Надшвидкісних І високоекономічним водоизмещающих СУДУ
НОВОЇ КОНСТРУКЦІЇ З носових РОЗМІЩЕННЯМ рушієм

Інновації, ноу-хау, винаходи і винахідники

Масленков Михайло Якович

Розвиток транспортних засобів характеризується неухильним збільшенням їх швидкостей. Швидкими темпами зростають швидкості літаків, істотне зрушення в швидкостях стався за останні десятиліття на залізничному транспорті, прискорюють свій біг автомобілі. І лише швидкості транспортних суден, незважаючи на найбільш тривалий період їх розвитку в порівнянні з іншими видами транспорту, залишаються набагато нижче швидкостей інших транспортних засобів. Причина порівняльної тихохідність судів криється в тому, що судно, рухаючись на межі двох середовищ (води і повітря), змушене проводити складні обурення великих мас важкої і в'язкої рідини, що вимагають значних витрат енергії для досягнення скільки-небудь значної швидкості. Тому реальні швидкості транспортних судів більш-менш пристойного водотоннажності зазвичай не перевищують 15-20 вузлів.

Розробка принципів руху суден з використанням підводних крил і повітряної подушки дозволила в 60-х роках створити пасажирські судна зі швидкостями ходу, в два-три рази перевищують швидкості судів традиційного типу. Флот швидкісних суден став швидко рости. У 80-і роки до швидкісних судам на підводних крилах (СПК) і повітряній подушці (СВП) приєдналися швидкісні катамарани. Виграш в опорі води руху у катамаранів в порівнянні зі звичайними судами досягається при великих подовженнях корпусів і великих відносних швидкостях (числа Фруда більше 0,5). І в останні роки катамарани поступово витісняють СПК і СВП зі складу швидкісного світового флоту, частка яких постійно зменшується. Таке падіння інтересу до них пов'язано перш за все з дуже високими енерговитратами і підвищеними витратами на експлуатацію цих судів. Крім того, водотоннажність більшості СПК і СВП обмежена зверху величиною порядку 400-500 т, що вельми звужує область їх використання.

Уже багато десятиліть у світового суднобудування немає істотних успіхів в частині прискорення перевезень, так що можна говорити про загальносистемному кризі світового суднобудування і необхідності переходу до нових технічних рішень і нових конструкцій суден, що дозволяє забезпечити кількісний і якісний стрибок їх технічних характеристик. На жаль, СПК, СВП, катамарани і багатокорпусні суду, екраноплани та інша екзотика вирішують або дрібні, або приватні проблеми суднобудування. Тому подальший шлях еволюційної модернізації суден традиційної конструкції свідомо програшний і навіть тупиковий, тому що немає можливості різкого поліпшення технічних, морехідних і експлуатаційних характеристик судів. І єдиним шляхом, який може досить швидко і з относітельномалимі фінансовими затратамівивесті вітчизняне і світове суднобудування з загальносистемної кризи являетсяразработка і споруда судів, заснованих на новій принципах, які дозволили б стрибкоподібно - на десятки відсотків або в кілька разів -поліпшити характеристики цих судів у порівнянні з існуючими .

АНАЛІЗ ПРОБЛЕМИ

До теперішнього часу переважну частину світового надводного флоту становлять суду водоизмещающего типу з рушіями, розташованими в кормовій частині. Але, як говорилося вище, за багато десятиліть свого існування швидкість судів подібного типу істотно не змінилася і в даний час складає кілька десятків кілометрів на годину, незважаючи на вдосконалення форми корпусу і рухові установки в сотні тисяч кінських сил.

Але саме розміщення рушіїв в кормовій частині судна створює умови для виникнення сил опору руху. Так, при роботі рушіїв, в кормовій частині судна створюється зона зниженого тиску, а на його носову частину діють відповідні сили лобового тиску. Долаючи його і розсуваючи масу води, корпус судна створює систему хвиль, що приводить до появи хвильового опору, принципово обмежує швидкість руху судна відомим співвідношенням Фруда. При русі судна на його корпус діють сили тертя, і протидіють руху. Сума цих основних сил і створює потужний опір руху суден.

