Особенности проектирования и конструкции судов на подводных крыльях

Обновлено: 04.07.2024

В подборку будут добавляться книги, связанные с тематикой судов на подводных крыльях и воздушной подушке. Здесь вы сможете найти книги как художественного и биографического направления, так и учебную литературу по данной тематике.

Год издания:	2006
Издательство:	Дятловы горы
Серия:	История техники России
Язык:	Русский

Инженер Матвеев рассказывает об Р. Е. Алексееве и его соратниках, создавших скоростной флот России, равного которому нет в мире. Приводится уникальный материал по разработке самоходных моделей экранопланов.
Адресуется читателям, интересующимся историей техники и студентам кораблестроительных факультетов ВУЗов.

Показано развитие высокоскоростных пассажирских и грузовых судов с динамическими принципами поддержания с момента их появления до наших дней. Приведена широкая панорама судов различных типов, выпускаемых в разных странах, включая СССР, прослежены наиболее важные этапы создания и использования судов с новыми принципами поддержания.
Книга предназначена для широкого круга читателей и в первую очередь для молодежи, стоящей на пороге выбора профессии. Она будет так же интересна и специалистам, связанным с проектированием и постройкой быстроходных судов.

Книга посвящена особенностям конструкции и эксплуатации главных и вспомогательных дизелей, установленных на судах с подводными крыльями. В книге рассматриваются характеристики главных дизелей, особенности их рабочего процесса, а также режимы работы на отечественных СПК. Приведены данные о дизельных установках отечественных и зарубежных судов на подводных крыльях.

Книга предназначена для лиц, занимающихся проектированием и эксплуатацией судов на подводных крыльях, а также может быть использована работниками научно-исследовательских институтов, студентами средних и высших учебных заведений.

Описаны история создания и эволюция развития судов на подводных крыльях (СПК). Приведены принципиальные схемы СПК и крыльевых устройств. Изложены особенности архитектуры, конструкций, энергетических установок и систем управления СПК.

Для специалистов, работающих в области проектирования, постройки и эксплуатации СПК, а также для студентов кораблестроительных вузов.

В книге изложены методы расчета общей и местной прочности корпуса и крыльевых устройств судов, помещены основные результаты исследования работоспособности конструкционных материалов и их соединений, а также рекомендации по конструированию. Рассмотрены некоторые вопросы нормирования прочности и оценки долговечности конструкций. Основное внимание уделено практической стороне обеспечения эксплуатационной прочности и надежности конструкций.

Книга предназначена для инженеров-конструкторов, а также может быть использована студентами старших курсов кораблестроительных вузов, специализирующихся в вопросах прочности и проектирования судов на подводных крыльях.

Систематизированы сведения из иностранной периодической печати о главных размерениях, конструктивных особенностях и эксплуатационных характеристиках судов на подводных крыльях и воздушной подушке. Рассмотрены новые проекты и долгосрочные программы исследований по созданию перспективных судов на подводных крыльях и воздушной подушке, разрабатываемые иностранными фирмами и государственными организациями.
Круг читателей: инженеры-конструкторы, занимающиеся проектированием судов на подводных крыльях и воздушной подушке, студенты судостроительных вузов и техникумов.

В книге систематизированы материалы по авариям иностранных судов на воздушной подушке и подводных крыльях, происшедшим в результате опрокидывания, действия штормов и посадки на мель, столкновений и ударов, ледовых повреждений и обледенения, пожаров и взрывов, выхода из строя техники. На основе анализа аварий и изучения результатов теоретико-экспериментальных исследований обобщены меры, принимаемые за рубежом с целью снижения аварийности этих судов, повышения их живучести и безопасности, с учетом требований и рекомендаций ИМКО.
Книга рассчитана на судостроителей, специалистов-смежников и моряков, может быть использована студентами учебных заведений, представляет интерес для широкого круга читателей.

В популярной форме изложены основы теории образования воздушной подушки и механики движения (полета) судов на воздушной подушке. Приведены расчетные соотношения, знание которых необходимо при проектировании малых любительских судов. Даны примеры наиболее распространенных конструктивных решений. Рассмотрены тенденции и перспективы развития данного типа судов. Текст дополнен большим количеством иллюстраций.

