RU2713320C1

RU2713320C1 - Device for reduction of hydrodynamic resistance of ship hull bottom on compressed airflow

Info

Publication number: RU2713320C1
Application number: RU2019110660A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Рудомин; Михаил Иванович Голубенко; Сергей Евгеньевич Рудомин; Виктор Алексеевич Биленко; Вадим Михайлович Голубенко
Original assignee: Ооо "Центр Качества, Надежности И Долговечности Зданий"
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-02-04

Abstract

FIELD: shipbuilding.

SUBSTANCE: invention relates to shipbuilding and can be used in designing ships to reduce resistance when moving high-speed vessels using a dynamic air cushion. Disclosed is a device for reducing hydrodynamic resistance of a ship hull bottom on a compressed airflow with a high-pressure air pump in the form of an impeller with a nozzle, a steering device, onboard skegs, wherein rigid hull of ship hull is made in cross section of curved shape with convexity towards water support surface and is equipped with envelopes thereof along entire length by transverse through air outlet channels in bottom of pneumatic channel enclosing cross-section of rigid hull bottom in underwater part below waterline, wherein the transverse through air outlet channels are formed by successively attached to the bottom of the pneumatic channel curved in section plates, oriented by free elongated ends towards the stern part, said channels receive compressed air from pneumatic channel to form vortex zone at the end of curvilinear plate on the side of convexity of the next plate, and as a result, production of finely dispersed air-droplet medium with boundary layer in the form of air lubrication for vessel hull.

EFFECT: higher speed capabilities and reduced power consumption at ship motion mode above water.

1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при конструировании судов, использующих динамическую воздушную подушку, обладающих высокопроизводительным свойством компрессора на использовании соосного импеллера, реактивная струя которого направлена для пневмоканалов в виде сжатого воздуха под днищем для создания подъемной и тяговой силы судов (ТСВП) для перемещения по воде, снегу и земле.The invention relates to shipbuilding and can be used in the design of ships using a dynamic air cushion, having a high-performance compressor property using a coaxial impeller, the jet of which is directed for pneumatic channels in the form of compressed air under the bottom to create the lifting and traction force of the ships (TSVP) to move on water, snow and land.

Известно устройство для создания на днище судна единой воздушной каверны. Основным элементом устройства является днищевая выемка, внутри которой создается единая воздушная каверна с волновым профилем. Выемка ограничена носовым и кормовой наклонной плоскостью. Для повышения поперечной остойчивостью судна внутри выемки, устанавливаются продольные кили, которые делят каверны на секции, а также установлены поперечные насадки, обеспечивающие возможность создания единой каверны при движении судна (Патент RU №1145587, B60V, В63 В 1/38 от 29.09.1983).A device for creating on the bottom of the ship a single air cavity. The main element of the device is a bottom recess, inside of which a single air cavity with a wave profile is created. The recess is limited by the bow and stern inclined plane. To increase the transverse stability of the vessel inside the recess, longitudinal keels are installed, which divide the caverns into sections, and transverse nozzles are installed that provide the possibility of creating a single cavity during the movement of the vessel (Patent RU No. 1145587, B60V, B63 B 1/38 of 09.29.1983) .

Однако наличие выемки в днище приводит к потере внутренних объемов, так как источник воздуха сообщен с секциями посредством вертикальных трубопроводов, а значит, возникают большие потери на вход воздуха. Кроме того, возникает необходимость увеличения высоты надводного борта судна или увеличения высоты колеингов грузовых трюмов для сохранения их грузоподъемности, что в свою очередь влечет за собой увеличение массы корпуса и снижение грузоподъемности судна. Кроме того, единая воздушная прослойка на этом судне устойчива в узком диапазоне скоростей, и при наличии возмущений эксплуатационного характера, при линейном изменении скорости единая воздушная прослойка подвержена разрушению с образованием сравнительно коротких разрозненных воздушных прослоек. На данном судне образование создания подсоса воздуха за счет вакуума не предусмотрено на участках днища, что также ограничивает эффективность снижения сопротивления трения.However, the presence of a recess in the bottom leads to a loss of internal volumes, since the air source is connected to the sections through vertical pipelines, which means that there are large losses at the air inlet. In addition, there is a need to increase the height of the freeboard or increase the height of the coings of cargo holds to maintain their carrying capacity, which in turn entails an increase in the mass of the hull and a decrease in the carrying capacity of the vessel. In addition, the single air gap on this vessel is stable in a narrow speed range, and in the presence of operational disturbances, with a linear change in speed, the single air gap is subject to destruction with the formation of relatively short disparate air gaps. On this vessel, the formation of air leakage due to vacuum is not provided on the bottom sections, which also limits the effectiveness of reducing friction resistance.

Известно также судно с устройством для формирования на его днище системы следующих друг за другом воздушных каверн и поддержания последних (Авторское свидетельство SU №288576, В63В от 26.01.1971). Основными элементами устройства являются поперечные насадки, выполненные в виде наклонных пластин, установленных на плоском участке днища.A ship is also known with a device for forming on its bottom a system of successive air cavities and maintaining the latter (Copyright certificate SU No. 288576, В63В of 01/26/1971). The main elements of the device are transverse nozzles made in the form of inclined plates mounted on a flat section of the bottom.

