ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ СУДНО С ГИБРИДНЫМ ВОДНЫМ ДВИЖИТЕЛЕМ (ВАРИАНТЫ)
HIGH-SPEED VESSEL WITH HYBRID WATER PROPULSOR (VERSIONS)

Изобретение относится к области судостроения, а именно к высокоскоростным судам движущимся по поверхности воды, над поверхностью воды и под водой. Известен способ снижения гидродинамического сопротивления судна путем эжектирования на поверхность корпуса судна вязкоупругого полимерного покрытия (см. патент РФ N 2501823, авторы Мур К.Дж.(US), Райен Т.Д.(US), Мур K.M.(US), Бойс TA.(US), публикация 20.12.2013 г.). Данная технология снижения гидродинамического сопротивления водной среды является слишком трудоемкой и дорогостоящей в реализации. Известен способ уменьшения поверхностного трения при движении тела в воде, при котором создается электрическое поле в пограничном слое окружающем поверхность тела, путем приложения электрического напряжения к проводящим участкам разделенных изолятором, при этом происходит образование пограничного газового слоя вокруг поверхности движущегося тела. (см. патент РФ N 2223195, авторы Дозоров Т.А., Смирнов Г.В., публикация 10.02.2004 г.).
Известен способ снижения сопротивления при обтекании тела потоком жидкой или газовой среды, при котором создают циркуляцию среды между пространством вне тела и полостями внутри него (см. патент РФ N 2169097, авторы Альпин А.Я., Альпин В.А., публикация 20.06.2001 г.). Следует отметить, что все вышеприведенные аналоги решают задачу пассивного снижения сопротивления при движении тела в воде, что не дает существенного положительного эффекта от использования данных технологических решений. Известно техническое решение реактивного водного движителя, включающего водометную силовую установку, водозаборные устройства, выпускные сопла, систему каналов-трубопроводов соединяющих водозаборные устройства с силовой водометной установкой и с выпускными соплами, при этом для варианта высокоскоростного водоизмещающего надводного либо подводного судна выпускные сопла расположены на участках смоченной поверхности корпуса судна в виде двумерного массива в зависимости от гидродинамического сопротивления участков корпуса судна, при этом истекание струй из выпускных сопел направлено вдоль поверхности корпуса судна, либо под острым углом к поверхности корпуса судна.(патент РФ 2651949, автор Сушенцев Б.Н., публикация 24.04.2018 г.). Следует отметить рациональность использования потока испускаемой жидкости от силовой водометной установки вдоль всей либо большей части поверхности корпуса судна соприкасающейся с водой для минимизации гидродинамического сопротивления движущегося судна и как следствие увеличение скорости движения судна. Однако при использовании многоструйной водометной системы в качестве основного судового движителя для крупных водоизмещающих судов следует отметить ее повышенную энергоемкость. Практика свидетельствует, что до настоящего времени использование гребных винтов в качестве маршевого судового движителя является наиболее эффективным и надежным рабочим органом, при этом КПД гребных винтов достигает 75-80% («Судовые движители», С.В. Антоненко, ДВПИ, Владивосток, 2007 г.) Целью настоящего изобретения является эффективное использование гребных винтов в качестве основного маршевого судового движителя при минимизации гидродинамического сопротивления движущегося судна за счет обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна. Для достижения указанной цели предлагается четыре варианта высокоскоростного судна с гибридным движителем.
