Амфибийное судно на сжатом пневмопотоке

Изобретение относится к амфибийным транспортным средствам на динамической воздушной подушке. Амфибийное судно на сжатом пневмопотоке содержит корпус с движительной установкой, выполненной с рулевым устройством, регулирующим нагнетание воздуха в разделительные камеры. Днище выполнено из частей, размещенных под различными углами. Днище имеет по центру полый и сквозной клиновидный редан, выполненный эквивалентно бортовым стенкам скегов, с острой кромкой и под углом к днищу в сторону кормы. При этом между реданом и рулевым устройством для поворота размещена с возможностью поворота и крепления относительно оси створка по высоте редана в начальной его части. Рулевое устройство выполнено щитком в виде независимо поворачивающихся заслонок, смонтированных на общей оси по центру днища и в зоне сопла импеллера. Заслонки выполнены с отверстиями перфорации. Достигается безопасность и простота управления, увеличение скоростных характеристик судна, улучшенная управляемость. 5 ил.

 

Изобретение относится к области создания транспортных средств, использующих динамическую воздушную подушку, обладающих высокопроизводительным свойством компрессора на использовании импеллера, реактивная струя которого направлена для пневмоканала в виде сжатого воздуха под днищем для создания подъемной и тяговой силы, и может быть использовано при создании транспортных средств (ТСВП) для перемещения по воде, снегу и земле, в особенности маломерных судов на воздушной подушке.

Известен летательный аппарат - экраноплан, содержащий фюзеляж, крыло, горизонтальное и вертикальное оперение и воздушно-реактивную силовую установку. Под крылом экраноплана размещено устройство создания воздушной разгрузки и тяги, выполненное в виде проточной камеры, образованной крылом и боковыми ограждениями, причем боковые ограждения камеры установлены на консолях крыла (см. заявку ФРГ №3319127, B60V 1/08, 1983), а также летательный аппарат - экраноплан (см. заявку ФРГ №4010877, В64С 35/00, 1991), кроме того, известны суда (США №5370197, B60V 1/-43, 1994; №2004065772, В64С 21/04, В64С 23/08, 2004) на маломерных судах на воздушной подушке.

Все эти средства достаточно сложны, в особенности при использовании на маломерных судах на воздушной подушке. Кроме того, описанные суда обладают невысокой амфибийностью и мореходностью, при этом возможности движительных установок реализуются не полностью. При этом создание воздушной подушки и тяги недостаточно эффективно при стартовой или малой поступательной скорости транспортного средства, так как установка таких движителей не может реализовать под днищем судна образование сжатого пневмопотока в виде такой струи, которая могла бы стараться обеспечить тем самым судно на старте движения. То есть известные технические решения поддувом воздуха под днище или крыло не обеспечивают полного высокого давления и сжатия при использовании всего сжатого воздуха от силовой установки, в частности импеллера, работающего в режиме компрессора, что ухудшает его силовую установку, а также невозможно в конце канала получить максимальное давление сжатого воздуха для работы пневмоканала в режиме наддува воздуха высокого давления для тяговой силы, обеспечивающей поступательное движение судна.

Устройство вставок и качающейся створки не приспособлено для создания мощных струй и поступления их в пневмоканал, выход воздуха которого связан под днищем, и поток, расширяясь, ударяется непосредственно в толщу водного потока (опорная поверхность). Коэффициент удельной тяги и подъемная сила низки, а затрачивать приходится большую мощность. Кроме того, это связано с применением двигателей, воздушного винта, которые могут создавать достаточную реактивную силу тяги для заполнения сжатым воздухом пространства пневмоканала. Другим основным недостатком является то, что судно обладает недостаточной управляемостью из-за расположения рулевого устройства на выходе под днищем, в связи с чем понижена безопасность его эксплуатации, а также то, что расположенные под днищем рули испытывают большие динамические нагрузки от воды при его поворотах под различными углами (для поворота, разворота) судна. При этом появляются значительные тяговые усилия горизонтальной составляющей тяги, появляются большие явления волнового характера, особенно это заметно на поворотах судна, волны (выплески) которых выходят из-под бортовых скегов. Эти совокупно действующие факторы ведут к почти постоянному раскачиванию судна по вертикали и горизонтали, что влияет на изменение крена, дифферента и курса, создает частые и большие перегрузки на конструкцию судна. Борьба с перегрузками приводит к увеличению собственного веса судна, уменьшению его весовой отдачи и уменьшению скорости движения. Отсюда такое рулевое устройство не может быть размещено в средней части судна с управляющим устройством в целом. Существенным недостатком таких судов является поперечная форма днища с касанием и обтеканием опорной поверхности, например, водой, а также форма самих боковых стенок скегов, которые имеют большое сопротивление движению, и сложность в управлении судном.

Известно судно на воздушной подушке, содержащее корпус, движительную и нагнетательную установки, а также ограждение области воздушной подушки с носовыми и кормовыми подвижными элементами с бортовыми скегами и средним скегом, секционирующим область воздушной подушки на левую и правую отдельные камеры, при этом нагнетательная установка выполнена с рулевым устройством, регулирующим нагнетание воздуха в упомянутые камеры (Патент RU №2097231, B60V 3/06 от 27.11.1997).

