CC BY-NC
32
DOI: 10.24937/2542-2324-2021-1-395-99-108 УДК 629.5.022.22
Г.Б. Крыжевич1 , А.Ю. Правдин2
1 ФГУП «Крыловский государственный научный центр», Санкт-Петербург, Россия
2 ООО «НПК Морсвязьавтоматика», Санкт-Петербург, Россия
СПОСОБЫ И СРЕДСТВА УЛУЧШЕНИЯ МОРЕХОДНОСТИ, КОМФОРТАБЕЛЬНОСТИ И СНИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛОЕМКОСТИ ПАССАЖИРСКОГО КАТАМАРАНА
Объект и цель научной работы. Объектом работы являются пассажирские катамараны. Цель исследования - поиск способов и средств улучшения мореходности, ходкости в условиях волнения, снижения внешних силовых воздействий на конструкции судна, комфортабельности и материалоемкости катамарана за счет рационального выбора формы носовых оконечностей корпусов и установки на них пассивных стабилизаторов качки.
Материалы и методы. Исследование базируется на использовании методов теории корабля и качки судов, а также численных методов расчета.
Основные результаты. В результате анализа расчетных данных предложены принципиальные технические решения, обеспечивающие высокую комфортабельность и экономическую эффективность катамарана. Заключение. Результаты исследований могут быть использованы при рациональном проектировании комфортабельных и высокоэффективных пассажирских катамаранов.
Ключевые слова: суда многокорпусные, катамараны, качка, внешние силы, слеминг, материалоемкость судов, комфортабельность судов.
Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
DOI: 10.24937/2542-2324-2021-1 -395-99-108 UDC 629.5.022.22
G. Kryzhevich1 , A. Pravdin2
1 Krylov State Research Centre, St. Petersburg, Russia
2 JSC NPK Morsvyazavtomatica, St. Petersburg, Russia
METHODS AND MEANS TO IMPROVE SEAKEEPING PERFORMANCE AND COMFORT AND TO REDUCE MATERIAL CONSUMPTION OF PASSENGER CATAMARAN
Object and purpose of research. This paper discusses passenger catamarans. Its purpose is to find methods and means to improve seakeeping and propulsion performance in waves, reduce external structural loads, improve comfort and reduce material consumption of catamaran by means of optimally shaped bows and passive motion stabilizers. Materials and methods. The study is based on the methods of ship theory and ship motions, as well as on numerical calculation methods.
Main results. Based on the calculation data analysis, this paper suggests principal technical solutions offering high comfort and cost-effectiveness of catamaran.
Conclusion. These results could be used for design optimization of comfortable and efficient passenger catamarans. Keywords: multihull vessels, catamarans, motions, external forces, slamming, material consumption, comfort. The authors declare no conflicts of interest.
Для цитирования: Крыжевич Г.Б., Правдин А.Ю. Способы и средства улучшения мореходности, комфортабельности и снижения материалоемкости пассажирского катамарана. Труды Крыловского государственного научного центра. 2021; 1(395): 99-108.
For citations: Kryzhevich G., Pravdin A. Methods and means to improve seakeeping performance and comfort and to reduce material consumption of passenger catamaran. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2021; 1(395): 99-108 (in Russian).
Особенности проблемы улучшения мореходности катамаранов и их типы
Main peculiarities and types of catamaran seakeeping challenges
Малые пассажирские катамараны (ПК) представляют собой класс комфортабельных судов, получивший в последние десятилетия большое развитие в мировом судостроении и ставший доминирующим в перевозках между морскими городами и внутри морских мегаполисов.
Снижение качки и внешних силовых воздействий на ПК в условиях морского волнения относится к числу сложнейших проблем проектирования. От успешного решения этого вопроса зависят устанавливаемые эксплуатационные ограничения по интенсивности волнения, дополнительное сопротивление воды движению судна на волнении, а также достигаемые показатели надежности, ресурса, материалоемкости, комфортабельности, и, в конечном итоге, эффективности судна. Вместе с тем для управления снижением качки и внешних сил на конструкции до сих пор не в полном объеме используются возможности, связанные с рациональным выбором формы носовых оконечностей корпусов. Поиску и описанию рациональных решений по формам носовых оконечностей и посвящена настоящая работа.
К эффективным способам достижения поставленных целей принято относить использование
a)
волнопротыкающих, волнорассекающих и инверсных форм носовых оконечностей корпусов, реализованное в последние десятилетия при строительстве ряда судов [1-4]. Остановимся кратко на описании каждой из трех перечисленных форм.
