RU2096240C1

RU2096240C1 - High-speed vessel

Info

Publication number: RU2096240C1
Application number: RU9696105637A
Authority: RU
Inventors: А.А. Баганин; Ю.М. Банников; В.И. Бочагов; В.А. Лукашевский; Н.А. Серков; А.В. Шляхтенко
Original assignee: Центральное морское конструкторское бюро "Алмаз"; Московский государственный авиационный институт (технический университет)
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: shipbuilding; design of high-speed ships running in transient and planing which are provided with fore or aft automatically controlled interceptors. SUBSTANCE: high-speed vessel has hull with transom and transom plate; hull is provided with aft automatically controlled interceptors. Transom plate is mounted on transom above bottom forming planing step. Interceptors are mounted under transom plate for extension from under trailing edge of planing step by turning relative to axes parallel to trailing edge of planing step and are secured on transom plate from below in area of its trailing edge. Height of planing step is no less than that of interceptor. EFFECT: enhanced reliability. 5 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования быстроходных судов, оборудованных кормовыми или носовыми автоматически управляемыми интерцепторами и движущихся в переходном режиме и в режиме глиссирования. The invention relates to shipbuilding and for the construction of high-speed vessels equipped with stern or bow automatically controlled spoilers and moving in transition mode and in planing mode.

Известно быстроходное судно, содержащее корпус с транцем и транцевой плитой и оборудованное кормовыми автоматически управляемыми интерцепторами (СССР N 1837522, B 63 B 1/20, опублик. 20.12.85). Known high-speed vessel containing a hull with a transom and transom plate and equipped with aft automatically controlled spoilers (USSR N 1837522, B 63 B 1/20, published. 20.12.85).

Однако оно обладает низкими эксплуатационными качествами и высокой материалоемкостью интерцепторов и транцевой плиты. However, it has low performance and high material consumption of interceptors and transom plate.

Технический результат от реализации описываемого изобретения заключается в повышении эксплуатационных качеств судна и в снижении материалоемкости интерцепторов и транцевой плиты. The technical result from the implementation of the described invention is to increase the operational qualities of the vessel and to reduce the material consumption of the interceptors and the transom plate.

Этот технический результат достигается тем, что у быстроходного судна, содержащего корпус с транцем и транцевой плитой и оборудованного кормовыми автоматически управляемыми интерцепторами, транцевая плита установлена на транце выше днища с образованием редана, а интерцепторы установлены под транцевой плитой с возможностью выдвига из-за задней кромки редана путем поворота относительно осей, параллельных задней кромке редана и закрепленных снизу на транцевой плите в районе ее задней кромки, при этом редан выполнен с высотой не менее высоты интерцептора. This technical result is achieved in that in a high-speed vessel containing a hull with a transom and transom plate and equipped with aft automatically controlled spoilers, the transom plate is mounted on the transom above the bottom with the formation of a redan, and the spoilers are mounted under the transom plate with the possibility of extension due to the trailing edge redan by turning relative to axes parallel to the rear edge of the redan and fastened from below on the transom plate in the region of its rear edge, while the redan is made with a height of not less than Ota spoiler.

Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 схематически показано быстроходное судно, оборудованное носовыми и кормовыми автоматически управляемыми интерцепторами, вид снизу;
на фиг. 2 схематически изображен продольный разрез корпуса описываемого судна в районе установки носовых интерцепторов;
на фиг. 3 схематически показан продольный разрез корпуса быстроходного судна в районе установки кормовых интерцепторов;
на фиг. 4 схематически изображена блок-схема системы автоматического управления работой носовых и кормовых интерцепторов описываемого быстроходного судна;
на фиг. 5 представлен один из вариантов относительных зависимостей оптимальных статических выдвигов носовых и кормовых интерцепторов от изменения относительной скорости хода судна.The invention is illustrated by drawings, where
in FIG. 1 schematically shows a high-speed vessel equipped with bow and stern automatically controlled spoilers, bottom view;
in FIG. 2 schematically shows a longitudinal section of the hull of the described vessel in the area of installation of nasal interceptors;
in FIG. 3 schematically shows a longitudinal section of the hull of a high-speed vessel in the area of installation of the feed interceptors;
in FIG. 4 schematically depicts a block diagram of an automatic control system for the bow and stern interceptors of the high-speed vessel described;
in FIG. Figure 5 presents one of the options for the relative dependences of the optimal static advances of the bow and stern interceptors on changes in the relative speed of the ship.

