной по меньшей мере одной воздушной полости Download PDF

Info

Publication number
RU2664137C1
RU2664137C1 RU2016123079A RU2016123079A RU2664137C1 RU 2664137 C1 RU2664137 C1 RU 2664137C1 RU 2016123079 A RU2016123079 A RU 2016123079A RU 2016123079 A RU2016123079 A RU 2016123079A RU 2664137 C1 RU2664137 C1 RU 2664137C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vessel
air
flat
turbulator
turbulators
Prior art date
Application number
RU2016123079A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016123079A (ru
Inventor
Джерри УЭСТЕРУИЛЛ
ТЕРВИСГА Томас Ян Корнелис ВАН
Олександр ЗВЕРХОВСКИЙ
Original Assignee
Технише Униферзитайт Дельфт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Технише Униферзитайт Дельфт filed Critical Технише Униферзитайт Дельфт
Publication of RU2016123079A publication Critical patent/RU2016123079A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2664137C1 publication Critical patent/RU2664137C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B1/34—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction
    • B63B1/38—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction using air bubbles or air layers gas filled volumes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B3/00—Hulls characterised by their structure or component parts
    • B63B3/14—Hull parts
    • B63B3/38—Keels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/28—Barges or lighters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B1/34—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction
    • B63B1/38—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction using air bubbles or air layers gas filled volumes
    • B63B2001/387—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction using air bubbles or air layers gas filled volumes using means for producing a film of air or air bubbles over at least a significant portion of the hull surface
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Food Preservation Except Freezing, Refrigeration, And Drying (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
  • Warehouses Or Storage Devices (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Farming Of Fish And Shellfish (AREA)
  • Cookers (AREA)
  • Toys (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)
  • Table Devices Or Equipment (AREA)
  • Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Fittings On The Vehicle Exterior For Carrying Loads, And Devices For Holding Or Mounting Articles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области судостроения, в частности к плоскодонному судну (1) для транспортировки людей или грузов, содержащему систему уменьшения гидродинамического сопротивления, прикрепленную к днищу (2) судна. Система уменьшения гидродинамического сопротивления содержит два или более турбулятора (3), проходящих перпендикулярно продольному направлению судна, для формирования области с турбулентным потоком ниже по потоку от турбуляторов у днища судна при перемещении судна и для каждого турбулятора воздушный инжектор (6), служащий для подачи воздуха на турбуляторе или рядом с ним. Система уменьшения гидродинамического сопротивления также содержит киль (4), прилегающий к обоим концам турбуляторов (3). Днище судна является плоским, без полостей, а турбуляторы представляют собой ребра, плотно прикрепленные к днищу судна между килями, при этом турбуляторы выступают на расстояние 2,5-25 мм от днища судна и кили (4) выступают от днища (2) судна (1) по существу на одинаковую высоту, находящуюся в диапазоне от 0,05 до 0,30 м. Изобретение позволяет повысить эффективность системы уменьшения гидродинамического сопротивления и, соответственно, улучшить эксплуатационные характеристики плоскодонного судна. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к плоскодонному судну, в частности, к уменьшению гидродинамического сопротивления для плоскодонного судна.
Настоящее изобретение также относится к способу управления длиной по меньшей мере одной воздушной полости под днищем плоскодонного судна.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Плоскодонное судно представляет собой плоскодонное плавучее средство, предназначенное, например, для транспортировки тяжелых грузов или людей по рекам или каналам. Некоторые суда не являются самоходными, и их требуется тянуть или толкать буксирами. Вследствие значительной длины таких судов, существует протяженная контактная поверхность между днищем судна и водой, в которой расположено судно, в результате чего возникает значительное гидродинамическое сопротивление в процессе перемещения судна по воде.
Известны способы оснащения таких плоскодонных судов системой уменьшения гидродинамического сопротивления, например, с использованием воздушных пузырей, что позволяет снизить уровень гидродинамического сопротивления.
Специалисты в этой области техники в настоящее время ощущают необходимость повышения эффективности подобного рода плоскодонных судов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В рамках данного изобретения предлагается усовершенствованное плоскодонное судно для транспортировки людей или грузов.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, предлагается плоскодонное судно, предназначенное для транспортировки людей или грузов и содержащее систему уменьшения гидродинамического сопротивления, прикрепленную к днищу судна. Система уменьшения гидродинамического сопротивления содержит два или более турбулятора, проходящих перпендикулярно продольному направлению судна для формирования области с турбулентным потоком ниже по потоку от этих турбуляторов у днища судна при перемещении этого судна, и, для каждого турбулятора, воздушный инжектор, выполненный с возможностью подачи воздуха на турбуляторе или рядом с ним. Система уменьшения гидродинамического сопротивления также содержит киль, прилегающий к обоим боковым концам турбуляторов. Днище судна является плоским и не содержит полостей. Турбуляторы представляют собой ребра, плотно прикрепленные к днищу судна между килями и выступающие на расстояние 2,5-25 мм от днища судна.
Эффективность судна, реализованного в соответствии с настоящим изобретением, возрастает благодаря лишь небольшим изменениям, внесенным в конструкцию судна. К плоскодонному судну необходимо только плотно прикрепить кили и ребра, а также обеспечить подачу воздуха рядом с ребрами. Плотное прикрепление означает отсутствие зазора между ребрами и днищем судна. Приток воздуха создает воздушный пузырь под плоским днищем, который ограничен ребром и двумя килями. Эти границы на плоском днище формируются простым и экономным способом.
