судно

Формула изобретения

Судно, включающее корпус с грузовыми помещениями и надстройку, отличающееся тем, что в носовой оконечности судна выполнено дополнительное грузовое помещение объемом 1,5 - 2,5% от общего объема корпуса за счет увеличения бака, в районе 5-го теоретического шпангоута ниже верхней палубы и в районе 15-го теоретического шпангоута выше нее выполнены грузовые помещения, каждое объемом 3 - 5% от общего объема корпуса, а кормовая оконечность имеет транцевую форму.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судостроения, а именно к проектированию и ремонту корпусов судов.

Известен архитектурно-конструктивный тип судна, содержащего корпус с грузовыми помещениями и расположенную в корме надстройку, крейсерскую форму кормы и небольшой бак [1, 36, с. 110 - 112; 3, с. 367].

Недостатками данного типа судна являются:

- большой волновой изгибающий момент, что приводит к увеличению момента сопротивления корпуса при проектировании и, как следствие, к увеличению массы корпуса судна,

- заливаемость на встречном волнении, что заставляет судоводителя снижать скорость движения на волнении и приводит к увеличению продолжительности рейса.

Наиболее близким к предлагаемому архитектурно-конструктивному типу судна, выбранного в качестве прототипа, является судно, содержащее корпус с грузовыми помещениями и надстройку с полукормовым расположением, крейсерскую форму кормовой оконечности, небольшой бак, а также увеличенное расстояние между днищем и вторым дном в районе 3-го теоретического шпангоута [2, 14 с. 137-141].

Недостатками прототипа являются:

- недостаточная общая продольная прочность судна, движущегося на волнении, что заставляет судоводителя снижать скорость хода;

- неудобство расположения грузовых помещений в корме из-за уменьшения полезного объема и ухудшения формы трюма в связи с наличием коридора гребного вала;

- имеется вероятность повреждения лобовой стенки надстройки от воды на палубе при ее заливании и, как следствие, уменьшение скорости движения;

- сильная заливаемость палубы при встречном волнении.

Задачей предлагаемого решения является улучшение прочностных и эксплуатационных качеств судна за счет благоприятного перераспределения грузов, уменьшающего волновой изгибающий момент.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого решения, заключается в снижении опасности повреждений корпуса судна, которые могут возникнуть в конструкциях при воздействии суммарного вертикального изгибающего момента. При проектировании судна появляется возможность уменьшить массу корпуса за счет уменьшения толщин связей, обеспечивающих общую продольную прочность при меньшем требуемом моменте сопротивления. При модернизации появляется возможность уменьшить вероятность нарушения общей продольной прочности на волнении.

Поставленная задача решается тем, что судно, включающее корпус с грузовыми помещениями и надстройку, отличается тем, что в носовой оконечности судна выполнено дополнительное грузовое помещение объемом 1,5 - 2,5% от общего объема корпуса за счет увеличения высоты бака, в районе 5-го теоретического шпангоута ниже верхней палубы и в районе 15-го теоретического шпангоута выше нее выполнены грузовые помещения, каждое объемом 3 - 5% от общего объема корпуса, а кормовая оконечность имеет транцевую форму.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует с его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы решают следующие функциональные задачи.

Признак: "...в носовой оконечности судна выполнено дополнительное грузовое помещение объемом 1,5 - 2,5% от общего объема корпуса за счет увеличения высоты бака. . . " - позволяет уменьшить вероятность заливания палубы при встречном волнении и разместить груз для увеличения прочности.

Признак: "...в районе 5-го теоретического шпангоута ниже верхней палубы и в районе 15-го теоретического шпангоута выше нее оборудованы грузовые помещения, каждое объемом 3 - 5% от общего объема корпуса..." - позволяет благоприятным образом перераспределить нагрузку. А именно в районе 5-го шп. размещаются легкие грузы или оборудование, а в районе 15-го шп. тяжелые. Кроме того, наличие дополнительного грузового помещения выше верхней палубы в районе 15 шп. уменьшает вероятность повреждений лобовой стенки надстройки.

Признак: ". ..кормовая оконечность имеет транцевую форму" - позволяет в сочетании с предыдущими признаками благоприятным образом перераспределить нагрузку судна, при этом снизить опасность повреждений лобовой стенки надстройки и избавиться от неудобного кормового трюма.

Предлагаемое решение поясняется рисунками. На фиг. 1 изображен предлагаемый архитектурно-конструктивный тип судна, где цифрами обозначено:

1 - корпус;

2 - грузовые помещения;

3 - надстройка;

4 - грузовое помещение в носовой оконечности судна;

5 - дополнительное грузовое помещение;

6 - дополнительное грузовое помещение;

7 - кормовая оконечность.

