Устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке
Изобретение относится к области создания транспортных средств, использующих динамическую воздушную подушку, и касается в особенности маломерных судов на пневмопотоке. Предложено устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке, содержащее днище, выполненное из частей под различными углами, руль поворота, продольный воздухозаборный канал нагнетательного устройства в виде импеллера, воздух из сопла которого подается под днище судна, пневмоканалы, отличающееся тем, что днище расположено между боковыми скегами на некотором расстоянии выше нижних опорных концов скегов, при этом продольный воздухозаборный канал в виде сопла имеет свое продолжение в сторону расширяющегося днища судна со скегами, между которыми образован закрытый пневмоканал с прямоугольным днищем, также расположенным на некотором расстоянии выше нижних опорных концов скегов, заканчивающийся, не доходя до кормовой части, в которую поступает от источника сжатый воздух, дно закрытого пневмоканала, расположенного между скегами, которое выполнено повторяющим форму днища корпуса, выполнено по всей длине с поперечными выпускными каналами под углом 30-60° в сторону кормы, при этом они выполнены с дополнительными наклонными плоскостями, разделенными в средней части посредством горизонтальной оси вращения, прикрепленной к стенкам выпускных каналов, кроме того, верхняя часть наклонной плоскости внутри закрытого пневмоканала имеет козырек, направленный навстречу воздушному потоку, с возможностью закрытия поперечных выпускных каналов в днище закрытого пневмоканала, а нижняя часть выполнена с козырьком, направленным в сторону кормы, с возможностью прилегания к нижней части днища, кроме того, оси вращения наклонных плоскостей связаны между собой рычагами для перемещения наклонных плоскостей в вертикальной плоскости одновременно с помощью гидропривода управления. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик судна. 2 з.п. ф-лы, 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 пневмоканалов 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 пневмопотоке.
В настоящее время известны различные способы и средства управления судами на воздушной подушке.
Известно устройство для создания подъемной силы посредством непрерывно вращающегося импеллера, содержащее импеллер, кожух, с открытой нижней частью расположенной вблизи периферии импеллера на стороне создания противоподъемной силы таким образом, чтобы закрывать сторону создания противоподъемной силы, оставляя открытой сторону создания подъемной силы, полость выполненную на периферии вала импеллера, и неподвижную полуцилиндрическую перегородку, расположенную в полости импеллера вблизи внутренней периферии импеллера на стороне создания подъемной силы (Патент RU №2252898, В64С 11/00, 11/48, 23/00 от 10.08.2004).
Также описан способ создания разгрузки и тяги для скегового транспортного аппарата на динамической воздушной подушке, содержащий несущее крыло-центроплан и стартовую маршевую установку с размещенными перед указанным крылом на пилоне поддувными двигателями, сопла которых выполнены с установленными под углом к горизонту отклоняющими насадками, верхняя поверхность крыла выполнена с поперечным уступом, который смещен в сторону носа от плоскости миделевого сечения, каждый, из которых расположен против одного из сопел поддувного двигателя, причем угол наклона каждого из направляющих каналов больше угла наклона соответствующей насадки по отношению к горизонту (Патент RU №2057664, B60V 1/08 от 10.04.1966).
Известны воздушные сани 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 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, B60V 15/00 от 20.06.2012).
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 ограждения камеры установлены на консолях крыла (см. заявку DE №3319127, B60V 1/08), кроме того, известно судно (US №2004065772, B60V 21/04, В64С 23/08 от 08.04.2004).
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. То есть известные технические решения с поддувом воздуха под днище или крыло не обеспечивают полного высокого давления и сжатия при использовании всего сжатого воздуха от силовой установки, в частности от импеллера, работающего в режиме компрессора, что ухудшает его силовую установку, а также невозможно в концевой части кормы получить дополнительное центральное давление сжатого воздуха для работы в конце кормы общего пневмоканала в режиме надува воздуха высокого давления для тяговой силы, обеспечивающей поступательное движение судна.
