RU2797708C2

RU2797708C2 - Судно с установленным на его носу гидродинамическим канализирующим насадком управления потоком, имеющим горизонтальный стеновой участок управления поверхностной волной

Info

Publication number: RU2797708C2
Application number: RU2021127837A
Authority: RU
Inventors: Эммануил Э. ПЕТРОМАНОЛАКИС
Original assignee: Эммануил Э. ПЕТРОМАНОЛАКИС
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2023-06-07

Abstract

Изобретение относится к области гидродинамики, в частности к судну, оборудованному установленным на его носу гидродинамическим канализирующим насадком для управления водным потоком при движении судна. Предложено судно, оборудованное установленным на носу гидродинамическим канализирующим насадком управления потоком, состоящим из горизонтального стенового участка (2), простирающегося с каждой стороны осевой линии (ОЛ) носовой части судна (8), по меньшей мере одного дополнительного горизонтального стенового участка (1), расположенного над горизонтальным стеновым участком (2) в области ватерлинии и приспособленного для управления поверхностными волнами, и пары боковых стеновых участков (5), присоединенных к каждому концу горизонтальных стеновых участков (1) и (2) и простирающихся вверх с каждой стороны носа, формируя тем самым в сочетании с горизонтальными стеновыми участками (1) и (2) замкнутый по кругу канализирующий насадок, поток внутри которого полностью отделен от потока снаружи насадка, причем такое отделение приводит к снижению сопротивлений волнообразования и требуемой номинальной мощности и расхода топлива для продвижения судна. Предложены варианты с одним дополнительным горизонтальным стеновым участком (3) или двумя стеновыми участками (3, 4) между горизонтальными стеновыми участками (1) и (2), работающими дополнительно или в качестве альтернативы в условиях ненагруженного или нагруженного состояния судна. 8 з.п. ф-лы, 16 ил.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к технической области гидродинамики и, в частности, к судну, оборудованному установленным на его носу гидродинамическим канализирующим насадком для управления водным потоком при движении судна, состоящим из двух боковых стеновых участков, по одному боковому стеновому участку с каждой стороны носа судна, соединенных друг с другом по меньшей мере одним нижним и одним верхним стеновыми участками, простирающимися горизонтально или под некоторым наклоном, причем водный поток на носу судна внутри насадка обособлен (отделен) от потока снаружи канализирующего насадка, в результате чего ослабляется волнообразование и сопротивление трения, и, как следствие, снижается расход топлива, необходимого для продвижения судна. Кроме того, простирающийся горизонтально верхний стеновой участок взаимодействует с волновыми векторами на морской поверхности и вызывает повышение скорости волны, падающей на переднюю кромку этого верхнего горизонтально простирающегося стенового участка, благодаря чему увеличенная скорость волны на морской поверхности способствует дальнейшему увеличению скорости потока и падению давления, приложенного к носу, и, в результате, приводит к снижению сопротивления, испытываемого судном при его движении. В разработке предложенного гидродинамического насадка учитываются геометрия носовой части судна (обычный или бульбообразный нос) и требования по загрузке судна с целью достижения оптимально сниженного сопротивления продвижению судна и, как следствие, снижения расхода топлива.

Уровень техники

Гидродинамический канализирующий насадок управления потоком и, в частности, преодоления сопротивления волнообразования при продвижении судна, выступал в качестве объекта ряда международных заявок и десятков национальных патентов в последние десятилетия. В международной заявке WO 1992/22456 была предложена первая конструкция подобного канализирующего насадка, а в международной заявке WO 1996/26104 был предложен такой канализирующий насадок, имеющий два боковых стеновых участка, присоединенных к горизонтальному стеновому участку, причем все эти стеновые участки имели аэродинамический профиль. Затем, в международных заявках WO 2013/011332 и WO 2014/091259 были предложены существенные конструктивные усовершенствования этого канализирующего насадка для достижения наилучших рабочих характеристик.

Хорошо известно, что в области создания судов всех типов все возрастающее значение приобретают вопросы снижения расхода энергии, в сочетании с осознанием важности проблем охраны окружающей среды и возникновения опасных явлений, вызванных климатическими изменениями. Также известно, что волнообразование и сопротивление трения представляют собой важный фактор, определяющий уровень расхода топлива при движении судна, и важность этого фактора подтверждается постоянными и обширными работами, направленными на достижение снижения этого трения, преодолеваемого судами, и улучшения качества их движения через преодолеваемую ими сплошную массу воды. В частности, в прошлом широко использовалась бульбообразная или шаровая форма носовой части корпуса судна для снижения сопротивления волнообразования и, особенно, для снижения высоты носовой волны. Однако фронтальная поверхность судна, т.е., площадь поверхности носовой части, входящей в соприкосновение с водой при движении судна, является значительной, и поскольку сопротивление движению ускоренно растет пропорционально квадрату скорости судна, еще более ускоренно растет мощность, необходимая для преодоления сопротивления продвижению судна с заданной для него скоростью, так как эта мощность пропорциональна третьей степени скорости судна.

Для решения поставленной задачи снижения сопротивления движению судна, т.е., энергии волнообразования, связанной с давлением, создаваемым на фронтальную носовую поверхность судна, в международной патентной заявке WO-92/22456 (Е.Е. Petromanolakis), было раскрыто введение канализирующего насадка, устанавливаемого на носу судна, как это было упомянуто выше, так, что этот насадок выступает по высоте выше и ниже ватерлинии судна, и предназначенного для снижения сопротивления волнообразования при движении судна за счет снижения приложенного к носу давления благодаря тому, что воздействует на водную массу через канализирующий насадок, а не его полной фронтальной носовой поверхностью. В усовершенствованной версии такого канализирующего насадка, описанной в следующей международной патентной заявке WO-96/26104 (Е.Е. Petromanolakis), был раскрыт поглотитель давлений, приложенных к носу, являющийся таким образом средством снижения расхода топлива, необходимого для продвижения судна, причем усовершенствованный канализирующий насадок имеет стенки с аэродинамическим профилем и обеспечивает достижение максимального различия между потоком через насадок и потоком воды вокруг него, и благодаря такому улучшенному разделению достигается выигрыш в экономии топлива.

