Амфибийное судно на воздушной подушке

 

Изобретение относится к транспорту и касается конструирования амфибийных скеговых судов на воздушной подушке. Сущность изобретения заключается в том, что судно содержит надувной борт. Он закреплен на жестких бортах корпуса по периметру судна. Его корпус имеет гибкое ограждение воздушной подушки, включающее в себя боковые скеги, передний и задний гибкие элементы. Судно выполнено с двигателем, а также с движительной и нагнетательной установками с механизмом их привода и системой управления. Боковые скеги гибкого ограждения внешними краями закреплены на надувном борте, а внутренними - на днище корпуса судна. Гибкое ограждение имеет центральный скег, секционирующий область воздушной подушки на левую и правую отдельные камеры. Рулевое устройство нагнетательной установки выполнено регулирующим нагнетание воздуха в эти камеры. Рулевое устройство может иметь управляющие заслонки, размещенные в нагнетательной установке. Скеги могут иметь протекторы. Корпус может выполняться разъемным. Днище корпуса выполнено плоским, а его носовая часть - наклонной под углом атаки относительно горизонтали, который может находиться в пределах 10 - 14^o. Движительная установка может выполняться в виде воздушного винта в кольцевой насадке, за которым целесообразно устанавливать вертикальные и горизонтальные аэродинамические рули, которые могут размещаться на раме, жестко закрепленной в насадке за воздушным винтом. Технический результат от реализации изобретения - повышение эксплуатационных характеристик судна. 13 з.п.ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к транспортным средствам и касается конструирования амфибийных скеговых судов на воздушной подушке (ВП) Известно средство передвижения на воздушной подушке (патент СССР N 499790 МКИ: B 60 V 1/18, 18.11.76 г.), содержащее корпус с камерами воздушной подушки, ограничивающие ее с боков полые из эластичного материала кили, спереди это воздушное пространство (камеры) ограничено эластичной стенкой, а сзади камеры ограничивается гибкими щитками, вентиляторную установку с приводом.

Однако у известного средства передвижения при потере формы гибкого ограждения существенно уменьшается запас плавучести и остойчивости.

Технический результат от внедрения изобретения состоит в увеличении запаса плавучести, остойчивости, безопасности (от опрокидывания) при сохранении хорошей управляемости, повышении эффективности работы воздушной подушки без увеличения веса судна.

Это достигается тем, что амфибийное судно на воздушной подушке содержит корпус с жестким плоским днищем, с гибким ограждением воздушной подушки, включающим боковые скеги, передний и задний гибкие элементы и с жесткими бортами, двигатель, движительную и нагнетательную установки с механизмом их привода и системой управления и надувной борт, закрепленный на жестких бортах корпуса по периметру судна. Надувной борт делает судно более остойчивым, непотопляемым, безопасным в экстремальных условиях, удобным в эксплуатации (можно надежно опираться).

Внешние края боковых скегов амфибийного судна закреплены на надувном борте, а внутренними краями - на днище корпуса судна. Это позволяет получить менее жесткую систему с увеличенной площадью ВП при сохранении габаритов, что позволяет лучше огибать встречающиеся при движении неровности, улучшает эксплуатацию судна.

Амфибийное судно выполнено с центральным скегом, что повышает безопасность судна (от опрокидывания) и создает возможность эффективного управления судном в режиме воздушной подушки.

Поскольку центральный скег секционирует область ВП на левую и правую камеры нагнетательная установка выполнена с рулевым устройством, регулирующим нагнетание воздуха в камеры.

Амфибийное судно выполнено с управляемыми заслонками, размещенными в нагнетательной установке.

Скеги такого судна выполняются с протекторами, что защищает их от истирания.

Корпус амфибийного судна выполнен разъемным. Блочная структура корпуса (основная секция, носовая, кормовая) позволяет быстро его монтировать и демонтировать, перевозить в стандартных контейнерах, удобно перевозить в районы бедствия.

Днище корпуса амфибийного судна выполнено плоским, а его носовая часть выполнена наклонной под углом атаки относительно горизонтали. Угол атаки днища находится в пределах 10 -14^o. Такая конструкция улучшает мореходность (всхожесть на волну).

