RU2203825C2

RU2203825C2 - Water craft

Info

Publication number: RU2203825C2
Application number: RU2001115174/28A
Authority: RU
Inventors: В.С. Красюк
Original assignee: Калининградский государственный технический университет
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2003-05-10
Also published as: RU2001115174A

Abstract

FIELD: shipbuilding; designing self-propelled vessels. SUBSTANCE: proposed craft has hull with sides and under- bottom passage of varying section where propulsors are mounted. Underbottom passage is formed by flat plates located along flow of water. This passage is provided with cavitators located at points of joints of plates. Transversal section of passage has U-shaped form over entire length. Bend angles of adjacent plates in fore and aft parts of passage do not exceed 14 deg. EFFECT: reduced resistance to friction and vortex resistance due to change in shape of bottom and under-bottom passage. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования самоходных судов. The invention relates to shipbuilding and for the design of self-propelled vessels.

Известно плавучее средство (патент 2013306, МПК В 63 Н 5/16, заявл. 16.11.90, опубл. 30.05.94, БИ 10), содержащее корпус с плоскими вертикальными бортами и подднищевым каналом переменного сечения, в котором размещены движители. Подднищевой канал в этом плавучем средстве выполнен с плавно изменяющимся по его длине сечением, максимальным на входе в канал и выходе из него и минимальным в средней части. При этом, по крайней мере, один из движителей размещен в районе сечения канала. Выполнение канала суживающимся в центральной части, а также размещение в районе минимального сечения канала движителя позволяет создать в нем дополнительные скорости воды, за счет чего уменьшаются или полностью уничтожаются перепады скоростей и давлений в воде вокруг средства при его движении. Это позволяет частично или полностью исключить волновую и вихревую составляющие сопротивления воды движению судна, особенно при движении на мелководье и в узких реках и каналах, и тем самым повысить его пропульсивные качества. A floating device is known (patent 2013306, IPC B 63 H 5/16, claimed 16.11.90, publ. 30.05.94, BI 10), comprising a body with flat vertical sides and a sub-channel channel of variable cross section in which the propulsors are located. The sub-bottom channel in this floating vessel is made with a section smoothly varying along its length, maximum at the channel entrance and exit and minimum in the middle part. At the same time, at least one of the movers is located in the area of the channel cross section. The implementation of the channel tapering in the central part, as well as the placement of a mover in the region of the minimum cross-section of the channel, makes it possible to create additional water velocities in it, due to which the differences in the velocities and pressures in the water around the medium during its movement are reduced or eliminated. This allows you to partially or completely eliminate the wave and vortex components of the resistance of water to the movement of the vessel, especially when moving in shallow water and in narrow rivers and canals, and thereby increase its propulsive qualities.

Недостатком известной конструкции является то, что из-за увеличения скорости протекания воды по каналу увеличивается сопротивление трения в канале, что не исключает возможности появления вихревого сопротивления в кормовой и носовой части канала. A disadvantage of the known design is that due to the increase in the speed of water flowing through the channel, the friction resistance in the channel increases, which does not exclude the possibility of the appearance of vortex resistance in the aft and bow of the channel.

Основной задачей автора при создании изобретения является уменьшение сопротивления трения и вихревого сопротивления средства за счет изменения формы днища и подднищевого канала. The main task of the author when creating the invention is to reduce the friction resistance and the eddy resistance of the product by changing the shape of the bottom and subdiscal channel.

Поставленная задача достигается тем, что в конструкции плавучего средства, содержащей корпус с бортами и подднищевой канал переменного сечения с установленными в нем движителями, этот канал образован плоскими пластинами, расположенными вдоль потока воды, и снабжен кавитаторами, размещенными в местах стыка пластин. При этом поперечные сечения канала по всей его длине имеют П-образную форму. Кроме того, углы взаимного излома смежных пластин в кормовой и носовой частях канала не превышают 14^o. Из источников (Справочник по теории корабля, т. 1, под. ред. Я.И. Войткунского. - Л.: Судостроение, 1985 г. , А.Н. Иванов. Гибродинамика развитых кавитационных течений. - Л.: Судостроение, 1980 г. и А. М. Латышенков. Основы гидравлики. - Л.: Гидрометиздат, 1971 г. ) известно, что эффективным путем снижения сопротивления трения является создание вдоль обтекаемой поверхности стабильной тонкой воздушной прослойки - искусственной каверны, отделяющей поток воды от твердой границы (воздушная смазка, "вентиляция").This object is achieved by the fact that in the design of a floating device containing a hull with sides and a subdisc channel of variable cross section with propulsors installed in it, this channel is formed by flat plates located along the water flow and equipped with cavitators located at the junction of the plates. In this case, the cross sections of the channel along its entire length are U-shaped. In addition, the angles of mutual fracture of adjacent plates in the aft and bow of the channel do not exceed 14 ^o . From sources (A Handbook on the Theory of a Ship, vol. 1, edited by Ya.I. Voitkunsky. - L .: Sudostroenie, 1985, AN Ivanov. Hygrodynamics of developed cavitation currents. - L.: Sudostroenie, 1980 G. and A. Latyshenkov, Fundamentals of Hydraulics. - L .: Gidrometizdat, 1971) it is known that an effective way to reduce friction is to create a stable thin air layer along the streamlined surface - an artificial cavity that separates the water flow from the solid boundary ( air lubrication, "ventilation").