Как следует из описания, управление судном на воздушной подушке осуществляется с помощью рулевого устройства, позволяющего регулировать нагнетание воздуха в камеры воздушной подушки таким образом, что при нагнетании в правую камеру 8 такое управление приводит к накренению судна с касанием опорной поверхности бортовым скегом 6. Сила сопротивления, действующая на скег 6, контактирующий с опорной поверхностью, создает момент, разворачивающей судно относительно вертикальной оси. Боковая сила, вызванная углом дрейфа и накренением на внутренний борт при повороте, позволяет осуществлять управление судном.

Однако наряду с достоинством известного судна на воздушной подушке, заключающимся в повышении безопасности эксплуатации судна на воздушной подушке посредством обеспечения его достаточной управляемости, известное судно на воздушной подушке имеет ограничения по его использованию. Действительно, при движении такого судна над водной или ровной твердой поверхностью, например льдом, сохраняются все его достоинства: скорость движения, маневренность, амфибийность. Однако использование такого судна в болотистой местности с выступающими из воды высокими кочками, в местности с зарослями кустарника или над торосистыми льдами и снежными сплоченными заносами, а также песчаными и земляными холмами практически невозможно. Кроме того, создается повышенное сопротивление движению судна вследствие большой поверхности контакта элементов судна с водой, а также в случае перемещения судна по воде в условиях волнения возникает значительное сопротивление.

Известно судно на воздушной подушке, содержащее корпус, нагнетательную установку с рулевым устройством, ограждение области воздушной подушки с носовым и кормовым элементами и бортовыми скегами, снабженными гибкими ограждениями, прикрепленными к их нижней части; эти ограждения уменьшают потери воздуха из области воздушной подушки и соответственно снижают потребный расход воздуха, что повышает экономичность судна (Патент RU №2167775, В60V 3/06 от 15.08.2000).

Недостатком данного судна является то обстоятельство, что при движении судна на воздушной подушке над водой, особенно в условиях волнения, увеличивается площадь контакта наружной поверхности гибкого ограждения с водой, что существенно увеличивает сопротивление движению судна; кроме того, если направление движения волн не совпадает с направлением движения судна, сопротивление по каждому борту судна будет разным; вследствие этого возникает раскачивание судна по ходу его движения, ухудшается устойчивость по курсу.

Известно техническое решение, выбранное в качестве одного из аналогов, - амфибийное судно на сжатом пневмопотоке, создающем давление воздуха под днищем, последнее выполнено из частей под различными углами, створка расположена на передней части корпуса, имеющее руль поворота, при этом в кормовой нижней части корпуса непосредственно перед рулевым устройством днище выполнено с продольным уступом со срезом в сторону носовой части, с воздухозаборным каналом нагнетательного устройства в виде импеллера, воздух из сопла которого подается под углом под днище судна, уступ размещен в нижней средней части кормы по центру днища и образует два пневмоканала с двух сторон от уступа, при этом за соплом импеллера дополнительно закреплена подвижная горизонтальная перегородка на оси вращения для продолжения воздушного канала в сторону уступа со срезом, кроме того, к днищу в зоне уступа с пневмоканалами закреплен поворотный щиток на горизонтальной оси вращения с возможностью его примыкания в закрытом положении к дну уступа, при этом на внешней стороне бортов судна закреплены направляющие в виде выступов-открылок из двух соединенных между собой вертикальных пластин, одна из которых жестко закреплена к борту и является ограничителем против опрокидывания второй пластины на внешнюю сторону, причем вторая пластина имеет ось вращения с возможностью ее поворота и примыкания к скошенному участку нижней части борта судна в сторону днища и подпружинена относительно первой пластины. Кроме того, руль поворота со щитком дополнительно содержит второй щиток, закрепленный шарнирно к первому, и подпружинен относительно первого щитка с возможностью его поворота в вертикальной плоскости (Патент RU №2552581, B60V 3/06 от 10.06.2015).

Однако, несмотря на его широкие возможности, при управлении этим транспортным средством узкие многоканальные пневмоканалы разделены уступом с наклоном по центру днища судна в кормовой части, дают возможность разделения воздушного потока от импеллера и поступления в два закрытых пневмоканала. При этом руль поворота закреплен со стороны глухой части уступа сзади кормы и к вертикальной оси вращения закреплен вертикальный щиток, отклоняющий воздушный поток и одновременно погруженный в воду, которая оказывает большое динамическое воздействие на его боковую плоскость, и сложность составного руля в виде двух соединенных механически между собой пластин руля. При этом в движении и особенно при поворотах судна (вправо или влево), сзади кормы скоростной водно-воздушный поток ударяется о плоскость щитков и его вертикальную ось, происходят в открытой части кормы восходящие потоки воды (отсутствует прикрытие сверху) и воздуха (смешанные) вверх непосредственно сзади открытой части кормы, что вызывает фонтанирование и залив части палубы судна сзади. Кроме того, при вертикальном перемещении руля поворота снижается вертикальная устойчивость и уменьшается безопасность управления, так как руль по своей конструкции сложен и требует некоторого его усовершенствования (модификации), в частности ограничения угла отклонения вправо или влево при повороте на большой скорости движения судна, создаваемой работой мощности двигателя, особенно, когда судно в движении достигает крейсерской скорости, что подтвердили натурные испытания построенного опытного образца (натурные испытания - это тот фактор, который указывает на необходимость дополнительной разработки устройства, и их необходимо учитывать для внедрения в производство). Иначе говоря, для устранения фонтанов и брызг после действия таких возмущений водно-воздушных потоков при крейсерской скорости, для повышения КПД такие скоростные характеристики могут быть реализованы лишь размещением в средней части судна в сторону импеллера щитка управления в виде двух независимо поворачивающихся заслонок, смонтированных на общей оси по центру днища, с отверстиями перфорации, наружная поверхность которых выполнена изогнутыми пластинами в виде оребрения.

