быстроходное судно

Формула изобретения

1. Быстроходное судно, содержащее корпус с транцем и транцевой плитой, за которой установлены управляемые интерцепторы, а также движитель, отличающееся тем, что транцевая плита выполнена в виде съемных секций по числу интерцепторов, каждая из которых с помощью фиксаторов закреплена заподлицо с поверхностью днища на опорах-направляющих, установленных на нижней части транца судна, при этом ширина каждой секции транцевой плиты равна размаху соответствующего интерцептора, и в каждой секции выполнены открытые со стороны задней кромки транцевой плиты и перпендикулярные к ней щели по числу пластин подвески интерцептора, при этом каждый интерцептор с помощью пластин подвески, установленных в щелях секции транцевой плиты, шарнирно закреплен на ней с возможностью углового перемещения вниз и сохранения минимального зазора между интерцептором и задней кромкой секции транцевой плиты.

2. Судно по п. 1, отличающееся тем, что в случае выполнения опор-направляющих с крепежными деталями и транцевой плиты с интерцепторами из сплавов, при соприкосновении которых с материалом транца возникает электрохимическая коррозия, опоры-направляющие с крепежными деталями и транцевую плиту с интерцепторами электроизолируют от транца.

3. Судно по п.1 или 2, отличающееся тем, что в качестве движителя использованы частично погруженные гребные винты, установленные снаружи на транце судна и оборудованные приводами для изменения их положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

4. Судно по п.1 или 2, отличающееся тем, что в качестве движителя использован водометный движитель, установленный на транце судна и оборудованный реверсивно-рулевым устройством.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к судостроению, в частности к быстроходным судам, оборудованным управляемыми интерцепторами и движущимися в переходном режиме или режиме глиссирования.

Известны быстроходные суда, у которых для уменьшения угла дифферента (для преодоления горба сопротивления или уменьшения перегрузки при движении на волнении) используются управляемые транцевые плиты (Справочник по малотоннажному судостроению. - Л. : Судостроение, 1988. - 576 с., см. с. 278 - 280). Недостатком таких судов является то, что транцевые плиты должны быть достаточно больших размеров и иметь мощный привод для их быстрого отклонения.

Известно также быстроходное судно (прототип) по патенту РФ N 1837522 (B 63 B 1/20, опубл. 1995 г.), которое оборудовано управляемыми носовыми и кормовыми интерцепторами, установленными поперек днища и выдвигаемыми в поток из-за задних кромок носового редана и транцевой плиты соответственно. При выдвиге кормовых интерцепторов в поток на интерцепторы и транцевую плиту начинают действовать значительные силы, пропорциональные выдвигу интерцепторов и скоростному напору. Так при ширине (размахе) транцевой плиты 4 м и ее длине 0,8 м (площадь 3,2 м² ) и максимальном выдвиге кормовых интерцепторов 80 мм на скорости хода судна 50 узлов на транцевую плиту судна водоизмещением 120 т действует подъемная гидродинамическая сила, равная 408627 Н ( 41,68 тс!), а на интерцепторы общей площадью 40,08 = 0,32 м² - сила сопротивления, равная 71253 Н ( 7,27 тс!). При таких силах вдоль задней кромки транцевой плиты обязательно должна быть сделана отбортовка, а между транцем и транцевой плитой установлены подкрепления в виде книц. Т.е. конструкция транцевой плиты получается пространственной и может быть реализована лишь в случае, если за транцем нет других устройств, таких как рулевое устройство водометных движителей или валов с частично погруженными гребными винтами (ЧПГВ) и гидроприводом для изменения их положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Другим недостатком прототипа является то, что при приварке к транцу и транцевой плите подкрепляющих книц и полос происходит деформация конструкции и требуется большой объем доводочных работ, чтобы обеспечить в условиях стапеля зазор 0,5. ..1 мм между задней кромкой транцевой плиты и интерцепторами по всему размаху плиты и при различных положениях интерцепторов.

