Каверни - пустоти в дні корабля

  1. Практика без теорії
  2. Чому невдачі?
  3. рішення знайдено
  4. Все вирішує автоматика

Вода для корабля - рідна стихія. Але дуже в'язка. Суду можуть мати майже необмежену вантажопідйомність, незрівнянну ні з яким іншим видом транспорту, але точно так само за швидкістю вони практично всім видам поступаються. Щоб змусити судно рухатися швидше, треба витрачати багато енергії, робити більш міцний корпус або ... злегка відірвати корабель від води.

Коли дозволили технології, поряд з водоизмещающих судами з'явився транспорт на підводних крилах, на повітряній подушці, на екранному ефекті. Сенс цих рішень полягав в тому, щоб повністю або частково витягнути корпус судна на поверхню, позбавивши його від тертя об воду. Але є ще один варіант, який стали розробляти ще в XIX столітті, але який залишається вельми перспективним і в наші дні. Йдеться про технології, що дозволяє зменшити опір руху судна за рахунок підведення газу до його корпусу. Щільність повітря приблизно в 800 разів менше щільності води. Коли частина змоченою поверхні корпусу ізолюється повітрям від контакту з водою (і виникають так звані повітряні каверни), то в цьому місці опір тертя зменшується в 800 разів. Відповідно, чим більше изолируемую площа і чим більше складова тертя в загальному балансі сили буксирувального опору, тим вище ефект від застосування каверн.

Практика без теорії

Перший патент на використання повітряних прошарків був виданий в США в 1848 році, проте ця ідея випередила рівень розвитку техніки на багато десятиліть. У 1883 році шведський інженер і винахідник Густаф де Лаваль запатентував пристрій для подачі бульбашок повітря в районі форштевня судна. Через деякий час швед зробив спробу експериментально перевірити ефективність придуманого ним пристрою. До глибокого розчарування автора винаходу спроба виявилася невдалою.

Схема судна з повітряними кавернами розробки Криловського державного наукового центру Схема судна з повітряними кавернами розробки Криловського державного наукового центру.

У 1887 році російський інженер-механік С. Тимохович зробив заявку на видачу йому привілеї на «спосіб зменшення тертя судів про воду і прилипання її до їх поверхні». Його ідея полягала в поданні на підводну частину корпусу повітря або водомасляного емульсії через спеціально влаштовані труби.

На швидкохідних катерах першу за часом роботу в області практичного використання подачі повітря під днище (аерації днища) виконав Д. М. фон Томамюль. У 1916 році він побудував для австрійського флоту торпедний катер - перший глісер з «повітряним мастилом». Повітря під днище нагнітався відцентровим вентилятором. Область повітряного прошарку огороджувальних бортовими стінками - снігами і поперечним реданом (сходинкою на днище). При потужності двигунів 480 л. с. катер показав швидкість 40 вузлів, однак подальшого розвитку ця вдало розпочата робота не отримала.

У світовому суднобудуванні в наші дні експериментують як власне з повітряними кавернами (створюючи в днище судна порожнини, в яких за допомогою насосів підтримується тиск газу, ізолюючого судно від води), так і з бульбашкового мастилом У світовому суднобудуванні в наші дні експериментують як власне з повітряними кавернами (створюючи в днище судна порожнини, в яких за допомогою насосів підтримується тиск газу, ізолюючого судно від води), так і з бульбашкового мастилом. В останньому випадку під гладке днище через спеціальні канали виводиться щільна пелена бульбашок. На схемі показаний приклад такого рішення.

У наступні роки ідея використовувати повітря для зниження опору була предметом численних досліджень і винаходів як у нашій країні, так і за кордоном. Пропонувалися різного роду конструкції для утворення газових прошарків на днище судна, які, однак, не тільки не знаходили практичного застосування, але навіть не піддавалися серйозній експериментальній перевірці. Виняток становлять роботи Л. М. Лапшина і К. К. Федяевского.

Чому невдачі?

