СУДНО НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ
FOILCRAFT

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания судов на подводных крыльях с улучшенными маневренными характеристиками и управляемостью при движении в условиях морского волнения.
Известно судно на подводных крыльях, имеющее корпус, воздушный движительный комплекс, расположенный на установленных по бортам небольших горизонтальных воздушных крыльях, подводные несущие крылья по бортам и кормовое крыло (Транспортные суда на подводных крыльях, В.И.Блюмин, Иванов Л.А. и Масеев М.Б., «Транспорт», М., 1994, стр.81-82) - прототип.
Однако для эксплуатации такого судна в условиях морского волнения, оно имеет ряд недостатков, к числу которых относятся:
- недостаточная подъемная сила для выхода судна на режим разгона;
- воздушные движители не обеспечивают достаточной тяги для разгонных режимов движения судна и, кроме того, двигатели воздушных движителей подвержены заливанию их водяными струями и брызгами от носовой оконечности судна и носовых крыльев;
- недостаточная стабилизация продольного и бокового движения судна на волнении;
- ограниченный срок эксплуатации движительного комплекса в условиях агрессивной среды, коей является соленая морская вода;
- имеет место неблагоприятное, в части снижения подъемной силы, взаимное влияние подводных несущих крыльев из-за этажерного расположения друг над другом элементов.
Задачей предлагаемого изобретения является создание скоростного судна на подводных крыльях (СПК), обеспечивающего движение в условиях морского волнения со скоростями свыше 150 км/ч, а также на промежуточных скоростях с высокой мореходностью и маневренностью по скорости хода и курсу, и длительную эксплуатацию в условиях соленой агрессивной среды. Для этого судно на подводных крыльях, имеющее корпус, движительный комплекс и комплекс подводных крыльев, оборудовано расположенным по обе стороны корпуса центропланом брызгозащитной конфигурации, простирающимся вдоль корпуса, начиная от его носовой оконечности, и имеющим прикрепленные к нему снизу, в его передней части, и разнесенные по бортам за пределы корпуса скеги, а также консольно прикрепленные по обе стороны к нему профилированные воздушные крылья, и системой автоматического управления движением судна. Причем комплекс несущих подводных крыльев выполнен состоящим из носового крыла и разрезных центральных подводных крыльев, разнесенных по бортам за пределы корпуса и закрепленных стойками на центроплане в средней части по длине судна. Движительный комплекс выполнен состоящим из размещенных побортно на скегах вентилируемых водометных движителей (ВВД), оборудованных газотурбинными установками (ГТУ), и турбовентиляторных движителей (ТВД), расположенных над кормовой частью корпуса и центроплана, выполненных в морском исполнении, обеспечивающем их длительную эксплуатацию в соленой агрессивной среде. Причем носовое и центральные подводные крылья имеют в плане форму с обратной стреловидностью по отношению к потоку. При этом на транце корпуса установлен стабилизатор продольного и бокового движения.
Кроме того, стабилизатор продольного и бокового движения выполнен в виде поворотной стойки, на нижнем конце которой установлено подводное вспомогательное крыло.
При этом газотурбинные установки размещены в центропланах и оснащены приводами ВВД в виде угловых редукторов, размещенных в скегах.
Наряду с этим, вентилируемые водометные движители оборудованы расположенными за их соплами надкрылками.
Кроме того, воздушные крылья оснащены концевыми шайбами.
Наряду с этим, на задних кромках воздушных крыльев установлены секционированные управляемые закрылки.
Кроме того, на задних кромках центроплана имеются управляемые закрылки.
Причем начало центроплана находится на уровне нулевого теоретического шпангоута.
При этом скеги под центропланом расположены в районе его торцов.
Наряду с этим система автоматического управления движением судна связана с системой движительных комплексов, приводами закрылков и кормового стабилизирующего устройства.
Кроме того, над центральными подводными крыльями расположены стартовые элементы, установленные на стойках указанных крыльев.
Оборудование судна центропланом брызгозащитной конфигурации, простирающимся вдоль корпуса от носа, с консольно прикрепленными к нему профилированными воздушными крыльями, дает возможность осуществить аэродинамическую разгрузку, позволяющую снизить нагрузку на подводные крылья и тем самым оттянуть по скорости движения начало кавитации на подводных крыльях и улучшить стабилизацию продольного движения судна в условиях морского волнения. Кроме того, совместно со скегами они позволяют защитить от заливания водными струями и брызгами от носовой оконечности и носового крыла ТВД, размещенных над кормовой оконечностью корпуса и центроплана.
Введение в комплекс несущих подводных крыльев носового крыла обеспечивает ускорение выхода судна на режим крыльевого движения и ограничение амплитуд килевой (продольной) качки на волнении. Введение же разрезных центральных подводных крыльев, разнесенных по бортам за пределы корпуса, позволяет увеличить плечо восстанавливающего момента при крене судна и умерить бортовую качку.
Выполнение движительного комплекса в виде комбинации ТВД и ВВД и в морском исполнении обеспечивает высокую тягу для ускоренного выхода судна на разгонный режим и повышенную скорость движения, а также длительную эксплуатацию комплекса в соленой морской воде.
Использование в составе движительного комплекса размещенных под центропланом ВВД, оборудованных ГТУ, позволяет исключить падение тяги движителей, имеющее место для обычных невентилируемых водометных движителей при попадании в них воздуха в случае пересечения свободной поверхности, и тем самым обеспечить тягу, достаточную для движения судна на разгонном режиме.