Техническое решение, основанное на использовании волнопротыкающего носа, представлено на рис. 1а. Такие носовые окончания характерны для австралийских проектов фирмы Incat Australia и российских проектов корпуса, разработанных проектно-дизайнерским бюро по катамаранам «Дискат», г. Новороссийск (катамаран «Барракуда»). Каждый корпус подобного катамарана содержит выступающие в носовом направлении за пределы нулевого теоретического шпангоута заостренные волнопротыкающие образования в виде бульбов с очертаниями нижних частей шпангоут-ных сечений и батоксов в виде клинообразных заострений [4]. Поэтому носовая оконечность приспособлена к прорезанию волны, причем шпанго-утные сечения в ней вытянуты в вертикальном направлении. Недостатками упомянутых катамаранов являются:
■ относительно высокий уровень амплитуд качки в условиях интенсивного морского волнения и повышенный уровень волновой вибрации, обусловленный большой протяженностью носовой оконечности из-за наличия бульба и действием на оконечность интенсивных волновых нагрузок, и как следствие, пониженная комфортабельность плавания;
Рис. 1. Волнопротыкающий (а), волнорассекающий (b) и волнорассекающий с инверсным носом (с) катамараны
Fig. 1. Catamaran types:
a) wave-piercing, b) axe-bow; c) inverted axe-bow
■ повышенное сопротивление воды движению судна, обусловленное наличием протяженных по длине носовой оконечности судна заостренных волнопротыкающих образований, увеличивающих площадь смоченной поверхности судна, а также высоким уровнем амплитуд качки в условиях интенсивного морского волнения;
■ вызванный интенсивной качкой высокий уровень ударного взаимодействия с волнами конструкций носовой оконечности судна (днища и бульба), приводящий к повышению материалоемкости судна и снижению усталостной долговечности конструкций.
Идея волнорассекающих носовых оконечностей корпусов реализована в виде технологии X-Bow (рис. 1Ь, с). Нос корпуса (в простейшем его виде), построенного по технологии X-Bow, действительно напоминает лезвие топора - он суженный, с острым форштевнем, приспособленный к «рассеканию» волн [4].
Технология X-Bow может органично включать в себя принцип снижения сопротивления воды движению судна за счет использования бульбовой формы носовой оконечности. Наличие бульба вызывает появление при движении судна специфической носовой волны, накладывающейся на основную носовую волну, характерную для любой носовой оконечности (в т.ч. без бульба). При наложении волны «вычитают» друг друга, благодаря чему волновое сопротивление судна уменьшается, заметно экономится топливо. Кроме того, объемный выступ увеличивает плавучесть и демпфирующие свойства носовой части, что несколько снижает килевую качку. За прошедший век бульб стал распространенным элементом в конструкции судов большого размера (танкеры, круизные лайнеры, сухогрузные суда).
Хорошие результаты демонстрируют испытания в бассейнах моделей судов, сочетающих инверсный нос и технологию X-Bow [4]. Такой нос корпуса может быть и округлым (рис. 1с, проект ЕсосгшБег фирмы «НПК Морсвязьавтоматика»), имеющим верхнюю инверсную (отклоненную в сторону миделя) часть. При взаимодействии со встречными волнами носовая оконечность типа X-Bow легко преодолевает вершины волн, рассекая их своим инверсным носом.
Задачей настоящей работы является совершенствование описанных выше волнопротыкающих, волнорассекающих и инверсных форм носовых оконечностей корпусов катамарана, которое обеспечивает снижение сопротивления воды движе-
нию судна на волнении, интенсивности качки, нагрузок, действующих на судовые конструкции в условиях волнения, общей вибрации судна и материалоемкости конструкций, а также в повышении комфортабельности и экономической эффективности судна. Предлагаемые конструктивные меры по совершенствованию форм будут разными для волнопротыкающих и волнорассекающих носовых оконечностей.