Известен экраноплан, способ создания воздушной разгрузки и тяги для него (Патент RU №2097229, B60V 1/08 от 27.11.1997). Известный экраноплан содержит фюзеляж, крыло, оперение, устройство создания воздушной разгрузки и тяги, включающее симметричный относительно продольной оси экраноплана проточный, открытый с носа туннель, сформированный под крылом или его центропланом посредством экранных шайб и снабженный щитком на кормовой оконечности. Способ создания воздушной подушки и тяги в известном экраноплане реализуется следующим образом. Управляемый щиток выпускают в крайнее отклоненное положение и включают силовую установку, создавая в проточном туннеле воздушный поток, который реализуется с помощью изменения угла отклонения щитка, а также с помощью специального корректора профиля туннеля, при этом кроме воздушной подушки, обеспечивающей разгрузку экраноплана, создается сила тяги.
Описанная конструкция и способ создания воздушной разгрузки и тяги недостаточно эффективен при стартовой скорости, на малом ходу и на высокой скорости, так как возможности движительной установки, в частности импеллера, реализуются не полностью, так, при расширении воздуха в начале по периферии под днищем судна, давление падает, не доходя до кормовой части, соответственно, не полностью используется сжатый воздух от импеллера, особенно при использовании на маломерных судах, кроме того, расположение известных элементов под днищем судна ухудшает его силовую схему, имеет ухудшенную эффективность, низкий КПД и малую динамику тяговой силы в различных условиях.
Известен способ обеспечения управления судном на воздушной подушке и система управления им, согласно которому создается воздушный канал тяги, вектор которой управляется, по меньшей мере, одной группой из двух поворотных рулей с осями вращения, практически перпендикулярными оси воздушного канала тяги (Патент RU №2399527, B60V 1/14, от 20.09.2010).
К недостаткам данного способа управления судном на воздушной подушке следует отнести то, что по известному способу силовая вентиляторная установка формирует воздушную подушку внутри ограждения, которое неэффективно распределяет воздушный поток под днищем, так как под днищем имеет в плане расширение, что ведет к возникновению перепадов давления неравномерно в подушке, а это, в свою очередь, может вызвать у ТС крен, дифферент и рыскание по курсу. Кроме того, судно обладает невысокой амфибийностью и мореходностью, при этом возможности силовой установки реализуются не полностью.
Известен также способ создания воздушной подушки для транспортного средства, включающее струйное ограждение области воздушной подушки по периферии транспортного средства и создание с помощью подводящего тракта газодинамической завесы, удерживающей воздушную подушку. В нее подают дополнительный воздух под давлением, повышающим заданное давление в подушке как минимум на величину потери давления в подводящем тракте (Патент RU №2092343, B60V 1/02 от 10.12.1997).
Однако данное техническое решение сложно в практической реализации, при этом не позволяет создать тяговой силы с высоким КПД и повышенной (улучшенной) управляемостью, а также невозможно получение заданного сжатого воздуха высокого давления для улучшенной работы пневмоканала и под днищем его в сторону кормовой части ТС, происходят потери на трение, т.е. ограничены функциональные возможности.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения по технической сущности и достигаемому результату является амфибийное судно на сжатом пневмопотоке, создающем давление воздуха под днищем, днище выполнено из частей под различными углами, створка расположена на передней части корпуса, руль поворота, 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 между уступом, 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 1/04, B60V 3/06 от 10.06.2015).
Однако данное техническое решение сложно в практической реализации, в частности. Во-первых, кормовая часть судна снабжена продольным уступом со стороны руля, который создает достаточно большое сопротивление навстречу воздушному общему потоку под днищем корпуса, а это обеспечивает отклонение воздушных струй в сторону боковых скегов, часть потока струй стремится выйти через боковые скеги в сторону (в атмосферу), что обеспечивает потери скоростных характеристик судна в движении, а это также ведет к раскачке судна из-за накопившейся под днищем судна большого количества объема сжатого воздуха. Кроме того, наличие по бортам корпуса судна направляющих пластин в виде выступов-открылок, вызывает усложнение конструкции и большое сопротивление судна на поворотах вправо или влево. Другим недостатком является то, что в результате их наличия происходит фонтанирование водовоздушного потока со стороны боковых сторон (скегов) корпуса, соответственно происходит залив части палубы его при скоростном движении судна, особенно это заметно на поворотах вправо или влево. Таким образом, эксплуатационные качества такого судна недостаточно реализуются, кроме того, все это в целом может послужить причиной тому, что большая часть сжатого воздуха выйдет непосредственно за борта скегов корпуса судна и не учитывает рост его объема воздуха от различной мощности, применяемого движителя (импеллера), при этом обеспечивает давление, но недостаточную полезную направленность как давление и тягу.