Кроме того, необходимо иметь устройство простого и надежного способа движения амфибийного судна из-за наличия воздействия динамических усилий на плоскость поворотного щитка и создать переход положения руля для разных его угловых перемещений для того, чтобы амфибийное судно перешло в контролируемое движение при достижении крейсерской скорости. Рост объема воздуха от мощности двигателя увеличивается, и его объем используется в управлении судном. Это, в свою очередь, влияет также на маневренность судна, в общем случае для изобретения. Иначе говоря, решается задача по обеспечению увеличения устойчивости и управляемости амфибийного судна на пневмопотоке при высоких его скоростях, повышение экономичности судна.

В результате проведенного патентного поиска из уровня техники известны воздушные сани, а именно транспорт с воздушными винтами, создающими давление воздуха под днищем и двигающими транспорт, с юбкой, удерживающей воздух под плоским днищем, и поплавками, поддерживающими транспорт на воде, днище выполнено из частей под различными углами для расположения под днищем поворачивающихся колец с крыловидными вставками, создающими реактивную тягу транспорта вперед при обтекании воздушным потоком, создающим динамическое давление на профильную часть днища с экранопланным эффектом и реактивное давление на качающиеся створки, расположенные на передней части транспорта (Патент RU №2478502, B60V 1/04, В62В 15/00 от 10.04.2013).

Недостатками известного транспортного средства на динамической воздушной подушке с воздушными винтами и управления им являются низкая продольная устойчивость и недостаточная безопасность движения судна, в частности, на поворотах при больших скоростях движения судна.

Это объясняется следующим.

1. Присутствует прогрессирующая неустойчивость, во-первых, закрепленных раздельно двух и качающихся створок для пропуска под днище воды, во-вторых, при ручном управлении на выходе под днищем рулей, отклоняющих воздушный поток для поворота устройства, большое динамическое воздействие на цельную плоскость руля вызывает трудности в управлении и удержании для заданного угла поворота судна в движении.

2. Разделенные водно-воздушные потоки под днищем, еще не доходя до конца кормовой части, обеспечивают потери скоростных характеристик судна в движении, снижается КПД, возникает раскачка судна и его неустойчивость, происходит большой выброс накопившейся энергии, т.е. фонтанирование водно-воздушного потока сзади кормовой части судна, происходит залив палубы его при скоростном движении судна, особенно это будет заметно на поворотах вправо или влево. Таким образом, поворотный руль сзади кормы создает отрицательные явления гидродинамики сил давления на всю плоскость поворота руля непосредственно под днищем сзади кормы, в свою очередь, это может послужить причиной возникновения аварийной ситуации, если не учитывать и рост объема воздуха от мощности, создаваемой двигателем.

Иначе говоря, при изменении траектории установившегося водно-воздушного потока при крейсерской скорости судна в движении и на поворотах при управлении экипажем нарушится безопасность судна в движении, возникают сложности в управлении судном с большими скоростными характеристиками и большие динамические воздействия на устройство рулей, т.е. известное устройство требует серьезного подхода к конструированию. Кроме того, также техническая задача предложенного решения - увеличить тягу в движении судна при работе импеллера в движении судна. Таким образом, известное устройство требует усовершенствования конструкции, создает трудности и имеет ухудшенную эффективность, низкий КПД и недостаточную динамику тяговой силы в различных условиях применения.

Задачей заявляемого изобретения является устранение упомянутых недостатков; безопасность и простота управления при скоростных характеристиках для амфибийного судна, его практической реализации и для устройства тяговой силы, а также увеличение скоростных характеристик в движении судна, кроме того, обладающего высоким КПД и лучшей управляемостью.

Технический результат - управление водовоздушными потоками, уменьшение рыскания судна и повышение его устойчивости по курсу, т.е. расширение функциональных возможностей известного судна на воздушной подушке.

Указанный технический результат достигается тем, что в амфибийном судне на сжатом пневмопотоке, содержащем корпус с движительной установкой, создающей давление воздуха под днищем и двигающей судно, днище выполнено из частей, расположенных под различными углами, створку, согласно изобретению движительная установка выполнена с рулевым устройством, регулирующим нагнетание воздуха в разделительные камеры, днище имеет по центру полый и сквозной клиновидный редан, выполненный эквивалентно бортовым стенкам скегов, с острой кромкой и под углом к днищу в сторону кормы, при этом между реданом и рулевым устройством для поворота размещена с возможностью поворота и крепления относительно оси створка по высоте редана в начальной его части, при этом рулевое устройство выполнено щитком в виде независимо поворачивающихся заслонок, смонтированных на общей оси по центру днища и в зоне сопла импеллера, при этом заслонки выполнены с отверстиями перфорации, наружная поверхность которых выполнена изогнутыми пластинами в виде оребрения, свободный конец каждой из которых расположен в сторону движения потока воздуха, причем каждое подвижное устройство может находиться в рабочем положении в одной вертикальной плоскости с реданом, при котором они образуют продольную общую стенку с продольными каналами для нагнетания воздуха под днище корпуса, а также образуют и в рабочем положении каждое рулевое устройство для поворота судна.