Далее, в соответствии с патентной заявкой GR-20110100430 и последующей международной патентной заявкой WO-2013/011332, был предложен канализирующий насадок, располагающийся так, чтобы Центр Низкого Давления, соответствующий нулевому углу падения потока на горизонтальный стеновой участок, оказался в зоне образования первой носовой волны, а Центры Низкого Давления боковых стеновых участков насадка, находящиеся в зоне их соединения с горизонтальным стеновым участком, оказались в выбранном положении между этим Центром Низкого Давления горизонтального стенового участка и выше или слегка впереди его передней кромки. Далее, с целью получения оптимальной конструкции канализирующего насадка были предложены специально выбранные конструктивные параметры горизонтального стенового участка и боковых стеновых участков и рассматривались те параметры геометрии стеновых участков, которые определяют величину коэффициента подъемной силы (C_L) и коэффициента лобового сопротивления (C_D), и предлагались решения, направленные на достижение оптимального отношения C_L/C_D коэффициента подъемной силы C_L и коэффициента лобового сопротивления C_D как для горизонтального, так и для боковых стеновых участков канализирующего насадка, а также с целью оптимизации отношения и коэффициента подъемной силы боковых стеновых участков для конкретной номинальной скорости движения и геометрии носа судна. Параметрическое конструирование предложенного выше канализирующего насадка обеспечивает существенное улучшение рабочих характеристик, подтверждаемое испытаниями, успешно проведенными на моделях судов различных типов (контейнеровозы, сухогрузы, яхты и сторожевые корабли).

Далее, в следующей патентной заявке GR-20120100643 и претендующей на ее приоритет международной патентной заявке WO-2014/091259 предложено параметрическое конструирование канализирующего насадка, связанное с информацией, относящейся к конфигурации и геометрии каждой конкретной носовой части, и также связанное с меняющимися требованиями по загрузке судна. И наоборот, предлагалось создание конструкции носовой части, предназначенной для установки на нее оптимизированного канализирующего насадка, с конечной целью достижения улучшенных результатов в отношении требований к мощности и расходу топлива. В частности, была предложена конструкция канализирующего насадка, горизонтальный стеновой участок которого приспособлен для вертикального перемещения между верхним крайним положением и нижним крайним положением, а боковые стеновые участки имеют форму, при которой при любом положении вертикально перемещаемой горизонтальной плоскости, проходящей по ватерлинии, горизонтальное сечение боковых стеновых участков горизонтальной плоскостью, проходящей по ватерлинии, следует геометрии и, в частности, развалу боковых шпангоутов при сохранении фиксированного положения задней кромки каждого горизонтального сечения боковых стеновых участков от бортов носовой части так, чтобы это фиксированное расстояние определялось по перпендикуляру от задней кромки боковых стеновых участков, соответствующей каждому конкретному уровню ватерлинии, до бортов носовой части.

Упомянутые исследования канализирующего насадка, установленного на носу судна, способствовали улучшению экономических показателей движения судов и также снижению ускорений вертикальных перемещений носа судна, что также привело к увеличению средних скоростей движения. Особенно высокий выигрыш получается при использовании последней упомянутой патентной заявки, в которой параметрическое конструирование канализирующего насадка связано с конкретными параметрами конструкции носа судна, на котором он установлен.

Было обнаружено, что при использовании предложенного гидродинамического канализирующего насадка, установленного на носу судна и полностью погруженного ниже ватерлинии при движении судна, причем канализирующий насадок состоит из горизонтально простирающегося стенового участка и двух боковых стеновых участков, решается задача получения оптимального различия потока внутри канализирующего насадка и потока снаружи него, и, соответственно, достигается снижение давлений, приложенных к носу, и, следовательно, снижается сопротивление волнообразования, т.е., сопротивление движению судна, с соответствующим требуемым снижением расхода топлива.

Однако погружение канализирующего насадка ниже ватерлинии и его открытый верхний конец приводит к неэффективному управлению волной, возникающей на морской поверхности, в результате чего не достигается эффективного управления сопротивлением волнообразования, и ограничивается общая эффективность предложенного гидродинамического канализирующего насадка, установленного на носу судна.

Соответственно, в настоящем изобретении предлагается гидродинамический канализирующий насадок, имеющий дополнительный по меньшей мере один верхний горизонтальный стеновой участок, расположенный над погруженным горизонтальным стеновым участком канализирующего насадка и помещенный в области ватерлинии, и приспособленный для поглощения энергии волны за счет увеличения скорости потока, падающего на переднюю кромку дополнительного верхнего горизонтального стенового участка. Введение упомянутого дополнительного по меньшей мере одного верхнего горизонтального стенового участка приводит к усилению различия потока внутри канализирующего насадка и потока снаружи его, в результате чего образуется комбинация нижнего горизонтального стенового участка вблизи низа насадка с горизонтальным стеновым участком, расположенным вблизи ватерлинии, что дает кумулятивно усиливающийся эффект сокращения сопротивлений волнообразования, благодаря чему соответственно снижается потребность в мощности и расходе топлива для продвижения судна, а вышеупомянутое повышение эффективности канализирующего насадка, обеспечиваемое вышеупомянутым дополнительным верхним стеновым участком в области ватерлинии, в частности, существенно усиливается в условиях бурного моря и усиленного волнообразования.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, предлагается усовершенствованная ориентация дополнительного по меньшей одного верхнего горизонтального стенового участка гидродинамического канализирующего насадка в области ватерлинии и, предпочтительно, над ватерлинией для тихоходных судов с широким носом, у которых возникающая носовая волна направлена, предпочтительно, вперед по осевой линии носа, и ниже осевой линии носа для высокоскоростных судов с узким носом, у которых носовая волна направлена на осевую линию носа или назад от нее.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, предлагается дополнительный по меньшей мере один верхний горизонтальный стеновой участок гидродинамического канализирующего насадка с такими техническими характеристиками аэродинамического профиля (длина хорды, толщина, кривизна и т.д.), что он может быть приспособлен для взаимодействия с векторами поверхностных волн, образующихся в море, для достижения увеличения входной скорости потока, падающего на переднюю кромку вышеупомянутого по меньшей мере одного верхнего горизонтального стенового участка, при этом достигается дальнейшее увеличение входного потока и соответственное дальнейшее снижение приложенного к ней давления, т.е., достигаются улучшенные характеристики движения судна.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, определяются параметры вышеупомянутого по меньшей мере одного горизонтального стенового участка с учетом критерия скорости движения и конфигурации носа, и предлагается такой верхний горизонтальный стеновой участок с функцией перемещения вперед и назад вдоль продольного направления судна, для модификации угла падения на него потока.