Расстояние между соседними поперечными насадами принимаются равным предельной длине каверны на расчетной скорости хода судна. С боков каверны ограничены побортно установленными на днище продольными ограничительными килями. Высота и длина продольных килей принимается таковой, чтобы подаваемый под днище для создания и поддержания каверны воздух не мог стравливаться через них в атмосферу. Воздух от источника по системе туб подается либо к каждой поперечной насадке, либо только к некоторым из них, но обязательно к первой (носовой) поперечной насадке.The distance between adjacent transverse nasadas is taken equal to the limiting length of the cavity at the estimated speed of the ship. From the sides, the caverns are limited by longitudinally bounding keels installed on the bottom. The height and length of the longitudinal keels is taken such that the air supplied under the bottom to create and maintain a cavity cannot be vented through them into the atmosphere. Air from the source through the tube system is supplied either to each transverse nozzle, or only to some of them, but always to the first (nasal) transverse nozzle.

Основным недостатком известного устройства является то обстоятельство, что ограничительные и промежуточные продольные кили существенно выступают за основную плоскость днища, что в условиях ограниченной глубины фарватера, на мелководье приводит к необходимости снижению расчетной осадки судна и, соответственно, к неизбежной потере его грузоподъемности по сравнению с расчетной. Кроме того, выступающие за основную плоскость днища элементы устройства могут быть легко повреждены в случае посадки судна на мель, при встрече с подводным препятствием или же при значительном уменьшении глубины фарватера. Кроме того, для указанных устройств характерно резкое снижение эффективности при движении в условиях сильного волнения или при движении со значительным начальным дифферентом судна. В этих условиях гидродинамическое сопротивление судна с воздушными кавернами, особенно при использовании выступающих за основную плоскость днища поперечных насадков в виде наклонных пластин, может быть даже выше, чем у традиционного судна. На данном судне образование создание подсоса воздуха за счет вакуум не предусмотрено на участках днища, что также ограничивает эффективность снижения сопротивления трения.The main disadvantage of the known device is the fact that the limiting and intermediate longitudinal keels significantly protrude beyond the main plane of the bottom, which in the conditions of a limited depth of the fairway, in shallow water leads to the need to reduce the estimated draft of the vessel and, consequently, the inevitable loss of its carrying capacity compared with the calculated . In addition, the elements of the device protruding beyond the main plane of the bottom can be easily damaged if the ship is stranded, when faced with an underwater obstacle, or if the fairway depth is significantly reduced. In addition, these devices are characterized by a sharp decrease in efficiency when moving in conditions of severe excitement or when moving with a significant initial trim of the vessel. Under these conditions, the hydrodynamic resistance of a vessel with air cavities, especially when using transverse nozzles protruding beyond the main plane of the bottom in the form of inclined plates, can even be higher than that of a traditional vessel. On this vessel, the formation of air leakage due to vacuum is not provided on the bottom sections, which also limits the effectiveness of reducing friction resistance.

Известно судно на воздушной подушке, содержащее корпус с камерами воздушной подушки, вентиляторную установку с воздушными каналами и приводом, от которой воздух поступает непосредственно в камеры воздушной подушки, рулевые закрылки, гибкую переднюю стенку камер; выходные отверстия воздушных каналов размещены в кормовой части корпуса непосредственно перед рулевыми закрылками, образующими заднюю стенку продолжения воздушных каналов (Патент SU №499790, B60V 1/18 от 15.01.1976).A hovercraft is known, comprising a hull with air cushion chambers, a fan unit with air channels and a drive, from which air flows directly into the air cushion chambers, steering flaps, a flexible front wall of the chambers; the outlet openings of the air channels are located in the rear of the hull immediately before the steering flaps forming the rear wall of the continuation of the air channels (Patent SU No. 499790, B60V 1/18 of 01/15/1976).

Недостатком этого технического решения является повышение сопротивление движению судна вследствие большой поверхности контакта элементов судна с водой, кроме того, этим решением не достигается высокая эффективность движения судна, так как отсутствует эффект создания конструкции днища образования создания подсоса воздуха за счет вакуума, что не предусмотрено под днищем судна, что также ограничивает эффективность снижения сопротивления трения.The disadvantage of this technical solution is to increase the resistance to the movement of the vessel due to the large contact surface of the vessel’s elements with water, in addition, this solution does not achieve high efficiency of the vessel’s movement, since there is no effect of creating the design of the bottom of the formation of air suction due to vacuum, which is not provided under the bottom vessel, which also limits the effectiveness of reducing friction resistance.

Известно судно на воздушной подушке, содержащее корпус, двигательную и нагнетательной установки, а также ограждение области воздушной подушки с носовым и кормовыми подвижными элементами, с бортовыми скегами и средним скегом, секционирующим область воздушной подушки на левую и правую отдельные камеры; нагнетательная установка выполнена с рулевым устройством, регулирующим нагнетание воздуха в упомянутые камеры (Патент RU №2097231, B60V от 27.11.1997).A hovercraft is known, comprising a hull, a propulsion and a pressure unit, as well as a fence for the air cushion area with bow and stern movable elements, with side skegs and a middle skeg, partitioning the air cushion area into left and right separate chambers; the discharge unit is made with a steering device that controls the injection of air into the said chambers (Patent RU No. 2097231, B60V of 11.27.1997).

