Способ снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна, приводимого в движение воздушным винтом, и устройство для его осуществления
METHOD FOR REDUCING HYDRODYNAMIC RESISTANCE OF VESSEL HOUSING BOTTOM DRIVEN BY AIR PROPELLER AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD

Группа изобретений относится к области создания транспортных средств и касается в особенности судов, приводимых в движение воздушным винтом.
Известен способ, реализованный в устройстве для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке. (См. патент РФ на изобретение №2675279 от 20.04.2018). Вышеупомянутый способ является наиболее близким к предложенному способу (прототипом) и заключается в том, что воздушный поток подают под днище корпуса судна через продольный воздухозаборный канал нагнетательного устройства. Кроме того, в пневмоканал, образованный под днищем, поступает от источника воздух.
Недостатком известного способа являются повышенные потери воздуха. Названные потери обусловлены большой площадью пневмоканала и тем, что он повторяет форму днища корпуса, выполнен по всей длине и имеет открытые полости для выхода воздуха. Это требует большей мощности двигателя и приводит на выходе к пониженному давлению воздуха. В конечном итоге не происходит необходимого снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна.
Известно устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке. (См. патент РФ на изобретение №2675279 от 20.04.2018). Названное устройство является наиболее близким к предложенному устройству (прототипом) и содержит днище, выполненное из частей под различными углами, руль поворота и продольный воздухозаборный канал нагнетательного устройства в виде импеллера. Воздух из сопла подается под днище судна. 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. Таким образом, образован закрытый пневмоканал с прямоугольным днищем, также расположенным на некотором расстоянии выше нижних опорных концов скегов, заканчивающийся, не доходя до кормовой части. В кормовую часть поступает от источника воздух. Дно закрытого пневмоканала, расположенного между скегами, 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. Нижняя часть наклонной плоскости выполнена с козырьком, направленным в сторону кормы, с возможностью прилегания к нижней части днища. Оси вращения наклонных плоскостей связаны между собой рычагами для перемещения наклонных плоскостей в вертикальной плоскости одновременно с помощью гидропривода управления.
Недостатком известного устройства являются повышенные потери воздуха. Воздух выходит из нижней части пневмоканала, расположенного между скегами. При отрыве судна от поверхности воды воздух из открытой полости выходит в открытое пространство и происходит падение давления. Все это не позволяет добиться необходимого снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна. Кроме того, расположение двигателя внутри корпуса судна уменьшает его полезный объем и ограничивает доступ к двигателю при необходимости его обслуживания. Сложная конструкция известного устройства для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке также является недостатком, т.к. снижается надежность всего изделия.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая группа изобретений, является создание способа снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна, приводимого в движение воздушным винтом, и устройства для его осуществления.
Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая группа изобретений, является улучшение эксплуатационных характеристик судна при его движении по разным поверхностям (по воде, снегу, льду, земле, песку и другим свободным поверхностям).
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна, приводимого в движение воздушным винтом, подают воздушный поток под днище корпуса судна. При этом первоначально воздушный поток подают через кормовую часть в замкнутую оболочку днища во внутренние пневмоканалы замкнутой оболочки днища и направляют его через отверстия в нижней части замкнутой оболочки днища, причем до выхода воздушного потока наружу к поверхности движения его формируют и отклоняют в сторону кормовой части днища.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна, приводимого в движение воздушным винтом, содержит нагнетатель воздушного потока. При этом днище выполнено в виде замкнутой оболочки, а нагнетатель расположен в кормовой части судна и выходом через переходный закрытый участок пневмоканала соединен с полостью замкнутой оболочки днища. Причем внутри замкнутой оболочки днища закреплены баллоны, заполненные газом под давлением или вспененным веществом, а в нижней части замкнутой оболочки днища выполнены отверстия, при этом снаружи поперек нижней части замкнутой оболочки днища закреплены гибкие защитные полосы. При этом к нижней части замкнутой оболочки днища прикреплена только передняя кромка защитной полосы, а задняя кромка защитной полосы остается свободной с возможностью освобождать и прикрывать отверстия.