На фиг. 2 показаны дополнительные силы инерции, действующие на корпус судна при килевой качке на вершине волны, на фиг. 3 - эпюры изгибающих моментов на вершине волны, на фиг. 4 - дополнительные силы инерции, действующие на корпус судна при килевой качке на подошве волны, на фиг. 5 - эпюры изгибающих моментов на подошве волны.

Предлагаемое судно имеет корпус 1 с грузовыми помещениями 2 и надстройку 3, причем в носовой оконечности оборудовано дополнительное грузовое помещение 4 объемом 1,5 - 2,5% от общего объема корпуса за счет увеличения высоты бака. В районе 5-го теоретического шпангоута ниже верхней палубы оборудовано помещение 5 для грузов с большой удельной погрузочной кубатурой, т.е. легкого оборудования, объемом 3 - 5% от общего объема корпуса. В районе 15-го теоретического шпангоута выше верхней палубы оборудовано дополнительное грузовое помещение 6 объемом 3 - 5% от общего объема корпуса. Кормовая оконечность 7 имеет транцевую форму.

Судно работает следующим образом.

При движении на встречном волнении на корпус 1 судна действует суммарный вертикальный изгибающий момент M, который складывается из момента на тихой воде M_тв, волнового M_в и ударного M_у изгибающего момента. При этом судно испытывает вертикальную и килевую качки, которые обусловлены действием различных сил (тяжести q₁(x), инерции q₂(x), поддержания q₃(x) и др.). Волновой изгибающий момент M_в равен:



где суммарная волновая нагрузка;

x - абсцисса расчетного сечения.

Для более благоприятного распределения нагрузки в грузовом помещении 4 размещают груз в количестве 1,5 - 2,5% от водоизмещения судна, а в помещении 6 размещают груз в количестве 3 - 5% от водоизмещения. В грузовом помещении 5 количество груза должно быть на 6 - 10% меньше, чем в помещении 6. Транцевая кормовая оконечность 7 уменьшает массу корпуса с оборудованием в этом районе на 1,5 - 2,5%. Такое распределение нагрузки создает дополнительный волновой изгибающий момент M_вд от действия сил F₁ - F₄ инерции при килевой качке. В момент, когда судно находится на вершине волны (фиг. 2, 3), корпус 1 под действием сил q_в(x) испытывает перегибающий момент M_в, а силы F₁ - F₄ инерции создают прогибающий момент M_вд. Следовательно, такое расположение грузов уменьшает волновой изгибающий момент M_в. Аналогичная картина получается для положения судна на подошве волны (фиг. 4, 5). В этом случае корпус 1 судна от воздействия волновых нагрузок q_в(х) будет воспринимать прогибающий момент M_в, а действие инерционных сил F₁ - F₄ при килевой качке, вызванных перераспределенной нагрузкой, создает перегибающий момент M_вд, уменьшающий общий волновой момент M_в.

Как показали расчеты, волновой изгибающий момент M_в уменьшается на 10 - 15% по сравнению с прототипом, а момент M_тв на тихой воде и характеристики качки остаются практически постоянными. Увеличенный бак, помимо благоприятного распределения нагрузки, позволяет уменьшить заливание палубы при ходе на встречном волнении. Использование транцевой формы кормовой оконечности, кроме обеспечения возможности благоприятного распределения нагрузки, упрощает технологию постройки, уменьшает вес кормового свеса, что снижает нагрузки на кормовом конце килевой дорожки при постановке судна в док. Уменьшение площади палубы в корме за счет транца компенсируется некоторым смещением надстройки в нос по сравнению с чисто кормовым расположением. Все перечисленные мероприятия, а также оборудование дополнительного грузового помещения 6 в районе 15-го шпангоута (перед надстройкой) и помещения 5 в районе 5-го шпангоута с уменьшенной массой груза в нем, при килевой качке создают две пары сил F₁ - F₄ (фиг. 2, 4), которые снижают волновой изгибающий момент M_в.

Таким образом, использование предлагаемого архитектурно-конструктивного типа судна приводит к следующим результатам:

- дополнительные силы F₁ - F₄ инерции от килевой качки судна уменьшают волновой изгибающий момент M_в и, следовательно, суммарный вертикальный изгибающий момент M уменьшится, так как остальные составляющие остаются постоянными.

- уменьшается заливание палубы и вероятность повреждения лобовой стенки надстройки от попавшей на палубу воды.

Источники информации:

1. Ашик В.В. Проектирование судов. Л.: Судостроение, 1975.

2. Холоша В.И. Проектирование и эксплуатация сухогрузных судов. Л.: Судостроение, 1984.

3. Морские транспортные суда России. Каталог. С-Пб: ЦНИИМФ, 1995.