полицилиндрический прочный корпус морского технического средства

Формула изобретения

1. Прочный корпус морского технического средства преимущественно большого водоизмещения, состоящий из расположенных в направлении длины корпуса модулей, ограниченных концевыми поперечными переборками с образованием замкнутого объема, отличающийся тем, что корпус выполнен полицилиндрическим из размещенных по всему обводу поперечного сечения корпуса модулей с образованием единого водоизмещающего объема, каждый из модулей выполнен в виде двух цилиндрических оболочек кругового сечения, подкрепленных шпангоутами, и прочного листового стрингера, подкрепленного поперечными балками набора, соединенными с шпангоутами круговых цилиндров и кницами в узлах соединений, а соединение смежных модулей между собой выполнено в виде стрингера, идентичного стрингеру между двумя цилиндрами модуля.

2. Корпус по п.1, отличающийся тем, что листовой стрингер и балки его набора выполнены в виде изогнутых листов и балок малой кривизны.

3. Корпус по п.1, отличающийся тем, что соединение круговых цилиндров модуля между собой выполнено в виде двух параллельных стрингеров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судостроения, а именно к проектированию несущих корпусов инженерных сооружений морских технических средств различного назначения - подводных лодок (ПЛ), надводных судов (НС), морских сооружений (МС).

Известны конструкции подводных лодок, надводных судов, различных морских сооружений, состоящие из набора отдельных цилиндрических оболочек или корпусов другой формы, которые соединены в общую конструкцию проницаемыми, негерметичными связями (бракетами, поперечными и продольными переборками), не создающими единый герметичный объем.

К таким конструкциям, в частности, относятся ПЛ из двух-трех цилиндрических корпусов, надводные суда-катамараны, тримараны, стационарные сооружения нефтегазодобывающего комплекса из нескольких прочных вертикальных цилиндров.

Корпус единого замкнутого герметичного объема, особенно больших габаритов, эффективен и применим в ряде перспективных технических разработок, как, например: глубоководные ПЛ, подводные танкеры, рудовозы, сухогрузные суда, контейнеровозы, суда других классов транспортного и гражданского назначения, стационарные подводные сооружения различного назначения (станции, причалы, строительные сооружения, хранилища продукции и т.п.), надводные суда надводно-подводного плавания.

Известна конструкция корпуса морского судна (заявка PCT, WO N 94/11239, кл. B 63 B 25/00, публ. 26.05.94), в которой корпус состоит из секций слоеного типа в виде прямолинейных наружных и внутренних пластин, соединенных между собой продольными перегородками, приваренными к обеим пластинам. Известное техническое решение не позволяет получить достаточную прочность конструкций, эксплуатируемых на значительных глубинах погружения.

Известна конструкция корпуса судна (патент США N 5085161, кл. B 63 B 13/02, публ. 04.02.94), в которой днище, палуба и борта судна содержат наружный и внутренний корпуса из выгнутых наружу цилиндрических стальных пластин, между которыми установлены плоские продольные оребренные пластины. Указанная конструкция не обеспечивает необходимую прочность судна, эксплуатируемого в глубоководных условиях, при этом усложнена технология выполнения сварных соединений. Известное техническое решение принято за наиболее близкий аналог заявляемого изобретения, поскольку они имеют общие существенные признаки: корпус состоит из соединенных между собой модулей, расположенных в направлении длины корпуса и ограниченных концевыми поперечными переборками с образованием замкнутого объема, при этом поперечное сечение модулей образовано плоскими пластинами и цилиндрическими элементами специальной формы.

Задача, решаемая изобретением, состоит в разработке конструкции корпуса, обеспечивающего создание единого большого водоизмещающего объема при обеспечении прочности на значительной глубине погружения, поскольку опыт проектирования прочных корпусов ПЛ показал, что не представляется возможным выполнить прочный корпус в виде одного цилиндра технологически приемлемого предельного диаметра для большого водоизмещающего объема с учетом требуемой по условиям прочности и устойчивости толщины обшивки, размеров набора, механических характеристик и сортамента используемого материала.