Указанные отличия являются существенными, так как происходит контакт полого и сквозного клиновидного редана с водной поверхностью, размещенного под днищем судна, что позволяет избежать негативного разрежения, которое возникает на подводном корпусе в этом районе при движении судна и будет по крайней мере равно нулю, а следовательно, уменьшит суммарное сопротивление воды движению судна.

Следует отметить, что установка в конце острия редана и независимо поворачивающихся двух заслонок, смонтированных на общей оси по центру днища, наружная поверхность которых выполнена изогнутыми пластинами в виде оребрения, позволит улучшить мореходные качества судна, в частности уменьшить продольную раскачку судна на встречном волнении, а также повысить эксплуатационные характеристики под углом их расхождения навстречу воздушному потоку, и позволяет осуществлять управление курсом судна, вызванным углом дрейфа и наклоном на внутренний борт скега при повороте. При этом одновременно увеличивается нагнетание воздуха в противоположную камеру днища судна. Импеллер размещен в носовой оконечности, и точка приложения силы находится впереди центра масс судна, что обеспечивает создание соответствующего разворачивающего момента, связанного с поворотом заслонок в зоне сопла. Кроме того, динамически устойчивыми рулями (заслонками) по вертикали внутри днища судна также следует считать и назначения угла их поворота (расхождения или схождения между собой) в ту или иную сторону поворота заслонок по вертикали. При этом заслонки расположены в сторону сопла импеллера с минимальными сопротивлениями при их схождении между собой (складываются в одну вертикаль). Сохраняется высоконапорное давление сжатого воздуха в пневмоканалах на всем протяжении пути движения судна, что дает возможность снизить потребность мощности импеллера, используемого для создания формирующего газодинамическую струю воздуха высокого давления и сохранения его, когда движение судна происходит по прямолинейному пути движения. В отношении того, что касается поворотов судна, то здесь наступает момент, когда необходимо выдвигать в ту или иную сторону одну или обе заслонки под днищем судна на поворотах. Боковая сила, вызванная углом дрейфа и наклоном на внутренний борт при повороте, позволяет осуществлять управление курсом судна одновременно с уменьшением нагнетания воздуха в противоположную камеру, разделенную двумя рулями, совмещенным с расположением клиновидного редана в сторону кормы. При управлении амфибийным судном на сжатом пневмопотоке учитывается комплекс сил и моментов, обусловленных работой рулевыми устройствами судна, обеспечивается эффективность и безопасность маневрирования его в режиме движения на воздушной подушке.

Таким образом, струю воздуха можно направлять в любой боковой канал под днищем судна в сторону кормовой части его, соответственно управлять на большом ходу движения вправо или влево, а также подавляются внутренние возмущающие факторы под днищем судна между боковыми стенками скегов.

При этом такая конструктивная компоновка рулевого щитка, выполненного в виде двух независимо поворачивающихся заслонок, смонтированных на общей оси по центру днища, и их конструктивная форма выполнения боковой поверхности с изменением расстояния между ними позволяют повысить управляемость судна на высоких скоростях.

Соответственно, при этом продольный полый сквозной редан образовывает разрежение при движении судна и всасывает воздух под днище и воздушная смазка уменьшает сопротивление трения корпуса в сторону кормовой части, что значительно увеличивает скорость. Минимальный дифферент и воздушная смазка позволяют судну практически с началом движения выходить на глиссирование. При этом поворотное устройство, выполненное в виде створки, находится в толще потока воды в рабочем положении, касаясь водной поверхности при движении судна прямолинейно по курсу, и выступает в роли киля в одной вертикальной плоскости с клиновидным реданом. Таким образом, это также придает судну горизонтальное устойчивое положение и позволяет судну плавно скользить при движении по воде при условии соблюдения скоростного режима.

Торможение такого судна осуществляется посредством увеличения силы сопротивления движению судна, действующей на выдвижные заслонки при их расхождении в сторону каждого из бортовых скегов посредством увеличения силы сопротивления движению судна, действующей на скеги, при уменьшении подачи воздуха в обе камеры импеллером и для поворота створки на малой скорости судна, которая расположена непосредственно в толще воды перед соплом импеллера.

Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявляемому изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».