Для лиц, интересующихся постройкой любительских судов, судомоделистов и любителей водного спорта.

ISBN:	5-7355-0477-0
Год издания:	1992
Издательство:	Судостроение
Язык:	Русский

В учебнике изложены методологические основы проектирования амфибийных СВП. Судно рассматривается как сложная техническая система. Приведены расчетные алгоритмы для проектирования судна в целом и для компонующих его функциональных подсистем (подъемного и пропульсивного комплексов, жесткого корпуса, ГО). Даны способы расчета нагрузки судна и рекомендации по обеспечению остойчивости, безопасности эксплуатации, компоновке судна.
Монография содержит большое количество фактического материала по построенным судам. Она предназначена для студентов кораблестроительных вузов и специалистов.

Систематизированы основные сведения по теории и практике проектирования судов на подводных крыльях и на воздушной подушке (СПК и СВП). Изложены методы определения главных размерений этих судов, их ходовых и мореходных качеств, экономических характеристик. Указаны способы оптимизации проектного решения и дан анализ погрешностей расчета элементов СПК и СВП. Обоснован принцип назначения конструкторских запасов. Освещены вопросы надежности и безопасности этих судов.
Справочник предназначен для инженеров-судостроителей, специалистов НИИ, КБ судостроительных предприятий и флота; он может быть полезен аспирантам и студентам старших курсов кораблестроительных вузов и факультетов.

Систематизированы основные сведения по теории и практике проектирования судов на подводных крыльях и на воздушной подушке (СПК и СВП). Изложены методы определения главных…

В учебнике приведены общие сведения о транспортных скоростных судах с динамическим принципом поддержания, а именно глиссерах, судах на подводных крыльях (СПК) и судах на воздушной подушке (СВП); изложены элементарные основы гидроаэромеханики судов этого класса, рассмотрены принципы выбора архитектурно-компоновочных схем, главных размерений, энергетического оборудования, формы корпуса, крыльевых устройств и других проектных элементов, обеспечивающих необходимые эксплуатационно-мореходные качества скоростных судов. Общие теоретические положения и сведения описательного характера сопровождаются справочно-нормативными данными.

Учебник рассчитан на студентов кораблестроительных вузов и факультетов и может быть полезен широкому кругу инженерно-конструкторских работников, занятых в судостроительной промышленности.

Год издания:	2006
Издательство:	Дятловы горы
Серия:	История техники России
Язык:	Русский

Для лиц, интересующихся постройкой любительских судов, судомоделистов и любителей водного спорта.

ISBN:	5-7355-0477-0
Год издания:	1992
Издательство:	Судостроение
Язык:	Русский

СУДА НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ
речные или морские суда, использующие устройство в форме крыла для того, чтобы поднять корпус судна над водой и уменьшить силы трения и сопротивления, ограничивающие скорость передвижения обычных судов. При движении в воде подводное крыло создает подъемную силу точно так же, как крыло самолета в воздухе. Профиль подводного крыла изогнут таким образом, что при перемещении в воде он создает суммарную силу, направленную вверх и выталкивающую судно из воды. Катера и корабли на подводных крыльях как бы летят над водой, и под водой остаются только подводные крылья и гребные винты. Корпус корабля соединяется с подводными крыльями стойками, также имеющими обтекаемую форму. При движении тела в жидкой среде возникают силы трения и другие возмущения, препятствующие движению, которые порождают суммарную силу сопротивления движению (силу торможения). Так как плотность воды в 800 раз больше, чем плотность воздуха, то при одной и той же скорости движения крыло самолета в воздухе и уменьшенное в 800 раз (по площади) подводное крыло будут создавать одинаковую подъемную силу.
См. также
АЭРОДИНАМИКА;
ГИДРОАЭРОМЕХАНИКА.
Типы подводных крыльев. Существуют два типа подводных крыльев, предназначенных для выталкивания корпуса судна из воды: частично погруженное крыло и полностью заглубленное крыло. Чем глубже в воде находится частично погруженное крыло, тем большая площадь его движется под водой и тем больше создаваемая им подъемная сила. Это свойство обеспечивает устойчивость движения судна по волнам. В случае полностью заглубленного крыла подъемную силу можно изменять, либо поворачивая все крыло (изменяя угол атаки), либо отклоняя закрылки, расположенные вдоль задней кромки неподвижного крыла (управление с помощью закрылков). В случае аппарата с заглубленными крыльями система автоматического управления регулирует наклон и высоту судна над водой и обеспечивает его балансировку. Устройство такого судна сложнее, чем устройство судна с частично погруженным крылом, однако первая конструкция более эффективна и обеспечивает плавное движение транспортного средства при волнении. Закрылками, отклоняемыми с помощью системы автоматического управления, можно снабдить и частично погруженное крыло, улучшая с их помощью плавность движения судна при сильном волнении. Подводные крылья нашли применение в конструкциях гибридных морских судов. Одной из наиболее удачных гибридных конструкций является катамаран с подводными крыльями, расположенными между корпусами.