Быстроходное судно 1 (см. фиг. 1) содержит корпус 2 с остроскулыми обводами 3 и килеватым днищем 4. В носовой части днища корпуса судна расположен редан 5, а за ним на штангах 6 установлены носовые автоматически управляемые интерцепторы 7, разделенные на секции левого (7,а) и правого (7,б) бортов и имеющие рабочую высоту, равную, например, 0,025 В_ни, где В_ни ширина днища по скуле 3 в месте установки интерцепторов 7 (ширина по редану). Рабочая высота интерцепторов 7, т. е. величина их выдвига δ_ни в поток из-за задней кромки редана (вниз за точку А на фиг. 2), определяется по результатам буксировочных испытаний модели судна в гидроканале и обычно лежит в пределах 0,005. 0,025 В_ни. Конструктивная высота интерцепторов (ББ'') превышает по своей величине рабочую высоту (ББ') на 5.10% чтобы исключить образование между точкой А и рабочей поверхностью ББ'' щели шириной более 0,5.1,5 мм, через которую начнет интенсивно перетекать вода и резко снизит давление в потоке перед интерцептором 7. Высота АА' редана 5 принимается более или равной конструктивной высоте интерцепторов 7, т.е. АА' ≥ ББ''. Интерцепторы 7 выполнены с острой нижней кромкой с поперечным сечением в точке Б, гарантирующей устойчивый срыв потока с нее, установлены заподлицо с днищем (в убранном положении) и имеют возможность максимального выдвига на величину δ_ни вниз (в поток) путем поворота штанг 6 относительно осей 8, закрепленных на опорах 9. Корпус 2 (см. фиг. 3) имеет транец 10 и транцевую плиту 11. Последняя закреплена на транце 10 выше днища 4 с образованием редана 12 на корме судна, за которым на штангах 13 установлены кормовые интерцепторы 14, разделенные на секции левого (14,а) и правого (14,б) бортов. Интерцепторы 14 также выполнены с острой нижней кромкой с поперечным сечением в точке Л, установлены заподлицо с днищем (при убранном положении) и имеют возможность максимального выдвига на величину δ_ки вниз (в поток) посредством поворота штанг 13 относительно осей 15, закрепленных на опорах 16 снизу на плите 11 в районе ее задней кромки.The high-speed vessel 1 (see Fig. 1) contains a hull 2 with sharp-edged contours 3 and a keeled bottom 4. In the fore part of the bottom of the hull is a redan 5, and behind it on the rods 6 are mounted nasal automatically controlled interceptors 7, divided into sections of the left ( 7a) and the starboard side (7b) and having a working height equal, for example, to 0.025 V _nor where B _{nor the} width of the bottom along the cheekbone 3 at the place of installation of the interceptors 7 (width along the redan). The working height of the interceptors 7, i.e., the value of their extension δ _neither into the stream due to the trailing edge of the redan (down beyond point A in Fig. 2), is determined by the results of towing tests of the ship model in the hydrochannel and usually lies within 0.005. 0.025 V _nor . The constructive height of the interceptors (BB '') exceeds the working height (BB ') by 5.10% in order to exclude the formation of a gap more than 0.5.1.5 mm wide between point A and the working surface of the BB'', through which water will begin to flow intensively and sharply reduce the pressure in the stream before the interceptor 7. The height AA 'redana 5 is taken to be more or equal to the structural height of the interceptors 7, i.e. AA '≥ BB''. The interceptors 7 are made with a sharp lower edge with a cross section at point B, which guarantees a stable flow stall from it, are mounted flush with the bottom (in the retracted position) and have the possibility of maximum extension by δ _or down (into the stream) by rotating the rods 6 relative to the axes 8 mounted on the supports 9. The hull 2 (see Fig. 3) has a transom 10 and a transom plate 11. The latter is mounted on the transom 10 above the bottom 4 with the formation of a redan 12 at the stern of the vessel, behind which on the rods 13 mounted feed spoilers 14, divided into sections left th (14, a) and starboard (14, b) sides. The spoilers 14 are also made with a sharp lower edge with a cross section at point A, mounted flush with the bottom (when the position is retracted) and have the possibility of maximum extension by δ _ki down (into the stream) by turning the rods 13 relative to the axes 15 mounted on the supports 16 bottom on the plate 11 in the region of its trailing edge.

