RU2781020C1 - Broaching prevention system - Google Patents

Broaching prevention system Download PDF

Info

Publication number
RU2781020C1
RU2781020C1 RU2021111638A RU2021111638A RU2781020C1 RU 2781020 C1 RU2781020 C1 RU 2781020C1 RU 2021111638 A RU2021111638 A RU 2021111638A RU 2021111638 A RU2021111638 A RU 2021111638A RU 2781020 C1 RU2781020 C1 RU 2781020C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vessel
wave
ship
shell
folding
Prior art date
Application number
RU2021111638A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Евгеньевич Бураковский
Евгений Петрович Бураковский
Вячеслав Михайлович Юсып
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2781020C1 publication Critical patent/RU2781020C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: shipbuilding.
SUBSTANCE: invention relates to the field of shipbuilding and can be used in building and modernising ships. Broaching prevention system includes a floating anchor containing a shell made of a flexible material, linked with a folding frame attached to a tow bar and to a buoy, as well as a mechanism for folding/unfolding the frame and the shell. The mechanism for folding/unfolding the frame and the shell is equipped with control cables secured on the stern of the ship on both sides of the tow bar and, by means of a coupling, linked with the central control rod of the anchor, linked with the stiffeners of the folding frame by means of slings.
EFFECT: safety of marine navigation is increased.
1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения и касается средств повышения курсовой устойчивости судов.The invention relates to the field of shipbuilding and relates to means of increasing the directional stability of ships.

Известен корпус судна, содержащий обшивку, подкрепленную набором со шпангоутами эллиптической формы, причем площади шпангоутов, равноудаленных от мидель-шпангоута, равны между собой, что позволило уменьшить волновое сопротивление судна (SU 816859, МПК В63В 1/06, опубл. 30.03.1981 г.).A ship hull is known, containing a skin reinforced with a set of elliptical frames, and the areas of the frames equidistant from the midship frame are equal to each other, which made it possible to reduce the wave resistance of the vessel (SU 816859, IPC V63V 1/06, publ. 30.03.1981 g .).

Недостатком данного корпуса судна является то, что на попутном волнении возможно возникновение явления брочинга. Вследствие резкого изменения скорости обтекания корпуса судна при переходе с подошвы волны на вершину (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3), за счет уменьшения буксировочного сопротивления судно начинает разгоняться (фиг. 4), а при спуске с вершины на передний склон волны носовая оконечность начинает обтекаться потоком с большей скоростью, что ведет к ее затормаживанию. В таком состоянии судно, находясь на границе устойчивости движения, получает случайное возмущение и резко разворачивается лагом к волне, что может привести к опрокидыванию (Чижиумов С.Д. Основы динамики судов на волнении: учеб. пособие. - Комсомольск-на-Амуре: ГОУ ВПО «КнАГТУ», 2010. - С. 106-108.).The disadvantage of this ship's hull is that on a tail wave, the occurrence of the phenomenon of broach is possible. Due to a sharp change in the speed of the flow around the ship's hull during the transition from the wave base to the top (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3), due to a decrease in towing resistance, the ship begins to accelerate (Fig. 4), and when descending from the top to the front slope waves, the nasal tip begins to flow around the flow at a higher speed, which leads to its deceleration. In this state, the ship, being on the border of motion stability, receives a random disturbance and sharply turns around with a lag to the wave, which can lead to capsizing (Chizhiumov S.D. Fundamentals of vessel dynamics in waves: textbook. - Komsomolsk-on-Amur: GOU VPO "KnAGTU", 2010. - S. 106-108.).

Известно якорное устройство (SU 463581, МПК В63В 21/48, опубл. 15.03.1975 г.), содержащее несколько якорей-парашютов, выполненных из эластичной оболочки со стропами, прикрепленными к буксирному тросу, причем якоря-парашюты закреплены последовательно на некотором расстоянии один от другого на одном тросе.An anchor device is known (SU 463581, IPC V63V 21/48, publ. 03/15/1975), containing several parachute anchors made of an elastic shell with slings attached to the towing cable, and the parachute anchors are fixed in series at a certain distance one from another on the same cable.

К недостаткам данного якорного устройства относится то, что его невозможно использовать для предотвращения разворота судна лагом к волне и его опрокидывания в условия брочинга, т.к. для установки и раскрытия якоря требуется значительное время, а процесс неконтролируемого разворота судна лагом к волне происходит очень быстро, в результате чего у судоводителя не будет даже времени на принятие соответствующего решения и подачу команды на спуск якорного устройства на воду.The disadvantages of this anchor device include the fact that it cannot be used to prevent the vessel from turning sideways to the wave and capsizing it in broach conditions, because. installation and opening of the anchor requires considerable time, and the process of an uncontrolled turn of the vessel with a lag to the wave occurs very quickly, as a result of which the navigator will not even have time to make an appropriate decision and issue a command to launch the anchor device into the water.