Иначе говоря, изменения траектории установившегося водовоздушного потока при возникновении до крейсерской скорости в движении и на поворотах при управлении экипажем, нарушается безопасность судна в движении; возникают сложности в управлении судном с большими скоростными характеристиками и их динамических воздействий также на устройство руля для поворота судна в целом. Отсюда известное устройство требует усовершенствования конструкции, имеет ограничение и недостаточную эффективность, ухудшает саму динамику тяговой силы для различных условий применения.
Кроме того, описанное амфибийное судно на сжатом пневмопотоке обладает недостаточной амфибийностью и мореходностью. К существенному также недостатку данного изобретения можно отнести его зависимость от состояния водной поверхности. Определенное волнение поверхности существенно деформирует создаваемые под днищем воздушные каверны, и тогда эффективность резко снижается, и недостаточная возможность движения судна по водной поверхности в зависимости от скорости движения.
Задачей заявляемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик судна на сжатом пневмопотоке путем снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса, т.е. практически исключения влияния состояния водной поверхности за счет одновременного применения «воздушной смазки» и «воздушной подушки». То есть обеспечивая тягу и давление в соприкосновении с опорной поверхностью под днищем закрытого пневмоканала и днищем корпуса открытого канала. Кроме того, носовая часть корпуса выполнена с уменьшающейся длиной килеватности в направлении от носовой части до окончания продольного воздухозаборного канала нагнетательного устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке, содержащее днище, выполненное из частей под различными углами, руль поворота, продольный воздухозаборный канал нагнетательного устройства в виде импеллера, воздух, из сопла которого подается под днище судна, пневмоканалы, отличающееся тем, что днище расположено между боковыми скегами на некотором расстоянии выше нижних опорных концов скегов, при этом продольный воздухозаборный канал в виде сопла имеет свое продолжение в сторону расширяющегося днища судна со скегами, между которыми образован закрытый пневмоканал с прямоугольным днищем, также расположенным на некотором расстоянии выше нижних опорных концов скегов, заканчивающийся, не доходя до кормовой части, в которую поступает от источника сжатый воздух, дно закрытого пневмоканала, расположенного между скегами, которое выполнено повторяющим форму днища корпуса, выполнено по всей длине с поперечными выпускными каналами под углом 30-60° в сторону кормы, при этом они выполнены с дополнительными наклонными плоскостями, разделенными в средней части посредством горизонтальной оси вращения, прикрепленной к стенкам выпускных каналов, кроме того, верхняя часть наклонной плоскости внутри закрытого пневмоканала имеет козырек, направленный навстречу воздушному потоку, с возможностью закрытия поперечных выпускных каналов в днище закрытого пневмоканала, а нижняя часть - выполнена с козырьком, направленным в сторону кормы, с возможностью прилегания к нижней части днища, кроме того, оси вращения наклонных плоскостей связаны между собой рычагами для перемещения наклонных плоскостей в вертикальной плоскости одновременно с помощью гидропривода управления.
Кроме того, гидропривод управления установлен в защитном кожухе на расстоянии от внутренних боковых скегов внутри закрытого пневмоканала.
Кроме того, средняя носовая часть днища корпуса выполнена с клиновидным реданом с уменьшающейся длиной и высотой килеватности в направлении от носовой части до начала прямоугольного днища закрытого пневмоканала и с нулевой килеватностью в зоне окончания продольного воздухозаборного канала.
