Корпус глиссирующей амфибии (варианты)
PLANING AMPHIBIOUS HULL (OPTIONS)

Предлагаемое изобретение может быть использовано в транспортном средстве для передвижения как по воде, так и по суше, когда скользящая поверхность днища испытывает большие динамические и его истирающие нагрузки.
Известна конструкция корпуса глиссирующей амфибии, содержащая, имеющую в своем составе балки с полым поперечным сечением решетчатую раму, которая является плоской и горизонтально расположенной. Имеется цельно связанный слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала по высоте разной плотности, прижатый к решетчатой раме внешней обшивкой из гибкого и упругого материала, листы которого загибами по бортам закреплены на решетчатой раме и образуют необходимой для глиссирования формы участки скользящей поверхности. Имеется листовой материал, являющийся опорой для слоя пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала, посредством которого прижат к решетчатой раме. Слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала, прижатый к решетчатой раме, является формообразующим скользящую поверхность внешней обшивки и единственным создающим плавучесть основным воздухосодержащим элементом конструкции (пат. РФ на изобретение № 2758318, МПК B60F 3/00, B63B 1/18, опубл. 28.10.2021, бюл. № 31).
Недостатком данной конструкции является не рациональность использования пространства корпуса глиссирующей амфибии по высоте, так как пространство решетчатой рамы не использовано для создания плавучести. Для предотвращения горизонтальных смещений слоя пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала относительно решетчатой рамы требуется использование листового материала, к которому закреплен слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала, например клеем, и который закреплен разъемно к решетчатой раме, например болтовым соединением. Применение листового материала большой толщины приводит к увеличению веса, а при малой его толщине затрудняется его крепление к решетчатой раме из-за низкой прочности.
Известна конструкция корпуса глиссирующей амфибии, содержащая пространственную решетчатую раму, ячейки которой имеют плотное заполнение пенистым воздухосодержащим и водоизмещающим упругим материалом. Имеется относительно небольшой толщины (не являющейся существенной для создания плавучести) цельно связанный слой пенистого воздухосодержащего упругого материала, прижатый посредством листового материала к решетчатой раме внешней обшивкой из гибкого и упругого материала, листы которого загибами по бортам закреплены на решетчатой раме и образуют необходимой для глиссирования формы участки скользящей поверхности. решетчатая рама содержит балки из металлопроката, имеет несколько уровней по высоте, начиная с внешней обшивки и заканчивая листовым материалом, который может являться покрытием самоотливной палубы и имеет опору на пенистый воздухосодержащий и водоизмещающий упругий материал. Нижний уровень решетчатой рамы выполняет формообразующую функцию для скользящей поверхности (пат. РФ на полезную модель № 184968, МПК B60F 3/00, B63B 1/18, опубл. 15.11.2018, бюл. № 32).
В данной конструкции, принятой за прототип, основным водоизмещающим и создающим плавучесть элементом является пенистый воздухосодержащий и водоизмещающий упругий материал, расположенный в ячейках решетчатой рамы. При этом балки решетчатой рамы своей частью расположены ниже уровня статической ватерлинии и способствуют предотвращению горизонтального смещения пенистого воздухосодержащий и водоизмещающий упругого материала, но препятствуют смыкания пор и неплотностей от внешних нагрузок.. Из-за наличия неплотностей стыковки листов внешней обшивки между собой и небольших зазоров многочисленных стыков пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала с решеткой рамы, которые могут увеличиваться при эксплуатации, в образовавшихся пустотах накапливается небольшое количество воды, которая плохо дренирует и при замерзании, в результате расширения, оказывает ускоряющее износ конструкции воздействие. Балки решетчатой рамы для уменьшения веса должны выполняться с полым (замкнутым) поперечным сечением, где также может накапливаться вода, в том числе конденсат, что также оказывает отрицательное воздействие на конструкцию. При аварийном повреждении балок решетчатой рамы и деформации заполняющего ее пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала от внешних ударов, сила которых превосходит допустимые значения, требуется проведение трудоемкого ремонта по замене как пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала, так и поврежденных балок решетчатой рамы.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение эксплуатационных свойств корпуса глиссирующей амфибии, в котором надежно предотвращено смещение слоя пенистого воздухосодержащего упругого материала относительно решетчатой рамы с уменьшением веса, с помощью уменьшения поглощения его конструкцией воды путем увеличения высоты расположения балок решетчатой рамы выше уровня воды, с обеспечением обжатия пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала для уменьшения его намокания и обеспечения его менее трудоемкой замены при повреждениях.