Ниже более подробно описываются примеры осуществления настоящего изобретения. Однако следует принимать во внимание, что эти варианты осуществления не следует толковать как ограничения настоящего изобретения.
Согласно варианту осуществления, три или более продольных киля разделяют днище судна на первую и вторую секции и, возможно, дополнительные секции. Устойчивость судна можно повысить путем разделения днища судна на первую и вторую секции. Поскольку имеются различные секции, воздушная полость или полости проходят в пределах небольшой части от всей ширины днища, вследствие чего уменьшается риск неожиданного перемещения воздуха от одной стороны днища к другой его стороне.
Согласно варианту осуществления, каждый турбулятор проходит по ширине плоскодонного судна, и оба конца турбулятора упираются в кили. Преимущество такого варианта осуществления состоит в том, что воздушные полости формируются равномерно по ширине судна, что повышает его устойчивость.
В соответствии с вариантом осуществления, турбуляторы, расположенные в первой секции, второй секции и, возможно, в дополнительных секциях, расположены по существу по одной прямой. Преимущество такого расположения турбуляторов по отношению друг к другу состоит в том, что воздушные полости в первой секции будут по существу равны воздушным полостям во второй секции.
Следует отметить, что если множество воздушных полостей формируется в первой секции, то во второй секции формируется множество полостей, длина и/или позиция которых по существу совпадает с длиной и/или позицией воздушных полостей в первой секции. Таким образом, сформированные воздушные полости не влияют или, по меньшей мере, незначительно влияют на устойчивость судна.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения ширина турбуляторов в продольном направлении судна находится в диапазоне 0,5-5 мм. Преимущество заключается в том, что турбуляторы могут быть реализованы с помощью элементов, которые действительно малы по сравнению с судном.
В соответствии с вариантом осуществления, судно в первой, второй или в дополнительных секциях снабжено более чем двумя турбуляторами на днище этого судна, которые разнесены на равные расстояния друг от друга в продольном направлении судна.
Согласно другому варианту осуществления, эти расстояния в продольном направлении судна могут быть различными.
В соответствии с вариантом осуществления, воздушные инжекторы образованы отверстиями в днище судна и/или по меньшей мере в одном из килей, при этом воздушные инжекторы соединены или выполнены с возможностью соединения с компрессорным устройством, служащим для нагнетания воздуха в воздушные инжекторы. Преимущество размещения воздушных инжекторов по меньшей мере на одном из килей состоит в том, что не требуется формировать дополнительные отверстия в обшивке судна, благодаря чему система уменьшения гидродинамического сопротивления проще крепится к судну и/или демонтируется.
Следует отметить, что воздушные каналы между отверстиями и компрессорным устройством также могут вставляться в кили. Кроме того, следует отметить, что для обеспечения достаточного количества воздуха достаточно только одного отверстия на турбулятор, чтобы сформировать воздушную полость по существу по всей длине турбулятора.
Согласно варианту осуществления, выход для выпуска воздуха находится выше по потоку рядом с турбулятором, при этом, предпочтительно, выход для выпуска воздуха имеется рядом с каждым турбулятором выше его по потоку. Преимущество такого варианта осуществления состоит в том, что длина воздушных полостей, сформированных за каждым турбулятором, может регулироваться путем выпуска воздуха через выход для выпуска воздуха. Таким образом, на каждом турбуляторе может образовываться воздушная полость, которая не разрушается другой воздушной полостью, созданной в предшествующем турбуляторе. Эффективность системы уменьшения гидродинамического сопротивления возрастает, если на днище судна формируется большее количество воздушных полостей, или большая поверхность днища судна покрыта воздушными полостями.
Согласно варианту осуществления выход(-ы) для выпуска воздуха способен/способны выпускать воздух по выбору. Если судно набрало определенную скорость, может возникнуть ситуация, в которой воздушная полость, сформированная первым турбулятором, распространяется на некоторое расстояние за пределы последующего турбулятора. Если воздушная полость непосредственно распространяется за пределы последующего турбулятора, то последующий турбулятор не создает воздушную полость, так что за последующим турбулятором не все расстояние между турбуляторами покрывается воздушной полостью. Если в такой ситуации открываются выходы для выпуска воздуха, длина воздушных полостей регулируется таким образом, чтобы воздушные полости более не распространялись за пределы последующих турбуляторов.
Если судно перемещается со значительно большей скоростью, чем в описанной выше ситуации, воздушная полость, сформированная в турбуляторе и распространяющаяся за пределы последующего турбулятора, может достигать следующего далее турбулятора, и одна воздушная полость формируется в пределах расстояния между двумя турбуляторами. Посредством такого управления длиной воздушных полостей можно увеличить эффективность системы уменьшения гидродинамического сопротивления.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, выше по потоку от по меньшей мере одного из турбуляторов устанавливается датчик для обнаружения по меньшей мере наличия воздушной полости. Таким образом, преимущества достигаются при наличии контроллера, управляющего воздушными инжекторами и/или выходом(-ами) для выпуска воздуха на основе обнаружения, выполненного датчиком. Согласно этому варианту осуществления, можно открывать или закрывать воздушные инжекторы и/или выходы для выпуска воздуха в зависимости от того, определено ли наличие воздушной полости выше по потоку от турбулятора.