Известна система предотвращения брочинга (RU 2620849, МПК В63В 43/02, В63В 39/06, В63Н 25/44, опубл. 30.05.2017 г.), содержащая крылья-стабилизаторы, закрепленные на корпусе судна. Корпус выполнен с выемками на носовой оконечности под крылья-стабилизаторы, закрепленные в выемке со стороны носа судна с возможностью поворота относительно вертикальной оси, причем каждая выемка снабжена упругим элементом, жесткость которого выбрана такой, что обеспечивает отклонение крыла-стабилизатора от корпуса при условии, что скорость судна относительно потока воды меньше заданной величины.A system for preventing broaching is known (RU 2620849, IPC V63V 43/02, V63V 39/06, V63N 25/44, publ. 30.05.2017), containing stabilizer wings fixed on the hull of the vessel. The hull is made with recesses on the bow end for the stabilizer wings fixed in the recess on the side of the bow of the vessel with the possibility of rotation about the vertical axis, and each recess is equipped with an elastic element, the rigidity of which is chosen such that it ensures the deflection of the stabilizer wing from the hull, provided that the ship's speed relative to the water flow is less than the specified value.

Недостатком данной системы предотвращения брочинга является то, что крылья-стабилизаторы установлены в носовой оконечности судна, поэтому при приближении носовой оконечности судна к подошве волны, где скорость частиц в волне может быть направлена против направления движения судна (фиг. 2), крылья-стабилизаторы могут не открыться, в результате чего в условиях попутного волнения судно может быть развернуто лагом к волне и опрокинуто.The disadvantage of this broaching prevention system is that the stabilizer wings are installed in the bow of the vessel, therefore, when the bow of the vessel approaches the wave base, where the particle velocity in the wave can be directed against the direction of the vessel (Fig. 2), the stabilizer wings can not open, as a result of which, in the conditions of a favorable wave, the vessel can be turned sideways to the wave and capsized.

В качестве ближайшего аналога принят плавучий якорь, содержащий оболочку из гибкого материала, складной каркас, соединенный одним концом с буем, другим - с отвесом, при этом складной каркас прикреплен стропами к буксирной тяге, и механизм складывания каркаса и оболочки, имеющий оттяжку. С целью расширения эксплуатационных возможностей путем использования якоря в качестве руля для управления направлением дрейфа и повышения надежности якоря, оболочка выполнена с каналами, которые соединены между собой продольными перепонками и выполнены с закрепленными на их боковых сторонах продольными стенками, соединенными со стропами. Якорь снабжен траверсой с размещенными вдоль нее узлами крепления строп, соединенной своими концами с буксирной тягой, и узлом управления, а складной каркас выполнен в виде шарнирного многократного параллелограмма, последовательно окантовывающего своими звеньями все входные отверстия каналов оболочки (SU 1358295, МПК В63В 21/48, опубл. 27.10.2004 г.).As the closest analogue, a floating anchor is adopted, containing a shell of a flexible material, a folding frame connected at one end to a buoy, and at the other - to a plumb line, while the folding frame is attached with slings to the towing rod, and the mechanism for folding the frame and shell having a brace. In order to expand the operational capabilities by using the anchor as a rudder to control the direction of drift and increase the reliability of the anchor, the shell is made with channels that are interconnected by longitudinal membranes and are made with longitudinal walls fixed on their sides and connected to slings. The anchor is equipped with a traverse with sling attachment points located along it, connected by its ends to the towing rod, and a control unit, and the folding frame is made in the form of a hinged multiple parallelogram, sequentially edging all the inlets of the shell channels with its links (SU 1358295, IPC V63V 21/48 , published on October 27, 2004).