Для достижения указанного технического результата в корпусе глиссирующей амфибии по первому варианту, содержащем имеющую в своем составе балки с полым поперечным сечением решетчатую раму, ячейки которой имеют плотное заполнение пенистым воздухосодержащим и водоизмещающим упругим материалом, и имеющем цельно связанный слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала, прижатого к решетчатой раме внешней обшивкой из гибкого и упругого материала, листы которого загибами по бортам закреплены на решетчатой раме и образуют необходимой для глиссирования формы участки скользящей поверхности, применены следующие новые признаки.
Балки с полым поперечным сечением расположены выше статической ватерлинии при полной загрузке. Цельно связанный слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала, прижатый к решетчатой раме, является формообразующим скользящую поверхность внешней обшивки и имеет один или несколько выступов, плотно входящих в соответственно одну или несколько ячеек решетчатой рамы с возможностью извлечения из них и с образованием упора в горизонтальной плоскости.
В частном случае, один или несколько выступов цельно связанного слоя пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала и ячейки решетчатой рамы выполнены так, что образован упор в горизонтальной плоскости в продольном направлении.
Для достижения указанного технического результата в корпусе глиссирующей амфибии по второму варианту, содержащем имеющую в своем составе балки с полым поперечным сечением решетчатую раму, ячейки которой имеют плотное заполнение пенистым воздухосодержащим и водоизмещающим упругим материалом, и имеющем слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала, прижатого к решетчатой раме внешней обшивкой из гибкого и упругого материала, листы которого загибами по бортам закреплены на решетчатой раме и образуют необходимой для глиссирования формы участки скользящей поверхности, применены следующие новые признаки.
Балки с полым поперечным сечением расположены выше статической ватерлинии при полной загрузке. Слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала, прижатый к решетчатой раме является формообразующим скользящую поверхность внешней обшивки, имеет разделение по высоте на цельно связанные уровни, соединенные между собой одним или несколькими выступами, плотно входящими в соответствующие выемки с возможностью извлечения уровней друг из друга и с образованием упора в горизонтальной плоскости. Причем верхний уровень соединен с решетчатой рамой одним или несколькими выступами, входящими в соответственно одну или несколько ячеек решетчатой рамы с образованием упора в горизонтальной плоскости и закрепленными в них силами упругости и/или клеевым соединением.
В частном случае, один или несколько выступов цельно связанного уровня слоя пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала и выемки, в которые они входят, выполнены так, что образован упор в горизонтальной плоскости в продольном направлении, а один или несколько выступов цельно связанного верхнего уровня слоя пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала и ячейки решетчатой рамы выполнены так, что образован упор в горизонтальной плоскости в продольном направлении.
На фиг. 1 изображен продольный осевой разрез корпуса глиссирующей амфибии по первому варианту; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1 и фиг. 4; на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 2. по первому варианту; на фиг. 4 - продольный осевой разрез корпуса глиссирующей амфибии по второму варианту; на фиг. 5 - разрез по Б-Б на фиг. 2. по второму варианту; на фиг. 6 - цельно связанный слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала по первому варианту; на фиг. 7 - цельно связанный слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала, установленный выступами в ячейки решетчатой рамы по первому варианту.
Корпус глиссирующей амфибии, содержит имеющую в своем составе балки с полым поперечным сечением решетчатую раму 1, ячейки которой имеют плотное заполнение пенистым воздухосодержащим и водоизмещающим упругим материалом, например в виде плит 2 вспененного этиленвинилацетата, пенопласта и/или экструдированного пенополистирола. Плотное заполнение означает достижение минимального количества пустот, заполненных воздухом, и прилегание поверхностей сопряжения без возможности свободного смещения, что может быть достигнуто, например, с использованием упругого предварительного сжатия пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала, когда, например, плиты 2 имеют упруго сжатое соприкосновение со всеми или основными ее элементами и между собой.