Например, выше по потоку от каждого турбулятора может находиться датчик для определения наличия воздушной полости. Воздушная полость формируется в первом турбуляторе, так что наличие воздушной полости может определяться выше по потоку от второго турбулятора. Однако, если выше по потоку от третьего турбулятора не определяется наличие воздушной полости в результате того, что воздушная полость, сформированная первым турбулятором, нарушает формирование воздушной полости вторым турбулятором, выход для выпуска воздуха, расположенный около второго турбулятора выше его по потоку, может открываться для выпуска воздуха. Затем датчик, расположенный перед третьим турбулятором, может определить наличие воздушной полости, сформированной вторым турбулятором. Посредством управления длинами воздушных полостей можно повысить эффективность системы уменьшения гидродинамического сопротивления, что приводит к уменьшению гидродинамического сопротивления примерно на 10%.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, кили выступают от днища судна по существу на одинаковую высоту, и эта высота может находиться в диапазоне от 0,05 до 0,30 м.
В соответствии с другим аспектом, настоящее изобретение относится к способу управления длиной по меньшей мере одной воздушной полости на днище плоскодонного судна по любому из предшествующих вариантов осуществления, при этом способ включает:
перемещение судна с определенной скоростью;
подачу воздуха по меньшей мере на одном из турбуляторов или рядом с ним, и
определение скорости судна и глубины под днищем судна,
при этом, если судно движется со скоростью, значение которой находится в первом диапазоне, воздух подают на каждом из турбуляторов или рядом с ним, и воздух выпускают рядом с каждым из турбуляторов выше его по потоку, за исключением турбулятора, находящегося в крайнем переднем положении по ходу движения, а если судно движется со скоростью, значение которой находится во втором диапазоне, который лежит выше первого диапазона, воздух выпускают рядом с несмежными турбуляторами выше их по потоку.
Поскольку воздух не вводится в каждый инжектор, то требуется меньший объем воздуха для формирования воздушных полостей. Потребление меньшего объема воздуха позволяет достичь экономических преимуществ.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее аспекты настоящего изобретения более подробно объясняются со ссылкой на примеры его осуществления, проиллюстрированные на чертежах, на которых:
на фиг. 1 показан вид снизу для варианта осуществления судна в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2 показано поперечное сечение судна, изображенного на фиг. 1, по линии II-II;
на фиг. 3 показано поперечное сечение судна, изображенного на фиг. 1, по линии III-III;
на фиг. 4а-b в более крупном масштабе показана секция IV, изображенная на фиг. 3, для различных скоростей;
на фиг. 5а-b в более крупном масштабе показана секция IV, изображенная на фиг. 3, при перемещении в противоположных направлениях;
на фиг. 6а-d показано образование воздушной полости на днище судна;
на фиг. 7a-d показано судно, изображенное на фиг. 1, при различных скоростях;
на фиг. 8 показан альтернативный вариант осуществления секции IV, изображенной на фиг 3;
на фиг. 9 показан вариант осуществления, альтернативный показанному на фиг 8;
на фиг. 10а-с показаны варианты выполнения турбулятора;
на фиг. 11a-d показаны варианты выполнения киля; и
на фиг. 12 показаны два смежных судна, используемые в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Суда, такие как баржи, в основном используются для транспортировки по воде грузов, в частности - тяжелых грузов. Баржи в основном используются для транспортировки по рекам и/или каналам. Во время перемещения таких судов по воде на внешнюю обшивку судна действуют силы в направлении относительной скорости потока. Это называется гидродинамическим сопротивлением. Для уменьшения гидродинамического сопротивления между обшивкой днища судна и водой может формироваться воздушная полость. Уменьшение гидродинамического сопротивления может способствовать, например, экономии топлива или, возможно, увеличению скорости судна.
На фиг. 1, 2 и 3 показано днище 2 судна 1 в соответствии с настоящим изобретением. На днище 2 судна 1 установлено множество турбуляторов (элементов для обеспечения турбулентности) 3. Турбуляторы 3 разнесены по отношению друг к другу в продольном направлении судна 1. Таким образом, для образования воздушной полости 5 имеется достаточное пространство, доступное после каждого турбулятора. Как показано на фиг. 1 и фиг. 3, на котором F указывает направление потока воды, формируется ряд воздушных полостей, количество которых не обязательно должно соответствовать количеству турбуляторов 3 (см. фиг. 4). Количество турбуляторов 3 может превышать количество воздушных полостей, как объясняется ниже. Кроме того, турбуляторы 3 по существу проходят вдоль половины ширины судна и заканчиваются на каждой стороне в контакте с килем 4, как показано на фиг. 1.
Часть днища, под которой не формируется воздушная полость, может соприкасаться с водой. Такая часть называется "мокрая зона" и она показана на фиг. 1 и 3 позицией 9. Чем меньше площадь "мокрой зоны" на днище 2 судна 1, тем в большей степени уменьшается гидродинамическое сопротивление.
Кроме того, на днище 2 судна 1 установлены кили 4. Два киля 4 установлены по бокам днища 2, а третий киль 4 установлен между этими двумя килями 4. Кили 4 разделяют днище 2 судна 1 на две секции и, таким образом, повышают устойчивость судна 1, как показано на фиг. 2.