Введение плоских пластин в канал позволяет создать вдоль подводной части обшивки плавучего средства тонкую воздушную прослойку, так называемую "смазку", и таким образом существенно уменьшить сопротивления трения. Введение кавитаторов, в частности клиновидных, позволяет наилучшим образом решить эту проблему, в частности отделить путем создания каверны поток воды от твердой границы. Для этого кавитаторы устанавливают поперек потока воды в местах стыка пластин. Туда подают или естественным путем подается воздух или газ. Наибольший эффект при этом достигается на нижней поверхности горизонтальных пластин и меньший - на наклонных и вертикальных пластинах и стойках. Длина каверны должна быть пропорциональная квадрату скорости потока воды, что делает этот способ особенно выгодным в канале, где скорость воды значительно выше скорости судна. Достаточно одного-двух кавитаторов, чтобы вентилировать весь канал, поскольку эффект получается за счет разности между сопротивлением трения пластин обшивки и сопротивлением кавитаторов. The introduction of flat plates into the channel allows you to create a thin air gap, the so-called "lubricant" along the underwater part of the sheathing of the floating vessel, and thus significantly reduce friction resistance. The introduction of cavitators, in particular wedge-shaped ones, makes it possible to best solve this problem, in particular, to separate the flow of water from a solid boundary by creating a cavity. To do this, cavitators are installed across the water flow at the junction of the plates. Air is supplied there or natural gas. In this case, the greatest effect is achieved on the lower surface of horizontal plates and less on inclined and vertical plates and racks. The length of the cavity should be proportional to the square of the speed of the water flow, which makes this method especially advantageous in the channel, where the water speed is much higher than the speed of the vessel. One or two cavitators are enough to vent the entire channel, since the effect is obtained due to the difference between the friction resistance of the sheathing plates and the resistance of cavitators.

Безвихревое обтекание плоских пластин в кормовой и носовой части канала возможно в том случае, если углы относительного расхождения (излома) смежных по ходу потока воды плоских пластин (углы "С" на фиг.1 и 2) не будут превосходить 10-20^o.The irrotational flow around the flat plates in the aft and bow of the channel is possible if the angles of relative discrepancy (kink) of adjacent flat plates along the water flow (angles "C" in figures 1 and 2) will not exceed 10-20 ^o .

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено судно, горизонтальное сечение судна в подводной части по каналу; на фиг.2 - среднее продольное диаметральное сечение; на фиг.3 - среднее поперечное сечение. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a vessel, a horizontal section of the vessel in the underwater part of the channel; figure 2 - the average longitudinal diametrical section; figure 3 is the average cross section.

Плавучее средство содержит корпус 1 с плоскими наружными бортами 2 и днищем 3 и подднищевой канал 4. Подднищевой канал 4 выполнен закрытым сверху по всей длине средства, находящейся под водой, и состоит по длине из трех частей: суживающейся 5 (конфузор), призматической 6 и расширяющейся 7 (диффузор). The floating device comprises a housing 1 with flat outer sides 2 and a bottom 3 and a sub-bottom channel 4. The sub-bottom channel 4 is made closed from above along the entire length of the means under water and consists of three parts along the length: tapering 5 (confuser), prismatic 6 and expanding 7 (diffuser).

Все части 5, 6, 7 канала 4 имеют плоские стенки и П-образные поперечные сечения. Стенки канала 4 в носу и корме выполнены примыкающими к наружным бортам 2, образуя два форштевня 8 и два ахтерштевня 9. All parts 5, 6, 7 of channel 4 have flat walls and U-shaped cross sections. The walls of the channel 4 in the bow and stern are made adjacent to the outer sides 2, forming two stems 8 and two sterns 9.

Верхняя кромка входного и выходного отверстий канала расположены не ниже грузовой ватерлинии. The upper edge of the inlet and outlet of the channel are located not lower than the cargo waterline.

