Результат интеллектуальной деятельности: СКОРОСТНОЙ КАТАМАРАН

Изобретение относится к области судостроения и касается скоростных катамаранов.

Известен скоростной катамаран (СК), содержащий два корпуса, связанных между собой соединительным мостом, формируемым таким образом, что на значительной части длины судна (исключая носовую оконечность) расстояние от водной поверхности (от плоскости конструктивной ватерлинии) до поверхности соединительного моста (вертикальный клиренс) остается достаточно большой и практически постоянной величиной, а в носовой оконечности предусматривается увеличение клиренса за счет формирования так называемого "подъема" моста (скоростной морской пассажирский катамаран пр. 23107 «Сокол» - прототип (Б.А.Царев, В.П.Соколов. Проектные аспекты гидродинамического совершенствования скоростных судов. // Морской вестник, 2002, №1 (1)).

Недостатками такого катамарана являются:

- высокий уровень амплитуд качки и вибрации в условиях интенсивного морского волнения и низкая комфортабельность;

- высокая интенсивность ударного взаимодействия конструкций днища и соединительного моста с волнами, приводящая к повышенной материалоемкости судна, к снижению усталостной долговечности конструкций и уровня комфортабельности;

- потеря полезных объемов судна из-за большого вертикального клиренса, а также увеличение наружных поверхностей бортов корпусов и, как следствие, повышенная материалоемкость катамарана.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение интенсивности продольной качки, нагрузок, действующих на конструкции СК в условиях волнения, общей вибрации судна и материалоемкости конструкций, повышение комфортабельности, а также снижение сопротивления воды движению судна на волнении.

Для достижения указанного технического результата предлагаются следующие решения. По изобретению вертикальный клиренс предлагается выполнять переменным, с постепенным уменьшением к кормовой оконечности. Такая конструктивная мера позволяет существенно увеличить гидродинамическое сопротивление продольной качке и общей вибрации СК в условиях интенсивного волнения. В носовой части катамарана наружную поверхность соединительного моста выполняют со значительным наклоном по отношению к плоскости конструктивной ватерлинии (формируется "подъем" моста), простирающимся в корму до 5÷9 теоретического шпангоута. В средней части судна (вплоть до 13÷15 теоретического шпангоута) батоксы наружной поверхности соединительного моста имеют незначительный или нулевой наклон. Вертикальный клиренс в этой части составляет от 5% до 12% от длины судна между перпендикулярами L_i. В кормовой части катамарана, начиная с 13÷15 теоретического шпангоута, предусматривается дальнейшее существенное уменьшение вертикального клиренса (по сравнению со средней и носовой частями) до величины, составляющей 25÷35% от клиренса в средней части судна. В части катамарана, примыкающей к кормовому перпендикуляру (к транцу), батоксы соединительного моста выполняются с уменьшенным или нулевым наклоном на расстоянии, равном 0÷10% от длины судна между перпендикулярами.

Уменьшение вертикального клиренса в кормовой части катамарана, начиная с 13÷15 теоретического шпангоута, обеспечивает (в случае контактов моста с жидкостью в условиях волнения) существенное увеличение сил сопротивления продольной качке и вибрации катамарана и, следовательно, уменьшение интенсивностей качки и вибрации, внешних сил, определяющих прочность конструкций, а также повышение комфортабельности судна в условиях волнения (Г.Б.Крыжевич. Демпфирование качки и общей вибрации скоростных судов и вопросы их рационального проектирования. // Морской вестник. 2008, №4 (28)). Кроме того, вследствие снижения амплитуд качки, уменьшается дополнительное сопротивление воды движению катамарана на волнении и повышается скорость его хода.

В качестве зоны переменного клиренса в кормовой оконечности выбран район, расположенный между 13 и 17 теоретическими шпангоутами (см. чертеж), в котором (примерно в середине) расположена узловая точка формы основного тона колебаний корпуса судна (узел низшей формы балочных колебаний). В случае появления слеминга в кормовой части соединительного моста такое расположение переходной зоны обеспечивает минимальные гидродинамические силы, возбуждающие динамический изгиб судна по форме основного тона общей вибрации. Наличие небольшой кормовой части соединительного моста с малым наклоном его поверхности приводит не только к снижению возмущения вибрации судна, но и его килевой качки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана схема продольного сечения скоростного катамарана, имеющего на протяжении участка кормовой оконечности с длиной L₂ переменный вертикальный клиренс, и схема поперечного сечения судна. На протяжении участка с длиной L₁ вертикальный клиренс остается постоянным.

Достижение положительных эффектов с помощью предлагаемого изобретения осуществляется следующим образом.

Во время хода судна на интенсивном волнении поверхность кормовой части соединительного моста периодически входит в контакт с жидкостью и передает ей часть кинетической энергии и импульса, приобретенных при колебательных движениях катамарана (при продольной качке и общей вибрации судна). Поскольку СК имеет большую скорость хода и его транцевое сечение быстро смещается относительно взволнованной поверхности воды, жидкость, которая приобрела часть энергии колебательного движения судна, остается за кормой судна с приобретенной энергией и в дальнейшем не участвует совместно с судном в процессе колебаний. Таким образом, при смачивании кормовой части соединительного моста происходит непрерывный процесс "стекания" в жидкость энергии и импульсов судна, обусловленных его качкой и общей вибрацией, в результате которого наблюдается интенсивное гидродинамическое демпфирование этих колебательных явлений.

В результате специальных расчетов (Г.Б.Крыжевич, Т.Ч.Фам. Совершенствование метода расчета нагрузок, определяющих общую прочность скоростного катамарана, и анализ влияния на них основных конструктивных факторов судна. // Морской вестник, 2008, №2) и экспериментов в мореходном бассейне (научно-технический отчет «Экспериментальная проверка эффективности найденных решений по снижению внешних силовых воздействий на конструкции и их вибрации путем проведения испытаний модели скоростного катамарана в опытовом бассейне»; ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова", выпуск 45272, 2010 г.) установлено, что при выполнении определенных условий (вертикальный клиренс в средней части СК составляет 5÷12% от длины судна между перпендикулярами, а в кормовой части клиренс находится в диапазоне 25÷35% от его значения в средней части судна) процесс демпфирования превалирует над процессом возбуждения колебаний, поскольку ударное взаимодействие кормовой оконечности с волнами выражено слабо. В результате замывания волнами кормовой части соединительного моста предлагаемого катамарана снижается интенсивность продольной качки, а следовательно, и ударное взаимодействие носовой оконечности СК с волнами, а также уменьшается дополнительное сопротивление воды движению судна на волнении.

Таким образом, предлагаемое оформление наружной поверхности соединительного моста позволяет уменьшить:

- интенсивность продольной качки и общей вибрации судна;

- нагрузки, действующие на конструкции СК в условиях волнения;

- материалоемкость конструкций;

- сопротивление воды движению судна на волнении, а также повысить комфортабельность судна, что выгодно отличает предлагаемый скоростной катамаран от прототипа.