Существенным недостатком данного плавучего якоря является то, что он не включается в работу в случае разворота судна в горизонтальной плоскости при резком смещении кормовой оконечности в боковом направлении, что имеет место в случае брочинга (Чижиумов С.Д. Основы динамики судов на волнении: учеб. пособие. - Комсомольск-на-Амуре: ГОУ ВПО «КнАГТУ», 2010. - С. 106-108.). В результате этого судно на попутном волнении может стать неустойчивым на курсе, развернуться лагом к волне и перевернуться. Возникновение данного явления связано с изменением скорости обтекания корпуса при его попадании на вершину волны и дальнейшем переходе на ее передний склон (фиг. 1 и фиг. 2). На вершине волны происходит резкое снижение буксировочного сопротивления судна (фиг. 4), в результате чего оно начинает разгоняться. После попадания на передний склон скорость обтекания изменяется, поступательное движение судна начинает замедляться. Данный процесс является неустановившимся, кроме того, из-за нестационарности потока воды в диске винта его упор непрерывно изменяется, что отражается на динамике судна. Т.к. данная ситуация развивается стремительно, то судоводитель не в состоянии принять правильное решение и осуществить управление плавучим якорем известной конструкции для корректировки режима движения судна. В результате судно, находясь на переднем склоне волны, может быть развернуто относительно первоначального направления движения, при этом создаются предпосылки переворота судна под действием опрокидывающего момента, образующегося за счет разницы гидродинамических давлений на борта.A significant disadvantage of this floating anchor is that it is not included in the work in the event of a turn of the vessel in a horizontal plane with a sharp displacement of the aft end in the lateral direction, which occurs in the case of broach (Chizhiumov S.D. Fundamentals of the dynamics of ships in waves: textbook. allowance - Komsomolsk-on-Amur: GOU VPO "KnAGTU", 2010. - S. 106-108.). As a result of this, a vessel on a favorable sea may become unstable on its course, turn around with a lag to the wave and capsize. The occurrence of this phenomenon is associated with a change in the velocity of the flow around the body when it hits the top of the wave and then passes to its forward slope (Fig. 1 and Fig. 2). At the top of the wave, there is a sharp decrease in the towing resistance of the vessel (Fig. 4), as a result of which it begins to accelerate. After hitting the front slope, the flow velocity changes, the forward motion of the vessel begins to slow down. This process is unsteady, in addition, due to the non-stationarity of the water flow in the propeller disk, its thrust is continuously changing, which is reflected in the dynamics of the ship. Because Since this situation is developing rapidly, the navigator is not able to make the right decision and control a floating anchor of a known design to adjust the vessel's motion mode. As a result, the ship, being on the front slope of the wave, can be turned around relative to the initial direction of movement, while creating the preconditions for the ship to roll over under the action of a capsizing moment, which is formed due to the difference in hydrodynamic pressures on the sides.

Изобретение решает задачу повышения безопасности мореплавания, исключая возникновение брочинга, за счет обеспечения автоматического реагирования системы на резкое смещение кормовой оконечности судна в боковом направлении и создания условий для возникновения сил противодействующих смещению и способствующих возвращению судна в первоначальное положение.The invention solves the problem of improving the safety of navigation, excluding the occurrence of broaching, by providing an automatic response of the system to a sharp displacement of the aft end of the vessel in the lateral direction and creating conditions for the emergence of forces that counteract the displacement and contribute to the return of the vessel to its original position.

Для получения необходимого технического результата в системе предотвращения брочинга, включающей плавучий якорь, содержащий оболочку из гибкого материала, связанную со складным каркасом, прикрепленным к буксирной тяге и бую, механизм складывания/раскладывания каркаса и оболочки, предлагается механизм складывания/раскладывания каркаса и оболочки оснастить управляющими тросами, которые закрепить на корме судна по обе стороны от буксирной тяги, и посредством муфты связать с центральной управляющей тягой якоря, которую, при помощи строп предлагается связать с ребрами жесткости складного каркаса.To obtain the required technical result in a broach prevention system, including a floating anchor containing a shell made of flexible material, connected to a folding frame attached to a towing rod and a buoy, a frame and shell folding/unfolding mechanism, it is proposed to equip the frame and shell folding/unfolding mechanism with controls ropes, which are fixed at the stern of the vessel on both sides of the towing rod, and connected by means of a coupling to the central control rod of the anchor, which, using slings, is proposed to be connected to the stiffening ribs of the folding frame.

В предлагаемом техническом решении в случае начала разворота судна в горизонтальной плоскости на попутном волнении происходит натяжение одного из тросов управляющих (при смещении кормы вправо вытягивается правый трос, при смещении кормы влево - левый), перемещение центральной управляющей тяги плавучего якоря к корпусу судна и раскрытие складного каркаса и оболочки из гибкого материала, благодаря чему создается гидродинамическая сила, действующая в районе кормовой оконечности судна в направлении, противоположном первоначальному направлению движения судна, в результате повышается устойчивость судна на курсе и исключается возможность его разворота лагом к волне и опрокидывания.In the proposed technical solution, in the event of the beginning of the turn of the vessel in a horizontal plane on a favorable wave, one of the control cables is tensioned (when the stern is shifted to the right, the right cable is pulled out, when the stern is shifted to the left, the left one), the central control rod of the floating anchor is moved to the ship's hull and the folding frame and shell made of flexible material, due to which a hydrodynamic force is created that acts in the area of the aft end of the vessel in the direction opposite to the initial direction of movement of the vessel, as a result, the stability of the vessel on the course increases and the possibility of its turning lag to the wave and capsizing is excluded.