Согласно варианту осуществления изобретения, также предлагаются изменяемые параметры аэродинамического профиля верхнего горизонтального стенового участка гидродинамического канализирующего насадка, причем изменения параметров соотносятся с изменяемой скоростью движения и изменяемой конфигурацией носа судна.

Согласно варианту осуществления изобретения, предлагается возможность, с целью улучшения рабочих характеристик канализирующего насадка, удлинения горизонтально простирающегося и боковых стеновых участков насадка, причем это удлинение достигается накрывающим листом, приспособленным для выдвижения вперед передней кромки упомянутых стеновых участков, благодаря чему при необходимости усиливается воздействие закрытого канализирующего насадка на сопротивление волнообразования, например, вследствие изменения метеоусловий, приводящего к изменению высоты носовой волны и/или благодаря изменению скорости движения судна.

Согласно варианту осуществления изобретения, предлагается расположение боковых стеновых участков канализирующего насадка, в котором:

в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения обеспечивается соответствие их горизонтального сечения развалу боковых шпангоутов носа, когда задняя кромка каждого горизонтального сечения боковых стеновых участков поддерживается на фиксированном расстоянии от бортов носовой части, причем это фиксированное расстояние определяется вдоль перпендикуляра от задней кромки боковых стеновых участков, которые соответствуют каждому конкретному сечению, до бортов носовой части;

в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, который может обеспечить положительный эффект при определенных обстоятельствах, боковые стеновые участки отклоняются с определенным наклоном относительно бортов носовой части;

или через высоту канализирующего насадка от нижнего горизонтального стенового участка внизу насадка до ватерлинии,

либо частично вдоль верхней или нижней части по высоте канализирующего насадка, в случае если боковые стеновые участки отклоняются от бортов носовой части, либо по высоте насадка или вдоль его части, получающиеся завихрения, возникающие в результате постепенно увеличивающегося расстояния боковых стеновых участков от бортов носовой части, могут быть уравновешены и демпфированы посредством усиливающегося действия векторов, образующихся из-за наличия упомянутого дополнительного по меньшей мере одного горизонтального стенового участка, когда подходящая комбинация боковых стеновых участков, которые либо расположены на упомянутом фиксированном расстоянии от бортов носовой части или постепенно отклоняются от бортов носовой части, обеспечивает достижение повышенной эффективности гидродинамического канализирующего насадка за счет снижения номинальной мощности и расхода топлива при движении судна, оборудованного таким канализирующим насадком, а также оптимизацию нежелательных вертикальных перемещений носа.

Также известно, что в зависимости от степени загрузки судна в значительной мере меняется его осадка, причем ненагруженные суда обладают минимальной осадкой, а полностью загруженные суда демонстрируют максимальную осадку.

На основе выше изложенного, для того, чтобы предложенный гидродинамический канализирующий насадок, установленный на носу, был пригоден для любых возможных условий загрузки судна, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, предлагается канализирующий насадок, в котором расположение боковых стеновых участков носит непрерывный характер и следует конфигурации носа, поддерживая фиксированное расстояние от бортов носовой части на всех уровнях, или постепенно отклоняется от этих бортов носовой части, либо по всей их длине от их низа до верхней части, либо частично вдоль части этой длины от низа до верха, причем первая пара горизонтальных стеновых участков присоединена к нижней части боковых стеновых участков, тем самым, формируя нижнюю замкнутую по кругу первую часть канализирующего насадка, а другая вторая пара горизонтальных стеновых участков присоединена к верхней части боковых стеновых участков, тем самым формируя верхнюю замкнутую по кругу вторую часть канализирующего насадка, при этом нижняя первая часть насадка приспособлена для управления потоком на носу и обеспечивает достижение вышеупомянутых преимуществ по снижению волновых сопротивлений при движении судна без груза, в то время как верхняя вторая часть канализирующего насадка приспособлена для управления потоком на носу и обеспечивает, во взаимодействии с вышеупомянутой первой частью насадка, вышеупомянутые преимущества по снижению волновых сопротивлений при движении судна в полностью загруженном состоянии.

Согласно варианту осуществления изобретения, предлагается замкнутый по кругу гидродинамический канализирующий насадок в соответствии с изобретением, имеющий нижнюю часть и верхнюю часть, включающий три горизонтальных стеновых участков, причем промежуточный горизонтально простирающийся стеновой участок содержит стеновой участок, приспособленный для управления поверхностными волнами, когда судно находится в ненагруженном состоянии.

Согласно варианту осуществления изобретения, предлагается возможность вертикального смещения вдоль вертикали по меньшей мере одного из горизонтально простирающихся стеновых участков и, в частности, обеспечивается такая функция для того участка, который приспособлен для взаимодействия с поверхностной волной, с тем, чтобы он располагался в подходящем положении для управления поверхностной волной, которое обеспечивало бы наилучшее оптимизированное воздействие канализирующего насадка при изменяющихся условиях осадки судна, зависящих от его загрузки и от потребления расходных материалов.

Согласно варианту осуществления изобретения, предлагается вариант осуществления, в котором верхний и/или нижний горизонтально простирающиеся стеновые участки гидродинамического канализирующего насадка ориентированы с некоторым наклоном, вверх или вниз, относительно горизонтального уровня ватерлинии по обеим сторонам оси симметрии судна.

Согласно варианту осуществления изобретения, предлагается по меньшей мере один или более дополнительных стеновых участков, простирающихся параллельно и расположенных под нижним стеновым участком канализирующего насадка, простирающегося горизонтально или с некоторым наклоном, причем эти по меньшей мере один или более стеновые участки имеют такой же или другой аэродинамический профиль, что и нижний горизонтальный или наклоненный стеновой участок, пространство между нижним стеновым участком и нижележащими дополнительными стеновым участком или участками закрыто боковыми стеновыми участками, и задачей предложенных дополнительных одного или более стеновых участков является увеличение скорости потока, падающего на насадок согласно изобретению, благодаря чему еще больше усиливается различие характеристик потока внутри канализирующего насадка и потока снаружи него.