Реализация отличительных признаков изобретения обуславливает появление важных новых свойств объекта: происходит отклонение струи воздуха при контакте под днищем с заслонками в ту или иную сторону, имеющими отверстия перфорации, наружная поверхность которых выполнена вышеуказанным конструктивным оребрением соответственно каждой заслонки. Воздушный поток, имеющий скорость одновременно и непрерывно с двух сторон, но с разными давлениями на боковую поверхность заслонок, обеспечивает уменьшение динамического воздействия при их повороте на разный угол поворота судна в зависимости от массы струи поступления в тот или иной канал днища судна. Изменения заслонки делителя в виде щитка, установленного в сопле импеллера, подающего сжатый воздушный поток, регулируют скорость в каналах под днищем судна, одновременно поворачиваясь в ту или иную сторону на поворотах в сторону бортов скегов, т.е. получаем разницу сил давления на каждую заслонку, уменьшается и разница между сопротивлением движению судна по каждому борту, соответственно рыскание судна и увеличивается устойчивость по курсу поворота.

Заявителем не выявлены какие-либо источники информации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Изложенное выше позволяет, по мнению заявителя, сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг. 1 схематически изображено предлагаемое судно на сжатом пневмопотоке;

на фиг. 2 дан вид сбоку предложенного амфибийного судна на сжатом пневмопотоке;

на фиг. 3 схематично изображено предлагаемое судно, вид снизу, изометрия;

на фиг. 4 - щиток, выполненный в виде независимо поворачивающихся заслонок, смонтированных на общей оси, в развернутом виде сечение;

на фиг. 5 - схема выполнения поверхности заслонки с изогнутыми пластинами в виде оребрения, вид сбоку.

Амфибийное судно на сжатом пневмопотоке содержит импеллер 1, расположенный в носовой части судна, где движение происходит в закрытом пространстве, корпус крепления 2 и переходной участок 3 с образованием сопла 4. В результате этого увеличивается давление воздуха на выходе. Сопло 4 по длине соединено с основанием дна воздухозаборных каналов 5 и 6, которые разделены между собой створкой 7 с осью 8 поворота их, с полым и сквозным клиновидным реданом 9 с острой кромкой, расположенным под углом к днищу в сторону кормы. Рулевое устройство выполнено в зоне сопла 4, в котором установлен щиток 10 (делитель), выполненный в виде двух независимо поворачивающихся заслонок 11, смонтированных на общей оси 12. Наружная плоскость каждой заслонки 11, со стороны движения воздуха, выполнена с отверстиями 13 перфорации, в которые жестко закреплены изогнутые пластины 14, выполненные в виде оребрения ее плоскости в шахматном или ином расположении с отверстиями перфорации. Поворот рулевых устройств 7 и 10 может быть с помощью применения конструкции с горизонтальной рейкой (не показано), выполненной поверху в виде зубчатых выступов, узел которых связан с каждой осью вращения 8 и 12 поворотных рулей (не показано). Таким образом, плоское днище в поперечном сечении может быть выполнено как плоским, так и в форме перевернутого полукруга (не показано) и ограничено с боков скегами, которые с внешней стороны выполнены углом с уменьшающимися основанием в сторону касания опорной поверхности с двумя прямолинейными каналами 5 и 6, разделенными поворотными устройствами 10, 7 и клиновидным реданом 9, что дает возможность свободного и сжатого прохода разделенной части воздушного потока, соединяющегося в конце острия кромки редана 9 в кормовой части судна, что образует общий выход пневмопотока в атмосферу. Данная форма днища пневмоканалов, редана и боковых стенок скегов позволяет обладать хорошей остойчивостью судна, что позволяет уверенно себя чувствовать как при волнении поверхности воды (на волнах), так и при управлении судном на воздушной подушке комплексом появляющихся сил и моментов, обусловленных работой рулевого устройства 10 судна. Рулевые устройства 7 и 10 с осями 8 и 12 снабжены на палубе судна регулируемыми тягами (например, аналогично рулю автомобиля).

В закрытом положении обе заслонки 11 расположены в одной вертикальной плоскости с клиновидным реданом 9 и в одном направлении в сторону размещения створки 7 (руля) в вертикальном положении на осях крепления 12 и 8. Рулевые устройства не мешают эксплуатации судна в зимних условиях, при движении по земле, льду или снегу, а также и на воде, что позволяет осуществлять управление курсом судна. Руль 7 и редан 9, выпущенные в воду нижними кромками, дают возможность погружаться на большую глубину в воде, а возможность полого и сквозного редана 9 образовывать разрежение, которое всасывает воздух из воды, обеспечивает воздушную смазку, которая уменьшает сопротивление трения нижней кромки (части) редана.

Во время движения судна для обеспечения поворотов обычно используют рулевые устройства судна, которые связаны со штурвалом экипажа на палубе (аналогично рулю автомобиля).

Форма конструкции рулей 7 и 10, положение заслонок 11, их конструктивные размеры и расположение в закрытом сопле импеллера позволяют обеспечить повороты судна при развороте заслонок относительно вертикальной общей их оси 12 и относительно каждого из каналов 5 и 6 в режиме выпуска пневмопотока, управляя судном на больших скоростях движения и поворота. Все это в целом вызывает экономичность амфибийного судна в сравнении с известным техническим решением и обеспечивает надежность судна.

Естественно, что взаимосвязь всех элементов под днищем судна, а также форма выполнения рулевых устройств с учетом использования импеллера позволяют существенно учитывать режим динамически стабилизированного выпуска пневмопотока в каналах, управляя в носовой закрытой части судна, и точка приложения этой силы находится впереди центра масс судна, что обеспечивает создание соответствующего разворачивающего момента.