Предложения
по улучшению мореходности волнопротыкающих катамаранов
Proposals on seakeeping optimization of axe-bow catamarans
Применительно к волнопротыкающим носовым образованиям поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что предлагаемый корпус судна с симметричной относительно диаметральной плоскости поверхностью имеет выступающий за пределы нулевого теоретического шпангоута заостренный волнопротыкающий нос с очертаниями нижних частей батоксов и вытянутых в вертикальном направлении шпангоутных сечений в виде клинообразных заострений в носовой оконечности. Этот нос отличается от аналогов (например, катамаранов фирм Incat Australia и «Дискат») тем, что волнопротыкающее образование выполнено в форме бульба с расположенными выше конструктивной ватерлинии острыми скулами (рис. 2) [5]. Скуловые линии начинаются в крайней носовой точке бульба и продолжаются на корпусах, снижаясь по высоте, до 7-9 теоретических шпангоутов, а выше скуловых линий расположены желобы вплоть до района 7-9 теоретических шпангоутов.
Предлагаемый корпус 1 катамарана (рис. 2 и 3) имеет в носовой оконечности относительно короткое волнопротыкающее образование в виде бульба 2, поперечные сечения которого вытянуты в вертикальном направлении, поскольку длина а части бульба, выступающей в носовом направлении за положение нижней точки форштевня (точки приты-кания его к бульбовому образованию), составляет не более 1,25 от высоты b этой части (см. рис. 2а).
Боковые поверхности корпуса 1 судна снабжены с двух их сторон острыми скуловыми образованиями, расположенными от крайней носовой точки бульба 2 до 7-9 теоретических шпангоутов, с образованием скуловых линий 4, в точках которых ба-токсы 3 корпуса 1 судна имеют изломы. Упомянутые изломы выполнены такими, что углы наклона
КВЛ
Рис. 2. Части теоретического чертежа носовой оконечности корпуса катамарана (бок (а); корпус (b)), включающие скуловую линию, а также линию излома батоксов и шпангоутное сечение бульба в его носовой части (с):
3 - батокс;
4 - скуловая линия;
5 - линия излома батоксов; 1, 7, 13 - теоретические шпангоуты
Fig. 2. Close-up of bow lines plan of catamaran: a) sheer plan; (b) body plan, with bilge, buttock knuckle; c) cross-section of forward bow part. Numbers: 3 - buttock; 4 - bilge line; 5 - buttock knuckle; 1, 7, 13 - frame stations
касательных к шпангоутному контуру в точках скуловых линий 4 изменяются скачкообразно. В поперечных сечениях (рис. 2Ь), расположенных в районе 0-1 теоретических шпангоутов, скачкообразное изменение угла в между двумя касательными к шпангоутному контуру составляет не менее 28° (рис. 2с). На корпусе 1 судна выше скуловой линии 4 расположен желоб в виде протяженной впадины, на поверхности которого имеется линия 5 излома батоксов 3.
Шпангоуты от крайней носовой точки бульба 2 до 7-9 теоретических шпангоутов выполнены с клинообразными заострениями в их нижней части. Поперечные сечения корпуса 1 судна от 7-9
теоретических шпангоутов до 13-15 теоретических шпангоутов выполнены со скруглениями в районе плоскостей симметрии, причем радиусы скругле-ний увеличиваются в кормовом направлении.
Известно, что крыльевые устройства (КУ) являются эффективными пассивными стабилизаторами качки однокорпусных и двухкорпусных судов [6-9]. В случае волнопротыкающего катамарана со скулой на носовой части бульба на уровне скуловой линии целесообразна установка стреловидных крыльев с удлинением до 5 (рис. 3а) [5].
Альтернативный вариант стабилизации качки предусматривает установку на скуловых образованиях в промежутке между 0-1 теоретическими
a)
1
4
5
Рис. 3. Варианты оформления носовых оконечностей корпуса судна с установленными на ней крыльями (а) и скуловыми килями (b) (трехмерное изображение); с) поперечное сечение бульба со скуловыми килями: 1 - корпус; 2 - бульб; 4 - скуловая линия; 5 - линия излома батоксов; 6 - крыло; 7 - скуловой киль
Fig. 3. Variants of bow designs with a) foils and b) bilge keels (3D image); c) cross-section of bulb with bilge keels: 1 - hull; 2 - bulb; 4 - bilge line; 5 - buttock knuckle; 6 - foil; 7 - bilge keel
7
7
2
2
шпангоутами и 4-5 теоретическими шпангоутами скуловых килей (рис. 3Ь), способных одновременно выполнять функцию брызгоотбойников.
Поскольку длина части бульба, выступающей в носовом направлении за положение нижней точки форштевня, составляет не более 1,25 от высоты этой части бульба, обеспечивается малая смоченная площадь бульба, что приводит к снижению сопротивления воды при протыкании волн корпусами катамарана.