Указанные отличия являются существенными, так как за счет приподнятого выше опорных концов скегов, а также выполнения носовой части и днища корпуса клиновидного редана с уменьшающей диной и высотой килеватности в направлении днища закрытого пневмоканала несколько удлиненным в сторону кормы и связанным с открытым участком под днищем корпуса, днище оборудовано поперечными выпускными каналами между боковыми скегами, снабженными поворотными дополнительными S-образными наклонными плоскостями, соответственно козырьками сверху над днищем и снизу под днищем закрытого пневмоканала, направляющие с помощью «поддува» часть сжатого воздуха под днищем закрытого пневмоканала в сторону открытой кормовой части с открытым днищем корпуса, непосредственно создающих направленную реактивную струю из выходящего сжатого потока воздуха из закрытого пневмоканала, и выходящего сжатого воздуха из поперечных выпускных каналов под днищем закрытого пневмоканала, т.е. смесь с водой, и направленным одновременно в открытую часть днища корпуса в сторону кормы. В результате чего создается общий образующийся высокоскоростной газоводяной поток в конце кормовой части судна с выходом в атмосферу. При этом обеспечит судну устойчивость при движении на режиме крейсерской скорости для маломерного судна на пневмопотоке, что повышает эксплуатационные качества описываемого судна.
Кроме того, поперечная подвижная система S-образной наклонных плоскостей с козырьками над днищем и под днищем закрытого пневмоканала, кроме основной функции создания полости пневмоканала, также выполняет роль создания под днищем закрытого пневмоканала «воздушную подушку», т.е. за счет аэро- и гидродинамической силы возникающих при начале скоростного движения судна по водной поверхности, где воздух создает и эффект «воздушной смазки». При этом днище закрытого пневмоканала, размещенное и выполненное определенной формы, в сторону открытого снизу днища корпуса в кормовой части, например прямоугольника. Кроме того, устройство создает наибольшее значение давления и тягу в кормовой части, т.е. создающих реактивную струю, выходящих со смесью с водой высокого давления, воздух высокого давления создается в виде соосного импеллера, происходит взаимодействие струй после днища пневмопотока закрытого пневмоканала в конце в сторону открытой части днища корпуса в целом. Это особенно заметно при снижении сопротивления на крейсерском режиме движения и повышения эффективности поддува за счет объема воздуховодной смеси, направляющей S-образной наклонной плоскостью и ее системы под днищевое пространство закрытого пневмоканала с закрепленной осью вращения в стенке днища поперечного выпускного канала. При этом обеспечивает и лучшую аэродинамическую форму профиля днища корпуса в целом в движении судна.
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с выявленными аналогами и прототипом показывают, что заявленное устройство соответствует критерию «новизна». Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники, т.е. соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень» и пригодно к осуществлению промышленным путем.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где:
на фиг. 1 изображено судно на сжатом пневмопотоке, в котором используется соосный импеллер, вид снизу, изометрия;
на фиг. 2 изображен вид сверху с вырезом в верхней части корпуса;
на фиг. 3 изображен вид сбоку с вырезом в борту с выпускными каналами и с наклонными плоскостями в днище закрытого пневмоканала;
на фиг. 4 - клиновидный редан, выполненный в средней части носовой и части днища судна с плавным уменьшением угла килеватности.
Предлагаемое устройство содержит корпус 1, который включает соосный импеллер 2 в кожухе расположенного в носовой части в специальной нише судна, где движение происходит в закрытом пространстве, состоящий из статора и ротора на оси вращения, лопатки которого выполнены криволинейными и повернутыми в вертикальной плоскости с заданным углом относительно друг друга для увеличения сжатого потока воздуха в корпусе крепления, при этом каждый из двух винтов вращается за счет редуктора, переходной закрытый участок 3 которого имеет к концу одинаковую ширину на выходе, закрыт сверху и снизу, и является продолжением после продольного воздухозаборного канала в виде сопла, далее идет соединение с закрытым пневмоканалом 4, днище которого выполнено по форме прямоугольного днища 5. Закрытый переходной участок 3 и закрытый пневмоканал 4 образованы креплением их днищ расположением, удаленным на некотором расстоянии выше нижних опорных концов боковых скегов 6 и 7. При этом средняя носовая часть и днища корпуса выполнена клиновидным реданом 8 с уменьшающей длиной и высотой килеватностью в направлении от носовой части до окончания продольного воздухозаборного канала от нагнетательного устройства с нулевой килеватностью относительно боковых скегов, находящихся на заглублении ватерлинии, соответствующей режиму крейсерской скорости. Закрытый пневмоканал 4 сообщен с каналом 9 под днищем 10 корпуса 1 в кормовой его части судна.