В СРСР в 1924 році на річці Лівенка Лапшин почав експерименти з грубої моделлю мелкосідящіх плоскодонного річкового судна розмірами 2,5 х 0,22 х 0,02 м для перевірки ефективності подачі повітря під днище, а в подальшому вперше виконав натурні перевірку в 1938 і 1957 роках. Повітря нагнітався спеціальної повітродувкою під носову частину днища за допомогою трубопроводів, вихідні отвори яких були встановлені врівень з днищем.

У 1938 році для натурної перевірки була переобладнана дерев'яна баржа довжиною 25 м, шириною 7,7 м, осадкою 2 м. В результаті її випробувань було отримано незначний позитивний ефект. Для його підтвердження в 1957 році була переобладнана більша сталева Суховантажна баржа серійної споруди довжиною 75 м, шириною 13 м, осадкою 3,2 м. Однак в процесі випробувань навіть цей незначний ефект не підтвердився. Невдача дослідів Лапшина пояснювалася тим, що при обраному способі подачі повітря не формувалася стійка газова прошарок, яка відділяла б воду від обшивки корпусу. Бульбашки повітря неслися потоком з носовій частині днища в напрямі до корми.

Випробування швидкохідного судна, проведені під керівництвом Федяевского в 1943 році, також не показали значного зниження опору.

рішення знайдено

Ситуація склалася парадоксальна: теоретичні роботи показували можливість серйозного зниження опору води, але на практиці досягти успіху не вдавалося. Це очевидне невідповідність стимулювало виконання більш детальних досліджень фізичних закономірностей розвитку газових прошарків, утворених на днище судна.

Роботи були розпочаті в ЦНДІ ім. акад. А. Н. Крилова (нині ФГУП «Криловський державний науковий центр») в кінці 1950-х інженером А. Н. Івановим. На підставі гіпотези про аналогію тонких газових шарів і штучних каверн він запропонував використовувати для визначення форми і розмірів повітряних прошарків апарат теорії розвиненою кавітації. Це дозволило вивчити вплив геометрії змоченої частини днища і швидкості руху судна на параметри повітряних прошарків - штучних каверн. Були також отримані цікаві експериментальні факти, які стимулювали подальше вивчення штучної кавітації і її використання для зниження гідродинамічного опору. Настав час випробувати технологію на практиці.

Застосування каверни на транспортних судах і на глиссирующих катерах (у цих судів сила тертя становить приблизно половину повного опору) дозволяє зменшити буксирне опір на 17-30% при енергетичних витратах на подачу повітря, що не перевищують 2-3%. На невеликих (до 40 т) глиссирующих катерах для створення каверни можна використовувати вихлопні гази головних дизелів. Штучні каверни можна застосовувати або для зниження потужності при збереженні швидкості судна - це більш актуально для водоизмещающих судів, або для збільшення швидкості повного ходу при збереженні потужності головних двигунів, що найбільш доцільно для глиссирующих. За рахунок застосування каверни швидкість катера може зрости приблизно на 10%, наприклад з 50 до 55 вузлів. В цьому випадку можна, по-перше, підвищити конкурентоспроможність судна і, по-друге, збільшити дальність плавання, обмежену часовими рамками.

В цьому випадку можна, по-перше, підвищити конкурентоспроможність судна і, по-друге, збільшити дальність плавання, обмежену часовими рамками

Все вирішує автоматика

Однією з останніх розробок Криловського центру є автоматизована система створення каверн на днище транспортного судна. У запропонованій версії пристрою для створення повітряних каверн виступаючі частини (поздовжні і бортові кили, поперечні козирки) виконуються рухомими. У робочому стані вони виступають за основну площину днища і служать для освіти і підтримки каверн, а в необхідних випадках (проходження судном ділянок граничного мілководдя, шлюзування, руху в умовах сильного хвилювання, руху заднім ходом і т. П.) Ці елементи пристрою автоматично піднімаються і практично не виступають за основну площину днища. Для заповнення повітря в каверні і підтримки її стійкості використовується повітряна система, що складається з вентилятора і трубопроводу. Інший новою розробкою є пристрій для захисту від попадання повітря з каверни на гребний гвинт, що запобігає його знос. Ще одна корисна функція повітряної каверни дозволяє транспортним судам льодового класу звільнятися з льодового полону.