Техническим результатом изобретения является возрастание величины герметичного объема корпуса за счет предложенного соединения модулей конструкции между собой и возможность построения корпуса любого размера за счет использования модулей предложенной формы и их соединения между собой элементами в соответствии с изобретением. Этим достигается возможность применения заявленного технического решения в морских технических средствах различного назначения.

Технический результат достигается тем, что в полуцилиндрическом прочном корпусе морского технического средства, состоящем из расположенных в направлении длины корпуса модулей, ограниченных концевыми поперечными переборками с образованием замкнутого объема, в соответствии с изобретением модули размещены по всему обводу поперечного сечения корпуса, а каждый модуль выполнен в виде двух цилиндрических оболочек кругового сечения, подкрепленных шпангоутами, и прочного листового стрингера, подкрепленного поперечными балками набора, соединенными со шпангоутами круговых цилиндров и кницами в узлах соединений, а соединение смежных модулей между собой выполнено в виде стрингера, идентичного стрингеру между двумя цилиндрами модуля.

Кроме того, листовой стрингер и балки его набора выполнены в виде изогнутых листов и балок малой кривизны.

Кроме того, соединение круговых цилиндров модуля между собой выполнено в виде двух параллельных стрингеров, что позволяет варьировать размерами конструкции при расчетах ее прочности.

Предлагаемая конструкция модуля полицилиндрического прочного корпуса и корпуса в целом является новым универсальным типом конструкции несущих корпусов инженерных сооружений морских технических средств широкого назначения.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 - 3, на которых представлены на фиг. 1 - поперечное сечение полицилиндрического прочного корпуса морского технического средства кругового очертания; фиг. 2 - поперечное сечение полицилиндрического прочного корпуса морского технического средства прямоугольного очертания, фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1, 2.

Устройство содержит (фиг. 1): обшивку 1 цилиндра диаметром d; стрингер 2 шириной l, соединяющий смежные цилиндры; круговой шпангоут 3, подкрепляющий цилиндр; бимс - поперечная балка 4, подкрепляющая лист стрингера; кницы 5 в узлах соединения шпангоута 3 цилиндра и бимса 4 стрингера 2; палубу 6 и опору палубы 7 (стенки, выгородки, пиллерсы) (в нижней части фиг. 1 и на фиг. 2 элементы 6 и 7 не приведены, но их расположение аналогично приведенному на фиг. 1 в верхней части).

Учитывая условия общего проектирования, в частности создание отсеков из условий непотопляемости и внутреннего размещения оборудования, предлагаемый полицилиндрический корпус предусматривает, как и у традиционного надводного судна, установку внутренних прочных межотсечных поперечных переборок (на фиг. 1 - 3 не изображены).

Опоры настилов 6 и продольных выгородок 7 предусмотрены на стрингерах 2 в их среднем по ширине районе. При неизменном по размерам постоянном поперечном сечении корпуса по всей его длине концевые носовая и кормовая поперечные переборки корпуса установлены с подкреплением усиленными балками набора и продольными переборками. Переход прочного корпуса к его концевым поперечным переборкам может быть выполнен конусным.

При конкретном проектировании по условиям прочности и назначения толщин конструкции возможна установка продольных ребер жесткости на стрингерах 2 между бимсами 4.

Притыкания палуб и других внутренних конструкций (выгородок, цистерн и т. д. ) к обводу прочного корпуса 1 в принципе не отличаются от аналогичных устройств на подводных лодках и надводных судах и могут быть выполнены в средней части пролета стрингера 2 в виде традиционных конструктивных узлов (жестких, податливых, со скользящими соединениями).