СХЕМА ВОЕННОГО КОРАБЛЯ на подводных крыльях (внизу), на которой показаны стойки, подводные крылья, гребной винт и другие особенности конструкции. 1 - антенна; 2 - рубка управления; 3 - датчики высоты; 4 - орудие; 5 - помещения для команды; 6 - подсобные помещения; 7 - судовой двигатель; 8 - трансмиссия; 9 - стойки; 10 - гондола; 11 - гребной винт; 12 - подводное крыло.

КОНСТРУКЦИИ КРЫЛЬЕВ, иллюстрирующие концепции полностью заглубленного и частично погруженного крыла.

Конструкции судов на подводных крыльях. Суда на подводных крыльях различаются расположением крыльев. В самолетной (обычной) схеме большое крыло располагается впереди центра тяжести, подобно крылу на самолете. Несущая поверхность меньшей площади располагается сзади. В схеме "утка" крыло меньшей площади помещается впереди основного крыла. В тандемной схеме несущие крылья располагают на одинаковых расстояниях спереди и сзади от центра тяжести. В каждой из этих схем могут использоваться как частично погруженные, так и полностью заглубленные крылья. Обычная схема и схема "утка" применяются в конструкциях небольших судов на подводных крыльях; для судов большего водоизмещения предпочтительнее тандемное расположение подводных крыльев.

СТОРОЖЕВОЙ КОРАБЛЬ на подводных крыльях ВМС США.

Силовая установка. Для создания тяги на судах с подводными крыльями используют гребной винт или водомет (струя воды, создающая реактивную силу). Винт, располагающийся в хвостовой части гондолы, приводится в движение судовым двигателем с помощью системы передаточных шестерен и валов (редуктора). В случае водомета тягу создает реактивная сила струи воды, накапливаемой внутри корпуса и с помощью насоса выбрасываемой с большой скоростью через отверстие в транце корабля. На большинстве гражданских судов с подводными крыльями используются дизельные двигатели. На судах большого водоизмещения с движителями обоих типов для повышения скорости движения часто применяют газотурбинные установки.
См. также СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ.
Кавитация. При понижении давления (что происходит, например, на верхней поверхности подводного крыла, движущегося с большой скоростью) в жидкости образуются воздушные пузырьки. Это явление называется кавитацией. Кавитация оказывает неблагоприятное воздействие на подъемную силу и сопротивление подводного крыла. Кроме того, схлопывание пузырьков может привести к повреждению поверхности крыла и разрушению конструкции. Подводные крылья, у которых максимальная скорость недостаточна для того, чтобы вызвать кавитацию, называются бескавитационными крыльями. Предназначаемые для более высоких максимальных скоростей подводные крылья специально профилируют. Подводные крылья, вызывающие кавитацию и схлопывание пузырьков вдали от поверхности крыла, называются суперкавитирующими.
См. также КАВИТАЦИЯ.
Другие проблемы. Судно на подводных крыльях часть времени движется, как и обычный корабль, с погруженным в воду корпусом. Стойки, подводные крылья и гребные винты, расположенные под днищем корпуса, увеличивают осадку корабля. Чтобы устранить связанные с этой особенностью проблемы, подводные крылья можно сделать убирающимися. Однако и неубирающиеся подводные крылья находят широкое применение в конструкциях судов. Как и в случае самолета, каждая дополнительная единица веса судна на подводных крыльях требует соответствующего увеличения мощности двигателя и расхода топлива. По этой причине в конструкции судов на подводных крыльях находят широкое применение легкие высокопрочные материалы (алюминий, пластмассы, композиты) и высокоэффективные силовые установки большой мощности. Наряду с обычными судовыми дизелями используются газотурбинные двигатели и вспомогательные устройства, аналогичные тем, которые применяются в авиации. Стойки и профили крыла изготавливают из лучших сортов стали. Для судов на подводных крыльях были разработаны уникальные трансмиссии, гребные винты и системы управления.
ЛИТЕРАТУРА
Ваганов А.М. Проектирование скоростных судов. Л., 1978 Клейтон Б., Бишоп Р. Механика морских судов. Л., 1986 Иконников В.В., Маскалик А.И. Особенности проектирования и конструкции судов на подводных крыльях. Л., 1987