В днище 5 закрытого пневмоканала 4 выполнены поперечные сквозные воздушные выпускные каналы 11 под углом 30-60° в сторону кормы. Выпускные каналы 11 выполнены чередующимися относительно друг другу по длине днища 5 и снабжены дополнительно S-образными наклонными плоскостями 12, верхняя часть выполнена козырьком 13 направленным навстречу воздушного потока для его отсечения в продольный выпускной канал 11, а нижняя часть наклонной плоскости 12 выполнена козырьком 14 касательно к днищу 5 закрытого пневмоканала 4.
Средняя часть наклонной плоскости 12 связано с помощью горизонтальной оси вращения 15, с помощью, закрепленной к одной из стенок продольного выпускного канала 11. Оси вращения 15 связаны между собой поперечными рычагами 16. К каждой оси вращения 15 крепятся наклонные плоскости 12, которые целесообразно выполнять для перемещения в вертикальной их плоскости одновременно с помощью гидропривода управления 17 (с каждой внутренней стороны боковых скегов). То есть подвижные S-образные наклонные плоскости 12 приводятся в рабочее положение через оси вращения одновременно при помощи рычага 16 гидроприводом управления 17 связанного с гидроагрегатом 18, и целесообразно снабжать приборным щитком (не показан) с объединенным рычагом 19 выдвижного и связанного с осью вращения 15 ход «вперед» закрывающего наклонную плоскость 12 с козырьком 13 в верхней части над днищем 5 и с козырьком 14 прилегающим нижней частью под днищем 5 закрытого пневмоканала 4 для малого хода в движении судна или рычага 19 вдвинутого в гидропривод 17 - ход «назад», когда нижняя часть наклонной плоскости 12 с козырьком 14 выдвинута в воду, а верхняя часть наклонной плоскости 12 с козырьком 13 открыты навстречу воздушному потоку, отклоняющего на угол поддува, обеспечивающий взаимодействие струи, выходящей через поперечный выпускной канал 11 под углом 30-60° в сторону кормы, и который совпадает с обращенным также углом 30-60° к опорной поверхности наклонной плоскости 12, расположенной за этим выпускным каналом 11 в одной плоскости на крейсерской скорости в движении судна. При этом обе части наклонной плоскости 12 целесообразно выполнять одинаковой высоты с козырьками 13 и 14, в целом связаны с перемещением наклонной плоскости 12, должны быть связаны определенным соотношением внутренним радиусом путем расчета (не показан). Верхний козырек 13 и нижний козырек 14, поворотной наклонной плоскости 12, выполнены обтекаемой по форме окружности с заданным радиусом, и должен быть при этом верхний козырек 13 охватывать ширину выпускного канала 11 при его открытии. То есть фиксировать S-образную наклонную плоскость 12, происходит в основном в двух положениях - «открыто» или «закрыто» с учетом обращенного угла 30-60° к опорной поверхности с возможностью поворачиваться в вертикальной плоскости с помощью силового привода на заданный угол.
При этом выполнение клиновидного редана 8 с уменьшающейся килеватностью в направлении от носовой части до окончания продольного канала 3 с нагнетательным устройством, установочный угол ϕ1 в конце редана принимается меньшим, чем установочный угол ϕ2 лобового нормального сечения в носовой части судна 1 находящегося на заглублении h (фиг. 4).
Для обеспечения управляемости судна на сжатом пневмопотоке в концевой части судна закреплены два руля 20 и 21. Каждый со стороны концов скегов 6 и 7 со щитками 22 и 23, ограничивающих общий канал 10 выхода газоводяного потока (воздуха и воды), в результате его смешения в открытом снизу днища 9 корпуса судна в сторону канала 10, в котором образуется один общий газоводяной реактивный поток симметрично продольного закрытого пневмоканала 4 с выходом сжатого воздуха и частично с поддувом отсеченного козырьком 13 через выпускной канал 11 газоводяным потоком под днищем 5. Ось вращения рулей 20 и 21 соединены сверху на палубе с регулируемыми тягами 24 и 25 и соединены далее в одном узле 26 для соединения с общей тягой, управляемой экипажем (аналогично рулю автомобиля).