Вариант N 1. Высокоскоростное судно включающее корпус обтекаемой формы, силовую установку состоящую из двух либо более судовых движительных систем, одна из которых является маршевой силовой установкой для привода одного либо более грибных винтов, водозаборные устройства, систему каналов-трубопроводов соединяющих водозаборные устройства с выпускными соплами расположенными на смачиваемой наружной поверхности корпуса судна в зависимости от гидродинамического сопротивления участков корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения судна, при этом для судна движущегося как по поверхности воды, так и под водой гребные винты от маршевой судовой силовой установки располагаются в хвостовой части судна, при этом дополнительная вспомогательная судовая силовая установка состоит из водометной силовой установки для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла имеющие изменяемый вектор тяги и расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна и при этом корпус судна имеет дискообразную форму круглого, овального либо многоугольного очертания в плане, при этом в носовой и хвостовой части корпуса установлены горизонтальные цельноповоротные подводные крылья, при этом по боковым сторонам корпуса судна выполнены горизонтальные крылья-стабилизаторы. Вариант N 2. Высокоскоростное судно включающее корпус обтекаемой формы, силовую установку состоящую из двух либо более судовых движительных систем, одна из которых является маршевой силовой установкой для привода одного либо более грибных винтов, водозаборные устройства, систему каналов-трубопроводов соединяющих водозаборные устройства с выпускными соплами расположенными на смачиваемой наружной поверхности корпуса судна в зависимости от гидродинамического сопротивления участков корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел от силовой водометной установки направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения судна, при этом для судна движущегося как по поверхности воды так и над водой корпус выполнен сигарообразной обтекаемой формы, при этом предусмотрены несущие крылья с элементами механизации для создания аэродинамической подъемной силы, при этом в передней части сигарообразного корпуса судна выполнено несущее крыло-высокоплан. при этом в хвостовой части корпуса судна выполнено несущее крыло-высокоплан выше уровня переднего несущего крыла закрепленное на вершине одной либо двух вертикальных консолей, при этом гребные винты от маршевой судовой силовой установки располагаются в хвостовой части погружного водозаборного устройства, при этом дополнительная вспомогательная судовая силовая установка состоит из водометной силовой установки для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна, при этом водозаборное устройство используемое при движении судна над поверхностью воды выполнено погружным и закреплено к корпусу высокоскоростного судна при помощи трансформируемой системы телескопических конструкций.
Вариант N 3. Высокоскоростное судно включающее корпус обтекаемой формы, силовую установку состоящую из двух либо более судовых движительных систем, одна из которых является маршевой силовой установкой для привода одного либо более грибных винтов, водозаборные устройства, систему каналов-трубопроводов соединяющих водозаборные устройства с выпускными соплами расположенными на смачиваемой наружной поверхности корпуса судна в зависимости от гидродинамического сопротивления участков корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел от направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения судна, при этом для судна движущегося как по поверхности воды так и над водой корпус выполнен сигарообразной обтекаемой формы в виде катамарана либо тримарана, при этом предусмотрены несущие крылья с элементами механизации для создания аэродинамической подъемной силы, при этом в передней части сигарообразного корпуса-фюзеляжа выполнено несущее крыло-высокоплан, при этом в хвостовой части корпуса-фюзеляжа выполнено несущее крыло-высокоплан расположенное выше уровня переднего несущего крыла и закрепленное на вершине одной либо двух вертикальных консолей, при этом водозаборное устройство, используемое при движении судна над поверхностью воды выполнено погружным и закреплено к корпусу высокоскоростного судна при помощи трансформируемой системы телескопических конструкций, при этом при этом гребные винты от маршевой судовой силовой установки располагаются в хвостовой части погружного водозаборного устройства, при этом дополнительная вспомогательная судовая силовая установка состоит из водометной силовой установки для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна, а также для обеспечения вертикального подъема, зависания, разгона, торможения и посадки путем создания устойчивого суммарного уравновешивающего вертикального реактивного момента относительно центра тяжести поднимаемой части судна от истечения водяных струй из подъемных водовыпускных сопел, при этом подъемные водовыпускные сопла расположены на периметре несущих круговых сегментных консолей расположенных вдоль боковых сторон корпуса судна.