Изображенный на фиг. 1, 2 полицилиндрический прочный корпус, выполненный из стандартных модулей (АА, ББ - фиг. 3), может быть эффективно применен как основа для разработки новой конструкции корпуса надводного судна надводно-подводного плавания, выполненного в необходимых габаритах корпуса конкретного надводного судна, но способного, как подводная лодка, полностью погружаться и воспринимать значительное наружное давление.

Очевидно, такое судно надводно-подводного плавания обладает существенно большей живучестью и непотопляемостью в сравнении с традиционным надводным судном.

Эффективность предлагаемого полицилиндрического прочного корпуса морского технического средства подтверждена проектными проработками на примере его применения в качестве прочного корпуса надводного судна надводно-подводного плавания с возможностью погружения и плавания на значительной глубине.

У надводного судна с традиционной схемой корпуса одна из основных его конструкций - палуба (поз. 6 на фиг. 1) выполняется плоской при значительных по длине (8 - 10 м) пролетах поперечных балок - бимсов 4, опертых на несколько крупных продольных подпалубных балок - карленгсов, имеющих промежуточные опоры-пиллерсы между поперечными переборками. Предлагаемый полицилиндрический прочный корпус из судостроительных сталей при толщинах обшивки цилиндров до 25 мм согласно расчетам обеспечивает прочность судна при его погружении на глубину 250/300 м при габаритах поперечного сечения корпуса, превышающих без ограничения габариты поперечного сечения корпуса традиционного надводного судна. В этом случае диаметр цилиндров 1 (фиг. 1, 2, 3) составляет 4 - 6 м; кроме того, при длине отсека не менее чем 20 м между отсечными поперечными переборками достаточно установить лишь одну промежуточную опорную плоскость, подкрепленную балками набора (в ряде случаев при определенных соотношениях размеров корпуса судна цилиндра 1 и величины внешних нагрузок не потребуется опоры вообще).

Проектные проработки надводного судна надводно-подводного плавания с полицилиндрическим прочным корпусом в сравнении с традиционным надводным судном показали, что при выполнении прочного корпуса из цилиндров диаметром 4 - 6 м, что в 2 - 3 раза меньше диаметров прочного корпуса современных ПЛ, и нешироких стрингеров l = 1,5 - 3 м между ними его вес несущественно отличается от веса надводного судна традиционной конструкции при тех же габаритах.

Модульная конструкция корпуса позволяет получить водоизмещающий объем практически любой величины, при этом весовой коэффициент, равный отношению веса корпуса к его объему, может быть значительно снижен по сравнению с такой характеристикой для современных ПЛ (k = 0,10 - 0,15 т/м³). Рост объема прочного корпуса при увеличении, например, поперечного сечения, не ограничивается условиями прочности, связанными с сортаментом расчетных толщин листов, а расчет усилий взаимодействия цилиндров 1 и стрингеров 2 и напряжений в них свидетельствует о достаточной работоспособности и приемлемом напряженно-деформированном состоянии конструкции.

Цилиндры прочного корпуса могут быть использованы для оборудования в них различных помещений, размещения судового оборудования, цистерн. Внутренний обвод цилиндров, не соприкасающихся с забортной водой, может быть выполнен проницаемым вне района цистерн и при отсутствии специальных требований по эксплуатации судна. Для регулирования уровня напряжений в элементах конструкции цилиндров и стрингеров прочного корпуса и отработки узлов их соединений целесообразно выполнение обшивки и бимсов стрингеров 2 в виде листов и балок, изогнутых по дуге большого радиуса, определяемого конкретными особенностями морского технического средства.

Заявляемое техническое решение позволяет создать из отработанных технологически элементов новый тип конструкции прочного корпуса - водоизмещающий полицилиндрический прочный корпус заданных размеров, соизмеримый по глубинам погружения с прочным корпусом подводной лодки, что открывает новые возможности в расширении номенклатуры морских технических средств, способных работать в надводно-подводных условиях (подводные лодки, надводные суда, морские сооружения).