Движительная установка амфибийного судна выполнена в виде толкающего воздушного винта в кольцевой насадке, за которым установлены горизонтальные и вертикальные аэродинамические рули. Горизонтальные рули участвуют в управлении дифферентом, вертикальные рули - в управлении по курсу, осуществляя высокую управляемость и устойчивость судна.

За воздушным винтом в кольцевой насадке жестко закреплена прямоугольная рама, на которой расположены вертикальные и горизонтальные рули. Прямоугольная рама спрямляет воздушный поток, закручиваемый воздушным винтом движительной установки, увеличивая тягу винта судна, конструкция становится более жесткой, прочной.

Горизонтальные вертикальные рули выполнены составными, имеющими, например, неподвижную и отклоняющиеся части, что повышает эффективность управления судна, т. к. проще становится выполнять поворот (меньшее требуется усилие, уменьшается момент инерции за счет уменьшения веса поворачиваемой части руля).

Нагнетательная установка выполнена с возможностью получения ею крутящего момента силового двигателя посредством клиноременной передачи, что позволяет значительно упростить механизм привода и повышает его надежность.

Техническая реализация такой передачи осуществляется таким образом: ведущий вал привода воздушного винта, закрепленный в шлицах ступицы ведомого диска сцепления, установлен одним концом в подшипнике в торце коленчатого вала двигателя, а другим концом - в подшипнике в картере сцепления, и имеет возможность осевого перемещения относительно картера сцепления и коленчатого вала двигателя.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид сбоку на описываемое судно; на фиг. 2 изображен вид на судно сверху; на фиг. 3 совмещенное изображение вида в нос (а) с видом в корму (б) судна; на фиг. 4 изображена схема общего расположения судна; на фиг. 5 изображена схема распределения воздушных потоков судна; на фиг. 6 изображено выполнение управляемых заслонок нагнетательного устройства; на фиг. 7 изображен вариант крепления боковых скегов; на фиг. 8 изображен вариант выполнения "составных" горизонтальных и вертикальных рулей; на фиг. 9 изображена схема крепления ведущего вала привода винта.

На чертежах обозначены: 1-корпус, 2-гибкие боковые скеги, 3-носовая оконечность судна, 4-кормовая оконечность судна, 5-носовое (переднее) гибкое ограждение ВП, 6-кормовое (заднее) гибкое ограждение ВП, 7-съемный тент, 8-движительная установка (воздушный винт), 9 - нагнетательная установка ВП, 10 - надувной борт, 11 - левая камера ВП, 12 - правая камера ВП, 13 - центральный скег, 14 - управляемые поворотные заслонки, 15 - протекторы, 16 - внешние края боковых скегов, 17 - внутренние края боковых скегов, 18,19 - линии соединений секций корпуса, 20 - винт движительной установки (маршевый вентилятор), 21 - вертикальные рули, 22 - горизонтальные рули, 23 - прямоугольная рама, 24 - неподвижные части рулей, 25 - отклоняющиеся части рулей, 26 - двигатель, 27 - картер сцепления, 28 - карданный вал привода винта, 29 - ведомый вал, 30 - клиноременная передача привода нагнетателей, 31 - карданный вал привода нагнетательной установки, 32 - ведущий шкив зубчатой ременной передачи привода винта, 33 - ведущий вал привода винта (он же ведомый вал привода сцепления), 34 - ведомый диск сцепления, 35 - коленчатый вал двигателя, α - угол атаки наклонного плоского днища.