Каждая из двух секций снабжена турбуляторами 3, и турбуляторы 3, расположенные в первой секции, по существу параллельны турбуляторам 3, расположенным во второй секции. Это полезно для устойчивости судна 1.
Воздушные инжекторы (не показаны) установлены ниже по потоку от турбуляторов 3 для подачи воздуха в направлении F потока непосредственно за турбуляторами 3 так, чтобы могла образовываться воздушная полость 5, как объясняется ниже (см. фиг. 6).
На фиг. 4а в более крупном масштабе показана секция IV, изображенная на фиг. 3, для первой скорости и/или первой глубины воды. Воздушный инжектор 6 подает воздух в направлении F потока позади турбулятора 3. Воздушная полость 5 начинает формироваться после турбулятора 3 и под воздействием скорости V3 и глубины воды распространяется далее последующего турбулятора 3, как показано на фиг. 4а. Поскольку воздушная полость 5 распространяется далее последующего турбулятора 3, необходимость в подаче воздуха у этого турбулятора 3 отсутствует. Однако воздух может подаваться около последующего турбулятора 3 для обеспечения достаточного объема воздуха в сформированной воздушной полости 5 и/или для дальнейшего распространения воздушной полости 5.
Как было описано и показано, воздушная полость 5, сформированная у турбулятора 3, распространяется далее одного последующего турбулятора 3. Однако воздушная полость 5 может распространяться даже за пределы нескольких турбуляторов 3, и ее распространение зависит от скорости V3 и, в меньшей степени, от объема подаваемого воздуха.
На фиг. 4b в более крупном масштабе показана секция IV, изображенная на фиг. 3, для скорости V1 и некоторой глубины воды. Скорость V1 ниже скорости V3. Как показано на чертеже, воздушная полость 5 формируется ниже по потоку от каждого турбулятора 3. На скорости V1 воздушные полости распространяются на меньшее расстояние по сравнению с фиг. 4а и, таким образом, заканчиваются перед последующим турбулятором 3. Соответственно, на скорости V1 формируется большее количество воздушных полостей по сравнению с количеством воздушных полостей, формируемых на скорости V3. На обеих скоростях большая часть поверхности днища 2 судна 1 покрывается воздушными полостями 5, благодаря чему уменьшается гидродинамическое сопротивление.
На фиг. 5а и 5b показано, что система уменьшения гидродинамического сопротивления может использоваться как при первом направлении F потока, так и при втором, противоположном, направлении потока. Благодаря форме турбулятора 3, как будет показано ниже, система уменьшения гидродинамического сопротивления может уменьшать гидродинамическое сопротивление в обоих направлениях перемещения.
Для использования системы уменьшения гидродинамического сопротивления в двух различных направлениях перемещения, возможно, потребуется возможность подавать воздух с любой стороны от каждого турбулятора.
На фиг. 6а-d показан процесс образования воздушной полости 5 на днище 2 судна 1. На фиг. 6а показан пример ситуации, в которой судно 1 начинает перемещение или воздух еще не подается. Поскольку поток воды встречает на своем пути турбулятор 3, область 10 турбулентного потока формируется ниже по потоку относительно турбулятора 3 по всей длине турбулятора 3, заканчивающегося на килях 4 по обеим своим сторонам. Это обусловлено формой и размерами турбулятора 3, как описывается ниже со ссылкой на фиг. 10.
Последующий шаг, как показано на фиг. 6b, включает шаг подачи воздуха в область 10 турбулентного потока, которая образуется непосредственно после турбулятора 3. Из-за турбулентного потока подаваемый воздух распределяется по существу по всей области 10 турбулентного потока.
Вследствие перемещения судна 1 и сил, прикладываемых водой к воздуху, воздух перемещается ниже по потоку, как показано на фиг. 6с. По истечении определенного отрезка времени, зависящего, среди прочего, от скорости судна, что подразумевает скорость потока воды, скорости подачи воздуха и глубины под днищем судна, воздушная полость 5 формируется полностью и составляет половину длины гравитационной волны, как можно видеть на фиг. 6d.
На фиг. 7a-d показан процесс образования воздушных полостей на днище 2 судна 1 и влияние различных скоростей судна 1. Фиг. 7а относится к ситуации, описанной со ссылкой на фиг. 4b, а фиг. 7d относится к ситуации, описанной со ссылкой на фиг. 4b.
На скорости V2, значение которой находится между V3 и V1, может возникнуть ситуация, показанная на фиг. 7b. Вследствие такой скорости воздушная полость 5, сформированная у турбулятора 3, распространяется только за пределы последующего турбулятора 3, как показано с помощью части 11 воздушной полости 5. В результате формирование воздушной полости на последующем турбуляторе 3 нарушается предшествующей воздушной полостью 5, и, таким образом, воздушная полость не формируется на последующем турбуляторе 3, и образуется по меньшей мере одна большая "мокрая поверхность" 9. Если возникает такая ситуация, эффективность системы уменьшения гидродинамического сопротивления снижается.
Этой ситуации можно избежать, если выпускать воздух, как показано на фиг. 7с. Выше по потоку от каждого турбулятора 3 предусматривается выход для выпуска воздуха (не показан), предназначенный для выпуска воздуха воздушной полости 5, сформированной предшествующим турбулятором 3. В результате не допускается распространение воздушной полости 5 за пределы последующего турбулятора 3, и воздушная полость 5 формируется ниже по потоку от каждого турбулятора. Таким образом, эффективность системы уменьшения гидродинамического сопротивления повышается, и "мокрые поверхности" 9 сокращаются до минимума.