Этому техническому решению присущ тот же недостаток, что и вышеописанному аналогу. В случае перемещения судна по воде в условиях волнения возникает значительное сопротивление. Перемещение по твердой неровной поверхности при использовании судна в качестве амфибии весьма затруднительно, управление судном в этом случае практически невозможно. Таким образом, скорости движения судном недостаточны для подъемной и тяговой силы и не достигает повышения эффективности динамической воздушной подушки и снижения сопротивления воды движению судна на пневмопотоке на воде и твердой поверхности.This technical solution has the same drawback as the above analogue. In the case of movement of the vessel through the water in rough seas, significant resistance arises. Moving on a hard, uneven surface when using the vessel as an amphibian is very difficult; steering the vessel in this case is practically impossible. Thus, the vessel’s speed is insufficient for lifting and traction and does not increase the efficiency of the dynamic air cushion and reduce the resistance of water to the movement of the vessel in air flow on water and a solid surface.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке, содержащее корпус, нагнетатель воздуха высокого давления в виде импеллера, рулевое устройство, бортовые скеги, при этом днище обтекаемого корпуса защищено слоем материала, выполненного со свободно выступающими одним концом отдельными упругими стержнями и/или волокнами, изготовленными из упругих полиэтиленовых материалов в виде щетки, скрепленных жестко с защитным покрытием материала (Патент RU №2641345, B60V, B60V 1/04, В63В 1/38 от 17.01.2018).Closest to the proposed technical solution is a device for reducing the hydrodynamic resistance of the bottom of the hull on a compressed air stream, comprising a hull, a high-pressure air blower in the form of an impeller, a steering device, side skegs, while the bottom of the streamlined hull is protected by a layer of material made with freely protruding one the end with individual elastic rods and / or fibers made of elastic polyethylene materials in the form of a brush fastened rigidly with a protective coating iem material (Patent RU №2641345, B60V, B60V 1/04, 1/38 from 17.01.2018 V63V).

Такая конструкция позволяет с воздушной прослойкой под днищем обеспечивает снижение сопротивления трения в широком диапазоне скоростей движения судна, и повышения эксплуатационных характеристик судна на сжатом пневмопотоке.This design allows with an air gap under the bottom to reduce friction resistance in a wide range of vessel speeds, and increase the operational characteristics of the vessel in compressed air flow.

Недостатком данного покрытия является невозможность образовывать эффекта инжекции вызванной крейсерской скоростью, которая должна создавать разряжение за каждым нижним концом криволинейной пластины при поступлении сжатого воздуха в поперечные каналы корпуса судна. При этом в предложенном устройстве между концом криволинейной пластины и наружной изогнутой пластины с уступом образуется вакуумная вихревая зона, создающая условия для образования мелкодисперсной воздушно-капельной среды пограничного слоя под днищем судна, а это в то же время уменьшает затраты энергии необходимой для поступления через впускные каналы (щели) из пневмоканала в своей подводной части по его длине заканчивающейся в кормовой части судна.The disadvantage of this coating is the inability to form an injection effect caused by cruising speed, which should create a vacuum behind each lower end of the curved plate when compressed air enters the transverse channels of the ship's hull. Moreover, in the proposed device between the end of the curved plate and the outer curved plate with a step, a vacuum vortex zone is formed, which creates the conditions for the formation of a finely dispersed airborne droplet medium of the boundary layer under the bottom of the vessel, and this at the same time reduces the energy required for entering through the inlet channels (slots) from the pneumatic channel in its underwater part along its length ending in the stern of the vessel.

Указанные отличия - использование поперечных криволинейных пластин для образования днища пневмоканала с криволинейным профилем в сечении относительно днища корпуса судна, конструктивно их выполнение связано из последовательно собранных криволинейных в сечении пластин, за счет чего образуется воздушный канал, в который поступает сжатый воздух из пневмоканала закрытого в носовой части судна (от соосного импеллера), а значит, образуется вихревая зона в конце криволинейной пластины со стороны выпуклости последующей пластины в продолжении пневмоканала в сторону опорной поверхности воды в виде мелкодисперсной воздушно-капельной среды, т.е. образуется аэрированная «воздушная подушка» в виде смазки. Кроме того, вакуумная вихревая зона создает избыточное давление под днищем, поднимая несколько выше судно над опорной поверхностью воды. Газовоздушный поток создает реактивную подушку, позволяющую осуществлять форсированные режимы по тяге и для получения подъемного и тягового усилия в движении судна.The indicated differences are the use of transverse curvilinear plates to form the bottom of a pneumatic channel with a curved profile in cross section relative to the bottom of the ship’s hull, their design is structurally connected from sequentially assembled curvilinear plates in the cross section, due to which an air channel is formed into which compressed air flows from the pneumatic channel closed to the nose parts of the vessel (from the coaxial impeller), which means that a vortex zone is formed at the end of the curved plate from the convexity side of the subsequent plate in pnevmokanala and towards the supporting surface in the form of fine water droplet medium, i.e. an aerated “air cushion” is formed as a lubricant. In addition, the vacuum vortex zone creates excess pressure under the bottom, raising the vessel slightly above the supporting surface of the water. The gas-air flow creates a reactive pillow, which allows for accelerated traction and to obtain lifting and traction in the movement of the vessel.

Судно, погруженное до определенного предела, называемое грузовой ватерлинии имеет достаточный запас плавучести. При этом указанные по профилю днища корпуса определенной формы, нижние концы пластин выравниваются по длине относительно днища пневмоканала, выполненные в виде изогнутых поперечных пластин, по бокам ограничены боковыми скегами, расположенные несколько ниже ватерлинии, препятствуют срыву (растеканию) вихревой зоны в поперечных выпускных каналах с вихревой зоной, а также не дают вихревой зоне распластанность, при этом тонким слоем увлекается под днищем пневмоканала в сторону кормовой части.A ship submerged to a certain limit called the cargo waterline has a sufficient buoyancy margin. At the same time, the bottom ends of the plates indicated by the profile of the bottom of the body are aligned along the length relative to the bottom of the pneumatic channel, made in the form of curved transverse plates, laterally skewed on the sides, located slightly below the waterline, and prevent the breakdown (spreading) of the vortex zone in the transverse outlet channels with the vortex zone, and also do not give the vortex zone flattening, while a thin layer is carried away under the bottom of the pneumatic channel towards the stern.