На прилагаемых графических материалах изображено:The attached graphics show:

на фиг. 1 - профиль ветровой волны;in fig. 1 - wind wave profile;

на фиг. 2 - изменение горизонтальной составляющей скорости поверхностных частиц по длине волны:in fig. 2 - change in the horizontal component of the velocity of surface particles along the wavelength:

на фиг. 3 - траектория частиц в ветровой волне;in fig. 3 - trajectory of particles in a wind wave;

на фиг. 4 - кривая буксировочного сопротивления судна;in fig. 4 - curve of the vessel's towing resistance;

на фиг. 5 - судно с установленной системой предотвращения брочинга;in fig. 5 - ship with installed broaching prevention system;

на фиг. 6 - узел I на фиг. 5;in fig. 6 - node I in FIG. 5;

на фиг. 7 - разрез А-А на фиг. 6.in fig. 7 is section A-A in FIG. 6.

На графических материалах приняты следующие обозначения:The following designations are used on graphic materials:

1 - трос управляющий;1 - control cable;

2 - тяга буксирная;2 - towing traction;

3 - дуга направляющая;3 - arc guide;

4 - скоба поддержки тяги буксирной;4 - towing traction support bracket;

5 - стропы;5 - slings;

6 - ребра жесткости плавучего якоря;6 - stiffening ribs of a floating anchor;

7 - тяга центральная управляющая плавучего якоря;7 - central control rod of a floating anchor;

8 - муфта крепления тросов управляющих;8 - coupling for fastening control cables;

9 - оболочка из гибкого материала;9 - shell made of flexible material;

10 - ролик;10 - roller;

11 - корпус судна;11 - ship's hull;

12 - буй;12 - buoy;

Figure 00000001
,
Figure 00000002
- длина троса управляющего по левому и правому борту соответственно, м;
Figure 00000001
,
Figure 00000002
- length of the control cable on the port and starboard sides, respectively, m;

х - горизонтальная координатная ось, м;x - horizontal coordinate axis, m;

у - вертикальная координатная ось, м;y - vertical coordinate axis, m;

ux - горизонтальная составляющая скорости частиц в волне, м/с;u x - horizontal component of particle velocity in the wave, m/s;

υc - скорость судна, м/с;υ c - vessel speed, m/s;

Rс - буксировочное сопротивление судна, кН.R with - towing resistance of the vessel, kN.

Конструкция системы предотвращения брочинга состоит из плавучего якоря, содержащего складной каркас из ребер 6 жесткости плавучего якоря и оболочку 9 из гибкого материала. Складной каркас прикреплен к корпусу 11 судна при помощи буксирной тяги 2 и соединен с буем 12. Концы ребер 6 жесткости плавучего якоря при помощи строп 5 соединены с центральной управляющей тягой 7 плавучего якоря, другой конец тяги 7 соединен посредством муфты 8 с управляющими тросами 1, прикрепленными к корпусу 11 судна в кормовой оконечности. Буксирная тяга 2 соединена со скобой 4 поддержки буксирной тяги 2, оснащенной роликом 10, установленным в направляющей дуге 3, прикрепленной к корпусу 11 судна в кормовой оконечности.The design of the broach prevention system consists of a floating anchor containing a folding frame made of stiffening ribs 6 of the floating anchor and a shell 9 made of flexible material. The folding frame is attached to the hull 11 of the vessel with the help of a towing rod 2 and is connected to the buoy 12. The ends of the stiffening ribs 6 of the floating anchor are connected by means of slings 5 to the central control rod 7 of the floating anchor, the other end of the rod 7 is connected by means of a coupling 8 to the control cables 1, attached to the hull 11 of the vessel at the aft end. The towing rod 2 is connected to the bracket 4 of the support of the towing rod 2, equipped with a roller 10 installed in the guide arc 3, attached to the hull 11 of the vessel at the aft end.

Система предотвращения брочинга работает следующим образом. При эксплуатации судна в условиях незначительного волнения и при движении на встречном волнении плавучий якорь вынимается из воды с тем, чтобы не создавать дополнительного сопротивления воды движению судна.The broach prevention system works as follows. When operating the ship in conditions of slight waves and when moving on the oncoming waves, the floating anchor is taken out of the water so as not to create additional water resistance to the movement of the ship.