Оператор судна 1 может быть способен управлять выходом для выпуска воздуха, расположенным перед каждым турбулятором 3. Например, можно позволять выходить воздуху, если судно перемещается со скоростью, значение которой находится в первом диапазоне скоростей. В первый диапазон скоростей могут входить скорости, вызывающие ситуации, показанные на фиг. 7а-с. Если судно 1 перемещается со скоростью, значение которой находится во втором диапазоне скоростей, воздух более не выпускается, и может иметь место ситуация, показанная на фиг. 7d.
Таким образом, посредством управления длинами воздушных полостей 5 можно повысить эффективность системы уменьшения гидродинамического сопротивления. Благодаря управлению длинами воздушных полостей эти полости покрывают максимальную поверхность днища 2 судна 1.
На фиг. 8 альтернативный вариант осуществления секции IV, изображенной на фиг 3. В этом варианте осуществления имеется выход 12 для выпуска воздуха, как это описано со ссылкой на фиг. 7. Выход 12 для выпуска воздуха может быть приспособлен для выпуска воздуха непосредственно в окружающую среду или в воздушный инжектор 6, чтобы этот воздух можно было использовать повторно.
Следует отметить, что выход 12 для выпуска воздуха может формироваться с помощью отверстия в одном из килей 4 или в днище 2 судна 1. Выход 12 для выпуска воздуха может быть выполнен с возможностью закрытия или с возможностью управления посредством воздушного инжектора 6. Вход для подачи воздуха также может формироваться с помощью отверстия в одном из килей 4 или в днище 2 судна 1.
На фиг. 9 показан вариант осуществления, альтернативный показанному на фиг 8. В этом варианте осуществления предусмотрен датчик 7, расположенный выше по потоку рядом с турбулятором 3 и/или выше по потоку по отношению к выходу 12 для выпуска воздуха. Датчик 7 определяет наличие воздушной полости в позиции первого датчика 7' или второго датчика 7''. В том случае, если первый датчик 7' определяет воздушную полость 5, а второй датчик 7'' определяет отсутствие воздушной полости 5, это может указывать на то, что максимальная поверхность днища 2 покрыта воздушными полостями 5.
Если первый датчик 7' и второй датчик 7'' определяют, что воздушная полость 5 отсутствует, то может иметь место ситуация, описанная со ссылкой на фиг. 7b. Измерение(-я) может использоваться для управления выходом (выходами) 12 для выпуска воздуха с целью выпуска воздуха или закрытия выхода (выходов) 12 для выпуска воздуха. Измерение(-я) также может использоваться для управления воздушным инжектором 6 посредством контроллера (не показан) с целью регулировки объема подаваемого воздуха, чтобы выполнить необходимые действия в ситуации, описанной со ссылкой на фиг. 7а, 7с или 7d.
Следует отметить, что датчики 7' и 7'' могут представлять собой, например, оптический датчик, ультразвуковой датчик, емкостный датчик и тому подобное.
На фиг. 10а-с показаны различные возможные варианты выполнения турбулятора 3. На фиг. 10а показано, что турбулятор 3 содержит треугольный в поперечном сечении компонент в форме равнобедренного треугольника. На фиг. 10b показано, что турбулятор 3 содержит треугольный поперечном сечении компонент в форме прямоугольного треугольника. На фиг. 10с показано, что сторона турбулятора, обращенная в сторону, противоположную днищу судна, является по существу плоской. Согласно некоторым вариантам осуществления величина В меньше 5 мм, величина Н находится в диапазоне 2,5-25 мм, а углы а1 и а2 обеспечивают разделительный край с углом, меньшим 90 градусов.
Следует отметить, что согласно некоторым вариантам осуществления ширина турбулятора может быть меньше его высоты. В соответствии с другими вариантами осуществления соотношение между шириной и высотой турбулятора может составлять 1:1. В иных вариантах осуществления ширина турбулятора может достигать 30 мм или, возможно, 20 мм.
При описании вариантов осуществления указано, что концы турбулятора 3 упираются в кили 4. Согласно другим вариантам осуществления, между концом турбулятора 3 и килем 4 возможен зазор, который может быть меньше 0,2 м или, возможно, меньше 0,1 м.
На фиг. 11a-d показаны возможные варианты реализации килей 4. На фиг. 11а показано, что в качестве киля используется обычная пластина. Как показано стрелками на фиг. 11а, выход для выпуска воздуха и вход для подачи воздуха могут располагаться на днище 2 судна 1. На фиг. 11b-d показано, что в качестве киля 4 могут использоваться различные виды пустотелых конструкций. Кили могут снабжаться одним или более выходами для выпуска воздуха с целью управления длиной воздушной полости 5, как это было описано выше. То же относится к воздушным инжекторам.
Согласно показанным вариантам осуществления кили 4 выступают на некоторое расстояние от днища 2. Это расстояние может находиться в диапазоне от 0,05 до 0,30 или 0,40 м.
На фиг. 12 показаны две баржи 1, которые продвигаются толкающим буксиром 8. На днище каждой из барж 1 установлен ряд турбуляторов 3, при этом воздушный инжектор устанавливается ниже по потоку от каждого турбулятора 3. Кроме того, баржи снабжены килями 4, соединенными с боковыми концами турбуляторов 3, чтобы сформированная воздушная полость заключалась между турбулятором 3 и двумя килями 4.