Таким образом, поперечные каналы под днищем, оборудованные из последовательно собранных в сечении пластин с выпрямлением их дна, направленных от носовой части в сторону кормовой части, образуют таким образом, под днищем пневмоканала дополнительно воздушный канал с переходом в вихревую зону, создавая условия для вовлечения воздуха за счет вакуума по мере необходимости, и уменьшая затраты энергии необходимой для поступления воздуха в пневмоканал, а значит, работа соосного импеллера улучшается по производительности всасывания воздуха из атмосферы, в результате далее образуется мелкодисперсная воздушно-капельная среда под спрямленным дном пластин, образующих воздушный канал. Сама конструкция устройства уменьшает сопротивление движению судна предложенной криволинейной в сечении формы и повышает устойчивость по курсу. Оно имеет практическую реализацию, просто в исполнении. В целом повышаются сроки эксплуатации, и обуславливает усовершенствование с целью эффективности динамической подушки, а также с повышенными скоростными возможностями.Thus, the transverse channels under the bottom, equipped from sequentially assembled in section of the plates with the straightening of their bottom, directed from the bow towards the stern, thus form, under the bottom of the pneumatic channel, an additional air channel with a transition to the vortex zone, creating conditions for air entrainment due to vacuum, as necessary, and reducing the energy required for air to enter the pneumatic channel, which means that the operation of the coaxial impeller improves the performance of air intake from atmosphere, as a result, a finely dispersed airborne medium is formed under the straightened bottom of the plates forming the air channel. The design of the device itself reduces the resistance to movement of the vessel of the proposed curved shape in the cross section and increases the stability along the course. It has a practical implementation, simply performed. In general, the service life is increased, and causes improvement with the aim of the effectiveness of a dynamic pillow, as well as with increased speed capabilities.

Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявляемому изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии «новизна».The applicant has not identified technical solutions identical to the claimed invention, which allows us to conclude that it is “novelty”.

Задача изобретения - повышение эффективности динамической воздушной подушки и снижения сопротивления воды движению судна, а также подъемной и тяговой силы с повышенными скоростными возможностями.The objective of the invention is to increase the efficiency of a dynamic air cushion and reduce the resistance of water to the movement of the vessel, as well as the lifting and traction forces with increased speed capabilities.

Технический результат от использования изобретения заключается в создании днища пневмоканала с поперечными выпускными каналами, которые огибают криволинейное жесткое днище его повторяющим поперечное сечение жесткого днища корпуса судна, поперечные каналы которых имеют криволинейные пластины с удлинением их дна в сторону кормы, образования воздушных каналов, далее между ними вихревой вакуумной зоны при движении судна на сжатом пневмопотоке, днища которых образуют единую замкнутую обтекаемую форму на всей площади днища корпуса и днища пневмоканала и, полость пневмоканала соединена с закрытым напорным участком и с соплом соосного импеллера в широком диапазоне скоростей со стороны высокого давления воздуха (газодинамической струи).The technical result from the use of the invention is to create a bottom of the pneumatic channel with transverse outlet channels that envelope a curved rigid bottom that repeats the cross section of the rigid bottom of the hull, the transverse channels of which have curved plates with an extension of their bottom towards the stern, the formation of air channels, then between them vortex vacuum zone when the vessel is moving in a compressed pneumatic flow, the bottoms of which form a single closed streamlined shape over the entire area of the hull bottom and days and pnevmokanala and pnevmokanala cavity connected with the closed portion and the discharge nozzle coaxial with the impeller over a wide speed range from the high pressure air (gas dynamic jet).

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке с нагнетателем воздуха высокого давления в виде импеллера с соплом, рулевым устройством, бортовыми скегами, отличающееся тем, что жесткое днище корпуса судна выполнено в поперечном сечении криволинейной формы с выпуклостью в сторону опорной поверхности воды и снабжено огибающими его по всей длине поперечными сквозными воздушными выпускными каналами в днище пневмоканала, охватывающего поперечное сечение жесткого днища корпуса судна в подводной части ниже ватерлинии, причем поперечные сквозные воздушные выпускные каналы образованы последовательно прикрепленными к днищу пневмоканала криволинейными в сечении пластинами, ориентированными свободными удлиненными концами по направлению к кормовой части, и в эти каналы поступает сжатый воздух из пневмоканала с образованием вихревой зоны в конце криволинейной пластины со стороны выпуклости последующей пластины, и как следствие, получением для корпуса судна мелкодисперсной воздушно-капельной среды с пограничным слоем в виде воздушной смазки.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for reducing the hydrodynamic resistance of the bottom of the hull on a compressed air stream with a high-pressure air blower in the form of an impeller with a nozzle, steering device, side skegs, characterized in that the rigid bottom of the hull is made in a cross-section in a curved shape with a bulge in the direction of the supporting surface of the water and equipped with enveloping it along the entire length of the transverse through air exhaust channels in the bottom of the pneumatic channel, covering a transverse cross-section of the rigid bottom of the ship’s hull in the underwater part below the waterline, the transverse through-air outlet channels formed by sequentially attached to the bottom of the air channel plates curved in section, oriented by their free elongated ends towards the stern, and compressed air from the air channel enters these channels the formation of a vortex zone at the end of a curvilinear plate from the convex side of the subsequent plate, and as a result, obtaining a small fine airborne droplets with a boundary layer in the form of air grease.