Амфибийное судно на ВП (фиг. 1 - 4) имеет жесткий корпус 1, на днище которого по бокам установлены два продольных надувных скега 2, ограничивающих зону повышенного давления ВП. В носовой 3 кормовой 4 оконечностях судна на днище корпуса 1 установлены переднее 5 и заднее 6 гибкие ограждения ВП. Надувные взаимозаменяемые скеги 2 выполнены в виде герметичного баллона диаметром ≈400 мм из ткани PVC (ПВХ - поливинилхлорид). Носовое 3 ГО выполнено из ткани PVC в виде полотнища, закрепленного на днище корпуса 1 поперек судна. Кормовое 4 ГО выполнено в виде открытого со стороны носа одноярусного баллона без боковых стенок из ткани PVC. Носовая часть 3 судна - открытая площадка, где расположено якорное устройство и агрегаты, системы подогрева кокпита, закрывается съемным тентом 7. В кормовой части 4 судна (жесткого корпуса) размещены движительная 8 и нагнетательная 9 установки ВП судна. По периметру корпуса 1 судна на его боковых жестких стенках закреплен надувной борт 10, выполненный из ткани PVC в виде надувного баллона диаметром ≈500 мм, разделенный на отсеки внутренними переборками. Боковые скеги 2 гибкого ограждения ВП своими внешними краями 16 закрепляются на надувном борте 11, а внутренними краями 17 - на жестком днище корпуса 1 (см. фиг. 7). Область ВП секционирует по ширине две камеры (левую - 11 и правую - 12) средний (центральный) 13 скег, расположенный в диаметральной плоскости (ДП) судна. Нагнетательная установка 9 выполнена с рулевым устройством, регулирующим нагнетание воздуха в эти камеры II, 12. Рулевое устройство снабжено управляемыми заслонками 14, размещенными внутри нагнетательной установки 9 (см. фиг. 5). Поворотные заслонки 14, установленные на выходе нагнетательной установки 9, обеспечивающие в одном крайнем положении свободный подход воздушного потока в полость воздушной подушки, а в другом крайнем положении - полностью перекрывают доступ воздуха в полость воздушной подушки. Привод заслонки 14 включает пружину, удерживающую заслонки 14 в открытом положении; механическую гибкую передачу, передающую усилия и перемещение с педали на заслонки 14; упор открытого положения заслонок, упор закрытого положения заслонок (см. фиг. 5, 6). Все скеги 2, 13 взаимозаменяемы и снабжены протекторами 15.

Корпус 1 выполнен составным (подразделяется по длине, например, на три объемные секции, соединяемые между собой силовыми болтовыми узлами и шарнирами (18, 19). Днище корпуса 1 выполнено плоским, а его носовая часть выполнена наклонной под углом атаки α относительно горизонтали. Значение угла атаки находится в пределах 10-14^o. Движительная установка 8 судна выполнена в виде воздушного винта 20 вентиляторного типа в кольцевой насадке, за которым установлены вертикальные 21 и горизонтальные 22 аэродинамические рули. В кольцевой насадке за воздушным винтом 20 жестко закреплена рама 23, на которой размещены вышеупомянутые рули 21, 22. Управление вертикальными рулями 21 содержит дублированный двухсторонний привод рулей, поворотный штурвал, передающий механизм от штурвала к приводу рулей, обеспечивающий снижение усилий на штурвале, упоры крайнего положения штурвала (см. фиг. 4). Управление горизонтальными рулями содержит двухсторонний привод рулей, фиксатор промежуточного положения рулей, упоры крайних положений рулей. Аэродинамические рули 21, 22 выполнены составными, имеющими, например, неподвижные части 24, крепящиеся на раме 23, и отклоняющиеся части 25 (фиг. 8). Механизм привода толкающего воздушного винта 20 вентиляторного типа и нагнетателей 9 ВП судна от двигателя 26 (автомобильный двигатель типа 3317, г. Уфа) включает механизм сцепления 27 (например, фрикционная муфта), ведущий 28 и ведомый вал 29, ременную передачу 30 с зубчатым ремнем (две клиноременные передачи). Ведомый вал 29 имеет две опоры с подшипником, закрепленные на балочном пилоне коробчатого сечения. Элементами привода 31 нагнетательной установки, выполненной в виде двух нагнетателей (вентиляторов), отбирается мощность с ведомого вала 29. На пилоне маршевого винта 20 установлены ведущий и ведомый шкивы ременной (зубчатый ремень) передачи 30 мощности от двигателя 26 к маршевому вентилятору 20 и ведущий четырехручьевой шкив 31 ременной (по два клиновидных ремня на каждый нагнетатель) передачи мощности от ведомого шкива маршевого вентилятора 20 к нагнетателям 9. Ведущий вал 33 (см. фиг.9) привода воздушного винта 8 закреплен в шлицах ступицы ведомого диска сцепления 34 и установлен одним концом в подшипнике в торце коленчатого вала 35 двигателя 26, а другим концом в подшипнике в картере сцепления 27, имея возможность осевого перемещения относительно картера сцепления 27 и коленчатого вала 35 двигателя 26.

