Амфибийное транспортное средство на динамической воздушной подушке

Изобретение относится к судостроению и касается создания судов и аппаратов-амфибий на динамической воздушной подушке. Амфибийное транспортное средство (ТС) на динамической воздушной подушке имеет прямоугольную в плане платформу-крыло (П) с удлинением 0,3-0,4 ее длины, закрылком в кормовой части и щитком (интерцептором) на нижней поверхности с возможностью его отклонения вниз и с его осью вращения, размещенной от носовой кромки П на расстоянии не более 0,7 ее длины. Объемные скеги ТС установлены по торцам П параллельно ее продольной оси, а вертикальное оперение расположено в кормовой части скегов. Эластичные пневмобаллоны установлены на нижней поверхности каждого скега. Ходовая рубка ТС расположена на верхней поверхности П в ее диаметральной части. Газотурбинные (турбовентиляторные) поддувные двигатели (ПД) и тяговые двигатели (ТД) находятся соответственно в носовой и кормовой частях каждого скега. ПД снабжены газовыхлопным устройством (ГУ) трубчатой конструкции, направленным в нос ТС. Передняя часть ГУ расположена впереди П, выполнена параллельно ее носовой кромке, снабжена отклоняемыми в вертикальной плоскости соплами (С), установленными параллельно продольной оси П, и закреплена на балке-пилоне, опирающейся на носовые части скегов. Срезы С размещены перед носовой кромкой П на расстоянии не менее 0,15 ее длины. ГУ ТД оборудовано С, установленными с возможностью поворота в горизонтальной плоскости. Технический результат реализации состоит в повышении маневренных характеристик ТС при оптимальном размещении щитка (интерцептора) по его длине и поворота в горизонтальной плоскости сопел ГУ ТД. 3 ил.

 

Изобретение относится к области судостроения и, в частности, касается конструирования судов и аппаратов амфибий с динамическими принципами поддержания.

Известны транспортные средства (ТС), использующие при движении динамическую воздушную подушку. Например, известно транспортное средство на динамической воздушной подушке по патенту РФ №2087351 [1], содержащее корпус, крыло с закрылками, жесткие скеги, расположенные по концам крыла параллельно продольной оси транспортного средства, с установленными в их нижней части пневмобаллонами, эластичную убираемую пневмолыжу, установленную на нижней носовой части корпуса, двухкилевое хвостовое оперение, воздушные винты, расположенные перед крылом на пилоне, установленном с возможностью его поворота, ограждение воздушных винтов в виде криволинейных балок, соединяющих носовые оконечности скегов и корпуса.

Существенными признаками этого транспортного средства, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: крыло с закрылками, жесткие скеги, расположенные по концам крыла параллельно продольной оси транспортного средства с пневмобаллонами в их нижней части, вертикальное оперение.

Известно транспортное средство на динамической воздушной подушке по патенту РФ №2173644 [2], содержащее корпус, крыло с закрылками, скеги, установленные в концевых сечениях крыла параллельно оси транспортного средства, пневмобаллоны, установленные в нижней части скег, пневмобаллон, установленный на нижней поверхности крыла и корпуса в диаметральной плоскости, хвостовое оперение, воздушные винты или турбовентиляторные двигатели, расположенные перед передней кромкой крыла на пилоне, установленном с возможностью его поворота относительно оси, перпендикулярной диаметральной плоскости транспортного средства, вертикальное оперение с рулем направления, стабилизатор, расположенный в верхней части вертикального оперения, ограждение воздушных винтов, выполненное в виде Г-образных консольных балок, ручку управления поворотом пилона и ручку управления поворотом закрылка, расположенные на пульте управления водителя в непосредственной близости друг от друга, причем одна из ручек снабжена фиксатором с возможностью скрепления и раскрепления ее с другой ручкой при их совмещении в одной плоскости. В частном варианте выполнения изобретения на вертикальном оперении установлен маршевый (тяговый) двигатель.

