ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Данная разработка является результатом выполнения научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ на кафедре Кораблестроения в Калининградском Государственном Техническом Университете, на которые выдан патент РФ № 2203825.

Сущность этой разработки состоит в том, что плавучее средство состоит из корпуса с вертикальными плоскими бортами и подднищевого канала переменного сечения.

В этом канале установлены движители. Канал образован плоскими пластинами, расположенными вдоль потока воды. Канал снабжён кавитаторами, размещёнными в местах стыка пластин. При этом поперечные сечения канала по всей его длине имеют П-образную форму. Углы взаимного излома смежных пластин вдоль канала в кормовой и носовой частях канала не должны превышать в среднем 14 ^о.

Известно плавучее средство (патент РФ № 2013306), содержащее корпус с плоскими вертикальными бортами и подднищевым каналом переменного сечения, в котором размещены движители. Подднищевый канал выполнен в этом плавучем средстве с плавно изменяющимся по его длине сечением, максимальным - на входе в канал и выходе из него и минимальным - в средней его части. При этом, по крайне мере, один из движителей размещён в районе наиболее узкого сечения канала. Выполнение канала суживающимся в центральной части, а также размещение в районе минимального сечения канала движителя позволяет создать в канале дополнительные скорости воды, за счёт 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 средства, особенно при его движении на мелководье и в узких реках и каналах и, тем самым, повысить его пропульсивные качества.

Недостатком этой конструкции является то, что из-за увеличения скорости протекания воды по каналу увеличивается сопротивление трения воды в канале, что не исключает возможности появления вихревого сопротивления в кормовой и носовой части канала.

Предлагаемая разработка решает задачу устранения указанного недостатка и ставит целью уменьшение сопротивления трения и вихревого сопротивления средства за счёт изменения формы днища и подднищевого канала.

Эта цель достигается благодаря тому, что подднищевой канал образуется плоскими пластинами, расположенными вдоль потока воды в канале, и снабжён кавитаторами, размещёнными в местах стыка пластин. При этом поперечные сечения канала по всей его длине имеют П-образную форму, а углы взаимного излома смежных пластин в продольном направлении в кормовой и носовой части канала не превышают в среднем 14 ^о.

Известно, что эффективным путём снижения сопротивления трения является создание вдоль обтекаемой поверхности стабильной тонкой воздушной прослойки - искусственной каверны, отделяющей поток воды от твёрдой пластины (воздушная смазка, «вентиляция»).

Формирование стенок канала из плоских пластин позволяет создать вдоль всей подводной части обшивки плавучего средства тонкую воздушную прослойку, так называемую «смазку» и, таким образом, существенно уменьшить сопротивление трения. Введение кавитаторов, в частности клиновидных, с подачей к ним атмосферного воздуха или выхлопных газов от главных двигателей позволяет наилучшим образом решить эту проблему. Наибольший эффект достигается при установке кавитаторов на поперечных стыках плоских пластин, на нижних поверхностях горизонтальных пластин, и меньший - на наклонных и вертикальных пластинах и стойках устройств и движителей. Длина каверны пропорциональна квадрату скорости потока воды, что делает это особенно выгодным в канале, где скорость воды значительно выше скорости судна. Достаточно одного-двух кавитаторов, чтобы вентилировать через цилиндрическую часть канала, поскольку эффект получается за счёт разности между сопротивлением трения пластин обшивки этой части канала и сопротивлением кавитаторов.

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 рис 1 и 2) не будет превосходить 10-20 ^о (в среднем 14 ^о).

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на рис. 1 изображено горизонтальное сечение судна в подводной части по каналу; на рис. 2 - среднее вертикальное продольное диаметральное сечение; на рис. 3 - среднее поперечное сечение.