Следует отметить, что чертежи выполнены схематично, на них необязательно соблюдается масштаб, а детали, которые не требуются для понимания сути настоящего изобретения, могут быть опущены. Термины "вверх", "вниз", "ниже", "выше" и т.п., относящиеся к вариантам осуществления, соответствуют ориентации, показанной на чертежах, если не указано иное. Кроме того, элементы, которые по меньшей мере по существу идентичны или выполняют по меньшей мере по существу идентичные функции помечены одинаковыми цифровыми ссылками.
Настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления, которые могут изменяться различным образом в пределах формулы изобретения. Например, возможно, что воздушные инжекторы подают воздух в каждую полость под различным давлением. Например, если судно перемещается под углом килевой качки, давление в первой полости отличается от давления в последней (то же относится к крену). В процессе работы могут использоваться различные комбинации активных воздушных инжекторов. Например, если образованы все полости, система может подавать воздух только выше по потоку от первого турбулятора.
Следует также отметить, что судно может представлять собой самоходную баржу или баржу, которой для передвижения требуется толкающий буксир. Кроме того, судно может представлять собой круизное судно.
Помимо этого, турбуляторы и/или кили могут прикрепляться к эластичному листу. Этот лист может быть прикреплен или выполнен с возможностью прикрепления к внешней обшивке судна. Кроме того, турбуляторы, расположенные близко к носу судна, могут быть разнесены на отличные от других турбуляторов расстояния, например на большее расстояние по сравнении с последующими турбуляторами, вследствие локальных изменений потока рядом с носом судна.
Турбулятор может представлять собой любой объект, создающий разделение потока. На практике таким объектом может быть угловой профиль, приваренный к днищу. Турбулятор также может формироваться с помощью сварного шва, выполненного на днище судна, или может создаваться на основе сварки с различными компонентами судна. В том случае, если турбулятор формируется с помощью сварного шва, сторона шва, находящаяся ниже по потоку, может быть обработана шлифовкой так, чтобы на этой стороне сформировался уступ. Кроме того, путем шлифовки можно сформировать канавку в шве так, чтобы образовался уступ.

Claims (22)

1. Плоскодонное судно (1) для транспортировки людей или грузов, содержащее систему уменьшения гидродинамического сопротивления, прикрепленную к днищу (2) судна (1),
при этом система уменьшения гидродинамического сопротивления содержит:
два или более турбулятора (3), проходящих перпендикулярно продольному направлению судна (1), для формирования области с турбулентным потоком ниже по потоку от этих турбуляторов (3) у днища (2) судна (1) при перемещении судна,
воздушный инжектор (6) для каждого турбулятора (3), предназначенный для подачи воздуха на турбуляторе (3) или рядом с ним, и
киль (4), прилегающий к обоим боковым концам турбуляторов (3),
причем днище (2) судна (1) является плоским, без полостей, а турбуляторы (3) представляют собой ребра, плотно прикрепленные к днищу (2) судна (1) между килями (4),
при этом турбуляторы (3) выступают на расстояние 2,5-25 мм от днища судна (1) и кили (4) выступают от днища (2) судна (1) по существу на одинаковую высоту, находящуюся в диапазоне от 0,05 до 0,30 м.
2. Плоскодонное судно (1) по п. 1, отличающееся тем, что днище (2) судна (1) имеет три или более продольных киля (4), разделяющих днище (2) судна (1) на первую и вторую секции и, возможно, дополнительные секции.
3. Плоскодонное судно (1) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что два или более турбулятора (3) проходят по ширине плоскодонного судна (1) и оба конца этих турбуляторов (3) упираются в кили (4).
4. Плоскодонное судно (1) по п. 3, отличающееся тем, что турбуляторы (3), расположенные в первой секции, второй секции и, возможно, в дополнительных секциях, расположены по существу по одной прямой.
5. Плоскодонное судно (1) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что ширина турбуляторов (3) в продольном направлении судна (1) находится в диапазоне 0,5-5 мм.
6. Плоскодонное судно (1) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что днище судна (1) в каждой из первой, второй или дополнительных секций снабжено более чем двумя турбуляторами (3), которые разнесены на равные расстояния друг от друга в продольном направлении судна (1).
7. Плоскодонное судно (1) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что воздушные инжекторы (6) установлены ниже по потоку после каждого турбулятора (3).
8. Плоскодонное судно (1) по п. 7, отличающееся тем, что воздушные инжекторы (6) образованы отверстиями в днище (2) судна (1) и/или по меньшей мере в одном из килей (4), при этом воздушные инжекторы (6) соединены или выполнены с возможностью соединения с компрессорным устройством, служащим для нагнетания воздуха в воздушные инжекторы (6).
9. Плоскодонное судно (1) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что рядом с турбулятором (3) выше его по потоку имеется выход (12) для выпуска воздуха, при этом, предпочтительно, выход (12) для выпуска воздуха имеется рядом с каждым турбулятором (3), за исключением турбулятора (3), находящегося в крайнем переднем положении по ходу движения.
10. Плоскодонное судно (1) по п. 9, отличающееся тем, что выход или выходы (12) для выпуска воздуха выполнены с возможностью выпуска воздуха по выбору.