Также предлагается вариант осуществления, в котором предложенный замкнутый по кругу канализирующий насадок устанавливается на судах с бульбом, причем нижний горизонтально простирающийся стеновой участок располагается так, что конструкция бульба заключена внутри вышеупомянутого замкнутого по кругу насадка, и такое расположение обеспечивает повышенную эффективность благодаря совместному действию бульба и канализирующего насадка в соответствии с изобретением. Здесь, в частности, следует отметить, что у судов, оборудованных бульбом, наблюдается некоторое повышение эффективности движения, при движении в пределах номинальной скорости судна, но при скорости ниже этих пределов эффективность значительно снижена из-за одновременного изменения Fn. Поэтому, согласно цели изобретения, предлагается упомянутая выше комбинация бульба с канализирующим насадком согласно изобретению, установленным на носу судна, с целью обеспечения достаточной эффективности вне зависимости от скорости судна, поскольку было обнаружено, что насадок обеспечивает получение преимущества при любых величинах Fn, включая скорости ниже расчетной номинальной скорости (экономичной скорости).

В частности, согласно варианту осуществления изобретения, предлагается комбинация бульба на носу судна с предложенным в изобретении гидродинамическим канализирующим насадком в варианте осуществления, где нижний горизонтальный стеновой участок простирается по обе стороны корпуса бульба на заданной его высоте, и в другом варианте осуществления, где нижняя горизонтальная стенка заменена верхней поверхностью корпуса бульба, при этом в каждом из упомянутых вариантов осуществления верхний горизонтальный стеновой участок, приспособленный для обеспечения управления поверхностной волной, соответственно расположен над корпусом бульба в области ватерлинии.

Таким образом, главной задачей настоящего изобретения является преодоление упомянутых недостатков и изъянов уровня техники, и формулирование конструктивных параметров разработки гидродинамического канализирующего насадка, установленного на носу судна, которые будут способствовать оптимизации работы насадка, в сочетании с функционально независимыми параметрами скорости судна, геометрии носа судна, а также изменяемыми условиями загрузки судна.

Эти и другие цели, характеристики и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны при рассмотрении подробного описания предпочтительных вариантов осуществления.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет полностью раскрыто специалистам со ссылкой на приложенные чертежи, представленные в качестве иллюстраций и не ограничивающие изобретение.

на фиг.1 представлен перспективный вид части носа судна с установленным на нем известным гидродинамическим канализирующим насадком, содержащим горизонтальный стеновой участок и пару боковых стеновых участков, показанных простирающимися над ватерлинией;

на фиг.2 представлен перспективный вид части носа судна с установленным на нем гидродинамическим канализирующим насадком в соответствии с настоящим изобретением, содержащим нижний горизонтальный стеновой участок, верхний горизонтальный стеновой участок и боковые стеновые участки, показанные простирающимися над ватерлинией;

на фиг.3 представлен вид сечения носа судна с гидродинамическим канализирующим насадком в соответствии с изобретением, содержащим нижний, верхний и промежуточный горизонтально простирающийся стеновой участок и боковые участки, присоединенные к концам горизонтальных стеновых участков и отклоняющихся от бортов носовой части с постоянным углом отклонения по мере того, как они простираются вверх;

на фиг.4 показан вид сбоку части носа судна с гидродинамическим канализирующим насадком, предложенном в настоящем изобретении, содержащим пару горизонтальных стеновых участков, т.е., нижний и верхний горизонтальные стеновые участки, из которых верхний горизонтальный стеновой участок расположен выше ватерлинии, предназначенным для использования, в частности, в тихоходных судах;

на фиг.5 показан вид сбоку части носа судна с гидродинамическим канализирующим насадком, предложенном в настоящем изобретении, содержащим пару горизонтальных стеновых участков, т.е., нижний и верхний горизонтальные стеновые участки, из которых верхний горизонтальный стеновой участок расположен ниже ватерлинии, предназначенным для использования, в частности, в быстроходных судах;

на фиг.6а-6г показаны виды сечения гидродинамического канализирующего насадка, предложенного в настоящем изобретении, в ряде альтернативных характерных вариантах осуществления, для установки на носу тихоходных судов;

на фиг.7а-7г показаны виды сечения гидродинамического канализирующего насадка, предложенного в настоящем изобретении, в ряде альтернативных характерных вариантах осуществления, для установки на носу быстроходных судов;

на фиг.8 представлен график зависимости номинальной мощности (кВт), необходимой для продвижения судна, от номинальной скорости судна (в узлах), на котором линия а) относится к случаю судна без гидродинамического канализирующего насадка на носу, линия b) относится к случаю судна с известным гидродинамическим канализирующим насадком на носу, и линия с) относится к случаю судна с установленным на носу гидродинамическим канализирующим насадком в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.9а представлен перспективный вид варианта осуществления изобретения, в котором гидродинамический канализирующий насадок установлен в судне с бульбообразным носом, а роль нижнего горизонтального стенового участка выполняет верхняя поверхность бульба, в то время как на фиг.9б представлен другой вариант осуществления комбинации гидродинамического канализирующего насадка с бульбообразным носом, в котором нижний горизонтальный стеновой участок простирается на заданной высоте по обеим сторонам корпуса бульба. Верхний стеновой участок управления поверхностной волной в обоих случаях располагается над корпусом бульба вблизи ватерлинии.

Подробное описание осуществления изобретения

Ниже приводится рассмотрение предпочтительных частных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.

На фиг.1 показан известный гидродинамический канализирующий насадок, содержащий пару боковых стеновых участков 5, простирающихся вблизи бортов носовой части судна 8, а нижний конец этих боковых стеновых участков 5 соединен с концами горизонтально простирающегося стенового участка 2.

На фиг.2 показан частный вариант осуществления замкнутого по кругу гидродинамического канализирующего насадка в соответствии с настоящим изобретением, который, помимо вышеупомянутых конструктивных элементов в виде пары боковых стеновых участков 5, низ которых соединен с горизонтально простирающимся известным стеновым участком 2, содержит другой горизонтально простирающийся стеновой участок 1, концы которого также соединены с простирающимися вверх боковыми стеновыми участками 5, причем верхний горизонтально простирающийся стеновой участок 1 расположен в области ватерлинии (ВЛ) с целью эффективного управления волной на морской поверхности при движении судна.