Вариант N 4. Высокоскоростное судно включающее корпус обтекаемой формы, силовую установку состоящую из двух либо более судовых движительных систем, одна из которых является маршевой силовой установкой для привода одного либо более грибных винтов, водозаборные устройства, систему каналов-трубопроводов соединяющих водозаборные устройства с выпускными соплами расположенными на смачиваемой наружной поверхности корпуса судна в зависимости от гидродинамического сопротивления участков корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел от силовой водометной установки направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения судна, при этом для судна движущегося под водой, по поверхности воды и над водой корпус судна имеет дискообразную форму круглого, овального либо многоугольного очертания в плане, при этом в носовой и хвостовой части корпуса установлены горизонтальные цельноповоротные подводные крылья, при этом гребные винты от маршевой судовой силовой установки располагаются в хвостовой части погружного водозаборного устройства, при этом дополнительная вспомогательная судовая силовая установка состоит из водометной силовой установки для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна, а также для обеспечения вертикального подъема над водной поверхностью, зависания, разгона, торможения и посадки на водную поверхность, путем создания устойчивого суммарного уравновешивающего вертикального реактивного момента относительно центра тяжести поднимаемой части судна от истечения водяных струй из подъемных водовыпускных сопел, при этом подъемные водовыпускные сопла расположены на периметре корпуса судна равномерно, либо группами как минимум в трех радиальных направлениях, при этом водозаборное устройство закреплено к корпусу судна при помощи одной либо нескольких выдвижных телескопических консолей в передней части корпуса судна, при этом для создания подъемной аэродинамической силы при движении судна над поверхностью воды судно оснащено кольцевым трансформируемым крылом, при этом в сложенном положении сегменты трансформируемого кольцевого крыла образуют обтекаемую верхнюю поверхность дискообразного корпуса судна, при этом при полете над поверхностью воды сегменты кольцевого крыла выдвигаются над верхней поверхностью корпуса судна, при этом верхняя поверхность корпуса судна при выдвинутых сегментах трансформируемого кольцевого крыла имеют обтекаемую поверхность.
На иллюстрационных примерах применения данного изобретения показаны варианты исполнения высокоскоростного судна с гибридным движителем.
На чертежах изображено:
на фиг. 1 - вид сбоку, при движении в подводном положении, высокоскоростного судна движущегося как по поверхности воды, так и под водой (по варианту N1) включающее корпус обтекаемой формы, при этом корпус судна имеет дискообразную форму овального очертания в плане, маршевую судовую силовую установку для привода двух гребных винтов, при этом гребные винты от маршевой судовой силовой установки располагаются в хвостовой части судна, дополнительную вспомогательную судовую силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла, имеющих изменяемый вектор тяги и расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна либо под острым углом в направлении против направления движения судна, при этом в носовой и хвостовой части корпуса установлены горизонтальные цельноповоротные подводные крылья, при этом по боковым сторонам корпуса судна выполнены горизонтальные крылья-стабилизаторы;
на фиг. 2 - вид сбоку высокоскоростное судно по фиг. 1 при движении в надводном положении;
на фиг. 3 - вид со стороны днища высокоскоростного судна по фиг. 1;
на фиг. 4 - вид сбоку высокоскоростного судна (по варианту N 2) при движении в надводном положении, включающее корпус обтекаемой сигарообразной формы формы, погружное водозаборное устройство закрепленное к корпусу высокоскоростного судна при помощи трансформируемой системы телескопических конструкций в передней части корпуса судна, несущие трансформирующиеся крылья с элементами механизации для создания аэродинамической подъемной силы, при этом в передней части сигарообразного корпуса судна выполнено несущее крыло-высокоплан, при этом в хвостовой части корпуса судна выполнено несущее крыло-высокоплан выше уровня переднего несущего крыла и закрепленное на вершине двух вертикальных консолей, маршевую судовую силовую установку для привода гребного винта, при этом гребной винт от маршевой судовой силовой установки расположен в хвостовой части погружного водозаборного устройства, дополнительную вспомогательную судовую силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения судна,
на фиг. 5 - вид сбоку высокоскоростного судна (по фиг. 4) при движении в надводном положении в режиме разгона для взлета поднимаемой части судна над водой, при этом подкрылки многопланных трансформирующихся крыльев находятся в выдвинутом положении для увеличения площади крыла и увеличения угла атаки;