Амфибийное судно на сжатом пневмопотоке работает следующим образом.

На стоянке это судно опирается на бортовые скеги и дно судна. Для поступательного движения судна в действие приводится импеллер 1. При работе импеллер (движитель) создает горизонтальную тягу, воздух подается в сопло 4 и делится на два потока щитком 10 (делителем). Воздушный поток, обтекая щиток 10 (рулевое устройство), создает увеличенную силу тяги и, расширяясь перед кормовой частью за счет уменьшения стенки клиновидного редана, выходит сзади кормовой части.

Управление судном на пневмопотоке осуществляется с помощью рулевого устройства 10, выполненного в виде двух независимо поворачивающих заслонок 11, смонтированных на общей оси 12 таким образом, что при правом повороте уменьшается нагнетание в левую камеру 5, так как заслонка перекрывает воздух в левую камеру 5, а правая заслонка 11 в это время расположена по продольной оси, совпадающей с клиновидным реданом 9 по центру днища судна, и увеличивается нагнетание воздуха в правую камеру 6. Такое управление приводит к накренению судна с касанием опорной поверхности бортовым скегом. Сила сопротивления, действующая на правый скег и одновременно на створку 7 и клиновидный редан, контактирующие 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 5, расположенную на стороне поворота, увеличивается нагнетание воздуха во вторую камеру 6. При этом достигается повышенный угол крена и возрастает величина бокового усилия от разницы в нагнетании воздуха в обе камеры 5 и 6, действующей на судно при управлении им.

В результате поворота потока воздуха, например поворот левой заслонки 11, на заслонку 11 с отверстиями 13 перфорации с изогнутыми пластинами 14 в виде оребрения на внешней плоскости (со стороны скега) реализуется частичная пропускная способность воздуха вовнутрь канала 5, одновременно через правую заслонку 11, размещенную в одной плоскости со створкой 7 и реданом 9, сжатый поток также частично проходит через отверстия 13 с изогнутыми пластинами 14 в виде оребрения со стороны другого скега (справа) со стороны канала 6, в сторону и навстречу потоку воздуха с малым расходом в канале 5. Происходит взаимодействие этих потоков воздуха, смешиваясь с водой, т.е. в этом канале 5 контактирует лишь небольшая часть воздуха, в результате чего в процессе поворота руля 10 существенно уменьшается сопротивление воздуха на разворот левой заслонки 11, расположенной в сопле 4, в условиях выходящего сжатого потока от импеллера 1, и точка приложения этой силы находится впереди центра масс судна, что обеспечивает создание соответствующего разворачивающего момента. Таким образом, между заслонками 11 внутри них происходит в какой-то степени эффект эжектируемого воздуха, влияющего на усилие поворота каждой из заслонок поворота 5 или 6 в ту или иную сторону скегов, поверхность заслонок снабжена оребрением, что позволяет повысить надежность работы поворотного руля 10 с меньшими усилиями, так как регулируютскорость воздушного потока в сопле 4, поступающего от импеллера. В то же время не допускается выплесков воды за борта скегов при больших скоростях движения и поворота, так как они прикрыты сверху замкнутым соплом 4. Кроме того, при движении судна по курсу створка 7 и редан 9 выступают в роли киля.

Для перехода с максимального режима движения на малый ход судна уменьшают обороты двигателя импеллера 1 и одновременно створку 7 поворачивают на вертикальной оси 8, изменяя сопротивление движению в воде для поворота (разворота) судна на малом ходу. Заслонки 11 складывают (совмещают) с помощью общей оси 12 в одну вертикальную стенку, совпадающую с продольным расположением клиновидного редана 9. Поскольку руль 7 расположен под днищем судна ближе к рулевому устройству 12 и на одном уровне в начале торца редана 9, это не создает фонтанирования части струй вверх, и они не выходят за пределы самой кромки скегов, так как прикрыты сверху днищем судна. Следует отметить, что для управления поворотом судна возможно использовать одновременно руль 7, соответственно с поворотом потока воздуха в ту или иную сторону.

Для торможения используются также заслонки 11 на общей оси 12, которые раздвигаются в разные стороны к боковым скегам, используя уменьшенные обороты двигателя импеллера 1, до его полной остановки.

Кроме того, следует отметить, что давление в обеих камерах при поворотах судна соответственно меняется, это следует из управления расхода, пропорционально отношению сечения в сопле 4 за счет перекрытия створкой 11 прохода воздуха от импеллера 1, т.е. скорость выхода воздуха в одном из каналов может достигать максимальной.

Для перемещения створок и обтекания поверхности с оребрением (полного или частичного открытия) основным критерием является поворот оси из одного крайнего положения в другое, а также связанное с поперечной шириной днища судна, обеспечивающим его поворот (разворот) в движение по воде по курсу. Поэтому с водой контактирует лишь небольшая часть створки и клиновидного редана в сторону кормы, что существенно уменьшает сопротивление движению судна, даже в условиях волнения; в результате уменьшается рыскание судна, улучшается его устойчивость по курсу, а это обеспечивает пассажирам и экипажу комфортность при движении с высокой скоростью по волнам.