Предложенный верхний горизонтально простирающийся стеновой участок 1 взаимодействует с векторами волн на морской поверхности для увеличения скорости волны, протекающей через передние кромки этого горизонтально простирающегося стенового участка 1, которое, в свою очередь, приводит к падению давления и ожидаемому падению сопротивлений движению судна. Действие предложенного горизонтально простирающегося стенового участка при управлении поверхностной волной особенно проявляется и его эффективность значительно возрастает в условиях бурного моря, поскольку в условиях спокойного моря векторы потока направлены преимущественно параллельно поверхности носовой волны, а в условиях бурного моря векторы потока имеют множество меняющихся направлений с изменяющимися наклонами, при этом меняющиеся векторы потока содержат компоненты, направленные по вертикали и стремящиеся к взаимной компенсации, однако благодаря их наличию снижается интенсивность векторных компонентов в направлении движения судна. Таким образом, в условиях бурного моря взаимодействие векторов потока, простирающихся в направлении движения судна и имеющих пониженную интенсивность, с верхним горизонтально простирающимся стеновым участком 1 приводит к значительному улучшению рабочих характеристик гидродинамического канализирующего насадка в соответствии с настоящим изобретением.

Улучшение характеристик гидродинамического канализирующего насадка, предложенного в настоящем изобретении, в сравнении с известным гидродинамическим канализирующим насадком, не имеющим горизонтально простирающегося стенового участка 1 управления поверхностной волной, становится более очевидным при рассмотрении диаграммы на фиг.8, представляющей график зависимости мощности потребления (кВт) от скорости судна в узлах в условиях бурного моря (4 балла по шкале Бофорта). На фиг.8 представлен случай судна с голым корпусом без канализирующего насадка (кривая а), случай судна, оборудованного известным насадком, не имеющим верхнего стенового участка управления поверхностной волной (кривая b), и случай в соответствии с настоящим изобретением, т.е., судна, оборудованного канализирующим насадком, дополнительно содержащим верхний стеновой участок управления поверхностной волной (кривая с). Эта диаграмма была получена на испытаниях, проведенных в Потсдамском испытательном бассейне на модели судна-сухогруза (сухогруза Sea Horse 35). Этот график мощности хорошо демонстрирует улучшения от использования канализирующего насадка, предложенного в настоящем изобретении (кривая с), обеспечивающего снижение мощности потребления на 14,70% по сравнению с судном с голым корпусом (кривая а) при скорости движения 13,5 узлов. Известный канализирующий насадок (кривая b) также демонстрирует улучшение по сравнению с тем же судном с голым корпусом (кривая а), однако, значительно меньшее, составляющее 6,70%, при той же скорости судна 13,5 узлов. Приведенная наглядная диаграмма ясно демонстрирует повышение эффективности гидродинамического канализирующего насадка, имеющего дополнительный горизонтально простирающийся стеновой участок управления поверхностной волной, в соответствии с раскрытием настоящего изобретения.

Как было упомянуто выше, существенное улучшение рабочих характеристик гидродинамического канализирующего насадка достигается в условиях бурного моря у судна, двигающегося с относительно высокими скоростями. В этом отношении надо отметить, что скорость движения модели в упомянутом испытании действительно была вблизи верхних пределов, т.е., была равной 13,5 узла. Тут следует сказать, что неоднократно, в отсутствии средств, способных осуществить управление волновыми сопротивлениями на носу, например, посредством гидродинамического канализирующего насадка в соответствии с изобретением, и не достигая соответствующего снижения расхода топлива, могло приниматься решение для снижения расхода топлива снижать скорость движения судна ниже потенциально возможной для него, например, для судна из описываемого испытания устанавливая скорость порядка 11-12,5 узлов. Такое снижение действительно приводит к некоторой экономии топлива и расходов; однако эта экономия нивелируется отчасти увеличением судовых эксплуатационных расходов и, возможно, также делает фрахт менее конкурентоспособным из-за сниженной скорости, так как неизбежно происходит рост времени доставки.

Кроме того, по разным причинам возникает потребность ускорить движение судна либо для ускоренной доставки определенного груза, либо ускорения прибытия в какой-либо порт для получения нового договора на доставку груза. В этих случаях, наличие гидродинамического канализирующего насадка в соответствии с изобретением обеспечивает движение судна на максимальных номинальных скоростях и дает существенную экономию топлива, компенсирующую увеличение расхода топлива из-за более высокой скорости движения. Таким образом, очевидно, что оборудование судна канализирующим насадком в соответствии с изобретением представляет выгодную инвестицию, эффективность которой обусловлена экономией топлива, получаемой в пределах весьма ограниченного промежутка времени.

На фиг.4 и 5 представлен вид сбоку части носа судна 8 с гидродинамическим канализирующим насадком в соответствии с настоящим изобретением, содержащим нижний горизонтальный стеновой участок 2 и верхний горизонтальный стеновой участок 1, предназначенным для использования, в частности, для тихоходных и быстроходных судов, соответственно.

На фиг.4 и 5, в частности, иллюстрируется развитие носовой волны 7 и показано, что верхний горизонтальный стеновой участок 1 на фиг.4 для тихоходных судов расположен выше ватерлинии (ВЛ), в то время как верхний стеновой участок 1 на фиг.5 для быстроходных судов располагается ниже ватерлинии (ВЛ). В настоящем изобретении под тихоходными судами подразумевают суда, конструкция которых имеет широкий нос, когда носовая волна возникает перед, т.е., навстречу по направлению движения, от переднего перпендикуляра 6 на носу, в то время как под быстроходными судами подразумеваются суда, имеющие конструкцию с узким носом, где носовая волна образуется на носу и после, т.е., далее по направлению движения, от переднего перпендикуляра 6 на носу. В вышеупомянутых конструкциях для тихоходных и быстроходных судов, соответственно, действие верхнего, простирающегося горизонтально стенового участка 1 во взаимодействии с векторами морской поверхностной носовой волны 7, показанными на поверхности носовой волны 7 на фиг.4 и 5, разлагается на горизонтальные и вертикальные компоненты, направлено на ослабление носовой волны.