Существенными признаками этого транспортного средства, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: крыло с закрылками, вертикальное оперение, скеги, установленные в концевых сечениях крыла параллельно оси транспортного средства, пневмобаллоны, установленные в нижней части скегов, двигатели для обеспечения тяги и поддува.

Известно транспортное средство на динамической воздушной подушке по авторскому свидетельству СССР №1786768 [3], принятое в качестве прототипа.

Означенное транспортное средство содержит:

фюзеляж с хвостовым горизонтальным оперением, несущее крыло прямоугольной формы в плане с размахом, равным 0,8-1,2 хорды этого крыла, снабженного секционированными, амортизированными и управляемыми закрылками и щитками, установленными в кормовой части крыла, с расположенными на нем двигателями, соединенными перед крылом движителями, выполненными в виде воздушных винтов в кольцевых насадках с управляемыми горизонтальными створками для отклонения воздушного потока от винтов в вертикальной плоскости, смонтированные с торцов крыла боковые скеги, в нижней части которых установлены пневмобаллоны с реданами определенной геометрии и расположения, при этом нижняя кромка пневмобаллона фюзеляжа расположена выше нижних кромок пневмобаллонов боковых скегов, причем наружная оболочка пневмобаллона фюзеляжа выполнена в виде ряда продольных надувных секций, соединенных перемычками.

Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются:

прямоугольное в плане крыло с закрылками и щитками, боковые скеги, смонтированные с торцов крыла параллельно оси транспортного средства, пневмобаллоны, установленные в нижней части боковых скегов.

Недостатками прототипа и вышеприведенных ТС являются:

- сложность конструкции, характеризующаяся наличием горизонтального оперения, устройств и приводов для изменения угла отклонения воздушных струй движителей; это усложнение связано с тем, что крейсерский режим движения известных ТС осуществляется вблизи опорной поверхности (экрана) без контакта с последней и требует обеспечения необходимой стабилизации при высокой скорости движения;

- ограниченные маневренные характеристики ТС на малых скоростях движения и отсутствие возможности маневрирования по курсу и дифференту при полной остановке ТС, что особенно важно для осуществления операции причаливания и отхода от целевого объекта;

- недостаточная эффективность динамической воздушной подушки в режиме движения с поддувом, выражающаяся в относительно низком значении относительной подъемной силы ( где Y - подъемная сила, Р - тяга поддувных двигателей), что приводит к дополнительным энергозатратам.

Сущность заявляемого изобретения, позволяющего устранить указанные недостатки, состоит в упрощении конструкции заявляемого ТС за счет исключения ряда агрегатов и устройств, включая отказ от сложного аэродинамического профиля платформы-крыла, в выборе оптимального удлинения платформы - крыла и положения оси вращения щитка относительно носовой кромки платформы, а также в создании более рациональной системы управления газовыми струями поддувных и тяговых двигателей.

Технический результат, достигаемый при реализации настоящего изобретения, заключается в том, что крейсерский режим движения заявляемого ТС осуществляется на динамической воздушной подушке, создаваемой путем направления газовых струй поддувных двигателей, истекающих из сопел, установленных на газовыхлопном устройстве перед носовой кромкой платформы, в поддувной контур, образованный платформой с опущенным закрылком и скегами с пневмобаллонами.

Подъемная сила на платформе, возникающая при торможении газовых струй в поддувном контуре, обеспечивает весовую разгрузку ТС при минимальных энергетических затратах за счет выбора оптимальных значений удлинения платформы и отстояния среза сопел газовыхлопного устройства поддувных двигателей от носовой кромки платформы.

При этом, в отличие от аналогов [1]-[3], достигаются высокие маневренные характеристики заявляемого ТС на малых скоростях движения по курсу и дифференту с возможностью их реализации при полной остановке ТС за счет оптимального размещения щитка (интерцептора) по длине платформы и установки поворотных в горизонтальной плоскости сопел газовыхлопного устройства тяговых двигателей.