Реализация отличительных признаков изобретения обуславливает также появление важных свойств объекта: происходит сопротивление появление пограничной мелкодисперсной воздушно-капельного слоя между дном криволинейных пластин прикрепленных к днищу пневмоканала и опорной поверхности воды, которые существенно снижают гидродинамическое сопротивление всего судна, что увеличивает скорость в движении судна. Одновременно включая часть отбора сжатого воздуха по длине пневмоканала с поперечными каналами, воздух из сопла импеллера, который поступает в пневмоканал, далее от отбирается частично по его длине, жесткого днища пневмоканала охватывающего жесткое днище корпуса судна криволинейной в поперечном сечении формы, т.е. выполненное определенной формы. Судно скользит на тонком слое под днищем пневмоканала и опорной поверхности воды соответствующего увеличения и подъемной силы, при этом отсутствует сильное «проваливания» в толщу воды.The implementation of the distinguishing features of the invention also leads to the appearance of important properties of the object: there is resistance to the appearance of a border finely dispersed airborne layer between the bottom of curved plates attached to the bottom of the pneumatic channel and the supporting surface of the water, which significantly reduce the hydrodynamic resistance of the entire vessel, which increases the speed of the vessel. At the same time, including part of the compressed air take-off along the length of the pneumatic channel with transverse channels, air from the impeller nozzle, which enters the pneumatic channel, is further taken partly along its length, the rigid bottom of the pneumatic channel covering the rigid bottom of the hull of the vessel in a curvilinear cross-sectional shape, i.e. made of a certain form. The vessel slides on a thin layer under the bottom of the pneumatic channel and the supporting surface of the water of a corresponding increase and lifting force, while there is no strong “dip” in the water column.

Заявителем не выявлены какие-либо источники информации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Изложенное выше позволяет, по мнению заявителя, сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».The applicant has not identified any sources of information that would contain information about the influence of the distinguishing features of the invention on the achieved technical result. The above allows, according to the applicant, to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 схематически изображен вид сбоку с вырезом в борту с поперечными каналами и с пневмоканалом, в который поступает сжатый воздух; на фиг. 2 изображен вид сверху с вырезом в верхней части корпуса, разрез Α-A на фиг. 1; на фиг. 3 показано сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 показано сечение В-В на фиг. 3; на фиг. 5 показан вид на кормовую часть судна с рулем.In FIG. 1 schematically shows a side view with a cutout in a board with transverse channels and with a pneumatic channel into which compressed air enters; in FIG. 2 shows a top view with a cutout in the upper part of the body, section Α-A in FIG. 1; in FIG. 3 shows a section BB in FIG. 1; in FIG. 4 shows a cross-section BB in FIG. 3; in FIG. 5 shows a view of the stern of the ship with a rudder.

Предлагаемое изобретение - устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке содержит корпус 1, импеллер (не показан) в носовой части 2 судна, где движение происходит в закрытом пространстве, нижняя часть жестко днища 3 судно дополнительно имеет прямолинейный пневмоканал 4. Жесткое днище 3 судно выполнено в поперечном The present invention is a device for reducing the hydrodynamic resistance of the bottom of the ship’s hull on a compressed air stream, includes the hull 1, an impeller (not shown) in the bow of the ship 2, where the movement takes place in an enclosed space, the lower part of the hard bottom 3 of the ship additionally has a straight air channel 4. Rigid bottom 3 vessel transverse

сечении криволинейной формы с выступающим днищем 3, и оно снабжено огибающим его по всей длине поперечными сквозными воздушными выпускными каналами 5 (щелями) в днище пневмоканала 4 с прикрепленными криволинейными пластинами 6, направленными в сторону кормовой части, и образующие между ними поперечные воздушные выпускные каналы 7 под днищем пневмоканала 4. Область воздушной подушки под днищем пневмоканала 4 разделена на среднюю 8 и боковые 9 зоны посредством боковых скегов 10 и 11. Носовая заостренная часть 2 судна представляет собой сверху нишу (не показано) в которую обеспечивается поступление воздуха с помощью соосного импеллера (не показано) в сторону прямолинейного пневмоканала 4, что существенно снижает потери давления при нагнетании воздуха. Жесткое днище 3 корпуса 1 судна, которое выполнено в поперечном сечение криволинейном в форме полукруга, имеет в своем основании в сторону опорной поверхности воды некоторую часть удлинение дном 12 для образования под ним по всей длине днища пневмоканала 4 слоя воздушно-капельной среды со стороны касания с опорной поверхностью воды, и конец 13 криволинейной пластины в виде удлиненного дна 12 расположен несколько ниже, чем изогнутая наружная плоскость последующей друг за другом пластины 6, между которыми образуется (создается) вихревая зона 14 (перед выступом), а на поверхности удлиненного конца 12 со стороны опорной поверхности воды образуется мелкодисперсная воздушно-капельная среда.cross-section of a curved shape with a protruding bottom 3, and it is provided with a transverse through air outlet channels 5 (slits) enveloping it along the entire length in the bottom of the air channel 4 with attached curved plates 6 directed toward the aft part, and the transverse air outlet channels 7 forming between them under the bottom of the air channel 4. The area of the air cushion under the bottom of the air channel 4 is divided into the middle 8 and side 9 zones by means of side skegs 10 and 11. The fore nose part 2 of the vessel is from above neither y (not shown) which provides air flow through a coaxial impeller (not shown) in the direction of rectilinear pnevmokanala 4, which substantially reduces pressure loss when air injection. The rigid bottom 3 of the hull 1 of the vessel, which is made in a cross section curved in the form of a semicircle, has at its base towards the supporting surface of the water a portion elongated by the bottom 12 to form under it along the entire length of the bottom of the air channel 4 layers of an airborne medium from the touch side with the supporting surface of the water, and the end 13 of the curved plate in the form of an elongated bottom 12 is located slightly lower than the curved outer plane of the successive plate 6, between which a vortex zone 14 is formed (created) ( in front of the protrusion), and on the surface of the elongated end 12 from the side of the supporting surface of the water, a finely dispersed airborne droplet is formed.