Технический результат от внедрения описываемого изобретения состоит:

- в уменьшении размеров и массы транцевой плиты и интерцепторов, что позволяет их применять на быстроходных судах с любыми движителями (водометами, полностью или частично погруженными гребными винтами), т.е. применять и в случаях, когда к высоте и длине транцевой плиты и интерцепторов предъявляются жесткие требования со стороны движителей;

- в сокращении объема доводочных работ, обеспечивающих необходимые минимальные зазоры 0,5...1 мм между задней кромкой транцевой плиты и рабочей поверхностью интерцепторов;

- в сокращении объема и облегчении работ по обеспечению электроизоляции между транцем и устанавливаемыми опорами-направляющими, транцевой плитой и интерцепторами, если они выполнены из сплавов, при соприкосновении которых с материалом транца возникает электрохимическая коррозия;

- в обеспечении возможности установки транцевой плиты с интерцепторами на уже построенные и эксплуатирующиеся быстроходные суда.

Такой технический результат достигается тем, что у быстроходного судна, содержащего корпус с транцем и транцевой плитой, за которой установлены управляемые интерцепторы, а также движитель,

транцевая плита выполнена в виде съемных секций по числу интерцепторов, каждая из которых с помощью фиксаторов закреплена заподлицо с поверхностью днища на опорах-направляющих, установленных в нижней части транца судна, при этом ширина каждой секции транцевой плиты равна размаху соответствующего интерцептора, и в каждой секции выполнены открытые со стороны задней кромки транцевой плиты и перпендикулярные к ней щели по числу пластин подвески интерцептора,

каждый интерцептор с помощью пластин подвески, установленных в щелях секции транцевой плиты, шарнирно закреплен на ней с возможностью углового перемещения вниз и сохранения минимального зазора между интерцептором и задней кромкой секции транцевой плиты.

В случае выполнения опор-направляющих с крепежными деталями и транцевой плиты с интерцепторами из сплавов, при соприкосновении которых с материалом транца возникает электрохимическая коррозия, опоры-направляющие с крепежными деталями и транцевую плиту с интерцепторами электроизолируют от транца.

Наиболее весомо уменьшение размеров и массы транцевой плиты проявляется на быстроходных судах, у которых в качестве движителя использованы либо водометные движители, установленные на транце судна и оборудованные реверсивно-рулевыми устройствами, либо частично погруженные гребные винты, установленные снаружи на транце судна и оборудованные приводами для изменения их положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Изобретение поясняется чертежами на примере быстроходного судна, у которого в качестве движителей используются частично погруженные гребные винты, установленные за транцевой плитой и оборудованные гидроприводом для изменения их положений в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

На фиг. 1 на виде снизу представлено быстроходное судно с предлагаемой транцевой плитой и кормовыми интерцепторами для случая, когда в качестве движителя используются частично погруженные гребные винты с гидроприводом для изменения положения винтов в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

На фиг. 2 и 3 на видах сбоку и сзади соответственно показана кормовая часть судна, представленного на фиг. 1.

На фиг. 4 дан разрез кормовой части судна по плоскости А-А на фиг. 3.

На фиг. 6 на виде сверху показан фрагмент секции предлагаемой транцевой плиты с сечением по плоскостям Г-Г на фиг. 4.

На фиг. 6 и 7 в изометрии представлены опоры-направляющие с двумя и одним отверстием соответственно, которые используются для крепления транцевой плиты к транцу быстроходного судна.

На фиг. 8 показана блок-схема системы управления интерцепторами.