Как и в случае интерцепторов 7, полагается, что для интерцепторов 14 справедливы следующие соотношения: КК'≥ ЛЛ', ЛЛ' 0,9.0,95 ЛЛ'. Поскольку при выдвиге интерцепторов 14 в поток гидродинамические силы возникают только лишь на кормовой части днища 4 (в разрезе левее точки К), то плита 11 может выполняться более легкой и тонкой по сравнению с плитой у судна из ближайшего аналога, хотя в описываемом здесь случае необходимо ее подкрепление с помощью книц 17. As in the case of interceptors 7, it is believed that for interceptors 14 the following relations are valid: KK'≥ LL ', LL' 0.9.0.95 LL '. Since when the interceptors 14 are extended into the flow, hydrodynamic forces arise only on the aft part of the bottom 4 (in the section to the left of point K), the plate 11 can be made lighter and thinner than the plate at the vessel from the closest analogue, although in the case described here it is necessary its reinforcement with knits 17.

Выдвиг δ_ни интерцепторов 7 происходит с помощью исполнительного привода 18, шарнирно закрепленного на корпусе 2 в опорах 19. Шток 20 привода 18 шарнирно соединен с внутренним рычагом 21, а двуплечей качалки 21, второй наружный рычаг 21б, которой через тягу 22 шарнирно соединен с интерцепторов 7. Выдвигу δ_ни соответствует дуга ББ' ЖЖ'. (ДЕ/ЕЖ)•(БИ/ИГ), где ЖЖ' ход штока 20 привода 18, ЕЖ плечо внутреннего рычага 21а качалки 21,ДЕ плечо наружного рычага 21б качалки 21, БИ радиус рабочей поверхности интерцептора 7, ГИ радиус перемещения нижнего концевого участка тяги 22. Верхний конец тяги 22 расположен внутри ниши 23, образованной вваренной в днище 4 выгородкой 24 и ее съемной крышкой 25. Качалка 21 своей осью поворота крепится на крышке 25 в опорах, которые обеспечивают минимальное трение и не допускают попадание воды внутрь корпуса 2.The extension δ of _{neither of the} interceptors 7 occurs with the help of an actuator 18 pivotally mounted on the housing 2 in the supports 19. The rod 20 of the actuator 18 is pivotally connected to the internal lever 21, and the two-arm rocker 21, the second external lever 21b, which is pivotally connected to the interceptors through the rod 22 7. The extension δ does _not correspond to the arc of the BB 'LJ'. (DE / ЕЖ) • (БИ / ИГ), where ЖЖ 'the stroke of the rod 20 of the actuator 18, ЕЖ the arm of the inner arm 21a of the rocking arm 21, DE the arm of the outer arm 21b of the rocking arm 21, the BI radius of the working surface of the interceptor 7, the GU of the radius of movement of the lower end section traction 22. The upper end of the traction 22 is located inside a niche 23 formed by a septum 24 welded in the bottom 4 and its removable cover 25. The rocking chair 21 is mounted on the cover 25 with supports with its pivot axis, which provide minimal friction and prevent water from entering the housing 2.