Прямоточный пневмоканал 4 с помощью соосного импеллера (не показан) дает своим положением возможность свободного и сжатого прохода большей части воздушного потока и выпуска, затем потока сзади кормовой части судна между двумя рулевыми устройствами 15 и 16 для обеспечения управляемости судном на сжатом пневмопотоке. Рулевые устройства 15 и 16 со стороны концов скегов сзади содержат щитки 17 и 18 ограничивающих общий канал 19 выхода общего воздуха, в результате чего также образуется один общий газоводяной поток по центру сзади кормы со стоны пневмоканала 4. Ось вращения рулей 15 и 16 соединены сверху на палубе с регулируемыми тягами 20 и 21 соединены в одном узле 22 для соединения с общей тягой управляемой экипажем (аналогично рулю автомобиля).The direct-flow pneumatic channel 4 with the help of a coaxial impeller (not shown) gives its position the possibility of free and compressed passage of most of the air flow and exhaust, then the back flow of the stern of the vessel between the two steering devices 15 and 16 to ensure the controllability of the vessel in compressed air flow. The steering devices 15 and 16 from the side of the ends of the skegs at the back contain shields 17 and 18 restricting the common channel 19 for the release of common air, as a result of which one common gas and water stream is formed in the center behind the stern from the groan of the air channel 4. The axis of rotation of the rudders 15 and 16 are connected from above on deck with adjustable rods 20 and 21 are connected in one node 22 for connection with a common draft controlled by the crew (similar to a car steering wheel).

В вертикальном положении щитки 17 и 18 целесообразно выполнять с гидроцилиндрами (не показано), чтобы обеспечить их общий свободный вертикальный ход при встрече с препятствиями в воде, по льду и на земле. Кроме того, желательно нижние концы щитков 17 и 18 выполнять не ниже концов скегов.In the vertical position, the shields 17 and 18 are expediently performed with hydraulic cylinders (not shown) in order to ensure their general free vertical stroke when they meet obstacles in water, on ice and on the ground. In addition, it is desirable that the lower ends of the shields 17 and 18 be made no lower than the ends of the skegs.

При транспортировке судна на автотранспорте могут щитки складываться, т.е. убраны таким образом, чтобы устранить их возможность от поломок (не показано).When transporting a ship by road, the guards can be folded, i.e. cleaned in such a way as to eliminate their possibility of damage (not shown).

Форма конструкции рулевых щитков 17 и 18, соответственно, одинаковой конструкции позволяет обеспечить устойчивые повороты судна при повороте щитков 20…30° относительно вертикальных их осей с креплением в кормовой части судна, с возможностью при повороте использовать как воздух, так и толщу воды.The design form of the steering flaps 17 and 18, respectively, of the same design allows for stable turns of the vessel when turning the flaps 20 ... 30 ° relative to their vertical axes with fastening in the stern of the vessel, with the ability to use both air and water column when turning.

В кормовой части корпуса целесообразно закрепить горизонтальный потоконаправляющий элемент, выполненный П-образного козырька 23 наклоном 20…30° к корпусу крепления кормовой части, который образует защитный экран сверху частично с боков в кормовой части судна, шириной равной расстоянию до расположения рулевых устройств со щитками, а также возможность выходящего сжатого потока направить в опорную поверхность воды, что создает на усилие и продолжение выхода газоводяного потока в атмосферу, и отсутствует залив палубы сзади кормы.In the aft part of the hull, it is advisable to fix a horizontal flow-guiding element made of a U-shaped visor 23 with a slope of 20 ... 30 ° to the hull of the stern of the stern, which forms a protective shield from above partially from the sides in the stern of the vessel, the width equal to the distance to the steering devices with shields, as well as the possibility of exiting compressed stream to direct to the supporting surface of the water, which creates an effort and continued release of gas-water flow into the atmosphere, and there is no bay in the back of the stern.

При работе соосного импеллера засасывание и выпрямление воздуха из окружающей среды в закрытый участок его происходит через решетку (не показаны).During the operation of the coaxial impeller, the suction and rectification of air from the environment into a closed section of it occurs through a grate (not shown).