При движении судна в условиях попутного волнения, когда может возникнуть опасность брочинга, плавучий якорь, содержащий складной каркас из ребер 6 жесткости плавучего якоря и оболочку 9 из гибкого материала спускается на воду и удерживается на заданном расстоянии от поверхности воды при помощи буя 12. При этом буксирная тяга 2, посредством которой усилия от плавучего якоря передаются на корпус 11 судна, соединена со скобой 4 поддержки буксирной тяги 2, оснащенной роликом 10, установленным в направляющей дуге 3. Такая конструкция позволяет избежать попадания буксирной тяги 2 в зону работы гребного винта. При этом перемещение ролика 10 в направляющей дуге 3 позволяет буксирной тяге 2 беспрепятственно поворачиваться относительно корпуса 11 судна.When the vessel is moving in conditions of fair waves, when there may be a danger of broaching, a floating anchor containing a folding frame of ribs 6 of the stiffness of the floating anchor and a shell 9 of flexible material is launched into the water and held at a predetermined distance from the water surface by means of a buoy 12. At the same time towing rod 2, through which the forces from the floating anchor are transmitted to the hull 11 of the vessel, is connected to the bracket 4 to support the towing rod 2, equipped with a roller 10 installed in the guide arc 3. This design avoids getting the towing rod 2 into the propeller operation area. In this case, the movement of the roller 10 in the guide arc 3 allows the towing rod 2 to rotate freely relative to the hull 11 of the vessel.

Для исследования возникновения явления брочинга следует рассмотреть особенности реального ветрового волнения. Согласно (Шулейкин В.В. Физика моря. М.: Наука, 1968. - 1080 с.) профиль ветровых волн отклоняется от трохоидального, при этом вершины волн становятся более заостренными, а подошвы -пологими. Общие уравнения семейства кривых, к которым принадлежат профили ветровых волн, записываются в виде:To study the emergence of the phenomenon of broach, one should consider the features of a real wind wave. According to (Shuleikin V.V. Physics of the sea. M.: Nauka, 1968. - 1080 p.), the profile of wind waves deviates from the trochoidal one, while the tops of the waves become more pointed, and the soles become flatter. The general equations of the family of curves to which the wind wave profiles belong are written as:

Figure 00000003
Figure 00000003

где θ - фазовый угол, рад;where θ - phase angle, rad;

а, b - полуоси некоторого эллипса, м;a, b - semiaxes of some ellipse, m;

R - радиус круга качения, м.R is the radius of the rolling circle, m.

Радиус круга качения определяется выражением:The radius of the rolling circle is determined by the expression:

Figure 00000004
Figure 00000004

где λ - длина волны, м.where λ is the wavelength, m.

Параметры эллипса определяются из условий:Ellipse parameters are determined from the conditions:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где h - высота волны, м;where h - wave height, m;

Figure 00000007
- радиус производящей окружности, м;
Figure 00000007
- radius of generating circle, m;

Figure 00000008
- осредненное на протяжении длины волны значение скорости дрейфового течения, м/с;
Figure 00000008
is the drift current velocity averaged over the wavelength, m/s;

υ=ω⋅r0 - скорость движения частиц по окружности, м/с;υ=ω⋅r 0 - speed of particle movement along the circumference, m/s;

ω - круговая частота волны, рад/с.ω - circular frequency of the wave, rad/s.

Проведенные исследования (Шулейкин В.В. Физика моря. - М.: Наука, 1968. - 1080 с.) показали, что траектория движения частиц в волне является достаточно сложной и содержит петли. Здесь на круговращательное движение частиц в соответствии с элементарной теорией трохоидальных волн, накладывается поступательное движение, объясняемое эффектом Стокса («волновое» течение), а также дрейф от действия ветра. При этом обе составляющие поступательного движения не являются постоянными, а непрерывно изменяются по длине волны.The conducted studies (Shuleikin V.V. Physics of the sea. - M.: Nauka, 1968. - 1080 p.) showed that the trajectory of particles in a wave is quite complex and contains loops. Here, in accordance with the elementary theory of trochoidal waves, the rotational motion of particles is superimposed on translational motion, explained by the Stokes effect (“wave” flow), as well as drift from the action of the wind. In this case, both components of the translational motion are not constant, but continuously change along the wavelength.

Согласно (Шулейкин В.В. Физика моря. - М.: Наука, 1968. - 1080 с.) мгновенное значение горизонтальной скорости частицы в волне ux можно определить из выраженияAccording to (Shuleikin V.V. Physics of the sea. - M.: Nauka, 1968. - 1080 p.), the instantaneous value of the horizontal velocity of a particle in a wave u x can be determined from the expression

Figure 00000009
Figure 00000009

Видно, что горизонтальная составляющая скорости движения частиц в волне изменяется по ее длине.It can be seen that the horizontal component of the velocity of particles in the wave varies along its length.

Результаты расчета с использованием формул (1) - (5) представлены на фиг. 1 - фиг. 3. Расчет выполнялся для волны длиной λ=30 м и высотой h=3 м при осредненном на протяжении длины волны значении скорости дрейфового течения

Figure 00000010
.The calculation results using formulas (1) - (5) are shown in Fig. 1 - fig. 3. The calculation was performed for a wave with a length of λ=30 m and a height of h=3 m at averaged over the wavelength value of the drift current velocity
Figure 00000010
.