Цілком логічно в зв'язку з цим виглядали спроби розміщення рушіїв на носовій частині судна. "Передній привід" повинен був знизити лобове тиск і привести до появи сил кормового тиску, що діють в напрямку руху. Однак позитивний ефект у відомих конструкцій суден з "переднім приводом" практично повністю ліквідується зростанням сил тертя за рахунок "прилипання" наполегливих струменів до корпусу і перерозподілу сил тиску по корпусу судна.

Як відомо, пропульсівние якості судна визначаються не тільки опором руху корпуса і ККД двигуна, але істотно залежать від величини коефіцієнта засмоктування t і коефіцієнта попутного потоку W. При традиційних обведеннях корпусу і розташуванні рушія в кормі t = 0,06-0,08, W = 0,02-0,05, а коефіцієнт впливу корпуса nk = (1-t) / (1-W) = 0,94 -0,98, тобто досить близький до межі.

При носовому ж розташуванні рушіїв у відомих конструкцій судів t = 0,2, W = 0, а коефіцієнт впливу корпуса nk = 0,8, тобто пропульсівние якості судна в цьому випадку погіршуються майже на 20%. Це одна з причин, по якій "передній привід" до теперішнього часу не знайшов практичного застосування в суднобудуванні.

Якщо проаналізувати формулу коефіцієнта nk з точки зору традиційної гідромеханіки, то буде видно, що надводні судна традиційного типу мають практично дуже малий (на кілька відсотків) резерв для поліпшення своїх техніко-економічних показників. Вихід з даної ситуації можливий тільки шляхом переходу до якісно іншої технічної системі, ідею якої кілька років тому запропонували Т.Ф.Савельев і М.Я.Масленков.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ

З тієї ж формули nk можна бачити, що забезпечити його істотне збільшення може тільки коефіцієнт попутного потоку W. При його збільшенні до одиниці коефіцієнт nk прямує до нескінченності. Слід зазначити, що попутному потоку в суднобудуванні приділяється явно недостатня увага, хоча його вплив на рух судна відомо і пасивно використовується (див., Наприклад, Т.К. Гілмер. Проектування сучасного корабля. Л., Суднобудування, 1984, с.153; Х. Баадер. Роз'їзні, туристичні та спортивні катери. Л., Суднобудування, 1977, с.274). В останній із зазначених книг говориться: "Гребний гвинт завжди прагнуть розташувати якомога вигідніше в поле попутного потоку, вплив якого збільшує упор гвинта, не вимагаючи для цього збільшення потужності. Чим сильніше попутний потік, тим менша потужність потрібна від рушія".

Однак до теперішнього часу створити попутний потік, здатний зробити помітний вплив на пропульсівние якості судів, не вдавалося, хоча в явному вигляді така задача в літературі по виробництву продукції суднобудування не зустрічалася. У той же час в природних умовах такі потоки можна спостерігати досить часто, наприклад, за різкими виступами або вигинами берегів річок. Це потужні і досить протяжні потоки, спрямовані проти течії річки. У літературі по судноводіння вони звуться аномальних течій і вельми неприємні для малих суден. На сибірських річках в них потрапляють і не можуть з них вийти навіть вікові дерева. Таким чином, якщо повторити це природне явище технічними засобами і створити уздовж корпусу судна досить потужний попутний потік, то з'явиться можливість значно знизити енерговитрати судна або підвищити швидкість його руху при тій же потужності рухової установки.

Оцінимо кількісно можливе поліпшення пропульсивних якостей судна по даному технічному рішенню. Прийнявши для носового розташування рушіїв t = 0,2, яким ми оперували раніше, і з огляду на, що в даному випадку попутним потоком може бути охоплена практично вся підводна частина корпусу за миделевого перетином, тобто W = 0,8-0,9, отримаємо: nk = (1-0,2) / (1 0,8-0,9) = 4-8 !!!