Эксплуатация судна на воздушной подушке осуществляется следующим образом. На стоянке судно опирается на скеги 2. Для поступательного движения судна в действие приводятся движительная установка 8 и нагнетательная установка 9. При работе нагнетательной установки 9 внутри объема, ограниченного подвижными элементами 5, 6, бортовыми скегами и опорной поверхностью экрана создается избыточное статическое давление воздушной подушки и судно зависает над опорной поверхностью. Движительная установка 8 приводит судно в поступательное движение путем создания силы тяги.

В свою очередь, секционирование воздушной подушки в сочетании с нагнетательной установкой 9, выполненной с рулевым управлением, регулирующим нагнетание воздуха в камеры воздушной подушки таким образом, что при левом повороте уменьшается нагнетание в правую камеру 12, позволяет повысить эффективность и безопасность управления и маневрирования судна в режиме движения на ВП, поскольку такое перераспределение давления приводит к накренению судна с касанием опорной поверхности бортовым скегом 2. Сила сопротивления, действующая на скег, контактирующий с опорной поверхностью, создает момент, разворачивающий судно относительно вертикальной оси. Боковая сила, вызванная углом дрейфа и накренением на внутренний борт при повороте, позволяет осуществлять управление курсом судна. Одновременно с уменьшением нагнетания воздуха в камеру, расположенную на стороне поворота, увеличивается нагнетание воздуха в противоположную камеру. При этом достигается повышенный угол крена, и возрастает величина бокового усилия от разницы в нагнетании воздуха в обе камеры 11.12, действующей на судно при управлении им.

В процессе эксплуатации рулевого устройства регулирование нагнетания воздуха в камеры 11.12 производится отклонением заслонок 14 рулевого устройства, перекрывающих поступление воздуха в камеру одного борта и позволяющих увеличивать подачу воздуха в камеру другого борта. В результате поворота потока воздуха, подаваемого в область ВП, на заслонках 14 и на части внутренней поверхности установки 9 реализуется боковая управляющая сила.

Интенсивное торможение такого судна осуществляется посредством увеличения силы сопротивления движению судна, действующей на скеги 2,13 при уменьшении подачи воздуха в обе камеры 11,12, и реверсом силы тяги движительной установки 8.

Вертикальные рули 21 установлены в воздушном потоке от винта 20, скорость которого слабо зависит от скорости движения судна, а определяется оборотами воздушного винта (двигателя). Таким образом, эффективность рулей одинакова при всех скоростях движения судна и может быть увеличена (уменьшена) путем кратковременного повышения (понижения) частоты вращения двигателя (рычаг перемещения рулей).

Горизонтальные рули 22 также расположены в потоке винта и сохраняют эффективность во всем диапазоне скоростей судна.

Перемещение рулей "носком" вверх (вниз) создает продольный момент на пикирование. Изменяя величину момента можно установить нулевой дифферент судна при любой центровке, что позволяет достичь наибольшей скорости; осуществить движение судна касаясь поверхности (воды) носовой или кормовой частью скегов 2.13. В первом случае плечо боковой силы вертикальных рулей 21 большое, равно длине скегов 2, 13 судна, чем достигается высокая управляемость судна по курсу, во втором случае достигается большая устойчивость судна по курсу.

Источником энергии на данном судне является автомобильный поршневой четырехтактный двигатель. Ведущий вал карданного типа включается в работу через штатное автомобильное сцепление 27, ведомый вал 9 приводится во вращение через понижающую ременную передачу 30 зубчатым ремнем. Приемником энергии является воздушный 4-х лопастной винт 20, жестко посаженный на ведомом валу 29. С ведомого вала 29 мощность отбирается на элементы привода нагнетательной установки 9.