Наличие на бульбе и корпусе судна скуловых образований, расположенных выше конструктивной ватерлинии от крайней носовой точки бульба до 7-9 теоретических шпангоутов со снижением по высоте, а также желобов, расположенных выше скуловых линий вплоть до района 7-9 теоретических шпангоутов, в условиях качки на волнении и погружении скуловых линий в воду обеспечивает интенсивное вихреобразование в зоне желобов и образование срыва потока при больших скоростях вертикальных перемещений поперечных сечений корпуса судна относительно взволнованной поверхности воды. В конечном итоге вихреобразова-ние и срывы потоков приводят к рассеянию в жидкости энергии судна, совершающего качку, и к ее демпфированию. Такие процессы интенсифицируются при наличии значительных скачкообразных изменений углов наклона касательных к шпангоут-ным контурам в скуловых точках, имеющих значения не менее 28°, и при увеличении глубины желоба, расположенного выше скуловой линии.
Выполнение шпангоутов, расположенных от крайней носовой точки бульба до 7-9 теоретических шпангоутов, с клинообразными заострениями в их нижней части способствует уменьшению вертикальных нагрузок на корпус в условиях волнения.
Выполнение поперечных сечений средней части корпуса от 7-9 теоретических шпангоутов до 13-15 теоретических шпангоутов со скруглениями в районе плоскостей симметрии, когда радиусы скруглений увеличиваются в кормовом направлении, обеспечивает снижение смоченной поверхности корпуса судна и вязкостной составляющей сопротивления воды его движению.
Установка на носовой части бульба стреловидных крыльев обеспечивает снижение интенсивности продольной и бортовой качки благодаря повышению демпфирования этих видов качки, а также увеличению продольной остойчивости судна при значительных скоростях хода.
Наличие скуловых килей на скуловых образованиях в промежутке между 0-1 теоретическими шпангоутами и 4-5 теоретическими шпангоутами
обеспечивает повышение демпфирования продольной и бортовой качки, а также общей вибрации корпуса судна, что способствует снижению внешних сил, действующих на судовые конструкции, повышению комфортабельности и скорости хода судна в условиях волнения. Таким образом, приведенные выше технические решения позволяют достичь применительно к волнопротыкающим катамаранам результатов, обозначенных в качестве цели статьи.
При наиболее полном осуществлении предлагаемых решений на носовой части бульба 1 установлены не выше скуловой линии 4 стреловидные крылья. Кроме того, вдоль скуловых линий 4 установлены скуловые кили 7.
Предложения
по улучшению мореходности
волнорассекающих катамаранов
Proposals on seakeeping optimization of wave-cutting catamarans
Носовые поперечные сечения в смоченных частях корпусов волнорассекающих катамаранов имеют малую ширину и, соответственно, незначительную силу демпфирования качки, приходящуюся на единицу длины судна. Поэтому задача поиска средств увеличения демпфирующих свойств носовой оконечности таких судов является весьма актуальной.
Технология X-Bow может обеспечивать некоторое снижение сопротивления воды движению судна и увеличение демпфирующих сил при качке за счет использования бульбовой формы носовой оконечности. Однако более эффективным способом снижения интенсивности качки и сопротивления воды движению судна в условиях волнения является установка на корпусах пассивных стабилизаторов качки. К ним относятся встроенные в корпуса стабилизаторы, представляющие собой уступы на бортах в носовых оконечностях (изображенные на рис. 1c на границе, разделяющей поверхности, окрашенные красным и серым цветом), полосы, ориентированные перпендикулярно к наружным поверхностям корпусов (рис. 4a), а также крылья малого или среднего удлинения (рис. 4b-4c).
Установка стабилизирующих полос выше плоскости ватерлинии (с одной или с двух сторон каждого из корпусов) обычно производится параллельно этой плоскости (или под углом, не превышающим 7 градусов) (рис. 4а) [2-3]. Можно ожидать, что установка полос в подводной части корпуса с ориентацией их вдоль линий тока жидкости приведет к более эффективному демпфированию качки.