6.4. Пассажирские суда
Из большого разнообразия пассажирских судов выделим несколько основных типов (рис. 6.21 – 6.30): линейные (лайнеры), круизные, линейно-круизные, паромы (автомобильно-пассажирские и железнодорожно-пассажирские), прогулочные и разъездные суда. Существуют также комбинированные  грузопассажирские суда, к которым можно отнести и большинство паромов.

Океанские пассажирские лайнеры, широко распространённые до середины XX в., в настоящее время практически исчезли, не выдержав конкуренции со стороны авиатранспорта. В основном линейные суда используются на местных линиях небольшой протяжённости, причём это, как правило, высокоскоростные суда (СМПВ и СПК).

Рис. 6.22. Круизное судно

Рис. 6.23. Круизные суда /20/:

Carnival Conquest; Voyager of the Seas; Queen Mary 2

Рис. 6.24. Схемы архитектурно-конструктивных типов пассажирских судов:

а – лайнеры и круизные суда; б – автомобильно-пассажирские паромы;

в – железнодорожно-автомобильные паромы с грузовым трюмом;

г – грузопассажирские суда с грузовыми люками

Рис. 6.25. Примеры компоновки помещений пассажирских судов /14/

Р
ис. 6.26. Моторная яхта /23/

Рис. 6.27. Яхта длиной 140 м

Рис. 6.28. Яхта длиной 105 м

Рис. 6.29. Яхта длиной 40 м

Рис. 6.30. Мидель-шпангоут речного пассажирского судна

7. ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ СУДА
К высокоскоростным относятся суда, у которых число Фруда при эксплуатационной скорости не менее 1. К ним относятся некоторые водоизмещающие суда и суда с динамическими принципами поддержания (СДПП). В группу СДПП входят суда: глиссирующие, на подводных крыльях (СПК), на воздушной подушке (СВП), на воздушной каверне, экранопланы, а также разнообразные суда, у которых сила поддержания корпуса над поверхностью воды обеспечивается несколькими способами (рис. 7.1).

Р
ис. 7.1. Типы высокоскоростных судов
Конструкции СДПП во многом схожи с самолётными. Так же, как и к корпусу самолёта, к корпусу СДПП предъявляются жёсткие требования к массе. Поэтому основным материалом корпуса являются лёгкие (обычно алюминиевые) сплавы. Широко внедряются элементы конструкций из композитов. Для создания динамической силы поддержания применяются специальные устройства и элементы конструкций (у СПК – подводные крылья, у СВП – ограждение воздушной подушки, у глиссеров – реданы и т.п.).

Большие мощности двигателей и большие скорости СДПП приводят к значительным ударным и вибрационным нагрузкам. Это может вызвать повышенный износ конструкций, усталостные трещины и повреждения. Поэтому при проектировании конструкций СДПП большое внимание уделяется сглаживанию концентраций напряжений в узлах соединений, исключению жёстких точек, применению виброизоляции. Для снижения шума (особенно у амфибийных СВП и экранопланов) широко применяют звукоизоляционные панели.