Совокупность признаков и степень раскрытия сущности изобретения достаточны для его практической реализации при разработке и изготовлении амфибийного судна на сжатом пневмопотоке. Предлагаемое техническое решение может быть использовано при создании быстроходных маломерных судов, также способных двигаться по воде, снегу, льду и грунтовым поверхностям.

Амфибийное судно на сжатом пневмопотоке, содержащее корпус с движительной установкой, создающей давление воздуха под днищем и двигающей судно, днище выполнено из частей, размещенных под различными углами, створку, отличающееся тем, что движительная установка выполнена с рулевым устройством, регулирующим нагнетание воздуха в разделительные камеры, днище имеет по центру полый и сквозной клиновидный редан, выполненный эквивалентно бортовым стенкам скегов, с острой кромкой и под углом к днищу в сторону кормы, при этом между реданом и рулевым устройством для поворота размещена с возможностью поворота и крепления относительно оси створка по высоте редана в начальной его части, при этом рулевое устройство выполнено щитком в виде независимо поворачивающихся заслонок, смонтированных на общей оси по центру днища и в зоне сопла импеллера, при этом заслонки выполнены с отверстиями перфорации, наружная поверхность которых выполнена изогнутыми пластинами в виде оребрения, свободный конец каждой из которых расположен в сторону движения потока воздуха, причем каждое подвижное устройство может находиться в рабочем положении в одной вертикальной плоскости с реданом, при котором они образуют продольную общую стенку с продольными каналами для нагнетания воздуха под днище корпуса, а также образуют и в рабочем положении каждое рулевое устройство для поворота судна.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области подводного кораблестроения, в частности к двухкорпусным подводным лодкам. Предложена подводная лодка с герметичным прочным и легким корпусами.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при конструировании судов, использующих динамическую воздушную подушку. Предложено устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке, содержащее корпус, нагнетатель воздуха высокого давления, рулевое устройство, бортовые скеги, при этом днище обтекаемого корпуса защищено слоем материала, выполненного со свободно выступающими одним концом отдельными упругими стержнями и/или волокнами, изготовленными из упругих полиэтиленовых материалов в виде щетки, скрепленных жестко с защитным покрытием материала.

Изобретение относится к области гидродинамики судна. Предложено судно с гидродинамическим каналом управления потоком на носу этого судна, причем канал содержит пару боковых стенок (2, 3) с частью крылового профиля на каждой стороне носа судна, соединенных с горизонтально ориентированным или наклонным участком (1) стенки с частью крылового профиля, причем канал выполнен с возможностью перемещения в вертикальном направлении между положением (а) и положением (b) и способствует уменьшению волнообразования и фрикционных сопротивлений за счет дифференцирования потока в нем от потока вне канала во взаимодействии с носом судна, имеющим горизонтально простирающиеся прямолинейные или выпуклые боковые стенки (102, 103).

Изобретение относится к области судостроения, в частности к конструированию корпусов судов с газовыми днищевыми кавернами. Предложен корпус судна, который имеет надводный корпус и подводный корпус с криволинейными бортами ниже конструктивной ватерлинии, сходящимися к носу.

Изобретение относится к способам снижения лобового сопротивления аппаратов на статической воздушной подушке и касается транспортных средств с малым отношением длины к ширине.

Изобретение относится к области судостроения и морского транспорта, в частности касается транспортировки тяжеловесных и крупногабаритных морских подводных объектов.

Изобретение относится к области судостроения и касается профилирования обводов корпусов судов. Предложен корпус водоизмещающего судна несимметричной формы с криволинейным несимметричным днищем, имеющим вытянутую изогнутую каплевидную форму, с перпендикулярными или частично наклонными к основной плоскости бортами, а также с округлой носовой и заостренной кормовой частями, оконечность кормы подвижна относительно вертикальной оси.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судам - носителям плавучих средств, например глубоководных исследовательских аппаратов. Предложено судно тримаранного типа с аутригерами - энергетическими модулями, состоящее из основного корпуса, двух боковых плавучестей - аутригеров и соединяющих их с корпусом надводных мостов.

Изобретение относится к судостроению, в частности к надувным гидроциклам. Надувной гидроцикл со стационарным транцем содержит центральный несущий баллон и U-образный бортовой баллон.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судам с лопастными гребными колесами. Предложено мелкосидящее судно с лопастными колесами, состоящее из корпуса, двигателей, силовых трансмиссий, лопастных колес, закрепленных на гребных валах, установленных перпендикулярно направлению движения судна, водопроточных каналов и рулевого устройства, причем корма судна выполнена в виде двух сквозных водопроточных каналов, разделяющих днище на три водоизмещающие секции, на которых установлены опоры двух гребных валов с закрепленными на них лопастными колесами, состоящими из двух параллельных друг другу прочных дисков с установленными между ними изогнутыми лопастями, расположенными по нескольким разноудаленным от вала диаметрам так, что при вращении колес они следуют друг за другом, переливая воду на более отдаленные от вала лопасти, и входят в воду под прямым углом в безударном режиме.

Изобретение относится к ледокольным работам. Предложен способ разрушения ледяного покрова судном на сжатом пневмопотоке путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн при его движении, причем одновременно с поступательным движением судна создают дополнительную нагрузку на лед, направленную вниз, формирующую газодинамическую струю от нагнетания импеллером высокого давления, сопло которого расположено под днищем корпуса под углом в вертикальной плоскости к продольной оси судна и перпендикулярно - к горизонтальной, от закрепленных подвижных горизонтальных перегородок на оси вращения, расположенных в носовой и кормовой частях судна посредством одновременной дифферентовки судна на корму, при этом струю высокого давления выбирают достаточной для создания максимального дифферента судна на корму, возникающего от давления газодинамической струи при заданной высоте открытия подвижных горизонтальных перегородок, которые создают аэродинамическую подъемную силу на носовую часть судна.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при конструировании судов, использующих динамическую воздушную подушку. Предложено устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке, содержащее корпус, нагнетатель воздуха высокого давления, рулевое устройство, бортовые скеги, при этом днище обтекаемого корпуса защищено слоем материала, выполненного со свободно выступающими одним концом отдельными упругими стержнями и/или волокнами, изготовленными из упругих полиэтиленовых материалов в виде щетки, скрепленных жестко с защитным покрытием материала.

Изобретение относится к области создания транспортных средств, использующих динамическую воздушную подушку, и касается транспортных средств для перемещения по воде, снегу и земле, в особенности маломерных судов на воздушной подушке.

Изобретение относится к ледотехнике, в частности к судам на воздушной подушке, разрушающим ледяной покров путем возбуждения в нем резонансных изгибно-гравитационных волн.

Изобретение относится к области судостроения и касается судов с динамическими принципами поддержания. Предложено аэродинамическое судно, которое содержит корпус с продольными боковыми отсеками, имеющими верхние и нижние решетки, в которых размещены движители вертикального подъема.

Изобретение относится к спасательным судам на воздушной подушке и касается конструкции корпусов спасательных судов. Спасательное судно на воздушной подушке содержит звукопоглощающий элемент металлического штампосварного каркаса малошумной судовой каюты, в котором установлены пакеты звуковибротеплоизоляционных элементов.

Изобретение относится к спасательным судам на воздушной подушке и касается конструкции корпусов спасательных судов. Спасательное судно на воздушной подушке содержит звукопоглощающий элемент металлического штампосварного каркаса малошумной судовой каюты, в котором установлены пакеты звуковибротеплоизоляционных элементов.

Изобретение относится к области судостроения и касается конструирования корпуса судна туннельно-скегового типа. В предлагаемом корпусе судна туннельно-скегового типа, имеющем надводный и подводный корпуса с криволинейными бортами ниже конструктивной ватерлинии и днище с продольным туннелем, выполненным с верхним подковообразным сводом и вертикальными стенками, подвижное ограждение носовой оконечности выполнено по типу убирающейся многослойной балаклавы, имеющей механизм подъема и опускания, подвижное ограждение кормовой оконечности выполнено в виде плоскостной системы сложенных вдвое и зафиксированных перегибами на стержне и/или на трубе эластомерных полотен, свободными концами лежащих друг на друге, два нагнетателя воздуха высокого давления смонтированы вблизи носовой и кормовой оконечности судна на осях с возможностью фиксированного отклонения от вертикали до 30° каждого в продольной плоскости судна, движители водометного типа в подводных корпусах выполнены по полой проточной схеме, когда роторная часть движителя несплошная кольцевая встроена в статорную часть.

Изобретение относится к судам на воздушной подушке скегового типа. Судно на воздушной подушке представляет собой П-образный в поперечном сечении корпус, имеющий в носовой и кормовой оконечностях гибкие ограждения или жесткие механические заслонки и снабженный системой нагнетателей воздуха под днище корпуса судна.

Изобретение относится к транспортным средствам на воздушной подушке. Транспортное средство содержит нагнетатель воздуха высокого давления под плоское днище между поплавками, образующими юбку.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при конструировании судов, использующих динамическую воздушную подушку. Предложено устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке, содержащее корпус, нагнетатель воздуха высокого давления, рулевое устройство, бортовые скеги, при этом днище обтекаемого корпуса защищено слоем материала, выполненного со свободно выступающими одним концом отдельными упругими стержнями и/или волокнами, изготовленными из упругих полиэтиленовых материалов в виде щетки, скрепленных жестко с защитным покрытием материала.

Изобретение относится к амфибийным транспортным средствам на динамической воздушной подушке. Амфибийное судно на сжатом пневмопотоке содержит корпус с движительной установкой, выполненной с рулевым устройством, регулирующим нагнетание воздуха в разделительные камеры. Днище выполнено из частей, размещенных под различными углами. Днище имеет по центру полый и сквозной клиновидный редан, выполненный эквивалентно бортовым стенкам скегов, с острой кромкой и под углом к днищу в сторону кормы. При этом между реданом и рулевым устройством для поворота размещена с возможностью поворота и крепления относительно оси створка по высоте редана в начальной его части. Рулевое устройство выполнено щитком в виде независимо поворачивающихся заслонок, смонтированных на общей оси по центру днища и в зоне сопла импеллера. Заслонки выполнены с отверстиями перфорации. Достигается безопасность и простота управления, увеличение скоростных характеристик судна, улучшенная управляемость. 5 ил.

Наверх