Выдвиг δ_ки интерцепторов 14 происходит с помощью исполнительного привода 26, шарнирно закрепленного на корпусе 2 в опорах 27. Шток 28 привода 26 шарнирно соединен с внутренним рычагом 29, а двуплечей качалки 29, второй наружный рычаг 29б которой соединен с интерцептором 14 шарнирно посредством тяги 30. Выдвигу δ_ки соответствует дуга ЛЛ' (ОР/РС)•(НЛ/НМ), где СС' - ход штока 28 привода 26, РС плечо рычага 29, а качалки 29, ОР плечо рычага 29б качалки 29, НЛ радиус рабочей поверхности интерцептора 14, НМ радиус перемещения нижней концевой части тяги 30. Верхняя концевая часть тяги 30 размещена внутри ниши 31, образованной вваренной в транец 10 выгородкой 32 и ее съемной крышкой 33. Качалка 29 своей осью поворота крепится на крышке 33 в опорах, которые обеспечивают минимальное трение и не допускают попадание воды внутрь корпуса 2.The extension δ _{ki of the} interceptors 14 is carried out by means of an actuator 26 pivotally mounted on the housing 2 in the supports 27. The rod 28 of the actuator 26 is pivotally connected to the internal lever 29, and the two-arm rocker 29, the second external lever 29b of which is pivotally connected to the interceptor 14, is thrust 30 The extension δ _ki corresponds to the arc LL '(OP / RS) • (NL / NM), where SS' is the stroke of the rod 28 of the actuator 26, the shoulder of the lever 29 and the rocker 29, the shoulder of the lever 29b rocking 29, the radius of the working surface interceptor 14, NM the radius of movement of the lower end part of the rod 30. Upper ends The second part of the rod 30 is placed inside the niche 31 formed by the baffle 32 welded into the transom 10 and its removable cover 33. The rocking chair 29 is mounted on the cover 33 in supports that provide minimal friction and prevent water from entering the body 2.

Как показано на фиг. 2 и 3, устройства интерцепторов 7 и 14 имеют одинаковую конструкцию и крепление и могут различаться линейными размерами, что позволяет примерно вдвое сократить объем рабочей документации на устройства и обеспечить высокий коэффициент унификации деталей и узлов. As shown in FIG. 2 and 3, the devices of the interceptors 7 and 14 have the same design and mounting and can vary in linear dimensions, which allows you to approximately halve the amount of working documentation for the device and provide a high coefficient of unification of parts and assemblies.

Следует отметить три дополнительные особенности описываемой конструкции интерцепторов 7 и 14. Конструктивная высота интерцепторов (ББ'' у носовых интерцепторов 7 и ЛЛ'' у кормовых интерцепторов 14) является минимальной и требует минимальной высоты соответствующих реданов, т.е. весовые затраты на устройства интерцепторов 7 и 14 и их установку за реданом являются минимальными. Высота опор 9 и 16 (отстояние их самых нижних точек от днища судна) выбрана минимальной (не более высоты редана) для того, чтобы соответствующие штанги 6 и 13 и опоры 9 и 16 постоянно по времени находились в "тени" реданов, т. е. не попадали в поток и не создавали сопротивление движению судна. Поскольку рабочие поверхности интерцепторов являются выпуклыми (так как расположены впереди осей своего вращения), то при выдвиге интерцепторов в поток на них возникают гидродинамические силы, дающие составляющие, направленные против силы тяжести подвижных частей устройств интерцепторов и тем самым уменьшающие нагрузку на исполнительные приводы. Three additional features of the described design of the interceptors 7 and 14 should be noted. The constructive height of the interceptors (BB '' in the nose interceptors 7 and LL '' in the feed interceptors 14) is minimal and requires a minimum height of the corresponding redans, i.e. weight costs for the devices of the interceptors 7 and 14 and their installation behind the edan are minimal. The height of the supports 9 and 16 (the distance of their lowest points from the bottom of the vessel) is chosen to be minimal (no more than the height of the rend) so that the corresponding rods 6 and 13 and the supports 9 and 16 are constantly in time in the “shadow” of the reds, that is, . did not fall into the stream and did not create resistance to the movement of the vessel. Since the working surfaces of the interceptors are convex (since they are located in front of the axes of rotation), when the interceptors are pulled out into the flow, hydrodynamic forces arise on them, producing components that are directed against the gravity of the moving parts of the interceptor devices and thereby reduce the load on the actuators.