Рис. 4. Варианты установки в носовой оконечности волнорассекающих катамаранов пассивных успокоителей качки в виде полос (а) и крыльевых устройств: b) в надводном положении; с) в подводном положении
Fig. 4. Variants of passive motion dampers for catamaran axe-bows: straps (a) and foils (b - in surfaced position; с - in submerged position)
Вместе с тем стабилизация качки волнорассекающих катамаранов полосами затруднена в связи с невозможностью реализации условий работы полос, аналогичных условиям функционирования скуловых килей однокорпусных судов. Различия в условиях работы обусловлены отсутствием в носовых частях корпусов волнорассекающих катамаранов явно выраженных скуловых образований и малым расстоянием между полосами, расположенными попарно на разных бортах одного корпуса. При близком расположении полос резко уменьшаются как вертикальная составляющая скорости потока, обусловленного качкой, так и вихреобразование на кромке полосы [13], поэтому эффективность полос как стабилизаторов продольной качки катамаранов будет значительно ниже, чем эффективность, обеспечиваемая скуло-
выми килями однокорпусных судов. В связи с этими обстоятельствами наиболее перспективным пассивным средством умерения продольной качки являются КУ (рис. 4b). Ниже даются оценка эффективности установки крыльев и рекомендации по местам их расположения.
Расчетная оценка эффективности использования крыльев для стабилизации волнорассекающего катамарана на волнении
Analytical estimate of foil efficiency
for wave-cutting catamaran stabilization in waves
Для проверки эффективности применения крыльев для умерения качки и снижения нагрузок, опреде-
Уо/ао((о) 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 ОД
4 . s
-- 4
\ \
\ \ \ \
\ \ \ \
\ \
- катамар катамар ан без В ансКУ \ "V \
-- --- Л \\
Çgo/П) 1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
^ \
\ \
\ \
\ \
\ \ \ \
\ \
\ 1
.атамар; атамар; ш без К шсКУ \ v \
__ --в 1 \
\ \
0
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Частота со 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Частота ю
a) b)
Рис. 5. Амплитудно-частотные характеристики килевой (а) и вертикальной (б) качки на встречном волнении при FrL = 0,65 (крыльевые устройства расположены на 2 теоретическом шпангоуте)
Fig. 5. Response-amplitude operators (RAOs) of а) pitching and b) heaving in head waves at FrL = 0.65 (foils at Frame Station 2)
Mym?a JDL
Mcyw*/DL
0,05 0,04
0,03
0,02
0,01
0
-0,01 -0,02 -0,03
// N
Ч
\
КУ
---ю на 7теор. на 10 теор на 19 теор 1 ПЛ.
---ю 1 1 шп.
0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0
-0,02
6 8 10 12 14 16 18 20 Номера теоретических шпангоутов
a)
* S ' У
//
/ \\
\\
/
КУ на 2 теор. шп КУ на 7 теор. шп КУ на 10 теор. пп
---
т. Л
— КУ на 1У теор. шп. 1 1 1 1
6 8 10 12 14 16 18 20 Номера теоретических шпангоутов
b)
Рис. 6. Расчетные эпюры безразмерных изгибающих моментов для встречного волнения с относительной интенсивностью h3% /L = 0,117 при FrL = 0,65: а) ударный момент Мударн. /DL; b) суммарный момент Мсумм. /DL
Fig. 6. Design curves of non-dimensional bending moments for head waves with relative intensity h3% /L = 0.117 at FrL = 0.65: a) impact moment Mimpact/DL; b) total moment Mtotal. /DL
ляющих общую прочность, выполнены соответствующие расчетные оценки для катамарана проекта ЕсосгшБег. Методы и расчетные формулы для определения гидродинамических нагрузок, параметров качки и интегральных характеристик внешних сил при взаимодействии судна с нерегулярными волнами изложены в работах [10-12]. В качестве крыльевой системы используются трапецевидные пластины с углом стреловидности передней кромки Хо = 42°. Места установки КУ по длине катамарана варьируются в зоне от 2 до 19 теоретических шпангоутов. Суммарная площадь двух КУ составляет 2 % от площади ватерлинии двух корпусов катамарана на тихой воде при нулевой скорости хода.
Ниже приводятся результаты расчета продольной и бортовой качки, кинематических характеристик вертикальных колебаний характерных точек катамарана, а также интегральных характеристик внешних нагрузок, действующих на корпус. На рис. 5 показаны амплитудно-частотные характеристики килевой и вертикальной качки, а также абсолютных вертикальных колебаний на носовом перпендикуляре и относительных (отнесенных к полувысоте волны) вертикальных колебаний на 3 теоретическом шпангоуте катамарана с КУ и без крыльев на встречном волнении. Безразмерные амплитуды у0 /а0 (килевая качка) и /г0 (вертикальная качка) получены путем деления амплитуд у0 и на угол волнового склона а0 и радиус волны г0 соответственно.
