Антикавитационные цистерны — это цистерны, устанавливаемые на судах для улучшения реакции судна на качку. Оснащенные перегородками, предназначенными для замедления скорости перемещения воды с левого борта цистерны на правый борт и обратно, цистерны спроектированы таким образом, что большее количество воды задерживается на более высокой стороне судна. Это предназначено для сокращения периода качки корпуса путем противодействия эффекту свободной поверхности . Их можно в целом разделить на активные и пассивные антикавитационные цистерны.
Один частично заполненный резервуар, который простирается по всей ширине судна. Его форма, размер и внутренние перегородки позволяют жидкости внутри плескаться из стороны в сторону в ответ на крен судна. Фазировка моментов крена, действующих на судно, и результирующее движение жидкости будет таким, что оно уменьшит крен. Этот тип резервуара был впервые исследован Уильямом Фрудом , но не привлек особого внимания до 1950-х годов, когда он был возрожден и использовался на многих военно-морских судах. Они имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что можно изменять собственную частоту резервуара за счет изменения уровня воды и, таким образом, приспосабливаться к изменениям метацентрической высоты судна . Резервуары со свободной поверхностью обычно называют «резервуарами с желобом».
Использование этих резервуаров было впервые использовано г-ном Х. Фрамом в Германии в начале 20-го века [1] , и их часто называют резервуарами Фрама. Эти частично заполненные резервуары состоят из двух крыльевых резервуаров, соединенных внизу значительным переходным каналом. Воздушные столбы над жидкостью в двух резервуарах также соединены каналом. Как и в резервуарах свободной поверхности, когда судно начинает крениться, жидкость перетекает из крыльевого резервуара в крыльевой резервуар, вызывая изменяющийся во времени момент крена для судна, и при тщательном проектировании этот момент крена имеет правильную фазировку, чтобы уменьшить движение крена судна. Они не ограничивают проход вперед и назад, поскольку пространство над и под каналом перехода воды доступно для других целей.
Это была еще одна концепция, введенная Фрамом и использованная на нескольких судах в начале 1900-х годов. В этой концепции два бортовых бака соединены только воздуховодом сверху. Вода поступает в каждый бак и выходит из него через отверстие в корпусе в море. Это устраняет необходимость в переходном канале, как в других конструкциях, но имеет свой собственный набор недостатков. Такая конструкция способствовала коррозии баков из-за явного взаимодействия с морской водой. Отверстия в корпусе вызывают сопротивление поступательному движению. Сила, необходимая для ускорения морской воды снаружи корабля (которая изначально находится в состоянии покоя) до скорости корабля, когда она входит в корабль, является существенным компонентом сопротивления (импульсное сопротивление), поскольку его величина увеличивается пропорционально квадрату скорости корабля. Совсем недавно разновидность этих баков использовалась в приложениях для бурения нефтяных скважин, где поступательное движение не имеет большого значения.
Это похоже на U-образный бак, но канал для перепуска воды намного больше, а воздушный переходник содержит систему клапанов с сервоуправлением . Поскольку этот клапан управляет потоком воздуха, требуется очень мало энергии. Когда клапан закрыт, предотвращается прохождение воздуха из одного бака в другой, а возникающее в результате сжатие воздуха в баке также предотвращает поток воды. Когда клапан открывается, возможно свободное движение воды и воздуха. [2]
Граница между контролируемо-пассивной и активной стабилизацией не так уж и четка. Активная стабилизация обычно подразумевает, что система требует использования машин значительной мощности, и система должна быть намного более эффективной в снижении качки, чтобы оправдать эту высокую стоимость.
Эта концепция использует насос осевого потока для перекачивания воды с одной стороны судна на другую, а не для того, чтобы она плескалась, как в пассивных системах. Вебстер (1967) подробно изучил конструкцию такого резервуара. Главным недостатком этого является то, что при работе насоса возникает задержка во времени для поступления значительного количества жидкости в резервуар, что ограничивает мгновенную стабилизацию качки. Следовательно, по сравнению с системами стабилизаторов плавников, это крайне неэффективно. [3]
Вместо того, чтобы потреблять энергию для управления потоком внутри резервуара, эта концепция использует водяную турбину для производства электроэнергии с использованием воды, которая плещется в резервуаре, как в пассивных системах. Главные преимущества этого — снижение эксплуатационных расходов за счет замены части потребления топлива и управление потоком воды без какого-либо механического мобильного устройства. [4]