Кроме того, между баллонами по линии соприкосновения баллонов могут быть выполнены вставки, имеющие промежутки для прохода воздуха, а баллоны в сечении преимущественно имеют круглую или овальную форму (хотя форма может быть и любой другой). Отверстия с наружной стороны днища прикрыты гибкими защитными полосами, прикрепленными к днищу судна одним краем перед отверстиями со стороны носа судна. Гибкие защитные полосы могут быть не только цельными, но и сегментными.
Сущность предлагаемой группы изобретений поясняется рисунками, где:
на фиг. 1 схематично показано судно, приводимое в движение воздушным винтом;
на фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1.
Устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна, приводимого в движение воздушным винтом, входит в состав корпуса 1, основанием которого является днище 2. (См. фиг. 1). Нагнетатель 3 воздушного потока расположен в кормовой части судна и выходом через переходный закрытый участок пневмоканала 4 соединен с полостью замкнутой оболочки днища 5. Внутри замкнутой оболочки днища 5 закреплены баллоны 6, заполненные газом под давлением (как правило - воздухом). Эти баллоны, в разрезе, чаще всего имеют форму близкую к кругу. Когда их собирают в плот, то неизбежно образуются межбаллонные каналы 7 (межбаллонное пространство). (См. фиг. 2). В нижней части замкнутой оболочки днища делаются серии отверстий 8 (не обязательно круглых) «напротив» каждого межбаллоного канала. Отверстия делаются таким образом, чтобы гибкие защитные полосы 9 снаружи накрывали их. Защитные полосы 9 закрепляются поперек нижней части замкнутой оболочки днища внахлест. Другими словами, к нижней части замкнутой оболочки днища прикрепляется только передняя (ближе к носу судна) кромка защитной полосы 9, а задняя (ближе к корме судна) кромка защитной полосы 9 остается свободной с возможностью перемещаться (вверх - вниз) относительно днища, освобождая и прикрывая отверстия 8.
Для усиления подачи воздуха под днище и для распределения воздушного потока под днищем перед выходом его к поверхности движения могут устанавливаться бурты (упоры) для того, чтобы образовывалась щель между днищем 2 и защитными полосами 9 (на рисунках не показано).
Совокупность взаимосвязанных элементов (нагнетатель 3 воздушного потока, переходный закрытый участок пневмоканала 4, замкнутая оболочка днища 5 и баллоны 6) позволяет в межбаллонном пространстве формировать воздушный напорный поток. При этом нагнетатель 3 может быть закреплен под любым углом относительно поверхности воды для забора воздушного атмосферного потока и подачи воздуха в пневмоканалы, расположенные в межбаллонном пространстве.
В кормовой части корпуса в нижней части могут быть выполнены отверстия для слива воды, попавшей в межбаллонное пространство (на рисунках не показано).
Замкнутая оболочка образует днище судна (далее будут рассматриваться верхняя часть оболочки, т.е. пол, и нижняя часть оболочки). Защитные полосы 9 закрепляются снаружи поперек нижней части замкнутой оболочки днища внахлест и контактируют по всей плоскости днища с водной поверхностью, т.е. в зонах всех участков касания с водой. В нижней части оболочки выполнены отверстия 8 для выхода воздуха из пневмоканалов. Защитные полосы сделаны из изностойкого материала и являются защитой от повреждений для замкнутой оболочки.
Способ осуществляют следующим образом.
Сразу следует отметить, что речь пойдет о транспортном средстве (ТС) типа аэролодки, аэробота, аэроглиссера и т.п. Данные ТС передвигаются по поверхностям за счет скольжения. Т.е. чем ниже сила трения скольжения между днищем и поверхностью движения, тем меньше усилий надо затратить для передвижения ТС. Одним из способов снижения трения днища 2 (см. фиг. 1) судна о поверхность является создание воздушной пленки между днищем и поверхностью. Принудительная подача воздуха под днище позволяет усилить воздушную смазку и существенно снизить силу трения скольжения.