Звідси видно, що дане технічне рішення дозволить підвищити пропульсівние якості судна в кілька разів, а не на кілька відсотків, які є ще в резерві у судів традиційної конструкції. Швидкості руху близько ста і більше кілометрів на годину при цьому можуть стати цілком реальними, що дозволить вивести водний транспорт на якісно інший рівень. При цьому поле діяльності тут практично безмежно - від швидкісних спортивних і роз'їзних катерів до гігантських транспортних суден і танкерів.

СУТНІСТЬ ПРОПОНОВАНОЇ РОЗРОБКИ

Позитивний ефект у пропонованому технічному рішенні забезпечується комплексним використанням цілого ряду фізичних ефектів, які утворюються або цілеспрямовано створюються технічними засобами у новій конструкції судна. У цей комплекс фізичних ефектів і технічних заходів входять:

  • зниження лобового тиску і утворення сил кормового тиску, що діють в напрямку руху;
  • ліквідація хвилеутворення і викликаного ним принципового обмеження швидкості руху судна;
  • створення попутного потоку уздовж корпусу судна і поява сил тертя в напрямку руху і сприяють йому і деяких інших.

Правильність вихідних передумов і працездатність ідеї були перевірені авторами на маломірних моделях з гребними гвинтами. Конструктивно рушії розташовувалися в носовій частині корпусу під гострим кутом до діаметральної і основний площинах судна, дещо змінена була і традиційна форма корпусу.

Модельні випробування показали, що:

  • перед носовою частиною судна створюється прогин водної поверхні і зона зниженого тиску, що призводить допояви сил кормового тиску, спрямованих в бік руху;
  • наполегливі струменя від гвинтів не притискаючись до корпусу і за ними утворюється попутний потік; за рахунок ежекції в наполегливі струменя попутний потік набуває швидкість більшу, ніж швидкість судна, що призводить до появи сил тертя, але спрямованих вже в сторону руху і сприяють йому;
  • забір води в носовій частині і попутний потік уздовж корпусу в напрямку руху ліквідують волнообразованіе і судно рухається в спокійній воді, при цьому знімається принципове обмеження швидкості, обумовлене хвильовим опором;
  • судно набуває високу курсову стійкість і високу маневреність, при цьому розвороти можна виробляти практично на місці;
  • при непрацюючих движителях в умовах зовнішнього хвилювання судно розвертається носом до хвиль і рухається назустріч їм, що сприяє підвищенню його живучості і непотоплюваності.

Таким чином, в даному технічному рішенні рушії, створювані ними наполегливі струменя і корпус судна взаємодіють як єдине ціле, значно послаблюючи сили опору руху або ж взагалі змінюючи їх напрямок і допомагаючи руху. У цьому випадку вже можна говорити про єдиний комплекс рушій - корпус судна, на відміну від судів традиційного типу, де рушія доводиться долати сили опору, створювані їм самим і корпусом судна.

Однак, на думку фахівців, провести чисто теоретичні обґрунтування описаних вище фізичних ефектів досить складно. Необхідне проведення коректно поставленого експерименту на повномасштабних моделях і / або натурні випробування маломірного судна, які або підтвердять справедливість викладеної вище ідеї і дадуть життя новим напрямком в суднобудуванні, або покажуть її неспроможність.

Порівняння характеристик судів відомих конструкцій з розміщенням рушіїв в кормовій і носовій частині і судів по пропонованого технічного рішення приведено в таблиці.

ПОРІВНЯННЯ ХАРАКТЕРИСТИК надводних КОНСТРУКЦІЙ

Характеристики рушії в   кормовій частині Рушії в носовій частині
відомі конструкції Пропоноване технічне рішення
Розміщення рушіїв під кутом до ДП немає немає Так
Розміщення рушіїв під кутом до ОП Так немає Так