Для ТС [1]-[3] на режиме разбега используется тот же принцип весовой разгрузки, однако в отличие от них заявляемое ТС не имеет режима бесконтактного движения на экране, что позволяет упростить конструкцию ТС: при движении в контакте с водой или твердым экраном (лед, снег, земля и пр.) не требуется иметь крыло с аэродинамическим профилем, горизонтальное оперение, а также конструкции и привода для изменения угла отклонения воздушных струй, присущие аналогам и прототипу.

Существенными признаками заявляемого ТС являются:

- прямоугольная в плане платформа-крыло с закрылками в кормовой части и щитком (интерцептором), установленным на ее нижней поверхности с возможностью его отклонения вниз;

- объемные скеги, установленные по торцам платформы параллельно ее продольной оси;

- вертикальное оперение, расположенное в кормовой части скегов;

- эластичные пневмобаллоны, установленные на нижней поверхности каждого скега;

- ходовая рубка, расположенная на верхней поверхности платформы в ее диаметральной части;

- газотурбинные (турбовентиляторные) поддувные и тяговые двигатели, расположенные соответственно в носовой и кормовой частях каждого скега.

Отличительными признаками, обеспечивающими достижение технического результата в совокупности с изложенными выше существенными признаками, являются:

- наличие поддувных двигателей с газовыхлопным устройством трубчатой конструкции, направленным в нос ТС;

- передняя часть газовыхлопного устройства поддувных двигателей расположена впереди платформы и выполнена параллельно носовой кромке платформы;

- газовыхлопное устройство поддувных двигателей оборудовано отклоняемыми в вертикальной плоскости соплами, установленными параллельно продольной оси платформы;

- передняя часть газовыхлопного устройства поддувных двигателей закреплена на балке-пилоне, опирающейся на носовые части скегов;

- срезы сопел газовыхлопного устройства поддувных двигателей размещены перед носовой кромкой платформы на расстоянии не менее 0,15 длины платформы;

- газовыхлопные устройства тяговых двигателей оборудованы соплами, установленными с возможностью поворота их в горизонтальной плоскости;

- платформа имеет удлинение, равное 0,3-0,4;

- ось вращения щитка (интерцептора) отстоит от носовой кромки

платформы на расстояние не более 0,7 длины платформы.

На фиг.1 схематично показано ТС на виде с носа,

на фиг.2 - ТС на виде сбоку,

на фиг.3 - ТС на виде в плане.

Заявляемое ТС представляет собой прямоугольную в плане платформу-крыло 1 с закрылком 2 в кормовой части. Платформа имеет удлинение (, где b и l - соответственно ширина и длина платформы), равное 0,3-0,4, обеспечиващее получение максимальной относительной подъемной силы поддува (, где Y - подъемная сила, Р - тяга поддувных двигателей) при минимальных затратах мощности поддувных двигателей. Для осуществления балансировки аппарата при различных эксплуатационных массах и центровках ТС с минимальными энергетическими затратами на нижней поверхности платформы 1 установлен щиток 3, ось вращения 4 которого расположена от носовой кромки 5 платформы на расстоянии не более 0,7 ее длины. По торцам платформы параллельно ее продольной оси установлены объемные скеги 6 с эластичными пневмобаллонами 7 в нижней части каждого скега. Для обеспечения устойчивости на курсе в кормовой части каждого скега установлено вертикальное оперение 8. В носовой части каждого скега расположены поддувные газотурбинные (турбовентиляторные) двигатели 9 с газовыхлопным устройством 10 в виде трубчатой конструкции, направленным в сторону носовой оконечности ТС. Передняя часть 11 газовыхлопного устройства выполнена параллельно носовой кромке платформы, оборудована отклоняющимися в вертикальной плоскости соплами 12 и закреплена на балке-пилоне 13, опирающейся на носовые части скегов левого и правого борта. Для обеспечения максимального значения относительной подъемной силы поддува на платформе-крыле в сочетании с оптимальным положением центра давления этих сил срез 14 сопел 12, расположен впереди носовой кромки платформы на расстоянии не менее 0,15 длины платформы. На верхней поверхности платформы в ее диаметральной части установлена ходовая рубка 15. В кормовой части скегов расположены газотурбинные (турбовентиляторные) двигатели 16, газовыхлопные устройства которых оборудованы соплами 17, установленными с возможностью их поворота в горизонтальной плоскости для обеспечения маневрирования ТС по курсу на различных режимах его движения.