Малый модуль упругости алюминиевых сплавов приводит к пониженной устойчивости продольных связей и повышению общей вибрации. Для повышения жёсткости корпуса даже у относительно небольших судов обычно применяется продольная система набора.

Малые толщины элементов и применение разнородных материалов часто не позволяют выполнить традиционную для судостроения шовную сварку конструкций. В этих случаях конструкции соединяются клёпкой, точечной сваркой, склеиванием, клееклёпкой, клеесваркой.

Шпация продольного набора скоростных судов при малой толщине обшивки требуется также небольшой (150 – 350 мм). Технологические сложности крепления набора к обшивке привели к широкому применению прессованных и трёхслойных панелей. В конструкциях из прессованных панелей для упрощения технологии соединения перекрёстных балок набора и уменьшения концентраторов напряжений широкое распространение получила навесная конструкция набора.

Наиболее широко распространены пассажирские высокоскоростные суда. Они имеют развитые надстройки с большими оконными вырезами, снижающими общую продольную прочность судна (особенно от срезывающих сил). Для обеспечения прочности требуются специальные подкрепления вырезов либо исключение надстроек из общего изгиба судна путём усиления корпуса и применения подвижных соединений надстройки с корпусом.
7.1. Глиссирующие суда
С точки зрения гидродинамики на тихой воде, для достижения больших скоростей глиссирования должно применяться плоское днище. Но именно днище плоской формы сильнее всего страдает от перегрузок и сильных ударов при встрече с волнами. Кроме того, такое днище чисто структурно не приспособлено к тому, чтобы выдерживать сильные удары. Даже при умеренном волнении глиссирующим катерам приходится уменьшать свой ход, так как из-за перегрузок, возникающих при соударениях с волнами, могут подвергнуться поломке внутренние связи корпусов. Часто ломаются шпангоуты в носовой части катера, появляются трещины в днище.

Для снижения ударных нагрузок при сохранении быстроходности применяются различные формы обводов глиссирующих судов (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Классификация корпусов глиссирующих судов /19/
Большинство глиссирующих катеров в нашей стране изготовляется с корпусами из легких сплавов  дюралюминия (при клепаной конструкции) и алюминиево-магниевых сплавов (при использовании сварки). В последнее время растёт доля судов из композиционных материалов.

Н
а рис. 7.3 – 7.5 приведены примеры глиссирующих судов.
Рис. 7.3. Глиссирующая моторная яхта /23/

СПК имеет преимущество над глиссирующими судами в связи с тем, что подъёмная сила, возникающая на подводном крыле, почти вдвое больше, чем на таком же по размерам глиссирующем днище.

Д
ополнительную мореходность на волнении несущим крыльям придаёт стреловидность (рис. 7.7). Для облегчения движения в переходном режиме и выхода на крылья СПК имеют глиссирующие обводы и поперечные сломы днища – реданы.

Рис. 7.7. Схемы компоновки крыльевых устройств:

Корпус современных отечественных пассажирских СПК обычно изготавливается в виде сварной конструкции на основе прессованных панелей из алюминиево-магниевого сплава. Система набора – продольная, во многих перекрытиях – навесная. В местах действия повышенных и сосредоточенных нагрузок обшивка дополнительно подкрепляется проставышами – малыми бракетами между обшивкой и рамными балками (рис.7.14, 7.15).

Наибольшие нагрузки испытывают крылья, стойки и конструкции корпуса в районе крепления стоек крыльевых устройств. Кроме того, крыльевые устройства подвержены повышенному износу – не только от коррозии, но и от истирания о взвешенные в воде частицы (особенно у речных судов). Для этих элементов используются высокопрочные нержавеющие стали, в последнее время – угле- и боропластики.