Быстроходное судно 1 (фиг. 1-4) содержит корпус 2 с остроскулыми обводами 3, килеватым днищем 4 и транцем 5. За транцем 5 заподлицо с днищем 4 установлена транцевая плита 6 и кормовые интерцепторы 7. Количество интерцепторов 7 и секций транцевой плиты 6 (ширина каждой секции равна размаху интерцептора) зависит от ширины транца 5 по скуле 3 и может быть равным 2, 4, 6 и 8. На фиг. 1, 2, 3 и 8 показано 4 кормовых интерцептора 7, которые в зависимости от своего расположения помечены дополнительными буквами в скобках: ЛБ - левый бортовой, ЛК - левый килевой, ПК - правый килевой, ПБ - правый бортовой. Аналогичные обозначения использованы для секций транцевой плиты 6 и других элементов комплекса, если они отличаются друг от друга своими размерами или конструкцией. Например, секции транцевой плиты 6 на представленных фигурах имеют разную ширину (размах) и разную конструкцию. Преимущества предлагаемой транцевой плиты 6 и интерцепторов 7 наиболее наглядно видно в случае, когда на судне 1 в качестве движителя используются частично погруженные гребные винты 8 (левого и правого вращения), которые устанавливаются на валах 9 в опорах 10 и снабжены управляемыми гидроприводами 11 для отклонения валов (относительно точки O на фиг. 2) в горизонтальной плоскости (управление судном по курсу) и управляемыми гидроприводами 12 для раздельного изменения наклона валов (относительно точки O) в вертикальной плоскости. Для крепления опор 10 на транце 5 они снабжены фланцами 13. Для согласованного отклонения валов 9 в горизонтальной плоскости они соединены друг с другом с помощью шарнирно закрепленной поперечины 14. Жесткие требования к высоте и длине транцевой плиты 6 и интерцепторов 7 определяются тем, что валы 9 должны быть установлены как можно ближе к нижней кромке транца 5, а транец иметь угол на клона порядка 3...6^o. В этом случае свободной для установки транцевой плиты 6 оказывается узкая полоска (фаска БВ) вдоль нижней кромки транца 5, которая имеет высоту порядка 45...60 мм и необходима для обеспечения условий сварки листов разной толщины (днище 4 имеет толщину 4...5 мм, а транец 5 - 16...20 мм) (фиг. 4).