11. Плоскодонное судно (1) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что выше по потоку от по меньшей мере одного из турбуляторов (3) имеется датчик (7) для обнаружения по меньшей мере наличия воздушной полости.
12. Плоскодонное судно (1) по п. 11, отличающееся тем, что оно снабжено контроллером для управления воздушными инжекторами (6) и/или выходом или выходами (12) для выпуска воздуха на основании обнаружения, выполненного датчиком (7).
13. Способ управления длиной по меньшей мере одной воздушной полости на днище (2) плоскодонного судна (1) по любому из предшествующих пунктов, при этом способ включает:
перемещение судна (1) с определенной скоростью;
подачу воздуха по меньшей мере на одном из турбуляторов (3) или рядом с ним, и
определение скорости судна (1) и глубины под днищем (2) судна (1), при этом если судно (1) движется со скоростью, значение которой находится в первом диапазоне, воздух подают на каждом из турбуляторов (3) или рядом с ним и воздух выпускают рядом с каждым из турбуляторов (3) выше его по потоку, за исключением турбулятора (3), находящегося в крайнем переднем положении по ходу движения, а если судно (1) движется со скоростью, значение которой находится во втором диапазоне, который лежит выше первого диапазона, воздух выпускают рядом с несмежными турбуляторами (3) выше их по потоку.
RU2016123079A 2013-11-26 2014-11-25 Плоскодонное судно и способ управления длиной по меньшей мере одной воздушной полости RU2664137C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL2011841A NL2011841C2 (en) 2013-11-26 2013-11-26 A flat-bottomed vessel and a method for controlling the length of at least one air cavity.
NL2011841 2013-11-26
PCT/NL2014/050802 WO2015080574A1 (en) 2013-11-26 2014-11-25 A flat-bottomed vessel and a method for controlling the length of at least one air cavity

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016123079A RU2016123079A (ru) 2017-12-29
RU2664137C1 true RU2664137C1 (ru) 2018-08-15

Family

ID=50156850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016123079A RU2664137C1 (ru) 2013-11-26 2014-11-25 Плоскодонное судно и способ управления длиной по меньшей мере одной воздушной полости

Country Status (22)

Country Link
US (1) US9849935B2 (ru)
EP (1) EP3074304B1 (ru)
JP (1) JP6521970B2 (ru)
KR (1) KR102251185B1 (ru)
CN (1) CN105916764B (ru)
AR (1) AR098529A1 (ru)
AU (1) AU2014354357B2 (ru)
BR (1) BR112016011805B1 (ru)
CA (1) CA2931873C (ru)
CL (1) CL2016001269A1 (ru)
DK (1) DK3074304T3 (ru)
HR (1) HRP20190796T1 (ru)
NL (1) NL2011841C2 (ru)
PH (1) PH12016500994B1 (ru)
PL (1) PL3074304T3 (ru)
PT (1) PT3074304T (ru)
RS (1) RS58722B1 (ru)
RU (1) RU2664137C1 (ru)
TR (1) TR201906321T4 (ru)
TW (1) TWI647147B (ru)
UA (1) UA121964C2 (ru)
WO (1) WO2015080574A1 (ru)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106005242A (zh) * 2016-05-27 2016-10-12 武汉理工大学 一种空气润滑船
US10953960B1 (en) * 2018-01-22 2021-03-23 Robert John Sharp Self-propelled emissions control servicing watercraft
US12071205B2 (en) * 2018-01-22 2024-08-27 Robert John Sharp Emissions control watercraft
RU2682125C1 (ru) * 2018-05-07 2019-03-14 Владимир Анатольевич Фролов Водоизмещающее судно с устройством образования воздушных каверн на днище
RU2682373C1 (ru) * 2018-05-07 2019-03-19 Владимир Анатольевич Фролов Способ создания прослойки воздуха под днищем судна
CN108951550A (zh) * 2018-08-07 2018-12-07 霍山别他山电子商务有限公司 一种漂流旅游水流湍急处安全装置
CN111959676A (zh) * 2020-08-21 2020-11-20 中国船舶科学研究中心 一种船舶气层减阻气层监测方法
CN113682417A (zh) * 2021-09-16 2021-11-23 北京丰润铭科贸有限责任公司 一种三龙骨式新型船舶结构
CN115848555B (zh) * 2022-12-14 2024-03-01 中船(上海)节能技术有限公司 船底喷气稳定组件以及船舶

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU288576A1 (ru) * А. А. Бутузов УСТРОЙСТВО дл СОЗДАНИЯ ВОЗДУШНОЙ СМАЗКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ПЛОСКОГО ДНИЩА СУДНА
US3595191A (en) * 1968-10-11 1971-07-27 John Wakelam Grundy Ships and boats
US3659542A (en) * 1969-08-14 1972-05-02 Vitaly Ivanovich Petrov Air-cushion maritime craft
SU1145587A1 (ru) * 1983-09-29 1994-04-30 А.А. Бутузов Судно с воздушной прослойкой под днищем
FR2946614A1 (fr) * 2009-06-10 2010-12-17 Olivier Colas Dispositif pour la reduction des forces de frottement entre une surface immergee d'une embarcation et l'eau.