Рис. 7.9. СПК РТ10

Рис. 7.10. Паром РТ150

Подъём судна над поверхностью воды или суши позволяет увеличить его скорость до 70 – 100 уз. Однако на создание воздушной подушки (ВП) расходуется большая часть мощности двигателей, поэтому критерий массы при проектировании таких судов является основным.

Существует два основных типа СВП (рис. 7.16). Амфибийные суда имеют гибкое ограждение (ГО) ВП. Они полностью отрываются от поверхности, поэтому могут двигаться не только над водой, но и над сушей – по пологому побережью, в тундре, в пустыне. Скеговые СВП имеют жёсткое ограждение ВП (скеги) по бортам и ГО в носу и корме. Они лишь частично поднимаются над водой, однако отличаются большей экономичностью, хорошей устойчивостью на курсе и малой шумностью.

Движителями скеговых СВП являются гребные винты или водомёты, а у амфибийных судов применяются воздушные винтовые или реактивные движители.

Рис. 7.16. Амфибийное (а) и скеговое (б) СВП
Схемы конструкций амфибийных СВП показаны на рис. 7.17  7.20.

У крупного амфибийного СВП корпус представляет собой прочный понтон плавучести с продольной системой набора, разделённый непроницаемыми поперечными и продольными переборками. Лёгкая надстройка соединена с корпусом каркасной конструкцией из трубчатых стоек и раскосов. В результате между палубой корпуса и палубой надстройки образуется невысокое пространство – жёсткий ресивер, через который воздух от заборных отверстий и проходов в надстройке подаётся нагнетателем и растекается по всему периметру корпуса к ограждению ВП. Корпус, ресивер и надстройка образуют три яруса (рис. 7.18, а).

Рис. 7.17. Амфибийное СВП типа SR № 4:

1 – гибкое ограждение; 2 – понтон плавучести (корпус); 3 – жёсткий ресивер; 4 – надстройка; 5 – ходовая рубка; 6 – поворотный пилон; 7 – воздушный винт; 8  нагнетатель воздуха в ВП; 9 – стабилизатор; 10 – газотурбинный двигатель
У средних СВП корпус и надстройка имеют единую палубу, а жёсткий ресивер располагается по периферии надстройки (рис. 7.18, б). У
малых СВП надстройка и небольшие бортовые блоки плавучести располагаются на жёсткой горизонтальной раме (рис. 7.18, в).

Рис. 7.18. Варианты компоновки амфибийных СВП в поперечном разрезе:

а – трёхъярусная; б – двухъярусная; в – одноярусная;

1 – гибкое ограждение; 2 – корпус (понтоны плавучести); 3 – ресивер;

4 – надстройка; 5  горизонтальная рама

ГО СВП имеет композитную структуру, состоящую из нескольких склеенных слоёв. Несущие слои из синтетических тканей обеспечивают прочность ГО. Слои покрытия (из эластичных пластмасс) обеспечивают непроницаемость ГО и защищают несущие слои от истирания.

На рис. 7.22 представлена конструкция периферийного жесткого
ресивера СВП.

Схемы конструкций скеговых СВП показаны на рис. 7.23, 7.24. При двухъярусной компоновке, характерной для морских судов, надстройка расположена над непроницаемым, разделённым переборками, корпусом (рис. 7.24, а, 7.25).

При одноярусной компоновке у судна нет разделения на корпус и надстройку. Плавучесть обеспечивается либо непроницаемыми скегами, либо отдельными небольшими блоками. Такие схемы характерны для речных судов (рис. 7.24, б, в, 7.26).

Рис. 7.19. Опытный десантно-штурмовой 160-тонный катер JEFF
(США) /26/

Рис. 7.20. Британское СВП береговой охраны SR № 6

Рис. 7.21. Некоторые схемы ГО с двумя стенками:

б – с гибким ресивером (надувным мешком) и соплом, (разделённым вертикальными диафрагмами); в  с навесными сегментными элементами;

г – съёмные сегментные элементы

Рис. 7.24. Варианты компоновки скеговых СВП в поперечном разрезе:

а – двухъярусная; б, в – варианты одноярусного типа

Рис. 7.25. Мидель-шпангоут скегового СВП

Читайте также: