Аэродинамическое судно

 

Изобретение относится к судостроению и касается создания судов парусного экранопланного типа, которые могут использоваться в спортивных или транспортных целях. Судно имеет надводный аэродинамический корпус. На корпусе установлены хвостовое оперение и Т-образное жесткое крыло-парус, перекидное с борта на борт вокруг горизонтального шарнира посредством тросов с приводом. Судно имеет бортовые водоизмещающие плавучести. Надводный аэродинамический корпус выполнен в виде экранопланного крыла малого удлинения. Водоизмещающие плавучести снабжены швертами. Шверты расположены на свободных концах этого корпуса. Корпус выполнен с поворотной вокруг вертикального шарнира мачтой. Мачта имеет кольцеобразный гик. Вертикальный шарнир размещен на крыле аэродинамического корпуса на расстоянии от центра тяжести судна, равном 5% от средней хорды крыла-корпуса. Горизонтальный шарнир крыла-паруса расположен по оси его центра тяжести и размещен на вершине поворотной мачты. Левая и правая поверхности V-образного крыла-паруса соединены тросами и тягами с ручкой перекладки паруса, установленной сбоку от сиденья пилота. Мачта выполнена со сквозной полостью и снабжена блоками на ее вершине для проводки через мачту тросов перекладки крыла-паруса. Технический результат реализации изобретения заключается в упрощении системы управления парусом и в увеличении скорости движения судна. 13 ил.

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования спортивных парусных судов экранопланного типа, которые могут использоваться и в транспортных целях.

Из патентной литературы известны устройства аэродинамических судов (пат. США кл. 244-16 N 3966143; 3987382, пат. Англии кл. B 7 W 1463397, состоящие из водоизмещающего корпуса с парусами-крыльями, к которым крепится хвостовое оперение. Крылья-паруса имеют поперечное V-образное крыло и снабжены элеронами.

Прототипом предлагаемого изобретения является аэродинамическое судно, имеющее корпус, на котором установлены хвостовое оперение, сиденье пилота со спинкой и V-образное жесткое крыло-парус, перекладываемое с борта на борт вокруг горизонтального шарнира посредством тросов перекладки с приводом, а также бортовые водоизмещающие плавучести (см. патент США 3800724, кл. В 63 Н 9/04, опубл. 1974).

Однако у такого судна отсутствует вертикальный шарнир крыла-паруса, а профиль корпуса не спрофилирован крылообразным, что снижает аэродинамическое качество и скорость хода судна.

Решаемая техническая задача обеспечивает упрощение системы управления парусом и увеличение скорости движения судна.

Указанная техническая задача решается следующим образом. Надводный аэродинамический корпус судна выполнен в виде экранопланного крыла малого удлинения, а бортовые водоизмещающие плавучести снабжены швертами и расположены на свободных концах этого корпуса, который выполнен с поворотной вокруг вертикального шарнира мачтой с кольцеообразным гиком, при этом вертикальный шарнир мачты расположен на крыле-корпусе на расстоянии от центра тяжести судна, равном ±5% от средней хорды крыла-корпуса, причем горизонтальный шарнир вышеуказанного крыла-паруса расположен по оси его центра тяжести и размещен на вершине поворотной мачты, а левая и правая поверхности V-образного крыла-паруса соединены тросами и тягами с ручкой перекладки паруса, установленной сбоку от сиденья пилота, кроме того, мачта выполнена со сквозной полостью и снабжена блоками на ее вершине для проводки через них тросов перекладки крыла паруса.

На фиг. 1 показан боковой вид одноместного аэродинамического судна; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 то же, вид спереди; на фиг. 4 изображен боковой вид одноместного судна на буерном шасси; на фиг. 5 показаны план скоростей и векторная схема, поясняющая принцип движения судна в процессе разгона; на фиг. 6 и 7 показано судно на коньках спереди и сбоку; на фиг. 8 дана схема управления крылом-парусом судна; на фиг. 9, 10 и 11 изображено тридцатиместное пассажирское аэродинамического судно в трех проекциях; на фиг. 12 показана схема управления крылом парусом в двух проекциях; на фиг. 13 изображена общая система управления судном и крылом-парусом.

Аэродинамическое судно состоит из надводного аэродинамического корпуса 1, выполненного в виде экранопланного крыла малого удлинения, на котором в передней части расположена одно- или многоместная кабина 2 экипажа. Сиденье 3 пилота расположено в районе центра тяжести судна (фиг. 1). В кормовой части крыла - корпуса расположен воздушный киль 4 с рулем поворота 5 хвостового оперения и водный киль 6 с водным рулем 7.

Управление рулями поворота пилот производит при помощи педалей 8.

Крыло-корпус 1 имеет дугообразную переднюю кромку при виде спереди. Задняя кромка этого крыла расположена в одной (горизонтальной) плоскости и в плане она имеет вид параболы (полуокружности) или имеет элипсовидную форму. Крыло-корпус 1 имеет аэродинамический профиль (например, Р-3), а его осевое центральное сечение имеет установочный угол 7-9^o.