На рис. 6 приведены эпюры безразмерных (отнесенных к произведению полного водоизмещения Б на длину судна между перпендикулярами Ь) изгибающих моментов, действующих в миделевом сечении катамарана, вычисленные для случая отсутствия КУ и расположения крыльев на 2, 7, 10 и 19 теоретических шпангоутах (нулевой шпангоут соответствует носовому перпендикуляру). На рис. 7 представлены зависимости, отражающие характер влияния места расположения крыльев по длине катамарана и по высоте его борта на параметры продольной качки и суммарный изгибающий момент.
По результатам выполненных расчетов можно сделать следующие выводы:
1.
Установка КУ в носовых подводных частях корпусов обеспечивает заметное уменьшение значений амплитудно-частотных характеристик
(АЧХ) килевой (ю) и вертикальной (ю) а0 г0 качки на большей части диапазона частот, представляющего интерес при расчетах продольной качки. Особенно это заметно при частотах, близких к резонансным значениям. Значение АЧХ килевой качки вблизи резонанса снижается на 17 %, а вертикальной - на 11 %. При этом сами резонансные значения несколько смещаются влево в область низких частот.
Амплитуда 3%-ной обеспеченности килевой качки уменьшается с 1,83° до 1,32° (на
g о
2.
Уменьшение параметра, %
-1-1-1-1-1-1-
- амплитуда килевой качки
---амплитуда вертикальной качки
вертикальные ускорения в ЦТ -
---вертик. ускорения на 0 теор. шп.
- наибольший изгибающий момент
8 12 16 20 Номера теоретических шпангоутов
a)
Уменьшение параметра, % 16
—I-1-1-1-1-1-
- амплитуда килевой качки
---амплитуда вертикальной качки
---вертикальные ускорения в ЦТ
---вертик. ускорения на 0 теор. шп.
- наибольший изгибающий момент
12 16 20 Номера теоретических шпангоутов
b)
Рис. 7. Снижение параметров продольной качки и суммарного изгибающего момента на волнении с относительной интенсивностью h3% /L = 0,04 в зависимости от расположения крыльев по длине катамарана: а) при установке крыльев под водой по схеме рис. 4с; b) при установке крыльев выше уровня конструктивной ватерлинии на 0,7 м
Fig. 7. Damping of surge and total bending moment in waves with relative intensity h3% /L = 0.04 depending on the location of foils over catamaran length: a) foils under water, see Fig. 4с; b) foils 0.7 m above DWL
28 %), а вертикальной - с 0,57 м до 0,45 м (на 22 %).
3. Максимальное значение АЧХ £м /го абсолютных вертикальных перемещений 0 теоретического шпангоута уменьшается на 28 % и сдвигается влево в область низких частот.
4. Амплитуда 3 %-ной обеспеченности амплитуд вертикальных перемещений точки 0 теоретического шпангоута ^м,3% снижается с 1,24 до 0,86 м (на 30 %).
5. Амплитуда 3 %-ной обеспеченности амплитуд вертикальных ускорений в центре тяжести катамарана Ся3% уменьшается с 2,21 до 1,53 м/с2 (на 30,8 %), а на 0 теоретическом шпангоуте См 3% - с 5,51 до 3,53 м/с2 (на 36 %).
6. Максимальное значение АЧХ Сз™:™ / го относительных вертикальных перемещений на 3 теоретическом шпангоуте уменьшается на 26 %.
7. КУ обеспечивают кардинальное снижение нагрузок при слеминге моста, динамического изгибающего момента и ускорений, обусловленных слемингом. Максимальное значение динамического изгибающего момента уменьшается на 72 % и более.
8. КУ обеспечивают существенное снижение суммарного изгибающего момента, действую-
щего в поперечных сечениях корпуса. Максимальное значение суммарного изгибающего момента уменьшается на 23 %. 9. Установка КУ выше уровня ватерлинии малоэффективна по сравнению с подводным расположением.
Таким образом, использование корпуса катамарана с предлагаемыми техническими решениями, касающимися носовых оконечностей корпусов позволяет существенно снизить интенсивность качки, нагрузок, действующих на судовые конструкции в условиях волнения, общую вибрацию судна и материалоемкость конструкций, а также повысить комфортабельность и экономическую эффективность судна.