Принудительная подача воздуха осуществляется каким-либо устройством (нагнетатель 3). Оно создает воздушный поток, который надо подать под днище. Как правило, нагнетатель 3 - это вентилятор. Приводом для вентилятора может быть электродвигатель, бензиновый двигатель, дизельный двигатель, или механический привод от основного двигателя судна.
Устройство подачи воздуха (нагнетатель 3) подает воздух в межбаллонные каналы внутрь замкнутой оболочки днища 5. Воздух может проходить между баллонами, если они не склеены, через заднюю часть или переднюю часть замкнутой оболочки днища 5, где имеются естественные расстояния между баллонами. Из межбаллонных каналов 7 (см. фиг. 2) воздух выходит наружу через отверстия (могут быть разной формы) в днище лодки. Воздушный поток через отверстия 8 в нижней части замкнутой оболочки днища 2 выходит в виде газовой смазки для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна.
Устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна на сжатом пневмопотоке работает следующим образом.
В начале движения судна нагнетатель 3, расположенный на корме корпуса 1, подает воздушную смесь в переходный закрытый участок пневмоканала 4 и закрытые межбаллонные каналы 7, расположенные в межбаллонном пространстве. При этом воздух выходит через отверстия 8 в нижней части замкнутой оболочки днища судна 5. В результате образуется газовая прослойка между днищем и границей опорной поверхности движения. Таким образом, создается эффект «воздушной смазки» для судна.
Следует отметить, что между баллонами 6 по линии соприкосновения баллонов могут быть выполнены вставки, имеющие промежутки для прохода воздуха (на рисунках не показано). Вставки могут и не иметь промежутков для прохода воздуха, но применение вставок раздвигает баллоны и воздух легко проходит между баллонами за счет вставок. Этот технический прием повышает надежность равномерного распределения воздуха до выхода его наружу к поверхности движения, а также увеличивает проходное сечение, что позволяет увеличить объем подаваемого под днище воздуха.
Для распределения (формирования) воздушного потока под днищем (после прохождения отверстий 8) перед выходом его к поверхности движения могут устанавливаться бурты (упоры) для того, чтобы образовывалась щель между днищем 2 и защитными полосами 9 (на рисунках не показано). Эта конструктивная особенность обеспечивает равномерность распределения воздуха после выхода его наружу перед тем, как защитные полосы 9 отклонят воздушный поток в сторону кормовой части днища. Кроме того, бурты предотвращают полное перекрытие отверстий защитными полосами.
Маневрирование судна может осуществляться как изменением мощности работы основного воздушного винта, так и за счет рулевых устройств (на рисунках не показаны).
Применение предлагаемой группы изобретений на судах на сжатом пневмопотоке обеспечивает увеличение давления и потока воздуха, выходящего из отверстий во внешней оболочке, выполняющей функцию днища.
Кроме того, достигается сохранение давления воздуха в межбаллонном пространстве, соединенном полостями с нагнетателем воздуха, при отрыве днища лодки от поверхности движения.
Таким образом, предлагаемая группа изобретений обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик судна при его движении по разным поверхностям (по воде, снегу, льду, земле, песку и другим свободным поверхностям). Одним из конкретных улучшений является повышение скорости, поскольку трение по поверхности контакта (гидродинамическое сопротивление днища корпуса судна) значительно снижается по всему днищу корпуса судна. Кроме того, улучшается устойчивость судна по курсу, снижается расход топлива, а также увеличивается грузоподъемность.
Судно на сжатом пневмопотоке при использовании предлагаемой группы изобретений может свободно, не снижая скорости, передвигаться по воде, снегу любой плотности, льду, отмелям и перекатам, а также при переходе из воды на лед. Использование предлагаемых технических решений обеспечивает судну хорошую устойчивость, т.к. судну придано горизонтальное устойчивое положение при высоких скоростях движения. В свою очередь это позволяет также избегать столкновения с подводными предметами на воде, двигаться по льду, не зарываясь в него носовой частью корпуса во время движения.