Розташування миделевого перетину

Зазвичай середній частині корпусу Зміщено в носову частину в район розташування рушіїв
Вихід наполегливих струменів за кормою Йдуть уздовж всього корпусу Виходять в носовій частині без торкання корпусу
Прогин водної поверхні перед носової частина немає незначний істотний
лобове тиск велике незначно зменшується значно зменшується
кормове тиск немає немає є
хвильовий опір велике незначно зменшується практично ліквідується
Опір тертя набігаючого потоку велике Зростає на всій підводної частини Тільки на носовій частині (10-20% поверхні)
Попутний потік і сили тертя в напрямку руху немає немає На всій підводної частини корпусу за миделевого перетином (80-90% поверхонь.)
Диферент і сили скочування на корму Великі у глиссирующих судів немає немає
Диферент і сили скочування на носову частину немає немає є
Вплив зовнішнього хвилювання Погіршує морехідні характеристики значно послабляється
курсова стійкість погана хороша відмінна
маневреність погана хороша відмінна
Стійкість в дрейфі при хвилюванні погана погана відмінна
Форма корпусу підводної частини Зазвичай вузька і довга Принципових обмежень немає
Осадка Велика Мала і середня
палубні надбудови Багатоярусні через малу площу судна в плані Менша висота і найкращу розміщення на значно більших площах
опір повітря Велико через погану аеродинаміки багатоярусної надводної частини корпусу Значно менше за рахунок кращої аеродинаміки надводної частини корпусу
Швидкість руху Кілька десятків км / год У 1,5-3 рази вище, ніж у традиційних судів аналогічного класу і призначення
енерговитрати високі У 1,5-2 рази менше
Ціна Трудомісткості виготовлення суден традиційної та запропонованої конструкції приблизно однакові

Як видно з таблиці, у судів по справжньому технічному рішенню істотно можуть бути поліпшені практично всі характеристики. А як знають фахівці, у судів традиційної конструкції поліпшення одних характеристик доводиться домагатися компромісним погіршенням інших. І це, мабуть, найбільша гідність даного технічного рішення.

Пропоноване технічне рішення може бути використано при проектуванні і побудові швидкісних водоизмещающих судів практично всіх існуючих типів - від маломірних катерів до гігантських вантажних суден і танкерів, а й бойових кораблів різного класу. Недосяжні ж раніше технічні характеристики дозволять створювати суду нового призначення.

Суду по пропонованого технічного рішення будуть мати і такими конкурентними перевагами як:

1. Спрощення обводів підводної частини корпусу, підвищення технологічності і зниження трудомісткості їх виготовлення.

2. Істотне збільшення внутрішніх обсягів корпусу, розширення можливостей компонування судів, можливість застосування додаткових заходів безпеки.

3. Істотне збільшення палубних площ, що в принципі важливо для судів усіх типів, а особливо для військових кораблів.

4. Повнота носових обводів помітно не погіршить морехідних якостей судна, що дозволить будувати швидкісні великотоннажні вантажні і пасажирські судна і судна нової конструкції і призначення, в тому числі і військового.

5. Істотне поліпшення керованості і маневреності судів, підвищення безпеки плавання.

6. Обростання корпуса не вплине на ходові якості судна, що дозволить істотно знизити експлуатаційні витрати.

7. Підвищення швидкості руху в кілька разів повинно істотно підвищити роль водного транспорту в світовій транспортній системі та призведе до здешевлення і істотного зростання перевезень водним транспортом.

8. Наслідки для екології будуть найсприятливіші. Підвищиться надійність і маневреність судів, що дозволить уникнути багатьох можливих аварійних ситуацій і суттєво зменшить екологічні наслідки від ніх.Меньшая потужність суднових енергоустановок потребують меншої витрати палива і дозволить зменшити шкідливі викиди в повітряне і водне середовища. Більший корисний внутрішній об'єм дозволить виділити більше місця для збору шкідливих відходів всередині корабля і не викидати їх у воду або ж розмістити додаткове обладнання для їх переробки або регенерації.

9. Масу переваг матимуть і військові кораблі нової конструкції. Це і суттєво більша швидкість і маневреність, висока економічність. Відмінні морехідні характеристики, велика площа палуб, можливість «розмазати» корабель по поверхні знизити його помітність і забезпечити високу непотоплюваність. Великі внутрішні об'емипозволят розмістити більше озброєння, живої сили і техніки, вжити додаткових заходів для підвищення безпеки корабля, збільшення автономності плаваніяі ін.