В вертикальном положении щитки 22 и 23 целесообразно выполнять с гидроцилиндрами (не показано), чтобы обеспечить их свободный вертикальный ход при встрече с препятствиями в воде, по льду, снегу и на земле.
При транспортировке судна на автотранспорте могут щитки складываться, т.е. убраны таким образом, чтобы устранить их возможность от поломок, как и складывание (поворота) S-образно наклонных плоскостей 12 под днищем 5 закрытого пневмоканала 4.
Форма конструкции рулевых устройств 20 и 21, положение щитков 22 и 23, соответственно, одинаковой конструкции позволяет обеспечить устойчиво повороты судна при развороте щитков на угол 20...30° относительно вертикальных их осей с креплением в кормовой части судна, а движитель высокого давления в виде соосного импеллера целесообразно закреплять под углом 20-30° в носовой части ниши судна плавно оптекаемой формы.
Форма конструкции поворотных S-образно наклонных плоскостей 12 с противоположными направлением козырьками 13 и 14, соответственно, также одинаковой конструкции позволяет обеспечить частично выход (отсечь) от общего расхода воздуха (с поддувом под днище судна) равномерно по вертикали из полости закрытого пневмоканала 4 в сторону опорной поверхности с опорными концами скегов 6 и 7, т.е. в зону воздушной подушки; создается дополнительная «воздушная смазка» под днищем 5 закрытого пневмоканала 4 и судно в целом выходит на дополнительный эффект воздушной подушки, кроме того, создается движущая судно реактивная сила в целом.
Места крепления горизонтальных осей вращения 15 наклонных плоскостей 12 выполнены параллельным линиям поперечных выпускных каналов 11 и перпендикулярным к диаметральной плоскости судна, а расстояния между креплениями в выпускных каналах 11 выполнено равномерно по длине днища 5 закрытого пневмоканала 4.
В концевой кормовой части корпуса целесообразно закрепить горизонтальный потоконаправляющий элемент, выполненный в виде П-образного козырька 27, конец которого имеет наклон с углом 20-30° (фиг. 5), выше щитком 20 и 21.
Потоконаправляющий элемент 27 (козырек) образует защитный экран сверху и частично с боков в кормовой части судна, шириной, равной расстоянию до расположения рулевых устройств со щитками, что создает продолжение выхода общего газоводяного реактивного потока в атмосферу, отсутствует залив палубы сзади кормы.
При работе соосного импеллера 2 засасывание воздуха из окружающей среды в переходной закрытый участок 3, далее в закрытый пневмоканал 4 происходит через решетку 28.
Сохранение высоконапорного давления сжатого воздуха большей частью по всей площади закрытого пневмоканала и нижней части под днищем его в сторону кормовой части дает возможность снижения потребляемой мощности соосного импеллера, используемого для создания формирующую движущую судно реактивную силу от формирующей газодинамической струи воздуха высокого давления и, сохраняя его до выхода в концевой части кормы.
Данная совокупность предлагаемого технического решения обладает снижением гидродинамического сопротивления днища корпуса судна, обладает хорошей остойчивостью, не дает судну перевернуться, судну придано горизонтальное устойчивое положение на высоких скоростях движения судна. В свою очередь это позволяет также избегать столкновения с подводными предметами на воде, двигаться по мягкому снегу, не зарываясь в него носовой частью корпуса во время движения. Кроме того, судно практически создает эффект экраноплана, увеличивающий подъемную силу за счет большой реактивной тяги на крейсерской скорости на водной поверхности, т.е. достигается повышение эксплуатационных характеристик судна на окатом пневмопотоке.
Устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке работает следующим образом.