Конструкция транцевой плиты 6 показана на фиг. 4 и 5. В передней части транцевой плиты 6, которая по плоскости ДЕ крепится через прокладку 15 к плоскости БВ транца 5, выполнены Т-образные пазы 16, а в задней части со стороны задней кромки ЖЖ прорезаны щели 17. Форма Т-образного паза 16 соответствует формам Т-образных выступов (направляющих) 18 (верхний) и 19 (нижний) опор-направляющих 20 и 21, изображенных на фиг. 6 и 7. Паз 22, который расположен между выступами 18 и 19, предусмотрен для размещения в нем фиксаторов 23, которые позволяют зафиксировать транцевую плиту 6 на опорах-направляющих 20 и 21 после того как соответствующая секция транцевой плиты 6 движением снизу-вверх до упора будет надета на опоры-направляющие и пазы 22 окажутся перед отверстиями 24 в передней части плиты 6 (фиг. 6). Фиксаторы 23 крепятся на плите 6 с помощью болтов 25 и стопорных шайб 26. Для этого на плите предусмотрено резьбовое отверстие 27. Опоры-направляющие 20 и 21 отличаются количеством отверстий 28, через которые происходит их крепление к транцу 5. На опорах-направляющих 20 предусмотрено два таких отверстия 28, а на опорах-направляющих 21 - по одному отверстию 28. Опоры-направляющие 21 устанавливаются в тех местах задней кромки транца 5, где ограничения по высоте являются наиболее жесткими, например, под фланцами 13 опор 10. Для того чтобы головки крепежных болтов 29 и 30 не мешали установке транцевой плиты 6 на опоры-направляющие 20 и 21, в опорах предусмотрены соответствующие выемки 31 и 32. Количество опор-направляющих 20 и 21 для транцевой плиты 6 и пластин подвески 33 для интерцепторов 7 определяется материалом конструкции (нержавеющая сталь, титановые или алюминиевые сплавы) и шириной транца по его задней кромке. Кроме того, расстояния между опорами-направляющими согласуются с продольным силовым набором днища и транца. Поскольку у каждого интерцептора 7 рабочая поверхность выполнена по радиусу R с центром в т. И (фиг. 4), то при установке пластин подвески 33 с интерцептором 7 в щелях 17 легко обеспечивается необходимый минимальный зазор 0,5... 1 мм между задней кромкой ЖЖ транцевой плиты 6 и цилиндрической поверхностью интерцептора 7. Более того указанный зазор может быть легко сделан еще меньше (порядка 0,2...0,3 мм), так как транцевая плита, интерцепторы и детали их крепления имеют высокую точность изготовления (допуски порядка 0,05. . . 0,1 мм) и зазор уже не является предметом противоречия между требованием высокого гидравлического сопротивления (гарантирующего отсутствие заметного перетекания воды из зоны высокого давления под транцевой плитой при выдвиге интерцептора при ходе судна в зону атмосферного давления над транцевой плитой) и требованием исключения контакта между задней кромкой транцевой плиты и рабочей поверхностью интерцептора при любых его выдвигах в случае выполнения транца 5, с одной стороны, и опор-направляющих 20, 21 и транцевой плиты 6 с интерцепторами 7, с другой стороны, из разных материалов, при контакте которых возникает электрохимическая коррозия. В предлагаемой конструкции электроизоляция выполняется между неподвижными деталями, а в случае прототипа она должна была выполняться между неподвижными и подвижными деталями, что вызывало значительные трудности. Все пластины подвески 33 изготавливаются в пакете, что позволяет получить минимальный разброс их размеров. На каждой пластине закрепляется ось 34 с оседержателем 35. Далее оседержатель 35 крепится к передней части транцевой плиты 6 с помощью винтов 36 и гаек 37 (фиг. 4). Для крепления используются отверстия 38 (фиг. 5). При этом в плоскостях К (слева и справа от каждой щели 17) устанавливаются нервюры 39, которые спереди крепятся к транцевой плите 6 с помощью тех же винтов 36 и гаек 37 (т. е. совместно с оседержателями 35), а в районе задней кромки ЖЖ транцевой плиты - с помощью винтов 40 и гаек 41. На нервюрах 39 сверху предусмотрены резьбовые отверстия, оси которых также лежат в плоскости К и которые используются для крепления сверху на транцевой плите 6 крышек 42 с помощью болтов 43 и стопорных шайб 44. Эта операция выполняется после крепления и фиксации транцевой плиты 6 на опорах-направляющих 20 и 21 с помощью фиксаторов 23. Для крепления опор-направляющих 20, 21 внутри корпуса 2 судна 1 используются клиновые пластины 45, шайбы 46, резиновые кольца-уплотнители 47 и гайки 48. При необходимости обеспечения электроизоляции между опорами-направляющими 20, 21 и транцем 5 и между плитой 6 и транцем 5 устанавливаются электроизоляционные прокладки (например, из стеклотекстолита), как это показано на фиг. 4, а на болты 29, 30, пластины 45 и шайбы 46 наносится электроизоляционное покрытие, например, методом микродугового оксидирования. Для доступа к отверстиям 38 (фиг. 5) на передней части транцевой плиты 6 выполнены пазы 49. Сверху на плите 6 выполнены резьбовые отверстия 50 для дополнительного крепления крышек 42. Аналогичные отверстия 51 предусмотрены и на опорах-направляющих 20 и 21. Соединение пластин подвески 33 с интерцепторами 7 происходит с помощью шпонок 47 (верхняя) и 48 (нижняя), которые вставляются в соответствующие пазы на пластинах 33 и интерцепторах 7, и болтов 52 со стопорными пластинами 53. Вместо двух шпонок 47 в месте крепления тяг 54 в пазы на двух пластинах подвески 33 и интерцепторе 7 используется вилка-шпонка 55, которая фиксируется более длинными болтами 56. Соединение вилки-шпонки 55 с тягой 54 производится с помощью оси 57, втулок 58, корончатой гайки 59 и шплинта 60. Высота ЛМ интерцептора 7 (расстояние между точками Л и М на фиг. 4) и длина ЖН продольных щелей 17 (расстояние между точками Ж и Н на фиг. 5) на транцевой плите 6 выбираются из условия обеспечения заданного максимального выдвига интерцепторов _max. Ширина щели 17 принимается равной толщине пластины подвески 33 плюс зазор 0,5 мм с каждой стороны.

Управление положением интерцепторов 7 обеспечивается системой управления, функциональная схема которой показана на фиг. 8. Здесь использованы следующие обозначения: 61 - блок задатчиков углового (крен, дифферент) положения судна; 62 - блок задатчиков статических выдвигов интерцепторов 7; 63 - блок параметров движения судна (углы крена и дифферента, их угловые скорости, перегрузки в ряде точек днища судна, скорость хода судна); 64 - вычислитель, формирующий законы управления для следящих электроприводов 65, 66, 67 и 68 соответствующих интерцепторов 7(ЛБ), 7(ЛК), 7(ПК) и 7(ПБ); 69 - усилитель мощности; 70 - датчик обратной связи (датчик положения интерцептора); 71 - кинематическая связь между приводами 72 и интерцепторами 7 (шток привода 72 - качалка 73 - тяга 54). На фиг. 3 поз.74 обозначен кабель, который обеспечивает электрическую связь между блоками 69 и 72, 70 и 69 (вход 1).