на фиг. 6 - вид сбоку высокоскоростного судна (по фиг. 4) при движении над водой в режиме взлета поднимаемой части судна над водой, при этом подкрылки многопланных трансформирующихся крыльев находятся в выдвинутом положении для увеличения площади крыла и увеличения угла атаки, при этом дополнительная вспомогательная судовая силовая установка для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна отключена;
на фиг. 7 - вид сбоку высокоскоростного судна (по фиг. 4) при движении над водой в режиме крейсерского полета поднимаемой части судна над водой, при этом подкрылки многопланных трансформирующихся крыльев находятся в сложенном положении, при этом дополнительная вспомогательная судовая силовая установка для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна отключена;
на фиг. 8 - вид спереди высокоскоростного судна (по варианту N 3) при движении в надводном положении, включающее корпус обтекаемой сигарообразной формы в виде тримарана, погружное водозаборное устройство закрепленное к корпусу высокоскоростного судна при помощи трансформируемой системы телескопических конструкций в передней части корпуса судна, несущие трансформирующиеся крылья с элементами механизации для создания аэродинамической подъемной силы, при этом в передней части сигарообразного корпуса судна выполнено несущее крыло-высокоплан. при этом в хвостовой части корпуса судна выполнено несущее крыло-высокоплан выше уровня переднего несущего крыла и закрепленное на вершине двух вертикальных консолей, маршевую судовую силовую установку для привода гребного винта, при этом гребной винт от маршевой судовой силовой установки расположен в хвостовой части погружного водозаборного устройства, дополнительную вспомогательную судовую силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения судна, а также для обеспечения вертикального подъема, зависания, разгона, торможения и посадки путем создания устойчивого суммарного уравновешивающего вертикального реактивного момента  относительно центра тяжести поднимаемой части судна от истечения водяных струй из подъемных водовыпускных сопел, при этом подъемные водовыпускные сопла расположены на периметре несущих круговых сегментных консолей расположенных вдоль боковых сторон корпуса судна;
на фиг. 9 - вид спереди высокоскоростного судна (по фиг. 8) в режиме вертикального подъема, зависания либо посадки на водную поверхность;
на фиг. 10 - вид спереди высокоскоростного судна (по фиг. 8) в режиме горизонтального крейсерского полета над водной поверхностью;
на фиг. 11 - вид в плане высокоскоростного судна (по фиг. 8);
на фиг. 12 - вид в плане высокоскоростного судна (по фиг. 8) с включенной системой вертикального взлета, зависания и посадки для создания устойчивого суммарного уравновешивающего вертикального реактивного момента  относительно центра тяжести поднимаемой части судна от истечения водяных струй из подъемных водовыпускных сопел, при этом подъемные водовыпускные сопла расположены на периметре несущих круговых сегментных консолей расположенных вдоль боковых сторон корпуса судна;
на фиг. 13 - вид сбоку высокоскоростного судна (по фиг. 8) при движении в надводном положении;
на фиг. 14 - вид сбоку высокоскоростного судна (по фиг. 8) с включенной системой вертикального взлета, зависания и посадки путем создания устойчивого суммарного уравновешивающего вертикального реактивного момента  относительно центра тяжести поднимаемой части судна от истечения водяных струй из подъемных водовыпускных сопел, при этом подъемные водовыпускные сопла расположены на периметре несущих круговых сегментных консолей расположенных вдоль боковых сторон корпуса судна;
на фиг. 15 - вид сбоку высокоскоростного судна (по фиг. 8) в режиме горизонтального крейсерского полета над водной поверхностью;
на фиг. 16 - вид в плане высокоскоростного судна (по варианту N 4) включающее корпус обтекаемой дискообразной формы, при этом в носовой и хвостовой части корпуса установлены горизонтальные цельноповоротные подводные крылья, погружное водозаборное устройство закрепленное к корпусу высокоскоростного судна при помощи трансформируемой системы телескопических конструкций в передней части корпуса судна, маршевую судовую силовую установку для привода гребного винта, при этом гребной винт от маршевой судовой силовой установки расположен в хвостовой части погружного водозаборного устройства, дополнительную вспомогательную судовую силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения судна, а также для обеспечения вертикального подъема, зависания, разгона, торможения и посадки путем создания устойчивого суммарного уравновешивающего вертикального реактивного момента  относительно центра тяжести поднимаемой части судна от истечения водяных струй из подъемных водовыпускных сопел, при этом подъемные водовыпускные сопла расположены на периметре корпуса судна группами в трех радиальных направлениях, при этом для создания подъемной аэродинамической силы при движении судна над поверхностью воды судно оснащено кольцевым трансформируемым крылом, при этом в сложенном положении сегменты трансформируемого кольцевого крыла образуют обтекаемую верхнюю поверхность дискообразного корпуса судна, при этом при полете над поверхностью воды сегменты кольцевого крыла выдвигаются над верхней поверхностью корпуса судна, при этом верхняя поверхность корпуса судна при выдвинутых сегментах трансформируемого кольцевого крыла имеют обтекаемую поверхность;