На фиг.6а-6г и 7а-7г изображены частные варианты осуществления канализирующего насадка в соответствии с изобретением, для тихоходных и быстроходных судов, соответственно. Номинальная скорость, выбранная при разработке судна, соотносится с геометрией носа и обычно устанавливается на малые значения, например, менее 16 узлов для судов, обычно имеющих широкий нос, например, сухогрузов, перевозчиков смешанного сборного груза, танкеров и т.д., в то время как более высокие значения номинальной скорости, например, более 16 узлов и вплоть до 30 узлов выбираются для судов, обычно имеющих узкий нос, например, пассажирских судов, яхт или контейнеровозов.

На каждой из фиг.6а-6г и 7а-7г представлены виды сечений гидродинамического канализирующего насадка в соответствии с настоящим изобретением и показаны осевая линия носа (ОЛ), боковые стеновые участки 5 с каждой стороны от осевой линии (ОЛ), и обозначена ватерлиния (ВЛ1), относящаяся к полностью загруженным судам (нагруженное состояние), и ватерлиния (ВЛ2), относящаяся к ненагруженным судам (ненагруженное состояние). Частные варианты осуществления канализирующего насадка в соответствии с изобретением вкратце описаны ниже:

На фиг.6а и 7а представлен канализирующий насадок в соответствии с изобретением, предназначенный для тихоходных и быстроходных судов в нагруженном состоянии, соответственно. В этих вариантах осуществления, управление давлением, приложенным к носу, осуществляется погруженным нижним стеновым участком 2, в то время как управление поверхностной волной осуществляется верхним стеновым участком 1, расположенным в нагруженном состоянии над ватерлинией (ВЛ1) для тихоходных судов (фиг.6а), и ниже ватерлинии (ВЛ1) для быстроходных судов (фиг.7а), соответственно. Когда судно находится в ненагруженном состоянии, оба горизонтально простирающихся стеновых участка 1 и 2 располагаются вне воды, и в этом состоянии канализирующий насадок, очевидно, не имеет никакого влияния на параметры движения судна.

На фиг.6б и 7б представлен канализирующий насадок в соответствии с изобретением, предназначенный для тихоходных и быстроходных судов в нагруженном состоянии, соответственно. В этих вариантах осуществления, управление давлением, приложенным к носу, осуществляется погруженным нижним стеновым участком 2, в то время как управление поверхностной волной осуществляется верхним стеновым участком 1, расположенным выше и ниже ватерлинии (ВЛ1) для тихоходных и быстроходных судов, соответственно. Когда судно находится в ненагруженном состоянии, стеновой участок 1 расположен вне воды, далеко от ватерлинии, в то время как горизонтальный стеновой участок 2 расположен вблизи нее, над и под ватерлинией (ВЛ2) ненагруженного состояния, для тихоходных и быстроходных судов, соответственно. Поэтому в этом варианте осуществления стеновой участок 2 управляет поверхностной волной в обоих состояниях загруженности судна - нагруженном и ненагруженном.

Как показано на фиг.6в и 7в для тихоходных и быстроходных судов, соответственно, предложенный в изобретении канализирующий насадок может полностью выполняет свою функцию в обоих состояниях ненагруженного и полностью нагруженного судна. В данном случае насадок содержит между верхним и нижним стеновыми участками и 1 и 2 пару промежуточных стеновых участков 3 и 4. Канализирующий насадок в этом варианте осуществления полностью выполняет свою функцию на судах в нагруженном состоянии за счет использования горизонтально простирающихся стеновых участков 1 и 3, при этом стеновой участок 1 обеспечивает управление поверхностной волной, а полностью погруженный стеновой участок 3 управляет давлениями на нос, создаваемыми морским потоком, проходящим через насадок. В случае загруженного судна, находящиеся снизу стеновые участки 4 и 2 противодействуют турбулентности потока и обеспечивают более плавное протекание потоков. Канализирующий насадок в соответствии с настоящим изобретением сохраняет свою функциональность и в случае ненагруженного судна благодаря использованию горизонтально простирающихся стеновых участков 4 и 2, причем стеновой участок 4 управляет поверхностной волной, а полностью погруженный стеновой участок 2 отвечает за давления на нос, создаваемые морским потоком, проходящим через насадок. В этом случае судна в ненагруженном состоянии, стеновые участки 1 и 3, лежащие выше стеновых участков 4 и 2, находятся вне воды.

Наконец, на фиг.6г и 7г представлен другой вариант осуществления канализирующего насадка в соответствии с изобретением, используемого в тихоходных и быстроходных судах, соответственно. Канализирующий насадок в соответствии с данным вариантом осуществления содержит простирающийся горизонтально промежуточный стеновой участок 3, расположенный между стеновыми участками 1 и 2. В нагруженном состоянии судна, насадок полностью выполняет свою функцию, при этом горизонтально простирающиеся стеновые участки 1 и 3 управляют поверхностной волной и давлениями, приложенными входящим в насадок потоком, соответственно, а находящийся снизу стеновой участок 2 противодействует турбулентности потока и обеспечивает более плавное протекание потоков. В ненагруженном состоянии стеновые участки 1, 3 и 2 располагаются вне воды у тихоходных судов (фиг.6г), причем стеновой участок 2 располагается вблизи ватерлинии (ВЛ2) для ненагруженного состояния и управляет поверхностной волной, как это показано в раскрытии настоящего изобретения. Соответственно, в ненагруженном состоянии для быстроходных судов (фиг.7г) стеновые участки 1 и 3 располагаются над водой, в то время как стеновой участок 2 остается погруженным в воду вблизи ватерлинии для ненагруженного состояния и управляет поверхностной волной.

Гидродинамический канализирующий насадок, показанный на виде сечения носовой части судна на фиг.3, относится к типу, представленному в вышеупомянутых фиг.6г и 7г, содержащему нижний горизонтальный стеновой участок (АВ), верхний горизонтальный стеновой участок (EF) и промежуточный горизонтальный стеновой участок (CD), боковые стеновые участки 5, присоединенные к концам стеновых участков (АВ), (CD) и (EF), причем эти боковые стеновые участки 5 простираются вверх, отклоняясь от бортов носовой части судна 8, сохраняя постоянный угол отклонения. В то время как в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения боковой стеновой участок 5 имеет форму, следующую форме бортов носовой части, и в результате проходит параллельно бортам носовой части, в варианте осуществления, показанном на фиг.3, отклонение боковых стеновых участков 5 от бортов носовой части в комбинации с двумя или более горизонтально простирающимися стеновыми участками обеспечивает получение положительного эффекта в условиях, где требуется усилить поток, проходящий через канализирующий насадок, а нежелательные завихрения, возникающие в таких условиях в связи с отклонением и сопровождающиеся нежелательными потерями, компенсируются усиливающим воздействием векторов за счет увеличенной длины горизонтально простирающихся стеновых участков.