Основные результаты работы
Main results
Основные результаты работы сводятся к следующему:
■ показано, что при использовании катамаранов с волнопротыкающими, волнорассекающими и инверсными формами носовых оконечностей корпусов катамарана возможно применение новых технических решений, обеспечивающих снижение сопротивления воды движению судна на волнении, интенсивности качки, нагрузок,
действующих на судовые конструкции в условиях волнения, а также повышение комфортабельности и экономической эффективности судна;
■ для волнопротыкающих катамаранов целесообразно выполнять волнопротыкающие бульбо-вые образования с четко выраженными скулами, соединяющиеся с корпусом с формированием в зоне стыковки желобов, уменьшающихся в кормовом направлении. Вдоль скуловых линий рациональна установка скуловых килей. К повышению стабилизации качки и снижению нагрузок на судовые конструкции приводит расположение в носовой части бульба (не выше скуловой линии) стреловидных крыльев;
■ для волнорассекающих катамаранов целесообразна установка в подводных носовых частях корпусов малогабаритных крыльев малого или среднего удлинения, обеспечивающих существенное снижение (двукратное и более) слемин-га моста, вызванных им ускорений и наибольших значений ударных изгибающих моментов в поперечных сечениях катамарана.
Список использованной литературы
1. Платонов В.Г., Соколов В.П. К вопросу умерения килевой качки скоростного водоизмещающего судна с помощью пассивных интегрированных с корпусом успокоителей // Российское кораблестроение: от академика А.Н. Крылова до наших дней: труды конф. Санкт-Петербург: Крыловский государственный научный центр, 2014. С. 69-71.
2. Проектные особенности скоростных катамаранов / В.П. Соколов, А.А. Даняев, А.П. Ермилкин, В.Г. Трубников // Труды 3-й Междунар. конф. по морским интеллектуальным технологиям («Моринтех-99»). Санкт-Петербург: Моринтех, 1999. С. 53-54.
3. Дубровский В.А., Соколов В.П. Каким быть парому Санкт-Петербург-Хельсинки? // Судостроение. 2002. № 3. С. 11-16.
4. КрыжевичГ.Б., Правдин А.Ю. Концепция малого пассажирского катамарана с электродвижением. Труды Крыловского государственного научного центра. 2020. Спец. вып. 2. С. 145-154. DOI: 10.24937/2542-2324-2020-2-S-I-145-154.
5. Корпус судна: пат. 2728877 Рос. Федерация / ПравдинА.Ю., КрыжевичГ.Б. № 2019139294; заявл. 2019.12.02; опубл. 31.07.2020, Бюл. № 22. 11 с.
6. Холодилин А.Н. Стабилизация судна на волнении. Ленинград: Судостроение, 1973. 230 с.
7. Крыжевич Г.Б. Крылья малого удлинения как средство снижения силовых воздействий на корпусные конструкции скоростного судна и его материалоем-
кость // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2007. Вып. 37(321). С. 43-53.
8. Крыжевич Г.Б., Ишков В.В. Влияние пассивных носовых крыльев-стабилизаторов на продольную качку и общий изгиб быстроходных судов // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2009. Вып. 46(330). С. 139-154.
9. Крыжевич Г.Б. Формирование облика скоростного катамарана, направленное на снижение внешних силовых воздействий в условиях волнения // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2011. Вып. 60(344). С. 81-92.
10. Крыжевич Г.Б. Гидроупругость конструкций судна. Санкт-Петербург: ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 2006. 230, [1] с.
11. КрыжевичГ.Б., Фам Т.Ч. Совершенствование метода расчета нагрузок, определяющих общую прочность скоростного катамарана, и анализ влияния на них основных конструктивных факторов судна // Морской вестник. 2008. № 2(26). С. 102-104.
12. Крыжевич Г.Б. Вероятностный метод расчета нелинейной качки судна и силовых воздействий на корпусные конструкции // Судостроение. 1999. № 6. С. 11-15.
13. Александров А.В., Крыжевич Г.Б. Особенности плоского обтекания скуловых зон судов при качке // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2010. Вып. 55(339). С. 63-70.
14. Ишков В.В. Результаты расчетного исследования нагрузок, действующих на пассивные крылья-стабилизаторы малого удлинения // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2010. Вып. 55(339). С. 83-96.