Автомобильный двигатель позволяет избежать неуравновешенных крутящих моментов и в любой момент отключить приемник энергии 8 от источника 6, т.е. избежать опасных колебаний. Использование ременной передачи 30, которая является хорошим демпфером, позволяет смягчить неравномерность вращения воздушного винта 20 от переменного крутящего момента. При передаче всей мощности двигателя 26 с зубчатым ремнем на ведомый вал 29 с передаточным отношением i= 4 переходим в режим чисел оборотов с порядка 400 об/мин на режим порядка 1000 об/мин, где 65% мощности реализуется (потребляется) движительной установкой 8, а 35% - нагнетательной установкой 9 (двумя вентиляторами). Это позволяет передать мощность на нагнетательную установку 9 четырьмя клиновидными ремнями (2 - на один, и 2 - на другой вентилятор). Так как двигатель 26 закрепляется на корпусе машины эластично, а нагнетатели - жестко, то ведущий вал (он же ведомый вал) сцепления 133 закрепляется с возможностью осевого перемещения вместе с подшипником или относительно подшипника.

Изобретение может быть использовано в классе амфибийных судов на ВП для круглогодичной эксплуатации на внутренних водоемах и в прибрежных морских районах, для перемещения грузов и людей в экстремальных условиях весны и осени, обводненных участках суши, по глубокому снегу, в условиях плохой видимости (туман, дождь) при температурах окружающей среды от -40^oC до +40^oC. Транспортировка судна может производиться железнодорожным, автомобильным, речным, морским, воздушным транспортом в собранном и разобранном вариантах. Конструкция судна позволяет осуществлять стоянку на воде и на суше на пневмоскегах.

Формула изобретения

1. Амфибийное судно на воздушной подушке, содержащее корпус с гибким ограждением воздушной подушки, включающим боковые скеги, передний и задний гибкие элементы, и с жесткими бортами, двигатель, движительную и нагнетательную установки с механизмом их привода и системой управления, отличающееся тем, что судно содержит надувной борт, закрепленный на жестких бортах корпуса по периметру судна.

2. Амфибийное судно по п.1, отличающееся тем, что боковые скеги гибкого ограждения внешними краями закреплены на надувном борте, а внутренними - на днище корпуса судна.

3. Амфибийное судно по п.1 или 2, отличающееся тем, что гибкое ограждение содержит центральный скег, секционирующий область воздушной подушки на левую и правую отдельные камеры.

4. Амфибийное судно по п.3, отличающееся тем, что нагнетательная установка выполнена с рулевым устройством, регулирующим нагнетание воздуха в камеры.

5. Амфибийное судно по п.4, отличающееся тем, что рулевое устройство выполнено с управляющими заслонками, размещенными в нагнетательной установке.

6. Амфибийное судно по п.1 или 3, отличающееся тем, что скеги снабжены протекторами.

7. Амфибийное судно по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что корпус выполнен разъемным.

8. Амфибийное судно по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что днище корпуса выполнено плоским, а его носовая часть выполнена наклонной под углом атаки относительно горизонтали.

9. Амфибийное судно по п.8, отличающееся тем, что угол атаки наклонного плоского днища находится в пределах 10 - 14^o.

10. Амфибийное судно по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что движительная установка выполнена в виде воздушного винта в кольцевой насадке, за которым установлены вертикальные и горизонтальные аэродинамические рули.

11. Амфибийное судно по п.10, отличающееся тем, что в кольцевой насадке за воздушным винтом жестко закреплена рама, на которой размещены вышеупомянутые рули.

12. Амфибийное судно по п.11, отличающееся тем, что упомянутые аэродинамические рули выполнены составными и имеющими, например, неподвижную и отклоняющиеся части.

13. Амфибийное судно по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что нагнетательная установка выполнена с возможностью получения ею крутящего момента двигателя посредством клиноременной передачи от воздушного винта.

14. Амфибийное судно по п.13, отличающееся тем, что ведущий вал привода воздушного винта, закрепленный в шлицах ступицы ведомого диска сцепления и установленный одним концом в подшипнике в торце коленчатого вала двигателя, а другим концом - в подшипнике в картере сцепления, имеет возможность осевого перемещения относительно картера сцепления и коленчатого вала двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9