Перед началом работы соосного импеллера 2, расположенного в оптекаемой формы нише передней части корпуса 1 при помощи гидропривода управления 16 опускается верхняя часть подвижной S-образной наклонной плоскости 12 с козырьком 13, закрывая поперечные выпускные каналы 11 в днище 5 закрытого пневмоканала 4, а нижняя часть наклонной плоскости 12 с козырьками 14 прилегает к нижней части днища 5 со стороны опорной поверхности, отбор воздуха отсутствует, и вся воздушная смесь высокого давления подается через сопло и переходной закрытый участок 3 в закрытый пневмоканал 4, и судно имеет малый ход «Малый газ».
После перевода на режим «Большой газ» двигателя, соосный импеллер начинает выдавать и больший объем засасывание воздуха из окружающей среды в переходный закрытый участок 3, выход сжатого воздуха увеличивается в закрытый пневмоканал 4. При помощи гидропривода управления 16 поднимается с помощью горизонтальной оси вращения 15, верхняя часть подвижной S-образной наклонной плоскости 12 с верхним козырьком 13, одновременно, нижняя часть наклонной плоскости 12 с козырьком 14 погружается в вертикальном положении под углом 30-60° к опорной поверхности в сторону кормовой части, козырьки 13 и 14, которые выполнены определенной формы и, в полости закрытого пневмоканала 4 создается дополнительно избыточное давление. Воздушный поток разделяется по длине закрытого пневмоканала 4 на несколько самостоятельных струй высокого давления. Основная часть его поступает в продольных закрытый пневмоканал 4, другая часть потока высокого давления делится обтекаемыми верхними козырьками 13 с подвижными наклонными плоскостями 12, которые некоторую часть такого потока направляют в выпускной канал 11 в днище 5 закрытого пневмоканала 4, выпускные отверстия канала, которых под углом 30-60° направлены, соответственно, другая нижняя часть подвижной наклонной плоскости 12 с козырьком 14 с внешней стороны днища 5 закрытого пневмоканала 4 под тем же углом 30-60° к опорной поверхности находится в воде, т.е. между высотой опорных концов скегов расположенного несколько поднятого выше днища 5 закрытого пневмоканала 4, что позволяет воздуху поступать в данное пространство, и не позволяет ему выходит за пределы боковых стенок скегов 6 и 7 в движении скоростного судна. За счет аэро- и гидродинамической силы, возникающих на большой скорости, создается увеличение давления под днищем корпуса судна, в сторону выхода из кормовой части судна и в сторону расположения между поворотными щитками 20 и 21, закрепленными к регулируемым тягам 22 и 23 с помощью рулей 20 и 21 и перекрытого сверху П-образного козырька 27. Продольные каналы 11 с подвижной наклонной плоскостью 12 с козырьками 13 и 14, соответственно, создают на водной поверхности дополнительно эффект «воздушной смазки» и одновременно «воздушной подушки». Продольные подвижные S-образные наклонные плоскости 12 с козырьками 13 и 14, кроме основной функции создания под днищем «воздушной подушки», также создают дополнительно избыточное давление в закрытом пневмоканале 4, компенсируя части забора струй высокого давления с помощью специального гидропривода управления 16 с агрегатом 17, обеспечивающего поворот оси вращения 15 с элементами 12, 13, 14 в крейсерском режиме, когда последние занимают в вертикальном положение и под определенным углом к опорной поверхности в стороны кормы.
Для торможения суда при отключенном соосном импеллере за счет вертикально установленной под днищем части элементов 12 и 14, судно постепенно останавливается.
Маневрирование судна может осуществляться мощностью работы соосного импеллера 2 путем уменьшения его оборотов лопастей или увеличения с подачей воздуха соответственно, пониженного или повышенного давления с учетом размещения элементов 12, 13, 14 закрытого пневмоканала 4 и с учетом разделения в различных между собой пропорциях (частей) подачи воздуха.