Криловським центром розроблено концептуальний проект танкера дедвейтом 180-200 тис Криловським центром розроблено концептуальний проект танкера дедвейтом 180-200 тис. Т з обмеженою осадкою і енергозберігаючої каверною. Розроблено технологію вивільнення від заклинювання в льоду морського транспортного судна з повітряної каверною на днище.

За останнє десятиліття при активній участі Криловського центру розроблені чотири проекти транспортних суден з кавернами. Це суховантаж «річка - море» дедвейтом 8000 т, універсальний навалочники-контейнеровоз дедвейтом 70 000 т, «Балтік-макс-танкер» льодового класу Arc4 дедвейтом 200 000 т і й контейнеровоз Post-Panamax вантажомісткістю 9500 TEU. На суднобудівних заводах Росії триває будівництво декількох проектів катерів з каверною, спроектованих ЦКБ по СПК їм Р. Е. Алексєєва. На сьогоднішній день штучні каверни дозволяють отримати ефект щодо зниження опору, недосяжний ні однієї з відомих енергозберігаючих технологій.

Редакція «ПМ» дякує ФГУП «Криловський державний науковий центр» за допомогу в підготовці статті.

Стаття «Політ на кавернах» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №11, Січень 2017 ).

Чому невдачі?

Новости

Цена гидроизоляции крыши
Во-1-х, этот комплекс действий защищает сооружение от разрушительного воздействия осадков. Без гидроизоляции в строении возникают протечки (а гидроизолирующее покрытие держит воду даже при резких перепадах

Гидроизоляция пола в ванной
Процесс выполнения гидроизоляции Гидроизоляционный раствор следует наносить в 2 этапа: первый слой раствора следует нанести на пол, а через 4-6 часов второй . Как правило, выполняется она специальными

Гидроизоляционная пленка для кровли
Основные разновидности пленочных гидроизоляционных материалов Для защиты крыши от негативного воздействия влаги, могут применяться следующие виды материалов: Именно мембраны считаются оптимальным выбором

Гидроизоляция пола перед стяжкой
В повседневной жизни рано или поздно все сталкиваются с «несанкционированным» проникновением воды из или в помещения проживания. Мы топим, нас топят, или в своем доме на первом этаже появляются непредусмотренные

Гидроизоляционная пленка: Что это, какие бывают пленки, инструкция по монтажу, цены за рулон
Гидроизоляционная пленка – это материал, который используется для защиты здания от влаги, конденсата и атмосферных осадков. Позволяет существенно продлить эксплуатацию не только здания, но и его основных

Организация кровельного пирога - пароизоляция, утепление, гидроизоляция кровли
Принципиально увидеть, что, беря во внимание подобные тенденции, строй компании сразу строят новые дома с мансардой жилого плана, но и обладатели уже построенных особняков также хотят переоборудовать

Обмазочная гидроизоляция для бетона: виды, требование и применение
Задачей строительства является не просто построить здание, но и защитить поверхности от проникновения воды. Фундамент, подвал, полы, крыша всегда соприкасаются с водой. Защиты требуют не только места,

Пароизоляция и гидроизоляция: отличие и назначение
Каждому человеку хочется, чтобы условия проживания в доме были одинаково комфортны как в летний зной, так и в зимнюю стужу. Но что нужно, чтобы создать в доме благоприятную атмосферу? Конечно же, в условиях

Мастика гидроизоляционная: история появления, многообразие видов
Нет необходимости говорить, что гидроизоляция продлевает срок эксплуатации конструктивных элементов зданий и сооружений. Видов защиты от проникновения влаги большое количество. Нас же в этой статье

Гидроизоляция стен от фундамента: материалы, правила
Так как фундамент является основой всего дома, то особое внимание необходимо уделить его гидроизоляции. Она будет надежно защищать строение от попадания внутрь как грунтовых вод, так и поверхностных вод