Имеется слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала, который в частных случаях, по первому варианту выполнен цельно связанным цельным (в виде одной детали) или цельно связанным из склеенных или иным способом соединенных между собой горизонтальных нескольких или одного слоев плит 3, исключающим их взаимное смещение в одном или нескольких направлениях горизонтальной и вертикальной плоскости. А по второму варианту слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала имеет разделение по высоте на цельно связанные уровни, например плит 3, соединенные между собой одним или несколькими выступами, плотно входящими в соответствующие выемки с возможностью извлечения уровней друг из друга и с образованием упора в горизонтальной плоскости. В частном случае плиты 3 выполнены из вспененного этиленвинилацетата. Уровни слоя пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала являются цельно связанными, так как не являются насыпными, а являются цельными (выполненными в виде одной детали) или выполнены из цельных плит 2 или 3, соединенных между собой, например клеем или иным способом, исключающим их взаимное смещение в одном или нескольких направлениях горизонтальной и вертикальной плоскости.
По первому варианту слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала, цельный или состоящий из плит 3, имеет один или несколько выступов, плотно входящих в соответственно одну или несколько ячеек решетчатой рамы 1 с образованием упора в горизонтальной плоскости и с возможностью извлечения из них, например, преодолением сил упругого сжатия пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала и путем выполнения сопряжения выступов и соответствующих им выемок вертикальными гранями.
По второму варианту верхний уровень слоя пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала соединен с решетчатой рамой 1 одним или несколькими с боковыми гранями, входящими в соответственно одну или несколько ячеек решетчатой рамы 1, с образованием упора в горизонтальной плоскости и закрепленными в них силами упругости и/или клеевым соединением. По второму варианту уровни слоя пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала соединены между собой одним или несколькими выступами с боковыми гранями для продольного и поперечного упора, плотно входящими в соответствующие выемки с возможностью извлечения уровней друг из друга, например, преодолением сил упругого сжатия пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала и путем выполнения сопряжения выступов и соответствующих им выемок вертикальными гранями.
В любом случае, возможность извлечения указанных уровней друг из друга пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала или его из решетчатой рамы 1 означает возможность разъединения без их разрушения, то есть они образуют разъемное соединение друг с другом.
В частном случае, один или несколько выступов цельно связанного слоя пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала (плит 3) и в которые они входят ячейки решетчатой рамы или выемки в цельно связанном слое пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала (плит 3) выполнены так, что образован упор в горизонтальной плоскости в продольном направлении. Для этого выступы слоя пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала (плит 3) или его уровня могут быть выполнены, например, в виде прямоугольных призм плит 3, приклеенных к основанию этого слоя или его уровню, с образованием сопряжения боковых граней прямоугольных призм плит 3 и соответствующих граней ячеек решетчатой рамы или выемок в цельно связанном слое пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала (плит 3) в нескольких плоскостях, перпендикулярных продольной оси корпуса глиссирующей амфибии, как показано на фиг. 7, либо такие плоскости могут быть ориентированы как в продольном, так и в поперечном направлении, как показано на фиг. 6, либо под разными углами к продольной оси корпуса глиссирующей амфибии.
Водоизмещающая функция пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала (плит 2 и 3) заключается в отсутствии впитывания воды, либо в достаточно медленном и незначительном впитывании воды.
Слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала (плит 3), прижатый к решетчатой раме 1 является формообразующим скользящую поверхность внешней обшивки 4, которая выполнена из гибкого и упругого материала, например полиэтилена низкого давления, листы которого загибами по бортам закреплены на решетчатой раме 1, например с помощью болтов 5 и образуют необходимой для глиссирования формы участки скользящей поверхности. При этом плиты 3 являются прижатыми внешней обшивкой 4 к решетчатой раме 1.
Слой пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала (плит 3), прижатый к решетчатой раме 1 является формообразующим скользящую поверхность внешней обшивки 4, так как она примыкает к нему и повторяет его форму. Участки скользящей поверхности внешней обшивки 4 для глиссирования должны быть плоскими или почти плоскими, что использовано для обеспечения устойчивости глиссирующей амфибии как на воде, так и на суше и достижения амфибийных свойств. При этом скользящая поверхность внешней обшивки 4 может быть полностью плоской или близкой к плоской, например с реданами или другими элементами глиссирующей поверхности.
В частном случае может быть применен листовой материал 6, закрепленный, например клеевым или резьбовым соединением, к решетчатой раме 1 и являющийся покрытием самоотливной палубы и имеющий опору на пенистый воздухосодержащий и водоизмещающий упругий материал (плиты 2).
