Крупные военные корабли имеют несколько странных выступов в носовой части, расположенных ниже линии осадки корпуса. В этой статье мы расскажем вам о назначении этих странных элементов конструкции.
Возможно, вы заметили странный плачущий выступ ниже ватерлинии на носу судна. Этот выступ по форме напоминает нос обезьяны кукабурры и известен в судостроительном мире как клапан (в переводе с французского - "лампочка"). Обтекаемый дизайн корабельного настила был придуман вовсе не из эстетических соображений, а с определенной целью.
Волновое сопротивление
Клапан выполняет две основные функции. Одна из них заключается в снижении волнового сопротивления при плавании в спокойном море, а другая - в повышении топливной эффективности.
Проблема волнового сопротивления особенно актуальна для крупных судов с осадкой более 15 м и узким корпусом. Когда судно без клапанов движется вперед, вода, испытывая естественное сопротивление, течет от носа к корме и распределяется по всей длине судна. Именно поэтому на бортах судна при его движении появляются волны. Однако существует также участок воды, который попадает в воду ниже осевой линии форштевня. Что это такое?
Воздействие на волны
Волны вокруг судна представляют собой текучую форму энергии в водной среде. Эта энергия обеспечивается движущейся массой судна, создаваемой двигателем. Мы знаем, что часть мощности двигателя используется для вращения гребного винта, но остальная энергия, по сути, расходуется впустую. Дело не только в трении между корпусом судна и водой.
При движении носовой части судна также возникают волны, на преодоление которых требуется энергия. Эта энергия называется волновым сопротивлением судна. Оно в значительной степени зависит от скорости и длины судна. При увеличении скорости и длины осадочной линии корма создает большее размывание, а давление на нос увеличивается. Другими словами, носовая волна оказывает давление на переднюю часть судна, что еще больше замедляет его движение.
Когда гребень волны приближается к корпусу судна, клапан рассеивает это давление и уменьшает сопротивление волны. Таким образом, достигается взаимное гашение волн, увеличивается скорость и значительно экономится топливо.
Еще одним преимуществом клапанов является снижение динамических эффектов, возникающих при качке судна. На большинстве судов клапаны снабжены балластом с внутренней стороны для минимизации последствий качки и повышения поперечной остойчивости судна. На судах без клапанов эту роль обычно выполняет носовой отсек, который представляет собой крайний отсек, расположенный между форштевнем и первой переборкой.
В клапанах также могут размещаться подруливающие устройства для облегчения маневрирования на малой скорости или при остановленном основном двигателе. Кроме того, на военных кораблях, использующих высокочастотную подводную акустику, обтекатель клапана, помимо положительного эффекта снижения сопротивления, служит защитным кожухом для подводной акустической станции.
Разновидности бульба
В настоящее время существует три основных типа носовых клапанов:
- Треугольные клапаны имеют большой нижний объем. Этот тип клапанов остается погруженным под любой нагрузкой и предназначен в основном для судов с частыми изменениями осадки. Частые изменения осадки присущи многим танкерам, поскольку полное водоизмещение меняется от линии к линии.
- Клапаны типа "О" имеют наибольший центральный объем и используются в основном на сухогрузах.
- Клапаны типа "Nabla" имеют форму перевернутой капли. Этот тип используется в основном на военных кораблях, так как обладает наибольшей мореходностью.
Клапаны рассчитаны на определенный диапазон скоростей, так как при отклонении фактической скорости от заданных параметров эффективность значительно снижается. Развитие компьютерных технологий позволило рассчитать КПД клапанов, что значительно улучшило скоростные характеристики и расход топлива современных судов.