Отклонение боковых стеновых участков 5 может быть изменено так, чтобы одна часть боковых стеновых участков 5 имела форму, обеспечивающую некоторое отклонение от бортов носовой части, в то время как форма другой части боковых стеновых участков 5 обеспечивала параллельность с бортами носовой части. В качестве примера, части (АС) и (BD) боковых стеновых участков 5 могут следовать форме бортов носовой части, в то время как части боковых стеновых участков 5, простирающиеся над точками (С) и (D), могут располагаться с отклонением от бортов носовой части или наоборот, части (АС) и (BD) боковых стеновых участков могут отклоняться от бортов носовой части, в то время как части, расположенные над точками (С) и (D), следуют форме носовой части и сохраняют параллельность бортам носовой части. Вообще, любая комбинация отклоненной ориентации и параллельной ориентации боковых стеновых участков относительно бортов носовой части возможна и будет предпочтительной при изменяющихся обстоятельствах в соответствии с техническими параметрами и параметрами движения судна. Отмечается, что упомянутые комбинации, относящиеся к вариантам осуществления, изображенным на фиг.6г или 7г, в равной мере применимы к вариантам осуществления на фиг.6а или 7а, 6б или 7б и 6в или 7в.

На фиг.9а и 9б представлены варианты осуществления установленного на носу судов гидродинамического канализирующего насадка в соответствии с изобретением, в комбинации с бульбом 9. В частности, на фиг.9а представлен перспективный вид варианта осуществления изобретения, в котором гидродинамический канализирующий насадок установлен на бульбообразном носу, и нижним горизонтальным стеновым участком является верхняя поверхность корпуса 9 бульба, в то время как на фиг.9б показан другой вариант осуществления комбинации гидродинамического канализирующего насадка с бульбообразным носом, в которой нижний горизонтальный стеновой участок 2 простирается на заданной высоте с каждой стороны корпуса 9 бульба. Боковые стеновые участки 5 простираются в обоих случаях с каждой стороны по бортам бульба 9 и/или носовой части, а верхний горизонтальный стеновой участок 1 управления поверхностной волной располагается над корпусом 9 бульба вблизи ватерлинии.

Следует отметить, что представленное выше описание изобретения было сделано с использованием примеров только иллюстративного характера, которые не ограничивают вариантов реализации изобретения. Таким образом, любые изменения или модификации формы, размера, конфигурации, размеров, материалов, вспомогательного оборудования и компонентов, использованных при изготовлении и сборке, а также конструктивные параметры предлагаемого гидродинамического канализирующего насадка, установленного на носу судов, в функциональной взаимозависимости с судами различных типов, имеющих разную геометрическую форму носа и разные номинальные скорости хода, считаются частью целей и области притязаний данного изобретения в соответствии с представленной ниже формулой изобретения.

Claims

1. Судно с расположенным на его носу гидродинамическим канализирующим насадком управления потоком, состоящим из горизонтального стенового участка (2), простирающегося по обе стороны осевой линии (ОЛ) носовой части судна (8), и пары боковых стеновых участков (5), каждый из которых присоединен к одному из концов горизонтального стенового участка (2) и простирается вверх с каждой стороны носовой части, формируя вместе с горизонтальным стеновым участком (2) область потока внутри канализирующего насадка, полностью обособленную от потока снаружи насадка, отличающееся тем, что упомянутый канализирующий насадок имеет по меньшей мере один дополнительный горизонтальный стеновой участок, выполненный с возможностью его неподвижной установки в области ватерлинии над упомянутым горизонтальным стеновым участком (2), выполненным с возможностью его неподвижной установки внизу канализирующего насадка, причем указанный по меньшей мере один дополнительный горизонтальный стеновой участок имеет аэродинамический профиль, такой что этот по меньшей мере один дополнительный горизонтальный стеновой участок приспособлен для взаимодействия с векторами поверхностных волн, образующихся в море, для достижения повышения входной скорости потока, падающего на переднюю кромку указанного по меньшей мере одного дополнительного горизонтального стенового участка так, что этот по меньшей мере один дополнительный горизонтальный стеновой участок обеспечивает абсорбирование энергии волны, выделяющейся в результате увеличения скорости потока через переднюю кромку дополнительного горизонтального стенового участка, причем комбинация горизонтального стенового участка (2) внизу канализирующего насадка с указанным по меньшей мере одним дополнительным стеновым участком в области ватерлинии, вместе с боковыми стеновыми участками (5), простирающимися вверх с каждой стороны носовой части и соединенными с концами горизонтального стенового участка (2) и концами по меньшей мере одного дополнительного горизонтального стенового участка, образует замкнутый по кругу канализирующий насадок, обеспечивающий в совокупности усиливающееся снижение сопротивления волнообразования и уменьшение номинальной мощности и расхода топлива для передвижения судна.

2. Судно с расположенным на его носу гидродинамическим канализирующим насадком управления потоком по п. 1, в котором упомянутым по меньшей мере одним дополнительным горизонтальным стеновым участком является горизонтальный стеновой участок (1), расположенный так, чтобы действовать в области ватерлинии (ВЛ1) нагруженного состояния, когда судно находится в нагруженном состоянии, и приспособленный для управления поверхностными волнами, причем указанный горизонтальный стеновой участок (1) устанавливается выше ватерлинии (ВЛ1) для судов с конструкцией с широким носом, у которых носовые волны возникают впереди по направлению движения и до переднего перпендикуляра (6) на носу, и устанавливается ниже ватерлинии (ВЛ1) для судов с конструкцией с узким носом, у которых носовые волны возникают на переднем перпендикуляре (6) на носу и сзади от него по направлению движения.