на фиг. 17 - вид сбоку высокоскоростного судна (по фиг. 16) при движении в надводном положении;
на фиг. 18 - вид сбоку высокоскоростного судна (по фиг. 16) при движении в подводном положении;
на фиг. 19 - вид в плане высокоскоростного судна (по фиг. 16) с включенной системой вертикального взлета, зависания и посадки путем создания устойчивого суммарного уравновешивающего вертикального реактивного момента  относительно центра тяжести поднимаемой части судна от истечения водяных струй из подъемных водовыпускных сопел, при этом подъемные водовыпускные сопла расположены на периметре корпуса судна группами в трех радиальных направлениях,
на фиг. 20 - вид сбоку высокоскоростного судна (по фиг. 16) с включенной системой вертикального взлета, зависания и посадки путем создания устойчивого суммарного уравновешивающего вертикального реактивного момента  относительно центра тяжести поднимаемой части судна от истечения водяных струй из подъемных водовыпускных сопел, при этом подъемные водовыпускные сопла расположены на периметре корпуса судна группами в трех радиальных направлениях,
на фиг. 21 - вид сбоку высокоскоростного судна (по фиг. 16) с выдвинутым кольцевым несущим крылом для создания аэродинамической подъемной силы;
на фиг. 22 - вид сбоку высокоскоростного судна (по фиг. 16) с выдвинутым кольцевым несущим крылом для создания аэродинамической подъемной силы в режиме разгона над водной поверхностью поднимаемой части судна;
на фиг. 23 - вид сбоку высокоскоростного судна (по фиг. 16) в режиме горизонтального крейсерского полета над водной поверхностью.
На представленных чертежах позициями обозначены:
поз. 1 - копрпус высокоскоростного ныряющего судна движущегося по поверхности воды и под водой;
поз. 2 - корпус поднимаемой части высокоскоростного судна движущегося по поверхности воды и над водой;
поз. 3 - корпус поднимаемой части высокоскоростного судна движущегося по поверхности воды и над водой с возможностью вертикального взлета;
поз. 4 - корпус поднимаемой части высокоскоростного судна движущегося по поверхности воды, под водой и над водой с возможностью вертикального взлета;
поз. 5 - гребной винт с приводом от судовой маршевой силовой установки;
поз. 6 - выпускное сопло от вспомогательной судовой водометной установки с испусканием реактивных водяных струй вдоль наружной поверхности корпуса судна, либо погружного водозаборного устройства;
поз. 7 - выпускное сопло с изменяемым вектором тяги от вспомогательной судовой водометной установки с испусканием реактивных водяных струй вдоль наружной поверхности корпуса судна либо под острым углом к поверхности корпуса судна;
поз. 8 - подъемное водовыпускное сопло от вспомогательной судовой водометной установки с изменяемым вектором тяги для создания устойчивого суммарного уравновешивающего вертикального реактивного момента +Мр относительно центра тяжести поднимаемой части судна;
поз. 9 - горизонтальные цельноповоротные подводные крылья;
поз. 10 - горизонтальные крылья-стабилизаторы;
поз. 11 - вертикальный цельноповоротный руль в носовой части корпуса судна;
поз. 12 - вертикальный цельноповоротный руль в хвостовой части корпуса судна;
поз. 13 - корпус погружного водозаборного устройства;
поз. 14 - несущая консольная выдвижная телескопическая конструкция;
поз. 15 - несущая горизонтальная круговая сегментная консоль;
поз. 16 - несущее трансформируемое крыло для создания аэродинамической подъемной силы в передней части корпуса судна;
поз. 17 - несущее трансформируемое крыло для создания аэродинамической подъемной силы в хвостовой части корпуса судна;
поз. 18 - основной профиль несущего трансформируемого крыла;
поз. 19 - первый выдвигаемый подкрылок трансформируемого крыла;
поз. 20 - второй выдвигаемый подкрылок трансформируемого крыла;
поз. 21 - вертикальная консоль для крепления несущего трансформируемого крыла в хвостовой части корпуса судна;
поз. 22 - трансформируемое несущее кольцевое крыло для создания аэродинамической подъемной силы;
- вертикальный реактивный момент от истекающих водных струй из подъемных водовыпускных сопел относительно центра тяжести поднимаемой части корпуса судна.