References
1. Platonov V. G., Sokolov V.P. On pitch damping of a highspeed displacement vessel using passive stabilizers integrated with the hull // Russian shipbuilding: from Academician Krylov to our days. Proceedings of the conf. St. Petersburg, the Krylov State Research Centre, 2014. P. 69-71 (in Russian).
2. V.P. Sokolov, A.A. Danyaev, A.P. Ermilkin, V.G. Trub-nikov // Proc. of the 3rd Intern. conf. on marine intelligent technologies ("Morintech-99"). St. Petersburg: Morin-tech, 1999. P. 53-54 (in Russian).
3. V.A. Dubrovsky, V.P. Sokolov. What should St. Petersburg-Helsinki ferry be like? // Sudostroyeniye (Shipbuilding). 2002. No. 3. P. 11-16 (in Russian).
4. G.B. Kryzhevich, A.Yu. Pravdin. The concept of a small passenger catamaran with electric propulsion // Transactions of the Krylov State Research Centre. 2020. Special issue 2. P. 145-154. DOI: 10.24937/2542-2324-2020-2-S-I-145-154 (in Russian).
5. Ship hull: pat. 2728877 Russian Federation / Prav-din A.Yu., Kryzhevich G.B., no. 2019139294; application date 2019.12.02; publication date 31.07.2020, bulletin no. 22. 11 p. (in Russian).
6. A.N. Kholodilin. Ship stabilization in waves. Leningrad: Sudostroyeniye (Shipbuilding), 1973. 230 p. (in Russian).
7. G.B. Kryzhevich. Small elongation foils as a tool for decrease of force effects on fast ship hall structures and its material consumption // Transactions of KSRI. 2007. Issue 37(321). P. 43-53. (in Russian).
8. G.B. Kryzhevich, V.V. Ishkov. Influence of passive bow stabilizer wings on surge and global bending of high-speed vessels // Transactions of the Krylov State Research Centre. 2009. Vol. 46(330). P. 139-154 (in Russian).
9. G.B. Kryzhevich. Developing the outlines of the speedy catamaran designed to reduce external force impacts in waves // Transactions of the Krylov State Research Centre. 2011. Vol. 60(344). P. 81-92 (in Russian).
10. G.B. Kryzhevich. Hydroelasticity of ship structures. St. Petersburg: Krylov State Research Centre, 2006. 230, [1] p. (in Russian).
11. G.B. Kryzhevich, T.Ch. Fam. Improvement of load calculation method for global strength determination of speedy catamaran, and analysis of the influence on them of the main structural factors of the vessel // Morskoy Vestnik. 2008. No. 2 (26). P. 102-104 (in Russian).
12. G.B. Kryzhevich. Probabilistic calculation method for nonlinear motions and hull loads of ships // Sudostroye-niye (Shipbuilding). 1999. No. 6. P. 11-15 (in Russian).
13. A.V. Alexandrov, G.B. Kryzhevich. Features of the plane flow around the bilge zones of ships during motions //
Transactions of the Krylov State Research Centre. 2010. Vol. 55(339). P. 63-70 (in Russian). 14. V.V. Ishkov. Results of computational study of loads acting on passive stabilizer wings of small aspect ratio // Transactions of the Krylov State Research Centre. 2010. Vol. 55(339). P. 83-96 (in Russian).
Сведения об авторах
Крыжевич Геннадий Брониславович, д.т.н., профессор, начальник сектора ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44. Тел.: +7 (812) 415-46-74. E-mail: [email protected]. https://orcid.org/0000-0003-4856-4617. Правдин Андриан Юрьевич, генеральный директор ООО «НПК Морсвязьавтоматика». Адрес: 192174, Россия, Санкт-Петербург, ул. Кибальчича, д. 26Е. Тел.: +7 (812) 622-23-10, доб. 503. Моб. тел.: +7 (911) 922-73-81. E-mail: [email protected].
About the authors
Gennady B. Kryzhevich, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of Sector, Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoe sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: +7 (812) 415-46-74. E-mail: [email protected]. https://orcid.org/0000-0003-4856-4617. Andrian Yu. Pravdin, Director General, JSC NPK Morsvyazavtomatica. Address: 26E, Kibalchicha str., St. Petersburg, Russia, post code 192174. Tel.: +7 (812) 622-23-10, extension 503. Mobile: +7 (911) 922-73-81. E-mail: [email protected].
Поступила / Received: 11.12.20 Принята в печать / Accepted: 03.03.21 © Крыжевич Г.Б., Правдин А.Ю., 2021