При движении описываемого судна на режиме крейсерской скорости клиновидный редан 8, разрезает образовавшуюся волну перед носовой частью судна на две ее части (левую и правую в сторону боковых скегов 6 и 7), образуя восходящие линии токов под нишами, образованных при конструировании, внутри боковых скегов и, далее достигается уменьшением килеватности ограничивающих бортовыми скегами в сторону направления воды под днище 5 закрытого пневмоканала 4 и с соотношением установочными углами ϕ1 и ϕ2, благодаря чему обеспечивается более равномерный скос потока воды между клиновидным реданом 8, где эти потоки воды объединяются в один общий плоский поток по направлению плоскости днища 5 закрытого пневмоканала 4, т.е. по всей ширине далее открытого канала 9 под днищем 10, ограниченного боковыми скегами 6 и 7. При этом также повышается эффективность использования клиновидного редана 8 (малой длины), который в конце своей части имеет нулевую килеватность, и уменьшаются максимально сопротивление перед носовой частью судна, т.е. потери на сопротивление при движении судна.
Судно на сжатом пневмопотоке может свободно передвигаться по воде, льду, снегу, отмелям и перекатам, не сжижая скорости, переходя из воды на сушу. При этом скорость при хорошей обтекаемости корпуса и конструкции надстройки может резко возрастать. При движении на высокой скорости судно острым носом с реданом прорезает волну, не успевая, вследствие инерционности, реагировать на циклическое изменения или поддержания, что обеспечивает экипажу и пассажирам комфортность при движении с высокой скоростью по волнам.
Предлагаемое техническое решение может использовано особенно для маломерных судов на воздушной подушке (в инновации проекта), в результате снижения гидродинамического сопротивления днища закрытого пневмоканала и днища открытого канала корпуса судна в сторону кормы, достигается повышение эксплуатационных характеристик судна на сжатом пневмопотоке быстроходных судов с улучшенной управляемостью у данного судна, создается реактивная тяга и повышение быстроходности судна; способствует увеличению гидродинамического качества судна на сжатом пневмопотоке. Описанное уменьшение среднего короткого редана в килеватности его позволяет обеспечить судну дополнительную устойчивость при движении на режиме крейсерской скорости при уменьшенном его размере и снизить влияние волны, действующие на судно при движении, что повышает также эксплуатационные качества данного судна.
Совокупность признаков и степень раскрытия сущности изобретения достаточны для его широкой практической реализации при разработке и изготовлении данного судна на сжатом пневмопотоке.
1. Устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке, содержащее днище, выполненное из частей под различными углами, руль поворота, продольный воздухозаборный канал нагнетательного устройства в виде импеллера, воздух из сопла которого подается под днище судна, пневмоканалы, отличающееся тем, что днище расположено между боковыми скегами на некотором расстоянии выше нижних опорных концов скегов, при этом продольный воздухозаборный канал в виде сопла имеет свое продолжение в сторону расширяющегося днища судна со скегами, между которыми образован закрытый пневмоканал с прямоугольным днищем, также расположенным на некотором расстоянии выше нижних опорных концов скегов, заканчивающийся, не доходя до кормовой части, в которую поступает от источника сжатый воздух, дно закрытого пневмоканала, расположенного между скегами, которое выполнено повторяющим форму днища корпуса, выполнено по всей длине с поперечными выпускными каналами под углом 30-60° в сторону кормы, при этом они выполнены с дополнительными наклонными плоскостями, разделенными в средней части посредством горизонтальной оси вращения, прикрепленной к стенкам выпускных каналов, кроме того, верхняя часть наклонной плоскости внутри закрытого пневмоканала имеет козырек, направленный навстречу воздушному потоку, с возможностью закрытия поперечных выпускных каналов в днище закрытого пневмоканала, а нижняя часть выполнена с козырьком, направленным в сторону кормы, с возможностью прилегания к нижней части днища, кроме того, оси вращения наклонных плоскостей связаны между собой рычагами для перемещения наклонных плоскостей в вертикальной плоскости одновременно с помощью гидропривода управления.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидропривод управления установлен в защитном кожухе на расстоянии от внутренних боковых стенок скегов внутри закрытого пневмоканала.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средняя носовая часть днища корпуса выполнена с клиновидным реданом с уменьшающейся длиной и высотой килеватности в направлении от носовой части до начала прямоугольного днища закрытого пневмоканала и с нулевой килеватностью в зоне окончания продольного воздухозаборного канала.
