корпус надводного водоизмещающего судна и надводное водоизмещающее судно

Формула изобретения

1. Корпус надводного водоизмещающего судна, включающий наружную и внутреннюю оболочки, отличающийся тем, что наружная оболочка корпуса выполнена в виде тела вращения или комбинации тел вращения, имеющих одну общую ось вращения, с расположенными на образующей оболочки плицами, при этом наружная оболочка установлена относительно внутренней оболочки с возможностью вращения под действием встречного потока воды.

2. Надводное водоизмещающее судно, содержащее, по меньшей мере, два соединенных друг с другом корпуса, каждый из которых включает наружную и внутреннюю оболочки, отличающееся тем, что наружная оболочка каждого корпуса выполнена в виде тела вращения или комбинации тел вращения, имеющих одну общую ось вращения, с расположенными на образующей оболочки плицами, при этом наружная оболочка установлена относительно внутренней оболочки с возможностью вращения под действием встречного потока воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судостроения и касается конструкции корпусов надводных водоизмещающих судов.

Известно, что обтекаемые корпуса надводных судов испытывают большое сопротивление воды движению. С увеличением скорости судна общее сопротивление (сопротивление трения и волновое сопротивление) увеличивается в геометрической прогрессии. Вязкая жидкость прилипает к неподвижным стенкам обтекаемого корпуса. Это приводит к торможению движущейся жидкости, к отрыву потока в кормовой части. Как следствие, увеличивается сопротивление трения и давления. Кроме того, с ростом скорости увеличивается волновое сопротивление (Е.Г.Павленко. Сопротивление воды движению судов, М.: Морской транспорт, 1956 г.).

Для снижения сопротивления движения жидкости в трубопроводах, в потоках, обтекающих подводные аппараты и корпуса судов, применяется эффект Томса, который обуславливается образованием на границе твердое тело - жидкость молекулярных растворов, которые ограничивают турбулентность потока (патент США №3435796, авторское свидетельство СССР №244032).

Известен способ снижения гидродинамического сопротивления движению тел, например судов, путем уменьшения сил трения в пограничном слое (авторское свидетельство СССР №364493).

Реализация этих изобретений на практике чрезвычайна сложна и не решает полностью проблему сопротивления воды движению судов, т.к. кроме сопротивления трения, корпус надводного судна испытывает волновое сопротивление, увеличивающееся со скоростью.

Известна также модель, конструкция которой представляет собой два цилиндра, соединенных пластиной (В.И.Меркулов. Гидродинамика знакомая и незнакомая, М., 1989. стр.72).

Цилиндры вращают в направлении потока жидкости со скоростью потока. Причем их окружная скорость в точности равняется скорости движения жидкости вблизи цилиндров, т.е. цилиндры не ускоряют и не тормозят жидкость.

Такая модель позволяет снизить сопротивление движению в пять раз.

Описанная в работе конструкция модели не может использоваться для создания корпусов надводных судов, т.к. модель работает при полном погружении в жидкость.

Цель изобретения - уменьшение полного сопротивления воды движению водоизмещающих судов при различных скоростях хода.

Цель достигается тем, что корпус судна выполняется в виде тела вращения или комбинации тел вращения, имеющих одну общую ось вращения.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Корпус надводного водоизмещающего судна включает наружную и внутреннюю оболочки, при этом наружная оболочка корпуса выполнена в виде тела вращения или комбинации тел вращения, имеющих одну общую ось вращения, с расположенными на образующей оболочки плицами, причем наружная оболочка установлена относительно внутренней оболочки с возможностью вращения под действием встречного потока воды.

Сущность предлагаемого изобретения заключается также в следующем.

Надводное водоизмещающее судно содержит, по меньшей мере, два соединенных друг с другом корпуса, каждый из которых включает наружную и внутреннюю оболочки, при этом наружная оболочка каждого корпуса выполнена в виде тела вращения или комбинации тел вращения, имеющих одну общую ось вращения, с расположенными на образующей оболочки плицами, причем наружная оболочка установлена относительно внутренней оболочки с возможностью вращения под действием встречного потока воды.

Конструкция вращающегося корпуса, каждая точка поверхности которого может перемещаться вниз по потоку, в касательной плоскости уменьшает сопротивление воды движению. Сопротивление движению вращающегося корпуса обуславливается вязкостью жидкости - сопротивление трения, и образованием волн - волнового сопротивления.

Для вязкой жидкости:

- в точках поверхности неподвижной стенки скорость жидкости равна нулю (условия прилипания граничного слоя);

- в точках поверхности движущейся стенки скорость жидкости равна скорости соответствующей точки стенки.

Эти условия определяют ламинарное течение жидкости у вращающегося корпуса судна.

Проведенные исследования показали, что величина волн, образующихся при движении вращающегося корпуса, и попутный корпусу поток, незначительны. Это дает основание предположить о малой величине волнового сопротивления движению.

Рост размеров вращающегося корпуса и скорость встречного потока уменьшит сопротивление воды движению, обратно пропорционально корню квадратному из этих величин.

Вращающийся корпус водоизмещающего судна может быть одиночным или составленным из множества соединенных между собой корпусов, аналогичных одиночным. Такое многообразие конструкций объясняется возможностью оптимального выбора архитектуры судна.

На представленном чертеже схематично изображен предлагаемый корпус надводного водоизмещающего судна, состоящий из наружной и внутренней оболочек.

Наружная оболочка 1 корпуса надводного водоизмещающего судна вращается встречным потоком F в направлении W плицами 2, расположенными на образующей наружной оболочки корпуса у поверхности воды.

В точках на поверхности вращающегося корпуса скорость жидкости равна средней скорости соответствующих точек. Благодаря этому вращающийся корпус не испытывает большого сопротивления воды движению.

Движение устройства осуществляется двигателями 3 в направлении тяги Р.

Наружная оболочка 1 корпуса вращается на подшипниках 4 вокруг неподвижного вала 5.

В неподвижной оболочке 6 корпуса (в нижней ее части) размещается балласт 7. Низкое расположение центра тяжести ЦТ и показанное на схеме положение центра величины ЦВ относительно грузовой ватерлинии ГВЛ делает конструкцию корпуса абсолютно остойчивой.

Размещение груза в отсеке 8 эффективно у танкера, т.к. груз находится под защитой двух оболочек 1 и 6 корпуса.

Вследствие малой поверхности смачивания преимуществом корпуса, наружная оболочка которого выполнена в виде тела вращения, при не установившемся встречном потоке жидкости, является небольшое сопротивление воды движению.

Кроме того, корпус такого судна обладает большой прочностью, что позволяет снизить металлоемкость конструкции.

Проведенные буксировочные испытания модели предлагаемого корпуса надводного водоизмещающего судна показали эффективное снижение сопротивления воды движению при различных скоростях хода.