К днищу пневмоканала 4 закреплены жесткие криволинейные пластины 6, образующие под днищем поперечные сквозные воздушные выпускные каналы 7 под днищем пневмоканала 4 для впуска и заполнения контура поперечных каналов, криволинейные пластины 6 по форме создают закругленную часть 24 в сторону носовой части корпуса криволинейной пластины 6, что существенно снижает потери трения движения и образования тем самым в изгибах воздушных каналах 7 вихревой зоны 14. Этим самым происходит дополнительно вовлечение воздуха из воздушных каналов 7 за счет вакуума в них, при этом концы боковых скегов 10 и 11 расположены ниже этой вихревой зоны 14, не теряя в стороны снаружи выхода за борта скегов мелкодисперсную воздушно-капельную среду. Число и размеры поперечных сквозных воздушных выпускных каналов 7 (щелей), через которые проводится сжатый воздух, выбираются таким образом, чтобы обеспечить равномерную подачу воздуха в сквозные воздушные каналы 7 по длине и ширине пневмоканала 4 в сторону опорной поверхности воды. Судно фактически создает воздушную прослойку, образуя пограничный мелкодисперсный воздушно-капельного слоя при контакте с опорной поверхности воды по всему периметру под днищем пневмоканала 4, что также увеличивает и подъемную силу судна, как и вихревая зона 14 за счет давления на опорную поверхность воды и большую реактивную тягу.Rigid curvilinear plates 6 are fixed to the bottom of the pneumatic channel 4, forming transverse through air outlet channels 7 under the bottom under the bottom of the pneumatic channel 4 for inlet and filling the contour of the transverse channels, the curved plates 6 form a rounded part 24 towards the bow of the body of the curved plate 6, which significantly reduces the loss of friction of movement and formation thereby in the bends of the air channels 7 of the vortex zone 14. This thereby additionally involves air from the air channels 7 due to Kuuma in them, while the ends of the side skegs 10 and 11 are located below this vortex zone 14, without losing to the sides outside the exit of the skegs a finely divided airborne medium. The number and dimensions of the transverse through air outlet channels 7 (slots) through which compressed air is passed are selected so as to ensure uniform air supply to the through air channels 7 along the length and width of the air channel 4 towards the supporting surface of the water. The vessel actually creates an air gap, forming a border finely dispersed airborne layer when in contact with the supporting surface of the water around the perimeter under the bottom of the air channel 4, which also increases the lifting force of the vessel, like the vortex zone 14 due to pressure on the supporting surface of the water and a large reactive cravings.

Устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке работает следующим образом.A device for reducing the hydrodynamic resistance of the bottom of the hull on a compressed pneumatic flow works as follows.

При работе соосного импеллера (не показан) поток сжатого воздуха в начале разгона поступает в прямолинейный пневмоканал 4. Во время глиссирования носовая часть судна начинает, находится над поверхностью воды. Одновременно часть потока выбрасывается в сторону кормовой части в атмосферу, при этом создается движущая сила. Судно отрывается от опорной поверхности и начинает двигаться вперед. Для поворота судна используют рулевые устройства 15 и 16.During operation of a coaxial impeller (not shown), the flow of compressed air at the beginning of acceleration enters the rectilinear pneumatic channel 4. During planing, the bow of the vessel starts, is located above the surface of the water. At the same time, part of the flow is ejected towards the stern into the atmosphere, and a driving force is created. The vessel comes off the supporting surface and begins to move forward. To turn the vessel using steering devices 15 and 16.