Влияние изменения скорости обтекания корпуса на динамику судна на попутном волнении рассмотрим на примере МТЯ типа «Тунцелов-1» проекта 1331, имеющего длину между перпендикулярами 30 м и наибольшее водоизмещение 367 т. Пусть судно двигалось со скоростью 6 м/с, находясь на заднем склоне волны в районе ее подошвы, где скорость частиц жидкости близка к нулю (фиг. 2). В этом случае согласно фиг. 4 буксировочное сопротивление судна составляет порядка 58 кН. После попадания на вершину волны скорость судна относительно водной среды уменьшится вследствие того, что частицы жидкости имеют скорость около 2,5 м/с (фиг. 2), направленную по ходу движения судна. В таких условиях буксировочное сопротивление судна уменьшится более чем в 6 раз и составит около 9 кН (фиг. 4), из-за этого скорость судна начнет возрастать.Let us consider the influence of the change in the speed of the flow around the hull on the dynamics of the ship in a tail wave using the example of the Tuntselov-1 type MTF of project 1331, which has a length between perpendiculars of 30 m and a maximum displacement of 367 tons. Let the ship move at a speed of 6 m/s, being on the back slope waves in the region of its base, where the velocity of fluid particles is close to zero (Fig. 2). In this case, according to FIG. 4 the towing resistance of the vessel is about 58 kN. After hitting the top of the wave, the speed of the vessel relative to the aquatic environment will decrease due to the fact that the particles of the liquid have a speed of about 2.5 m/s (Fig. 2), directed in the direction of the vessel. Under such conditions, the towing resistance of the ship will decrease by more than 6 times and will be about 9 kN (Fig. 4), because of this, the speed of the ship will begin to increase.

Резкое снижение буксировочного сопротивления судна приведет и к тому, что гребной винт судна станет гидродинамически легким, поэтому число оборотов двигателя начнет расти. Как следствие из всего описанного, режим движения судна в таких условиях будет неустановившимся.A sharp decrease in the towing resistance of the vessel will also lead to the fact that the propeller of the vessel will become hydrodynamically light, so the engine speed will begin to increase. As a consequence of everything described, the mode of movement of the vessel in such conditions will be unsteady.

После того, как судно окажется на переднем склоне волны, а его носовая оконечность будет приближаться к ее подошве, нос судна окажется в зоне, где частицы жидкости движутся с малой скоростью в направлении движения судна или даже в обратном направлении, при этом корма судна будет находиться в условиях попутного потока со значительной скоростью. В результате этого носовая оконечность начнет затормаживаться вследствие резкого роста сил сопротивления на ней, т.к. согласно фиг. 2 скорость частиц жидкости в районе подошвы волны может быть направлена противоположно направлению движения судна.After the vessel is on the front slope of the wave, and its bow approaches its sole, the bow of the vessel will be in a zone where liquid particles move at low speed in the direction of the vessel or even in the opposite direction, while the stern of the vessel will be in conditions of associated flow at a significant speed. As a result, the nasal tip will begin to slow down due to a sharp increase in the resistance forces on it, because. according to fig. 2, the velocity of the liquid particles in the region of the wave base can be directed opposite to the direction of the vessel's motion.

В таких условиях режим движения судна является неустановившимся. Поэтому силы сопротивления и дрейфа, а также момент, действующий на корпус судна, зависят не только от величины параметров, определяющих состояние движения в каждое мгновение, но и от характера всего процесса, предшествующего данному состоянию (Небеснов В.И. Динамика двигателя в системе корпус судна - винты - двигатели. - Л.: Судпромгиз, 1961. - 374 с.) Характер процесса при таких движениях судна исключительно сложный. Криволинейность траектории центра тяжести судна, рыскание, а также изменение условий взаимодействия движителей, рулей и корпуса судна обуславливают изменение во времени углов атаки в различных точках диаметральной плоскости и местных скоростей натекания потока воды. В связи с этим судно может быть развернуто лагом к волне и опрокинуто.In such conditions, the mode of motion of the ship is unsteady. Therefore, the forces of resistance and drift, as well as the moment acting on the hull, depend not only on the magnitude of the parameters that determine the state of motion at every moment, but also on the nature of the entire process preceding this state (Nebesnov V.I. Engine dynamics in the hull system Vessel - Propellers - Engines - L.: Sudpromgiz, 1961. - 374 p.) The nature of the process during such movements of the vessel is extremely complex. The curvilinearity of the trajectory of the ship's center of gravity, yaw, as well as changes in the conditions of interaction between propellers, rudders and the ship's hull determine the change in time of the angles of attack at various points of the diametrical plane and local velocities of the water flow. In this regard, the vessel can be turned sideways to the wave and capsized.