На блок-схеме, изложенной на фиг. 4, цифрами обозначены: 34 блок задатчиков статических выдвигов носовых 7 и кормовых 14 интерцепторов, 35 - блок задатчиков углового (крен и дифферент) положения быстроходного судна, 36 блок параметров движения судна (углы дифферента и крена, их угловые скорости, перегрузки в ряде точек корпуса быстроходного судна, скорость V хода судна), 37 вычислитель, формирующий законы управления для следящих приводов интерцепторов, 38 усилитель мощности, 39 датчик обратной связи, 40, 41, 42 и 43 следящий привод соответствующего интерцептора, 44 и 45 кинематическая связь от штоков приводов 18 и 26 (привод 26 аналогичен приводу 18) до носовых 7 и кормовых 14 интерцепторов соответственно, включающая двуплечие качалки 21 и 29 и тяги 22 и 30 и определяющая зависимость δ_и = f(l_шт) где δ_и выдвиг интерцептора и l_шт ход штока соответствующего привода.In the block diagram of FIG. 4, the numbers indicate: 34 block of adjusters of static extensions of the bow 7 and stern 14 interceptors, 35 - block of adjusters of the angular (roll and trim) position of the high-speed vessel, 36 block of parameters of the movement of the ship (angles of trim and roll, their angular speeds, overloads at a number of points hull of a high-speed vessel, vessel V speed), 37 computer calculating control laws for follow-up drives of interceptors, 38 power amplifier, 39 feedback sensor, 40, 41, 42 and 43 follow-up drive of the corresponding interceptor, 44 and 45 kinematic communication from the rods of the actuators 18 and 26 (the actuator 26 is similar to the actuator 18) to the bow 7 and stern 14 spoilers, respectively, including a two-arm rocking chair 21 and 29 and traction 22 and 30 and determining the dependence δ _and = f (l _pc ) where δ _{and the} extension of the interceptor and l _pc stem stroke of the corresponding actuator.

Быстроходное судно 1, оборудованное описанным комплексом автоматически управляемых интерцепторов (носовых и кормовых или только кормовых), расположенных за соответствующими реданами, эксплуатируется следующим образом. A high-speed vessel 1 equipped with the described complex of automatically controlled interceptors (bow and stern or only stern) located behind the corresponding redans is operated as follows.

При достижении судном 1 относительной скорости

(определяется по результатам модельных испытаний судна на этапе разработки эскизного проекта судна), при которой интерцепторы становятся эффективными и с их помощью можно создавать гидродинамические силы, позволяющие управлять угловым положением судна, включают систему автоматического управления работой интерцепторов. Затем посредством ее применения или вручную (с помощью блока 34 задатчиков статических выдвигов интерцепторов) либо автоматически (если в системе предусмотрено программное изменение выдвигов интерцепторов в зависимости от относительной скорости хода) устанавливают необходимые оптимальные статические выдвиги для интерцепторов 7 и 14, которые необходимы для заданной оптической скорости хода

и определяются зависимостями, показанными на фиг. 5 (под статическим выдвигом интерцепторов понимается выдвиг, обеспечивающий минимальное сопротивление движению судна в условиях "тихой" воды; относительно этого выдвига интерцептор может выдвигаться дальше на 100% или убираться до 0% при парировании возмущений от волны, т.е. при использовании его в качестве успокоителя килевой и бортовой качки).When the vessel reaches 1 relative speed