Балки решетчатой рамы 1 с полым поперечным сечением расположены выше статической ватерлинии при полной загрузке, так как заполняющий ячейки решетчатой рамы 1 пенистый воздухосодержащий и водоизмещающий упругий материал (плиты 2) служит для создания только запаса плавучести. Плиты 2 могут отсутствовать, тогда выполняющим их функцию пенистым воздухосодержащим и водоизмещающим упругим материалом, заполняющим ячейки решетчатой рамы 1 являются только плиты 3.
Работает корпус глиссирующей амфибии следующим образом.
При передвижении транспортного средства на внешнюю обшивку 4 оказывается динамическое воздействие от преодолеваемых неровностей снежной, водной или водно-ледовой поверхности. Происходит упругое продавливание внешней обшивки 4 благодаря деформации плит 3. Наличие балок с полым поперечным сечением является обычной практикой, так как обеспечивается как их малый вес, так и их большая прочность и жесткость. Плотное заполнение плитами 2 ячеек решетчатой рамы 1 не только уменьшает водопоглощение, но и увеличивает прочность конструкции, так как позволяет упругостью плит 2 более равномерно перераспределять нагрузки между ее элементами, что позволяет снизить вес конструкции при равной прочности. Наличие сопряжения с боковыми гранями для продольного и/или поперечного упора выступов и выемок сопряжения слоев плит 3 (по второму варианту) или сопряжения выступов плит 3 с решетчатой рамой 1 исключает смещение их в горизонтальной плоскости при деформациях внешней обшивки 4, что особенно востребовано в продольном направлении, в котором действуют наибольшие нагрузки от препятствий при движении глиссирующей амфибии. Боковые сдвигающие нагрузки являются более слабыми и с ними справляются внешняя обшивка 4 и силы трения от прижатия цельных слоев пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала (плит 3) друг с другом и к решетчатой раме 1. Это обеспечивает прочность конструкции без использования дополнительных средств крепления, а значит уменьшает вес конструкции при равной прочности.
При многократных деформациях внешней обшивки 4, из-за наличия или образования неплотностей стыковки ее листов между собой и небольших зазоров вода попадает к плитам 3. При этом в результате давления на обшивку 4 вода выталкивается наружу, так как и плиты 3 деформируются, а значит нагреваются, растапливая лед при не сильно низкой температуре, смыкая открывшиеся поры. В полостях балок решетчатой рамы 1 и на многочисленных стыках их сопряжения с плитами 2 иди 3 при наличии или появлении пор, трещин или отверстий интенсивно вода не накапливается, так они находятся выше статической ватерлинии, а при появлении воды происходит ее дренирование к внешней обшивке 4 и/или выталкивание при упругом сжатии плит 2 или 3 от внешней нагрузки. При этом происходит выталкивание воды из сопряжений выступов и выемок сопряжения слоев плит 3 (по второму варианту) или сопряжения выступов плит 3 с решетчатой рамой 1 силами внешней нагрузки из-за упругого деформирования пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала. Вода, которая попадает сверху на самоотливную палубу, в частном случае на листовой материала 6, поэтому, просачиваясь, меньше накапливается в пространство расположения плит 2 и 3.
При этом обеспечена лучшая ремонтопригодность, так как при аварийном повреждении и остаточных деформациях пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала (плит 3) от внешних ударов, сила которых превосходит допустимые значения, проведение ремонта заключается в снятии внешней обшивки 4 путем демонтажа болтов 5, после чего нижний, наиболее подверженный повреждениям слой плит 3 снимается при разъединении его выступов от впадин верхнего слоя плит 3 (по второму варианту), либо при разъединении слоя плит 3 от ячеек решетчатой рамы 1 (по первому варианту), без повреждений и применения сложных технологических операций. Затем, при необходимости, заменяют поврежденные листы внешней обшивки 4, а также полностью или частично плиты 3. Сборку производят в обратной последовательности.
Таким образом происходит улучшение эксплуатационных свойств корпуса глиссирующей амфибии, в котором надежно предотвращено смещение слоя пенистого воздухосодержащего упругого материала (плит 2 и 3) относительно решетчатой рамы 1 с уменьшением веса, с помощью уменьшения поглощения его конструкцией воды путем увеличения высоты расположения балок решетчатой рамы 1 выше уровня воды, с обеспечением обжатия пенистого воздухосодержащего и водоизмещающего упругого материала для уменьшения его намокания и обеспечения его менее трудоемкой замены при повреждениях.