В случае реализации предлагаемой системы предотвращения брочинга, если судно начинает разворачиваться лагом к первоначальному курсу, то натяжение одного из управляющих тросов 1 ослабевает, а другого - увеличивается (если корма смещается влево, то натягивается левый управляющий трос 1, если вправо - правый управляющий трос 1. За счет натяжения управляющего троса 1, соединенного посредством муфты 8 крепления управляющих тросов с центральной управляющей тягой 7 плавучего якоря, происходит ее перемещение в направлении корпуса судна 11. При этом центральная управляющая тяга 7 плавучего якоря воздействует на стропы 5, которые поворачивают ребра жесткости 6 плавучего якоря, образующие складной каркас, и раскрывают оболочку 9 из гибкого материала. После раскрытия оболочки 9 из гибкою материала на плавучем якоре возникает гидродинамическая сила, передаваемая посредством буксирной тяги 2 на корпус 11 судна в кормовой оконечности.In the case of the implementation of the proposed system to prevent broaching, if the ship begins to turn lag to the original course, then the tension of one of the control cables 1 weakens, and the other increases (if the stern is shifted to the left, then the left control cable 1 is pulled, if to the right, the right control cable 1 Due to the tension of the control cable 1, connected by means of the coupling 8 for fastening the control cables with the central control rod 7 of the floating anchor, it moves in the direction of the ship hull 11. In this case, the central control rod 7 of the floating anchor acts on the slings 5, which turn the stiffeners 6 floating anchor, forming a folding frame, and open the shell 9 of flexible material.After opening the shell 9 of flexible material on the floating anchor, there is a hydrodynamic force transmitted by means of towing rod 2 to the hull 11 of the vessel at the aft end.

В результате этого, на кормовую оконечность корпуса 11 судна действует сила, направленная противоположно первоначальному курсу судна. Эта сила обеспечивает устойчивость судна на курсе и исключает возможность резкого разворота судна лагом к волне и его опрокидывание. Судно с традиционной конструкцией в условиях попутного волнения не обладает достаточной устойчивостью и вследствие случайных возмущений нередко разворачивается перпендикулярно первоначальному направлению движения и переворачивается.As a result, a force acts on the aft end of the hull 11 of the vessel, directed opposite to the initial course of the vessel. This force ensures the stability of the vessel on the course and eliminates the possibility of a sharp turn of the vessel with a log to the wave and its capsizing. A ship with a traditional design does not have sufficient stability in conditions of tail waves and, due to random disturbances, often turns perpendicular to the original direction of movement and capsizes.

Под действием силы, действующей на кормовую оконечность корпуса 11 судна, судно начинает разворот в обратном направлении в горизонтальной плоскости и возвращается на первоначальный курс. При этом натяжение управляющего троса 1 ослабевает, длины управляющих тросов 1 с левого и правого борта выравниваются

Figure 00000011
и центральная управляющая тяга 7 плавучего якоря перемещается в направлении от корпуса 11 судна. Это сопровождается уменьшением натяжения строп 5, поворотом ребер 6 жесткости плавучего якоря в первоначальное положение и закрытием оболочки 9 из гибкого материала, что, в свою очередь, ведет к резкому уменьшению гидродинамической силы, действующей на плавучий якорь, в результате чего он не оказывает существенного влияния на буксировочное сопротивление судна.Under the action of a force acting on the aft end of the hull 11 of the vessel, the vessel begins to turn in the opposite direction in the horizontal plane and returns to its original course. In this case, the tension of the control cable 1 weakens, the lengths of the control cables 1 from the left and right sides are aligned
Figure 00000011
and the central control rod 7 floating anchor moves in the direction from the hull 11 of the vessel. This is accompanied by a decrease in the tension of the lines 5, the rotation of the stiffening ribs 6 of the floating anchor to its original position and the closing of the shell 9 of flexible material, which, in turn, leads to a sharp decrease in the hydrodynamic force acting on the floating anchor, as a result of which it does not have a significant effect on the ship's towing resistance.

Следует отметить, что экстремальная ситуация, связанная с возникновением брочинга, может развиваться стремительно в условиях значительной неопределенности. В таких условиях человек практически не способен принимать правильные решения по управлению судном, а своими действиями может лишь усугубить ситуацию. В частности, рулевой, видя поворот судна в сторону (например, вправо) и не зная, что обтекание корпуса судна идет со стороны кормы, стремится вернуть судно на прежний курс, поворачивая перо руля влево, что еще быстрее разворачивает судно лагом к волне и создает предпосылки переворота судна под действием опрокидывающего момента, образующегося за счет разницы гидродинамических давлений на борта. Поэтому использование в такой ситуации конструкции ближайшего аналога, а также других известных конструкций плавучих якорей, управление работой которых осуществляется силами экипажа, не позволит обеспечить безопасность судна.It should be noted that an extreme situation associated with the occurrence of broach can develop rapidly in conditions of significant uncertainty. In such conditions, a person is practically not able to make the right decisions on the management of the ship, and his actions can only aggravate the situation. In particular, the helmsman, seeing the turn of the ship to the side (for example, to the right) and not knowing that the flow around the ship's hull is coming from the stern, seeks to return the ship to its previous course by turning the rudder to the left, which turns the ship even faster with a lag to the wave and creates prerequisites for the ship to capsize under the action of a capsizing moment, which is formed due to the difference in hydrodynamic pressures on the sides. Therefore, the use in such a situation of the design of the closest analogue, as well as other known designs of floating anchors, the operation of which is carried out by the crew, will not ensure the safety of the vessel.