При движении судна на сжатом пневмопотоке по воде происходит поступление другой части воздуха в поперечные сквозные воздушные выпускные каналы 7 по наклонной плоскости криволинейных пластин 6, охватывающих жесткое днище пневмоканала 4. При движении судна и поступление воздуха под днище пневмоканала 4 за воздушными каналами 7 при удлинении конца криволинейных пластин 6 в сторону наружной изогнутой стороны следующей пластины 6 набегая на уступ, и образовывается вакуумная вихревая зона 14, т.е. начинает образовываться вращение потока и разряжение, которое всасывает воздух и подает его под дно конца удлиненной пластины 6. Корпус судна получает мелкодисперсную воздушно-капельную среду с пограничным слоем в виде воздушной смазки, что увеличивает скорость, соответственно, уменьшает сопротивление движению судна. Минимальный дифферент и воздушная смазка позволяет судну, практически с началом движения выходить на глиссирование. Поток воздуха при этом создает давление и направляется далее в сторону кормовой части судна, судно начинает ускоренное движение. Процесс движения судна на сжатом пневмопотоке также связан с включением в работу, воздух, который в конце пневмоканала 4 выходит в кормовую часть канала между рулевыми устройствами 15 и 16 со щитками 17 и 18. При движении судна над неровной поверхностью благодаря изогнутой части длины криволинейной пластины огибает поверхность, учитывая среднюю 8 зону, и крайние 9 зоны днища корпуса судна, без ударных воздействий и существенных усилий, что обеспечивает возможность эффективного использования судна на сжатом пневмопотоке в условиях волнения водной поверхности, а также наличия нервностей на суше. В результате чего воздух, который создает при наборе крейсерской скорости, дополнительно в работу включается эффект инжекции вызванной скоростью протекания воды относительно днища пневмоканала 4 скреплением к ему криволинейной формы и удлиненного конца 13 пластин 6 в сторону последующей криволинейной пластины 6, их крепления в сторону кормовой части судна, где за каждой пластиной 6 образуется вакуумная вихревая зона 14, сохраняя «воздушную смазку», т.е. для соответствующего увеличения подъемной силы в рабочем положении движения судна, где создается общая тяга по всей длине в сторону кормовой части судна, и образование воздушной смазки под дном 12 пластины 6. Таким образом, сопротивление трения подводной смоченной части корпуса судна резко уменьшено за счет наличия пограничного мелкодисперсного воздушно-капельного слоя с образованием динамической воздушной подушки. Кроме этого высокая скорость судна на волнении обеспечивается острым формированием носовой части судна, а также его обтекаемой конструкции надстройки. При движении на высокой скорости судно острым углом прорезает волну, не успевая, вследствие инертности, реагировать на циклические изменения сил поддержания, что обеспечивает пассажирам и экипажу комфортность при движении с высокой скоростью по волнам.When the vessel moves in compressed air through water, another part of the air enters the transverse through air outlet channels 7 along the inclined plane of the curved plates 6, covering the rigid bottom of the air channel 4. When the vessel moves and air enters under the bottom of the air channel 4 behind the air channels 7 when the end is extended curved plates 6 in the direction of the outer curved side of the next plate 6 running onto a ledge, and a vacuum vortex zone 14 is formed, i.e. rotation of the flow and vacuum begins to form, which sucks in air and delivers it under the bottom of the end of the elongated plate 6. The hull of the vessel receives a fine airborne droplet medium with a boundary layer in the form of air lubricant, which increases speed and, accordingly, reduces the resistance to movement of the vessel. Minimal trim and air lubrication allows the vessel to go on planing almost at the beginning of movement. The air flow creates pressure and then goes towards the stern of the vessel, the vessel begins accelerated movement. The process of the vessel’s movement in compressed air flow is also associated with the start-up of air, which at the end of the air channel 4 enters the aft of the channel between the steering devices 15 and 16 with shields 17 and 18. When the vessel moves over an uneven surface, it bends around the curved part of the length of the curved plate the surface, taking into account the middle 8 zone, and the extreme 9 zones of the bottom of the hull, without impact and significant effort, which makes it possible to efficiently use the ship in a compressed pneumatic flow in conditions of rough sea hydrochloric surface as well as the presence of nervousness on land. As a result, the air that creates during the set cruising speed additionally includes the effect of injection caused by the speed of water flow relative to the bottom of the pneumatic channel 4 by fastening to it a curved shape and an elongated end 13 of the plates 6 towards the subsequent curved plate 6, their fastening towards the stern vessel, where a vacuum vortex zone 14 is formed behind each plate 6, while maintaining "air lubrication", i.e. for a corresponding increase in the lifting force in the working position of the vessel’s movement, where a total thrust is created along the entire length towards the stern of the vessel, and the formation of air grease under the bottom 12 of the plate 6. Thus, the friction resistance of the underwater wetted part of the vessel’s hull is sharply reduced due to the presence of a boundary fine airborne layer with the formation of a dynamic air cushion. In addition, the high speed of the vessel during rough seas is ensured by the sharp formation of the bow of the vessel, as well as its streamlined superstructure. When driving at high speed, the ship cuts the wave at an acute angle, not having time, due to inertness, to respond to cyclical changes in the support forces, which provides passengers and crew with comfort when traveling at high speed along the waves.

Таким образом, в результате с внешней стороны подводной части днища пневмоканала, охватывающего жесткое днище корпуса судна с закрепленными криволинейными пластинами и образования поперечных воздушных каналов, создание вакуумной вихревой зоны, а значит создания мелкодисперсной воздушно-капельной среды, судно получает высокую скорость при движении на воде. Количество поперечных воздушных каналов, выпускающих воздух из днища пневмоканала, выбирается так, чтобы вся закрытая часть днища корпуса была ими охвачена. В этом случае создаются лучшие условия по всему периметру в поперечном сечении криволинейной формы с выступающим днищем над опорной поверхностью воды и его огибающим пневмоканалом для снижения в целом гидродинамического сопротивления днища корпуса судна между боковыми скегами внутри и с наружи ниже ватерлинии, даже в момент воздействия волны, создает воздушную смазку при движении судна.Thus, as a result, from the outside of the underwater part of the bottom of the pneumatic channel, covering the rigid bottom of the ship’s hull with fixed curved plates and the formation of transverse air channels, the creation of a vacuum vortex zone, which means the creation of a fine airborne droplet, the vessel receives high speed when moving on water . The number of transverse air channels releasing air from the bottom of the pneumatic channel is selected so that the entire closed part of the bottom of the housing is covered by them. In this case, better conditions are created around the entire perimeter in a cross-sectional shape with a protruding bottom above the supporting surface of the water and its envelope pneumatic channel to reduce the overall hydrodynamic resistance of the bottom of the ship’s hull between the side skegs inside and outside below the waterline, even at the time of the wave’s impact, creates air lubrication when the ship is moving.

Перечисленные признаки отличают предлагаемое техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям изобретения и достаточны для его практической реализации при разработке и изготовлению судна на сжатом пневмопотоке.These features distinguish the proposed technical solution from the prototype and determine the compliance of this solution with the requirements of the invention and are sufficient for its practical implementation in the design and manufacture of a ship in compressed air flow.

Claims

A device for reducing the hydrodynamic resistance of the hull bottom on a compressed pneumatic flow with a high-pressure air blower in the form of an impeller with a nozzle, steering device, side skegs, characterized in that the rigid hull bottom is made in the cross section of a curved shape with a bulge towards the supporting surface of the water and equipped with transverse through air exhaust channels enveloping it along the entire length at the bottom of the pneumatic channel, covering the cross section of the rigid bottom of the ship’s hull in the underwater part is lower than the waterline, and the transverse through-air outlet channels are formed by plates, curved in cross section and oriented by the free elongated ends towards the stern, sequentially attached to the bottom of the pneumatic channel, and compressed air from the pneumatic channel enters these channels with the formation of a vortex zone at the end of the curved plate with the convexity side of the subsequent plate, and, as a result, obtaining for the hull of the vessel a finely dispersed airborne droplet with a boundary layer in the form of air grease.