Быстроходное судно 1, оборудованное предлагаемой транцевой плитой 6 и комплексом управляемых интерцепторов 7, используют следующим образом.

При достижении быстроходным судном 1 относительной скорости (определяется по результатам модельных испытаний судна на этапе разработки эскизного проекта судна), при которой интерцепторы 7 становятся эффективными и с их помощью можно создавать гидродинамические силы, позволяющие управлять угловым положением судна, включают систему управления интерцепторами. Затем с ее помощью либо вручную (с помощью блока 62 задатчиков статических выдвигов интерцепторов), либо автоматически (если в системе предусмотрено программное изменение выдвигов интерцепторов в зависимости от относительной скорости хода) устанавливают необходимые оптимальные статические выдвиги для кормовых интерцепторов, которые необходимы для заданной относительной скорости хода (под статическим выдвигом интерцепторов 7 понимается выдвиг, обеспечивающий минимальное сопротивление движению судна в условиях "тихой" воды, относительно этого выдвига интерцептор может выдвигаться дальше до 100% или убираться до 0% при парировании возмущений от волны, т.е. при использовании его в качестве успокоителя килевой и бортовой качки). В случае "ручной" установки статических выдвигов на входы 2 усилителей мощности 69, входящих в состав следящих приводов 65, 66, 67 и 68, от вычислителя 64 поступают постоянные сигналы, которые усиливаются и отрабатываются приводами 72. При этом с датчиков обратной связи 70 на входы 1 усилителей мощности 69 поступают сигналы, которые компенсируют сигналы на входах 2 от вычислителя 64. Каждый привод 72 (следовательно, и интерцептор 7) останавливается в том положении, когда сумма сигналов на входах усилителя мощности 69 становится равной 0. Т. е. следящие приводы 65, 66, 67 и 68 отслеживают сигналы, поступающие на каждый из них с вычислителя 64. Эти сигналы меняются не только при изменении скорости движения, но и при изменении углового положения судна, если движение происходит в условиях волнения. Информацию об изменении углового положения и скорости этого изменения в вычислитель 64 выдают блок параметров движения 63 судна и блок 61 задатчиков углового положения судна. Как только любой из следящих приводов начинает отрабатывать ненулевой сигнал с вычислителя 64, то сразу же приходит в движение шток соответствующего привода, и он через качалку 73 и тягу 54 приводит в движение соответствующий интерцептор 7.

Результаты конструкторских проработок ряда быстроходных судов с предлагаемой транцевой плитой и управляемыми интерцепторами показывают, что предлагаемое техническое решение позволяет:

- примерно, в 4,5 раза уменьшить размеры (высоту и длину) транцевой плиты и в 2 раза уменьшить высоту интерцепторов;

- примерно в 7-9 раз уменьшить массу транцевой плиты и интерцепторов;

- выполнить изготовление и сборку транцевой плиты и интерцепторов полностью в условиях механического цеха без сварки и наладить их массовый выпуск;

- обеспечить минимальный зазор 0,2...1 мм между задней кромкой транцевой плиты и интерцептором, который гарантирует отсутствие заметного перетекания воды из зоны высокого давления под транцевой плитой (60% от скоростного напора) в зону атмосферного давления над плитой и повышает эффективность интерцепторов;

- упростить обеспечение необходимой электроизоляции между опорами-направляющими 20, 21, транцевой плитой 5 с интерцепторами 6, с одной стороны, и транцем 5, с другой стороны, в случае выполнения перечисленных деталей и транца из разных материалов, при контакте которых возникает электрохимическая коррозия;

- обеспечить (в случае необходимости) быстрый монтаж и демонтаж предлагаемой транцевой плиты 6 с интерцепторами 7 и следящими приводами 72;

- установить предлагаемую конструкцию транцевой плиты и интерцепторов на быстроходных судах, на которых в качестве движительно-рулевого комплекса использованы:

гребные винты, расположенные на наклонных валах под днищем судна перед транцем, и поворотные рули направления, установленные за ними;

или частично погруженные гребные винты, установленные на наклонных консольных валах на и за транцем судна и оборудованные приводами для изменения их положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

или водометные движители, установленные на транце судна и оборудованные реверсивно-рулевыми устройствами.