3. Судно с расположенным на его носу гидродинамическим канализирующим насадком управления потоком по п. 1, в котором упомянутым по меньшей мере одним дополнительным горизонтальным стеновым участком является горизонтальный стеновой участок (1), расположенный так, что, если судно находится в ненагруженном состоянии, оба горизонтальных стеновых участка (1) и (2) располагаются вне воды над ватерлинией (ВЛ2) ненагруженного состояния, и канализирующий насадок никак не влияет на параметры движения судна.

4. Судно с расположенным на его носу гидродинамическим канализирующим насадком управления потоком по п. 1, в котором по меньшей мере одним дополнительным горизонтальным стеновым участком является горизонтальный стеновой участок (1), расположенный так, что, если судно находится в ненагруженном состоянии, горизонтальный стеновой участок (1) располагается вне воды над ватерлинией (ВЛ2) ненагруженного состояния, а горизонтальный стеновой участок (2) устанавливается в области ватерлинии ненагруженного состояния (ВЛ2) и осуществляет управление поверхностными волнами.

5. Судно с расположенным на его носу гидродинамическим канализирующим насадком управления потоком по п. 1, в котором гидродинамический канализирующий насадок содержит промежуточный горизонтально простирающийся стеновой участок (3) между упомянутыми горизонтально простирающимися стеновыми участками (1) и (2), и когда судно находится в нагруженном состоянии, работа канализирующего насадка обеспечивается с использованием:

горизонтально простирающегося стенового участка (1), управляющего поверхностными волнами наверху насадка, причем этот горизонтально простирающийся стеновой участок (1) устанавливается над ватерлинией (ВЛ1) нагруженного состояния для судов с конструкцией с широким носом, у которых носовые волны возникают впереди по направлению движения и до переднего перпендикуляра (6) на носу, и устанавливается ниже ватерлинии (ВЛ1) нагруженного состояния для судов с конструкцией с узким носом, у которых носовые волны возникают на переднем перпендикуляре (6) на носу и сзади от него по направлению движения;

промежуточного горизонтально простирающегося стенового участка (3), расположенного между горизонтально простирающимися стеновыми участками (1) и (2) и приспособленного для управления давлениями, приложенными к низу канализирующего насадка, и

горизонтально простирающегося стенового участка (2), расположенного под промежуточным горизонтально простирающимся стеновым участком (3) и приспособленного для обеспечения регулирования ламинарного обтекания.

6. Судно с расположенным на его носу гидродинамическим канализирующим насадком управления потоком по п. 1, в котором гидродинамический канализирующий насадок содержит промежуточный горизонтально простирающийся стеновой участок (3) между упомянутыми горизонтально простирающимися стеновыми участками (1) и (2), и когда судно находится в ненагруженном состоянии, работа канализирующего насадка обеспечивается с использованием горизонтально простирающихся стеновых участков (1) и (3), находящихся вне воды, и горизонтально простирающегося стенового участка (2), приспособленного для обеспечения управления поверхностными волнами в области ватерлинии (ВЛ2) ненагруженного состояния, причем этот горизонтально простирающийся стеновой участок (2) устанавливается над ватерлинией (ВЛ2) ненагруженного состояния для судов с конструкцией с широким носом, у которых носовые волны возникают впереди по направлению движения и до переднего перпендикуляра (6) на носу, и устанавливается ниже ватерлинии (ВЛ2) ненагруженного состояния для судов с конструкцией с узким носом, у которых носовые волны возникают на переднем перпендикуляре (6) на носу и сзади от него по направлению движения.

7. Судно с расположенным на его носу гидродинамическим канализирующим насадком управления потоком по п. 1, в котором гидродинамический канализирующий насадок содержит промежуточный горизонтально простирающийся стеновой участок (3), установленный ниже горизонтально простирающегося стенового участка (1), и дополнительный горизонтально простирающийся стеновой участок (4), установленный ниже горизонтально простирающегося стенового участка (3) и выше горизонтального простирающегося участка (2), и когда судно находится в нагруженном состоянии, работа канализирующего насадка обеспечивается с использованием:

горизонтально простирающегося стенового участка (3), приспособленного для управления давлениями, приложенными к низу канализирующего насадка, и

горизонтально простирающегося стенового участка (4), расположенного ниже горизонтально простирающегося стенового участка (3) и приспособленного для обеспечения регулирования ламинарного обтекания.

8. Судно с расположенным на его носу гидродинамическим канализирующим насадком управления потоком по п. 1, в котором гидродинамический канализирующий насадок содержит дополнительный горизонтально простирающийся стеновой участок (3), установленный ниже горизонтально простирающегося стенового участка (1), и дополнительный горизонтально простирающийся стеновой участок (4), установленный ниже горизонтально простирающегося стенового участка (3) между горизонтально простирающимися стеновыми участками (3) и (2), причем, когда судно находится в ненагруженном состоянии, горизонтально простирающиеся стеновые участки (1) и (3) находятся над водой и работа канализирующего насадка обеспечивается с использованием:

горизонтально простирающегося стенового участка (4) управления поверхностными волнами наверху канализирующего насадка, установленного над ватерлинией (ВЛ2) ненагруженного состояния для судов с конструкцией с широким носом, у которых носовые волны возникают впереди по направлению движения и до переднего перпендикуляра (6) на носу, и установленного ниже ватерлинии (ВЛ2) ненагруженного состояния для судов с конструкцией с узким носом, у которых носовые волны возникают на переднем перпендикуляре (6) на носу и сзади от него по направлению движения;

горизонтально простирающегося стенового участка (2), приспособленного для управления давлениями, приложенными к низу канализирующего насадка.

9. Судно с расположенным на его носу гидродинамическим канализирующим насадком управления потоком по п. 1, в котором боковые стеновые участки (5) гидродинамического канализирующего насадка расположены так, что:

либо следуют форме бортов носовой части судна (8), оставаясь параллельными им, при этом задняя кромка боковых стеновых участков (5) поддерживается на постоянном одинаковом расстоянии от бортов носовой части судна (8) на каждом конкретном уровне ватерлинии;

либо отклоняются от бортов носовой части судна (8) под фиксированным или изменяемым углом отклонения; либо боковые стеновые участки (5) располагаются так, что по части их длины они отклоняются под фиксированным или изменяемым углом отклонения вдоль верхней или нижней части по высоте насадка, а другая часть этих боковых стеновых участков (5) располагается на упомянутом фиксированном расстоянии от бортов носовой части судна (8), следуя форме бортов носовой части и оставаясь параллельной им.