Залишається тільки переконатися, що вищевикладене технічне решеніене тільки обіцяє світле будущееотечественному і світовому суднобудуванню, але і практично реалізовується і з досить малими матеріальними і тимчасовими витратами.

З огляду на, що пропоноване технічне рішення дуже тісно переплітається зі підвалини традиційного суднобудування і гідромеханіки, його реалізація в звичайному порядку вимагатиме величезних інтелектуальних, матеріальних і тимчасових витрат, а й подолання консервативного наукового і чиновницького бар'єрів. Тому більш доцільно побудувати за рекомендаціями авторів експериментальний зразок маломірного катери і провести його ходові випробування.

Результати випробувань експериментального зразка повинні підтвердити правильність ідей, закладених в пропоноване технічне рішення. Ця впевненість ґрунтується на тому, що пропоноване технічне рішення базується не на умоглядних припущеннях авторів, а на реально існуючих в природі і частково описаних в науково-технічній літературі фізичних ефектах, які комплексно та цілеспрямовано пропонується повторити технічними засобами. За висловлюванням деяких фахівців з гідромеханіки, з якими обговорювалося дане технічне рішення, якщо воно дозволить підвищити швидкість руху суден не в кілька разів, а хоча б на 30-50%, то і це буде великий стрибок в суднобудуванні.

Після практичної перевірки пропонованого технічного рішення і підтвердження описаних в ньому ефектів можна буде розгорнути серію повномасштабних НДДКР за різними найбільш затребуваним типів суден. Їх успішна реалізація дозволить говорити про можливість заняття Росією гідного місця на ринку складного і високонаукових суднобудування, транспортного, пасажирського і військового суднобудування. При цьому суду по даному технічному рішенню, володіючи в кілька разів вищими ходовими і експлуатаційними характеристиками, матимуть більш просту конструкцію, меншу потребу в складному технологічному та спеціалізованого обладнання, більшу універсальність і ін.

Дане технічне рішення подавалося в кілька інвестиційних фондів і брало участь в декількох конкурсах. У 2004 році воно отримало високу оцінку на конкурсі російських інновацій - вийшло у фінал, але, на жаль, фінансування все одно не отримало. Не виходить поки знайти і інвесторів для фінансування виготовлення та випробування експериментального зразка. Чи не пріходітьсярассчітивать і на державну підтримку, яка, як показує практика, зазвичай закінчується пустопорожніми розмовами про необхідність інноваційного шляху розвитку Росії або розробкою чергової програми або концепції розвитку (в тому числі і вітчизняного суднобудування), частіше за все не підкріплених фінансовими засобами.

Так що займатися практичною реалізацією своєї ідеї доводиться самостійно і за рахунок невеликих вільних коштів авторів. А це природно сильно позначається і на термінах проведення робіт і на їхній якості. І, як показали виготовлені таким чином два макетних зразка, з того що вдається дістати або на що вистачає грошей не завжди виходить бажаний кінцевий результат. Але роботи, хоч і повільно, йдуть, є і окремі позитивні результати. З'являються і та зацікавлені любителі-водномоторнікі і є надія, що в найближчі 1-2 роки буде зроблений «правильний» зразок, випробування якого підтвердять описані вище фізичні ефекти і дадуть життя новим напрямком в суднобудуванні.

Версія для друку
Автор: М.Я.Масленков, винахідник
PS Матеріал захищений.
Дата публікації 25.02.2005гг


НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ

Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
магнітний двигун
Джерело тепла на базі нососних агрегатів

Сподобалося? Підпишись на RSS новини!
Ви також можете підтримати shram.kiev.ua, тисніть:

Не зайвим буде і твоїм друзям дізнатися цю інформацію, поділися з ними статтею!

Розгорнути / згорнути Розгорнути / згорнути вікно з коментарями

Коментарі

Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.
Кредитка безкоштовно з лімітом в 15000 грн.