Таким образом, предлагаемая конструкция повышает курсовую устойчивость судна на попутном волнении, предотвращает разворот судна лагом к волне, что позволяет избежать опрокидывания судна, и, следовательно, повысить безопасность мореплавания.Thus, the proposed design increases the directional stability of the vessel on a fair wave, prevents the vessel from turning sideways to the wave, which makes it possible to avoid capsizing the vessel, and, consequently, increase the safety of navigation.

Claims (1)

Система предотвращения брочинга, включающая плавучий якорь, содержащий оболочку из гибкого материала, связанную со складным каркасом, прикрепленным к буксирной тяге и бую, механизм складывания/раскладывания каркаса и оболочки, отличающаяся тем, что механизм складывания/раскладывания каркаса и оболочки оснащен управляющими тросами, закрепленными на корме судна по обе стороны от буксирной тяги и посредством муфты связанными с центральной управляющей тягой якоря, которая при помощи строп связана с ребрами жесткости складного каркаса.Broaching prevention system, including a buoyant anchor containing a shell of flexible material connected to a folding frame attached to the towing rod and buoy, a frame and shell folding/unfolding mechanism, characterized in that the frame and shell folding/unfolding mechanism is equipped with control cables fixed at the stern of the vessel on both sides of the towing rod and by means of a coupling connected to the central control rod of the anchor, which is connected by means of slings to the stiffening ribs of the folding frame.
RU2021111638A 2021-04-22 Broaching prevention system RU2781020C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2781020C1 true RU2781020C1 (en) 2022-10-04

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB191507793A (en) * 1915-05-26 1915-12-16 Wallace Cranston Fairweather Anchor Cable Cutting Apparatus.
SU1358295A1 (en) * 1985-10-21 2004-10-27 В.А. Серебряков DROGUE
RU2518930C2 (en) * 2009-11-17 2014-06-10 Смарт Инстэллейшнз Ас Cutter, method of cutting and application of cutter for cutting line extending from self-floating structure
RU2620849C1 (en) * 2016-04-29 2017-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" Prevention system of broching

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB191507793A (en) * 1915-05-26 1915-12-16 Wallace Cranston Fairweather Anchor Cable Cutting Apparatus.
SU1358295A1 (en) * 1985-10-21 2004-10-27 В.А. Серебряков DROGUE
RU2518930C2 (en) * 2009-11-17 2014-06-10 Смарт Инстэллейшнз Ас Cutter, method of cutting and application of cutter for cutting line extending from self-floating structure
RU2620849C1 (en) * 2016-04-29 2017-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" Prevention system of broching

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3295487A (en) Hydrofoil sailboat
EP3247620B1 (en) Design of forepart of a vessel
JPS5893695A (en) Single hull ship, propeller thereof is stabilized
PL185609B1 (en) Skimming boat
RU2419557C2 (en) "akvalet" water-air craft, mastless sail and sail control device
US20120048165A1 (en) Hydrodynamic Wings For Roll Control of Marine Vessels
RU2781020C1 (en) Broaching prevention system
WO2004031029A2 (en) Waveless hull
SI23103A (en) Device for moving on water and/or air and/or ashore
US5325804A (en) Fuel-efficient watercraft with improved speed, stability, and safety characteristics
KR20200114060A (en) Thruster with foldable wing and vessel including the same
JP2023526852A (en) Hull with variable geometry
KR100293339B1 (en) Drainage boat with stable pitch
US3082727A (en) Control system for water craft
Hooft Manoeuvring Large Ships in Shallow Water—I
Szymoński Some effects of wind on ship’s manoeuvrability
RU2620849C1 (en) Prevention system of broching
RU40288U1 (en) SHIP MANAGEMENT SYSTEM
WO2020070526A1 (en) Revolving sailing catamaran watercraft
RU2772291C1 (en) Sail
RU2661271C2 (en) Moving and steering complex of the ship
US806222A (en) Construction of vessels.
US20170183071A1 (en) A control arrangement for a wind powered vehicle
GB2270040A (en) Sailing vessels
Bucci et al. On the calculation of the forces developed by escort tugs