По концам крыла-корпуса установлены бортовые опоры - водоизмещающие плавучести, выполненные в виде поплавков 9 со швертами 10. Шверты пристыкованы к боковой грани поплавка 9 под углом 90-60^o к горизонтальной плоскости. К концевым частям крыла-корпуса крепятся концевые аэродинамические поверхности 11.

Аэродинамическое судно вместо поплавков может иметь буерное шасси. В этом случае по концам крыла-корпуса 1 в хвостовой части (вместо водного киля 6) устанавливают колеса 12 для движения по грунту или коньки (показаны на фиг. 6 и 7) для движения по льду. Движение аэродинамического судна на буерном шасси не отличается от обычной колесной яхты (буера). По продольной оси крыла-корпуса 1 на расстоянии ±5% его средней аэродинамической хорды от центра тяжести судна установлена поворотная мачта 3. Мачта установлена на вертикальной трубчатой стойке 14, закрепленной фланцем 15 на силовом наборе крыла-корпуса 1. Мачта 13 поворачивается на стойке 14 на угол 180^o в обоих направлениях. Вращение мачты 13 на трубе стойки 14 обеспечивает вертикальный шарнир 16 и хвостовая часть 17 мачты 13, пропущенная вовнутрь стойки. К мачте 13 с помощью кронштейна 18 жестко закреплен блок или кольцеобразный в плане гик 19. Гик выполнен из тонкостенной трубы. Верхний конец мачты 13 имеет кронштейн 20, выполненный в виде удобообтекаемого удлиненного сектора. Кронштейн 20 имеет две грани 21, на ребре которых имеются два шарнира 22 с горизонтальной осью вращения.

Кронштейн 20 сварен из тонкого стального листа и приварен к трубе мачты 13. Шарниры 22 разнесены на расстояние, равное расстоянию между лонжеронами 23 V-образного жесткого крыла-паруса 24. На лонжероне 23 крыла закреплены две проушины 25. Крыло-парус имеет поперечный угол V. По оси крыла-паруса 24 расположены ответные части шарниров 22. Крыло-парус 24 имеет аэродинамический профиль и конструкцию, традиционную для крыльев легких самолетов и планеров. Оно может быть выполнено из стеклопластика.

На шарнире 22 крыло-парус 24 может отклоняться в правую и левую стороны. Его крайние положения фиксируются установкой нижней поверхности крыла-паруса 24 на грани 21 сектора, причем профиль поверхности грани 21 и нижней поверхности крыла-паруса 24 выполнены идентичными.

Фиксация крыла-паруса 24 осуществляется с помощью троса 26, закрепленного концами на проушинах 25. Длина троса 26 регулируется с помощью тандера (на чертеже не показан). Трос 26 пропущен через блоки 27 и при отклонениях крыла-паруса 24 перегибаются через эти блоки 27, проходя внутри трубчатой мачты 13 и трубчатой стойки, а затем он пропускается через блоки 28, закрепленные на корпусе 1 судна. Проушины 25 входят в пазы на гранях 21, когда крыло-парус лежит на грани. (Паз не показан. ) Трос 26 закреплен на барабане 29 и уложен в его паз. Барабан установлен на кронштейне 30, который закреплен на полу кабины 2 пилота перед его сиденьем.

На барабане жестко закреплены ручки 31 и 32. При расположении левой ручки 32 в вертикальном положении (правая ручка 31 лежит на полу) парус находится в положении А и судно идет при ветре с левого борта. Рабочее направление ветра для данного положения паруса показывает стрелка на ручке, установленной вертикально. Таким образом, пилот по ручке, установленной вертикально, знает положение крыла-паруса (левое или правое).

Для фиксации барабана (крыла-паруса) в рабочем положении (зафиксированном правом или зафиксированном левом) служит фиксатор 33, штифт которого входит в отверстие 34. Оно выполнено сквозным и проходит через кронштейн 30 и через барабан 29. Перед перекладкой паруса ручкой фиксатора 33 штифт вынимают из отверстия и освобождают барабан 29.

Для управления многоместным судном в кабине пилота установлено штурвальное колесо 35, имеющее фиксатор и стрелку-индикатор положения паруса. Фиксатор и индикатор положения паруса не показаны. Колесо 35 расположено между сиденьями пилотов.

Для управления по крену и по высоте на многоместном судне установлена ручка 36 пилота, которой управляют элеронами 37, установленными на аэродинамических шайбах 11, и рулем высоты 38, установленным на стабилизаторе 39. Система аэродинамического управления многоместным судном является типичной для самолетов и экранолетов. И управление судном является идентичным для данного класса летательных аппаратов (самолетов, экранолетов).

Для выхода на акваторию из бухты для подруливания, движения с малой скоростью или в штиль на многоместном судне установлен вспомогательный двигатель с воздушным или гребным винтом 40, расположенным на дейдвуде в кормовой части судна.