Плавучее средство содержит корпус 1 с плоскими наружными бортами 2 и днищем 3 и подднищевой канал 4. Поддднищевой канал 4 выполнен закрытым сверху по всей длине средства находящейся под водой, и состоит по длине из трёх частей: суживающейся 5 (конфузор), призматической 6 и расширяющейся (диффузор) 7. 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. Верхняя кромка входного и выходного отверстия канала расположены не ниже грузовой ватерлинии (грузовой марки). На стенках канала 4, наружных бортах 2 и днище 3 устанавливаются кавитаторы, к которым подводят воздух или выхлопные газы от двигателей. Конкретная форма и размеры всех элементов корпуса 1 и канала 4 в каждом конкретном случае определяются в зависимости от заданного режима быстроходности и условий эксплуатации средства и уточняются по результатам самоходных модельных испытаний по специальной методике в опытном бассейне, гидролотке или на открытом водоёме.

В конфузоре 5 канала 4 устанавливаются гидравлические движители, поворотные (винто-рулевые колонки водомёты или подвесные двигатели), количество которых (1-3) также определяется в зависимости от режима быстроходности средства, при этом по крайней один из движителей размещается в районе минимального сечения канала 4.

Работа движителей осуществляется следующим образом.

При включении движителей 10 последние прогоняют воду по каналу 4. За счёт появления в канале 4 дополнительных скоростей воды, вызванных работой движителей, значительно уменьшаются перепады скоростей и давлений в воде вокруг средства при его движении с заданной скоростью. Это происходит за счёт того, что скорости воды снаружи вдоль бортов и по периметру выходного сечения канала уравниваются, а перепады скоростей и давлений в канале не вызывают волнообразования на поверхности воды, поскольку канал закрыт сверху по всей его длине.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Известно, что перепады скоростей и давлений являются причиной образования вихрей и волн при движении судов по поверхности и, соответственно, вихревого и волнового сопротивлений воды движению судов, которые достигают 75% от полного сопротивления, особенно на мелководье и в узких акваториях.

Как показывают расчёты, при таком конструктивном исполнении плавучего средства его полное сопротивление воды без установки кавитаторов состоит на 80% из сопротивления трения, из которых 50% составляет сопротивления трения горизонтальных пластин призматической части канала и днища которое может быть уменьшено при установке кавитаторов, т.е. общее сопротивление (остаточное) будет состоять в основном из лобового сопротивления корпуса и кавитаторов.

Таким образом, эксплуатация средства предлагаемой формы и конструкции позволит установить кавитаторы, даст возможность значительно снизить полное сопротивление воды движению средства за счёт снижения всех его составляющих: волнового, трения и вихревого (формы). Это, в свою очередь существенно, до 50%, снизит мощность энергетической установки, удельный расход топлива на единицу пути, стоимость постройки, а также значительно улучшит остальные экономические показатели эксплуатации средства по сравнению с судами обычной формы корпуса.

Разработаны эскизные проекты средств различного назначения: транспортного, промыслового, технического флота и специальных типов такие как:

1.Плавучая дача-охотничий катер длиной 6,5 м, с подвесным мотором 23,0 кВт, 4 спальных места, скорость хода 18 км/час, осадка 0,4 м.

2.Промысловая самоходная платформа неподнадзорная Российскому Регистру, грузоподъёмность 2,5 т, 2 подвесных места или винто-рулевая колонка 55 кВт для промысловой работы в прибрежных морских и внутренних водоёмах тралом, сетями, ярусом.

3.Плавучая самоходная буровая установка для поискового разведочного бурения на внутренних и прибрежных морских водоёмах с глубинами более 0,4 м.

4.Многоцелевая самоходная платформа для внутренних и прибрежных морских водоёмов, грузоподъёмностью 40 тонн, скорость хода 8 узлов, мощностью винто-рулевых колонок 2х125 кВт,lхВхТ =30х6,0х1,6 м, водоизмещеним 150 тонн.

Средство может быть оборудовано в качестве:

- водного трамвая на 150 пассажиров;

- туристского судна на 36 человек для водного туризма;

- грузового судна грузоподъёмностью 40 тонн.

Имеется патент РФ № 2168439 «Ледокольное плавучее средство» (съёмное), обеспечивающее эксплуатацию средства по данному патенту в сплошном ледяном поле толщиной 0,15-0,30 м.