способ умерения параметрической угловой качки осесимметричных буев

Формула изобретения

Способ умерения параметрической угловой качки осесимметричных буев, основанный на снижении центра тяжести буя и увеличении демпфирования его угловой качки путем установки на его корпусе выступающих частей, обладающих большим вихревым сопротивлением, отличающийся тем, что дополнительно уменьшают действующее на буй волновое возмущение, для чего корпусу буя, выше и ниже его конструктивной ватерлинии, придают форму тела, любые сечения которого плоскостями, параллельными конструктивной ватерлинии, имеют момент инерции площади J_z относительно центральной поперечной оси сечения, определяемый соотношением

J_z = J_квл + S_квл (T - Z) (T - Z_g),

где Z - аппликата сечения, проведенного параллельно конструктивной ватерлинии, на расстоянии Z от основной плоскости буя;

J_квл - момент инерции площади конструктивной ватерлинии буя относительно ее центральной поперечной оси;

S_квл - площадь конструктивной ватерлинии буя;

T - осадка буя по конструктивную ватерлинию;

Z_g - аппликата центра тяжести буя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судостроения, в частности к решению вопросов проектирования формы корпуса осесимметричных буев, имеющих малую угловую параметрическую качку на волнении, используемых в качестве средств океанотехники, например, в качестве носителей буровых и нефтедобывающих установок на воде. Параметрическими считаются колебания, вызванные изменением параметра колебательной системы - ее жесткости.

Известен способ снижения параметрической угловой качки осесимметричных буев различной формы, согласно которому принимают конструктивные мероприятия по увеличению их остойчивости, а также демпфирования их колебаний путем снижения центра тяжести буя и увеличения демпфирования его угловой качки за счет установки на его корпусе выступающих частей, обладающих большим вихревым сопротивлением (см. Dern J-C. Unstable Motion of Free Spar Buoys in Waves, 9-th Symposium Naval Hydrodynamics. V. 1, Paris, France, 1972, pp. 1003-1078), принятый за прототип.

Недостатком такого решения является то, что при увеличении остойчивости буй как колебательная система может оказаться настроенным на частоты волн, соответствующие области основного резонанса колебаний буя, что приведет к усилению качки, а на выступающих частях, демпфирующих качку, на волнении могут возникать возмущающие силы, также приводящие к ее усилению.

Заявляемое изобретение направлено на умерение параметрической угловой качки осесимметричных буев за счет придания им особой, благоприятной для уменьшения амплитуды качки буя на волнении, формы корпуса.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе умерения угловой параметрической качки осесимметричных буев в дополнение к выбору оптимального положения центра тяжести буя и увеличению демпфирования угловой качки путем установки на его корпусе выступающих частей, обладающих большим вихревым сопротивлением, также уменьшают действующее на буй волновое возмущение, для чего корпусу буя, выше и ниже его конструктивной ватерлинии (КВЛ), придают форму тела, любые сечения которого плоскостями, параллельными конструктивной ватерлинии, имеют момент инерции площади J_z относительно центральной поперечной оси сечения, определяемый соотношением

J_z=J_квл+S_квл(T-Z)(T-Z_g), (1)

где Z - аппликата сечения, проведенного параллельно конструктивной ватерлинии, на расстоянии Z от основной плоскости буя;

J_квл - момент инерции площади конструктивной ватерлинии буя относительно ее центральной поперечной оси;

S_квл - площадь конструктивной ватерлинии буя;

T - осадка буя по конструктивную ватерлинию;

Z_g - аппликата центра тяжести буя.

Уменьшение волнового возмущения, действующего на буй, приводит к падению амплитуды угловой параметрической качки.

Придание корпусу буя такой формы, у которой любое поперечное сечение в районе КВЛ имеет момент инерции площади J_z относительно центральной поперечной оси, определяемый соотношением (1), обеспечивает незначительное изменение остойчивости буя на волнении, поскольку J_z является одной из составляющих остойчивости и зависит от формы тела.

Сущность изобретения поясняется двумя примерами устройств (фиг. 1 и фиг. 2), направленных на реализацию предлагаемого способа.

На фиг. 1 показан эскиз буя, которому придана коническая форма внешних обводов и цилиндрическая форма внутренних обводов, а на фиг.2 - буй с цилиндрическими внешними обводами и коническими внутренними.

Корпус 1 буя (фиг. 1) в его верхней части имеет коническую форму 2, а внутри него осесимметрично выполнено отверстие 3 цилиндрической формы. В нижней части буя установлена выступающая часть 4, обладающая большим вихревым сопротивлением.

Корпус 1 буя (фиг.2) имеет снаружи цилиндрическую форму 5, внутри его нижней части осесимметрично выполнено отверстие цилиндрической формы 6, а в верхней части осесимметрично выполнено отверстие в виде перевернутого усеченного конуса 7. В нижней части имеется также выступающая часть 4.

При вертикальной качке буев указанных форм относительно волнового профиля, например, при их погружении, с одной стороны, увеличивается их объемное водоизмещение, с другой - вследствие уменьшения J_z происходит уменьшение метацентрической высоты буев в такой степени, что результирующий коэффициент остойчивости Dh, представляющий собой произведение водоизмещения буя D на его метацентрическую высоту h, остается практически без изменения. Вследствие этого угловая параметрическая качка буев не возникает или существенно снижается.

Наряду с этим буям могут быть приданы и другие формы внешних и внутренних обводов, при которых обеспечивается выполнение соотношения (1), способствующего умерению угловой параметрической качки.

Испытания модели осесимметричного буя (фиг.1) на регулярном волнении, имеющем водоизмещение около 0,13 м³, показали, что предлагаемый характер обводов снижает максимальные амплитуды угловой параметрической качки примерно в 4,5-5 раз по сравнению с аналогичной моделью, имеющей цилиндрические обводы в районе переменной смоченной поверхности.

В условиях нерегулярного волнения наблюдалось примерно двухкратное умерение параметрической угловой качки при незначительном отличии амплитуд вертикальной качки.