RU2461489C2 (ru) * 2010-09-15 2012-09-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Водоизмещающее судно с воздушными кавернами на днище
RU2488511C2 (ru) * 2011-10-11 2013-07-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Водоизмещающее судно с воздушными кавернами

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3788263A (en) * 1971-06-28 1974-01-29 Shell Oil Co Integrated barge tow with recessed bottom
JPS5078092A (ru) 1973-11-13 1975-06-25
US5000107A (en) * 1976-11-01 1991-03-19 Burg Donald E Extended bow and multiple air cushion air ride boat hull
US4227475A (en) * 1977-04-15 1980-10-14 Mattox Darryl F Waterborne sidewall air cushion vehicle
CN2118689U (zh) 1991-04-18 1992-10-14 交通部上海船舶运输科学研究所 气膜减阻客船
JP3399758B2 (ja) * 1996-11-12 2003-04-21 横河電子機器株式会社 航法支援装置
JPH10167048A (ja) * 1996-12-13 1998-06-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水面効果型船舶
SI1501719T1 (sl) 2002-05-07 2008-08-31 Dk Group N A N V Plovilo z zračnimi votlinami s klinasto oblikovanimi votlinami, vzdolžno zamaknjenimi votlinami in krmilnim sredstvom zibanja in postopek gradnje lete
US7267067B2 (en) * 2005-01-19 2007-09-11 North Shore Partners Apparatus and method for reducing fluid drag on a submerged surface
KR100993326B1 (ko) * 2006-05-24 2010-11-10 디케이 그룹 엔.에이. 엔.브이. 에어 캐비티 선박
US9376167B2 (en) * 2008-04-01 2016-06-28 National Maritime Research Institute Frictional resistance reduction device for ship
KR101012646B1 (ko) * 2010-04-01 2011-02-09 대우조선해양 주식회사 공기 공동 선박
KR101255134B1 (ko) * 2010-04-01 2013-04-15 대우조선해양 주식회사 가동 구획부재를 갖는 공기 공동 선박
JP5334063B2 (ja) 2010-05-18 2013-11-06 大宇造船海洋株式会社 空気空洞船舶
JP5582502B2 (ja) * 2010-08-30 2014-09-03 国立大学法人電気通信大学 乱流摩擦抵抗低減装置及び方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU288576A1 (ru) * А. А. Бутузов УСТРОЙСТВО дл СОЗДАНИЯ ВОЗДУШНОЙ СМАЗКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ПЛОСКОГО ДНИЩА СУДНА
US3595191A (en) * 1968-10-11 1971-07-27 John Wakelam Grundy Ships and boats
US3659542A (en) * 1969-08-14 1972-05-02 Vitaly Ivanovich Petrov Air-cushion maritime craft
SU1145587A1 (ru) * 1983-09-29 1994-04-30 А.А. Бутузов Судно с воздушной прослойкой под днищем
FR2946614A1 (fr) * 2009-06-10 2010-12-17 Olivier Colas Dispositif pour la reduction des forces de frottement entre une surface immergee d'une embarcation et l'eau.
RU2461489C2 (ru) * 2010-09-15 2012-09-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Водоизмещающее судно с воздушными кавернами на днище
RU2488511C2 (ru) * 2011-10-11 2013-07-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Водоизмещающее судно с воздушными кавернами

Also Published As

Publication number Publication date
TW201529416A (zh) 2015-08-01
AU2014354357A1 (en) 2016-06-30
PL3074304T3 (pl) 2019-08-30
PH12016500994A1 (en) 2016-07-18
KR20160091344A (ko) 2016-08-02
US20160368567A1 (en) 2016-12-22
WO2015080574A1 (en) 2015-06-04
US9849935B2 (en) 2017-12-26
UA121964C2 (uk) 2020-08-25
TWI647147B (zh) 2019-01-11
PT3074304T (pt) 2019-05-31
BR112016011805B1 (pt) 2023-02-28
CA2931873A1 (en) 2015-06-04
AR098529A1 (es) 2016-06-01
JP2016538184A (ja) 2016-12-08
CN105916764B (zh) 2018-10-12
PH12016500994B1 (en) 2016-07-18
RS58722B1 (sr) 2019-06-28
AU2014354357B2 (en) 2018-05-10
BR112016011805A2 (ru) 2017-08-08
TR201906321T4 (tr) 2019-08-21
JP6521970B2 (ja) 2019-05-29
CL2016001269A1 (es) 2016-12-23
KR102251185B1 (ko) 2021-05-13
RU2016123079A (ru) 2017-12-29
HRP20190796T1 (hr) 2019-06-28
EP3074304A1 (en) 2016-10-05
CN105916764A (zh) 2016-08-31
CA2931873C (en) 2022-02-01
DK3074304T3 (da) 2019-05-06
NL2011841C2 (en) 2015-05-27
EP3074304B1 (en) 2019-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2664137C1 (ru) Плоскодонное судно и способ управления длиной по меньшей мере одной воздушной полости
JP6822659B2 (ja) 空気潤滑システム及びかかるシステムを備えた船
JP5604736B2 (ja) 船舶の摩擦抵抗低減装置
JP2017507072A (ja) 船上の海洋生成物付着を低減するための空気潤滑システムの使用
NL2023149B1 (en) Air release unit with diverging side walls
JP2013216325A (ja) 船舶の気泡保持装置
JP2013216323A (ja) 船舶の気泡保持装置
JP2013216324A (ja) 船舶の気泡保持装置