Аэродинамическое судно эксплуатируется следующим образом.

Перед началом движения пилот устанавливает крыло-парус 24 с правой стороны мачты 23 (в положение А фиг. 3), если ветер с левого борта судна; или в положение Б, если ветер справа (фиг. 5), в этом случае правая ручка 31 расположена в верхнем положении перед сиденьем пилота.

После этого пилот, взявшись руками за гик 19 или штурвальное колесо 35, доворачивает крыло-парус 24 до наивыгоднейшего угла атаки крыла относительно ветра (6-10^o). Судно начинает разбег. Скорость его увеличивается, что приводит к увеличению вымпельной скорости ветра (V_вымп.)
Увеличенная вымпельная скорость вызывает повышение скорости судна, что, в свою очередь, увеличивает скорость вымпельного ветра (диаграмма фиг. 5). В процессе разгона пилот устанавливает с помощью гика 19 (колеса 35) крыло-парус 24 на наивыгоднейший угол атаки и поддерживает направление движения судна с помощью воздушного 5 и водного 6 рулей, управляя и ручкой управления 36 (на многоместном судне). Таким образом, пилот разгоняет судно до скорости 65-80 км/ч. При этом вектор скорости вымпельного ветра направлен практически по продольной оси крыла-корпуса, так как крыло-корпус 1 имеет несущую площадь 15-20 м², то при нагрузке 15-20 кг/м² крыло-корпус 1 обеспечивает подъемную силу, равную массе судна. Поплавки 9 судна выходят из воды, и оно совершает движение в режиме экранного полета, что соответствует ватерлинии В. Л. 2. (шверты сохраняют контакт с водой).

Для парирования сноса шверты 10 все время находятся в воде. В случае их выхода из воды происходит дрейф судна, падает тяга крыла-паруса 24 и уменьшается подъемная сила крыла-корпуса 1 судна.

При движении обратным курсом пилот снимает барабан 24 с фиксатора 33, переставляет крыло-парус 24 на другую сторону, фиксирует его и осуществляет движение в указанном выше порядке. Маневрирование в процессе движения пилот производит рулями 5 и 6 с помощью педалей и ручки управления, а гиком он управляет крылом-парусом 24. Благодаря незначительной высоте мачты, равной 0,9-1,2 м, предложенное устройство паруса 24 создает незначительный момент крена, который парируется частично подъемной силой крыла-паруса, которая направлена не горизонтально, а под углом 30-45^o вверх. Парирует крен, в основном, момент от перемещения центра давления в сторону, противоположную подветренному крылу-корпусу 24 (фиг. 5). За счет его косого обдува вымпельным ветром центр давления (Ц. Д. ) смещается в сторону, противоположную крену, и выравнивает крыло-корпус 1 над водой. Площадь крыла-паруса 24 для указанного судна (фиг. 1) достаточна, если она равна 4-5 м² при размахе крыла-корпуса до 6 м. На многоместном судне крен парируют с помощью элеронов. А заданную высоту судна выдерживают с помощью руля высоты.

Движение судна на буерном шасси (колесном или на коньках) происходит таким же образом, как и на поплавках 9. Аэродинамическая разгрузка в этом случае происходит до тех пор, пока существует контакт колес или коньков с опорной поверхностью. При подлете судна возникает его дрейф, и исчезает тяга крыла-паруса 24.

Предложенное аэродинамическое судно имеет большое аэродинамическое качество, которое может достигать 20-25 единиц при движении на минимальном удалении от экрана (от поверхности воды), тогда как лучшее парусное вооружение имеет аэродинамическое качество 5-7, а качество всего судна в этом случае - 2-3 единицы.

Формула изобретения

Аэродинамическое судно, содержащее надводный аэродинамический корпус, на котором установлены хвостовое оперение и V-образное жесткое крыло-парус, перекидное с борта на борт вокруг горизонтального шарнира посредством тросов с приводом, а также бортовые водоизмещающие плавучести, отличающееся тем, что надводный аэродинамический корпус выполнен в виде экранопланного крыла малого удлинения, а бортовые опоры - водоизмещающие плавучести снабжены швертами, расположенными на свободных концах этого корпуса, который выполнен с поворотной вокруг вертикального шарнира мачтой с кольцеобразным гиком, при этом вертикальный шарнир мачты расположен на крыле-корпусе на расстоянии от центра тяжести судна, равном ±5% от средней хорды крыла-корпуса, причем горизонтальный шарнир вышеуказанного крыла-паруса расположен по оси его центра тяжести и размещен на вершине поворотной мачты, а левая и правая поверхности V-образного крыла-паруса соединены тросами и тягами с ручкой перекладки паруса, установленной сбоку от сидения пилота, кроме того, мачта выполнена со сквозной полостью и снабжена блоками на ее вершине для проводки через мачту тросов перекладки крыла-паруса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13