На стенках канала 4, наружных бортах 2 и днище 3 устанавливаются кавитаторы, к которым подводят воздух или выхлопные газы от двигателей. В местах стыковых изломов плоских пластин, образующих подводную часть корпуса 1, размещены кавитаторы. Конкретную форму и размеры всех элементов корпуса 1 и канала 4 в каждом случае определяют в зависимости от заданного режима быстроходности и условий эксплуатации средства. On the walls of the channel 4, the outer sides 2 and the bottom 3, cavitators are installed to which air or exhaust gases from the engines are supplied. In the places of butt fractures of flat plates forming the underwater part of the housing 1, cavitators are placed. The specific shape and size of all elements of the housing 1 and channel 4 in each case is determined depending on the specified speed and operating conditions of the tool.

В конфузоре 5 канала 4 устанавливаются гидравлические движители, количество которых также определяется в зависимости от режима быстроходности средства, при этом по крайней мере один из движителей размещается в районе минимального сечения канала 4. In the confuser 5 of the channel 4, hydraulic propulsors are installed, the number of which is also determined depending on the speed of the vehicle, with at least one of the propulsors located in the region of the minimum section of the channel 4.

Работа осуществляется следующим образом. The work is as follows.

При включении движителей 10 последние прогоняют воду по каналу 4. За счет появления в канале 4 дополнительных скоростей воды, вызванных работой движителей, значительно уменьшаются перепады скоростей и давлений в воде вокруг средства при движении последнего с заданной скоростью. Это происходит за счет того, что скорости воды вдоль бортов и по периметру выходного сечения канала выравниваются, а перепады скоростей и давлений в канале не вызывают волнообразования на поверхности воды, поскольку канал закрыт сверху по всей его длине. When the movers 10 are turned on, the latter drive water through the channel 4. Due to the appearance of additional water speeds in the channel 4 caused by the operation of the movers, the differences in the velocities and pressures in the water around the medium significantly decrease when the latter moves at a given speed. This is due to the fact that the water velocities along the sides and around the perimeter of the outlet section of the channel are equalized, and the differences in velocities and pressures in the channel do not cause wave formation on the water surface, since the channel is closed from above along its entire length.

Известно, что перепады скоростей и давлений являются причиной образования вихрей и волн на воде при движении судов и соответственно вихревого и волнового сопротивлений воды движению судов, которые достигают 75% от полного сопротивления, в особенности на мелководье и в узких акваториях. It is known that the differences in speeds and pressures are the cause of the formation of vortices and waves on the water during the movement of vessels and, accordingly, the vortex and wave resistance of water to the movement of vessels, which reach 75% of the total resistance, especially in shallow water and in narrow water areas.

Как показывают расчеты, при таком конструктивном исполнении плавучего средства его полное сопротивление воды без установки кавитаторов состоит на 80% из сопротивления трения, из которых 50% составляет сопротивление трения горизонтальных пластин призматической части канала и днища, которое может быть уменьшено при установке кавитаторов, т.е. общее сопротивление будет состоять в основном из лобового сопротивления корпуса и кавитаторов. According to calculations, with such a design of a floating vessel, its total water resistance without installing cavitators consists of 80% of the friction resistance, of which 50% is the friction resistance of the horizontal plates of the prismatic part of the channel and the bottom, which can be reduced when installing cavitators, t. e. total resistance will consist mainly of frontal resistance of the hull and cavitators.

Таким образом, использование средства предлагаемой формы и конструкции, позволит установить кавитаторы, даст возможность значительно снизить полное сопротивление воды движению средства за счет снижения всех его составляющих: волнового, вихревого и трения. Это, в свою очередь, позволит еще более существенно снизить мощность энергетической установки, удельный расход топлива на единицу пути, стоимость постройки, а также улучшить остальные экономические показатели эксплуатации средства. Thus, the use of the means of the proposed form and design, allows you to install cavitators, will significantly reduce the total resistance of the water to the movement of the means by reducing all its components: wave, vortex and friction. This, in turn, will make it possible to further significantly reduce the power of the power plant, the specific fuel consumption per unit of track, the cost of construction, as well as improve other economic indicators of the operation of the facility.

Claims

1. Floating means, comprising a hull with sides and a sub-bottom channel of variable cross-section with movers installed in it, characterized in that the sub-bottom channel of the floating means is formed by flat plates located along the water flow and is equipped with cavitators located at the junction of the plates, while sections of the channel along its entire length are U-shaped.

2. The floating tool according to claim 1, characterized in that the angles of mutual fracture of adjacent plates in the aft and fore parts of the channel do not exceed 14 ^o .