(determined by the results of model tests of the vessel at the stage of development of the outline design of the vessel), in which the interceptors become effective and with their help it is possible to create hydrodynamic forces that allow controlling the angular position of the vessel, include an automatic control system for the operation of the interceptors. Then, through its application, either manually (using the block 34 of adjusters of static extensions of the interceptors) or automatically (if the system provides for the programmed change of the extensions of the interceptors depending on the relative speed), the necessary optimal static extensions for the

interceptors

7 and 14, which are necessary for a given optical speed

and are determined by the dependencies shown in FIG. 5 (the static extension of the interceptors refers to the extension that provides minimal resistance to the movement of the vessel in conditions of "quiet"water; relative to this extension, the interceptor can be extended further by 100% or retracted to 0% when parrying disturbances from the wave, i.e., when using it in as a damper keel and rolling).

В случае "ручной" установки статических выдвигов на входы 2 усилителей мощности 38, входящих в состав следящих приводов 40, 41, 42 и 43, от вычислителя 37 поступают постоянные сигналы, которые усиливаются и отрабатываются приводами 18 и 26. При этом с датчиком обратной связи 39 на входы 1 усилителей мощности поступают сигналы, которые компенсируют сигналы на входах 2 от вычислителя 37. Каждый привод 18 или 26 (а следовательно, и интерцептор 7 или 14) останавливается в том положении, когда сумма сигналов на входах в усилитель мощности 38 становится равной нулю. То есть следящие приводы 40, 41, 42 и 43 отслеживают сигналы, поступающие на каждый из них с вычислителя. Эти сигналы меняются не только при изменении скорости хода, но и при изменении углового положения судна, если движение происходит в условиях волнения. Информацию об изменении углового положения и скорости этого изменения в вычислитель 37 выдают блок 36 параметров хода судна и блок 35 задатчиков углового положения судна. Как только любой из следящих приводов начинает отрабатыватель ненулевой сигнал с вычислителя 37, сразу же приходит в движение шток соответствующего привода, и он через качалку и тягу приводит в движение соответствующий интерцептор. In the case of "manual" installation of static extensions to the inputs of 2 power amplifiers 38, which are part of the servo drives 40, 41, 42 and 43, constant signals are received from the calculator 37, which are amplified and processed by the drives 18 and 26. At the same time, with a feedback sensor 39, the inputs 1 of the power amplifiers receive signals that compensate the signals at inputs 2 from the calculator 37. Each drive 18 or 26 (and therefore the interceptor 7 or 14) stops in the position when the sum of the signals at the inputs of the power amplifier 38 becomes equal to zero. That is, the servo drives 40, 41, 42 and 43 track the signals arriving at each of them from the transmitter. These signals change not only with a change in the speed of the course, but also with a change in the angular position of the vessel, if the movement occurs in conditions of excitement. Information about the change in the angular position and speed of this change in the calculator 37 issue a block 36 of the parameters of the course of the vessel and the block 35 of the adjusters of the angular position of the vessel. As soon as any of the servo drives starts the processor, the nonzero signal from the calculator 37, the rod of the corresponding drive immediately starts to move, and it drives the corresponding interceptor through the rocker and traction.

Конструкторские проработки показали, что описываемое устройство позволяет, примерно, на 40% увеличить коэффициент унификации автоматически управляемых интерцепторов, упростить их конструкцию и повысить защищенность кормовых интерцепторов, которые полностью защищены транцевой плитой, и снизить на 35.45% массу транцевой плиты и кормовых интерцепторов. Design studies have shown that the described device allows increasing the unification coefficient of automatically controlled spoilers by about 40%, simplifying their design and increasing the security of the feed spoilers, which are fully protected by the transom plate, and reduce the weight of the transom plate and feed spoilers by 35.45%.

Claims

A high-speed vessel containing a hull with a transom and a transom plate and equipped with a feed automatically controlled spoilers, characterized in that the transom plate is mounted on the transom above the bottom with the formation of a redan, and the spoilers are installed under the transom plate with the possibility of extension due to the rear edge of the redan by turning relatively axes parallel to the trailing edge of the redan and secured from below on the transom plate in the region of its trailing edge, while the redan is made with a height not less than the height of the spoiler.