Движение ТС осуществляется следующим образом. Для реализации крейсерского режима движения при полной загрузке ТС закрылок 2 в кормовой части платформы опускается вниз. Запускаются поддувные 9 и тяговые 16 двигатели. Газовые струи поддувных двигателей 9 движутся по трубам газовыхлопного устройства 10 и 11 и через отклоненные сопла 12 подаются на нижнюю поверхность платформы 1. В замкнутом контуре, ограниченном сверху и сзади платформой 1 и опущенным закрылком 2, а сбоку - скегами 6 с пневмобаллонами 7, происходит торможение газовых струй и повышение давления под платформой 1, благодаря чему возникает подъемная сила, разгружающая ТС. Увеличиваются обороты тяговых двигателей 16, и осуществляется разгон ТС до крейсерской скорости.

Тот же режим движения ТС, но с меньшей массой (движение «порожнем») и смещенной в нос центровкой, осуществляется дополнительным опусканием щитка (интерцептора) 3, в результате чего величина подъемной силы уменьшается, а центр давления этих сил смещается в нос, то есть обеспечивается балансировка ТС по дифференту.

Для реализации маневренных операций причаливания и отхода от целевого объекта на малой скорости движения или при полной остановке ТС, производится управление ТС по курсу путем поворота в горизонтальной плоскости сопел 17 тяговых двигателей 16, а также по дифференту путем опускания щитка 3 на необходимый угол. При этом закрылок 2 выпущен, а через отклоненные вниз сопла 12 под платформу 1 подаются газовые струи по газовыхлопному устройству 10, 11 поддувных двигателей 9.

Наличие эластичных пневмобаллонов 7 в сочетании с весовой разгрузкой обеспечивают ТС амфибийные качества.

Приведенные выше параметры положения среза сопел газовыхлопного устройства поддувных двигателей, диапазона удлинений платформы-крыла и размещения оси вращения щитка относительно носовой кромки платформы, обеспечивающие достижение поставленной цели изобретения, обоснованы результатами параметрических исследований на специальном поддувном стенде и подтверждены испытаниями буксируемой и радиоуправляемой моделей.

Амфибийное транспортное средство на динамической воздушной подушке, содержащее прямоугольную в плане платформу-крыло с закрылком в кормовой части и щитком(интерцептором), установленным на ее нижней поверхности с возможностью его отклонения вниз, объемные скеги, установленные по торцам платформы параллельно ее продольной оси, вертикальное оперение, расположенное в кормовой части скегов, эластичные пневмобаллоны, установленные на нижней поверхности каждого скега, ходовую рубку, расположенную на верхней поверхности платформы в ее диаметральной части, газотурбинные (турбовентиляторные) поддувные и тяговые двигатели, расположенные соответственно в носовой и кормовой частях каждого скега, отличающееся тем, что поддувные двигатели снабжены газовыхлопным устройством трубчатой конструкции, направленным в нос транспортного средства, причем передняя часть газовыхлопного устройства расположена впереди платформы и выполнена параллельно носовой кромке платформы, снабжена отклоняемыми в вертикальной плоскости соплами, установленными параллельно продольной оси платформы, и закреплена на балке-пилоне, опирающейся на носовые части скегов, а срезы сопел размещены перед носовой кромкой платформы на расстоянии не менее 0,15 длины платформы, газовыхлопное устройство тяговых двигателей оборудовано соплами, установленными с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, при этом платформа выполнена с удлинением, равным 0,3÷0,4 ее длины, с размещением оси вращения щитка от носовой кромки платформы на расстоянии не более 0,7 длины платформы.