Придание носовому и центральным подводным крыльям формы в плане с обратной стреловидностью по отношении к потоку, позволяет оттянуть по скорости начало кавитации на части крыльев, работающих под свободной поверхностью, и соответственно, начало падения на них подъемной силы.
Установка на транце корпуса стабилизатора, выполненного в виде поворотной стойки с подводным вспомогательным крылом на его нижнем конце, обеспечивает стабилизацию продольного и бокового движения судна на волнении и одновременно управление судна по курсу.
Наличие за соплом ВВД надкрылков для направления струи движителей позволяет увеличить демпфирование подводной крыльевой системы и уменьшить перегрузки движительно-двигательной системы при ходе на волнении, обеспечив более равномерную тягу.
Управляемые закрылки на задних кромках воздушных крыльев и центроплана позволяют регулировать подъемную силу воздушных крыльев и центроплана, а также усилить экранный эффект, обусловленный взаимодействием воздушных крыльев и центроплана со свободной поверхностью воды.
Концевые шайбы на торцах воздушных крыльев способствуют снижению поперечного перетекания потока на крыле, улучшая тем самым подъемную силу крыла.
Наличие над центральными подводными крыльями стартовых элементов увеличивает подъемную силу такого крыльевого комплекса и поэтому позволяет ускорить выход корпуса судна из воды на режиме разгона.
Расположением ТВД над кормовой частью корпуса и центроплана практически исключается заливание их водяными брызгами и струями от носовой оконечности и носового подводного крыла.
Выполнение воздушных движителей в виде турбовентиляторных движителей, объясняется тем, что для высоких скоростей движения судна они являются наиболее оптимальными по сравнению с другими движителями.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически показано предлагаемое судно на подводных крыльях (вид сбоку), на фиг.2 - вид по А на фиг.1 и на фиг.3 - вид по Б на фиг.1 (вид снизу на судно).
Судно на подводных крыльях имеет корпус 1, к которому с обоих сторон прикреплен центроплан 2, представляющие собой вместе единую прочную конструкцию (фиг.1, 2). Центроплан 2 представляет собой плюсообразное крыло, имеет брызгозащитную конфигурацию и простирается вдоль корпуса 1, начиная от нулевого теоретического шпангоута. По торцам центроплана 2, под ним, в его передней части, установлены скеги 3, а также консольно прикреплены к нему с обоих сторон профилированные воздушные крылья 4 (фиг.2, 3). В центроплане 2 размещены газотурбинные установки (не показано) с приводами в виде угловых редукторов, размещенных в скегах 3 (не показано) вентилируемых водометных движителей 5, расположенных побортно и установленных на скегах 3. Консоли воздушных крыльев 4 по торцам оборудованы концевыми шайбами 6. На задних кромках воздушных крыльев 4 установлены секционированные управляемые закрылки 7, а на задних кромках центроплана - управляемые закрылки 8. Судно оборудовано комплексом несущих подводных крыльев, состоящим из выходящего из воды на разгоне носового подводного крыла 9, и разрезных центральных подводных крыльев 10, разнесенных по бортам за пределы корпуса 1 и закрепленных стойками 11 на центроплане 2 в средней части по длине судна (фиг.1, 2). Носовое 9 и центральные подводные крылья 10 имеют в плане форму с обратной стреловидностью по отношению к потоку. Над центральными подводными крыльями 10 расположены стартовые элементы 12, установленные на стойках 11 центральных крыльев 10. На транце корпуса 1 установлен стабилизатор 13 продольного и бокового движения, выполненный в виде поворотной стойки 14 с подводным вспомогательным крылом 15 на его нижнем конце. ВВД 5 оборудованы надкрылками 16, расположенными за их соплами. Над кормовой частью корпуса 1 и центроплана 2 расположены турбовентиляторные движители 17 судна. Движительно-двигательный комплекс судна 5, 17 выполнен в морском исполнении. Судно оборудовано системой автоматического управления движением судна (не показано), связанной с системой движительных комплексов судна, приводами управляемых закрылков 8, 9 и кормового стабилизатора продольного и бокового движения 13.
Работа судна на подводных крыльях в условиях волнения осуществляется следующим образом.
После начала движения судна за счет совместной тяги движительного комплекса, состоящего из ВВД 5 и ТВД 17, на носовом подводном крыле 9 возникает подъемная сила, в результате действия которой увеличивается ходовой (продольный) дифферент судна и тем самым возрастают углы атаки как центральных подводных крыльев 10, так и воздушных крыльев 4 и центроплана 2, что способствует более быстрому и наиболее экономичному выходу на разгонный режим и последующий крыльевой режим движения. Ускоренному выходу корпуса судна из воды на режиме разгона также способствуют и стартовые элементы 12, расположенные над центральными подводными крыльями 10.
При этом управление движением на крыльевом режиме осуществляется под действием установленных на транце корпуса 1 элементов стабилизатора 13, причем за счет поворота стойки 14 происходит управление курсом судна, а за счет перекладки вспомогательного подводного крыла 15 - управление его дифферентом.
При изменении погружения носового подводного крыла 9 на нем изменяется величина подъемной силы, и за счет этого осуществляется умерение продольной качки судна на волнении.
Как при разгоне судна, так и при его движении в крыльевом режиме на волнении осуществляется дополнительное управление движением судна и умерением его продольной и поперечной качки путем перекладки управляемых закрылков 7, 8 воздушных крыльев 4 и центроплана 2 соответственно. Управление движением судна в целом на всех режимах его движения осуществляется системой автоматического управления движением судна, связанного с системой движительных комплексов 5, 17, приводами элементов 14, 15 кормового стабилизатора 13 продольного и бокового движения и управляемых закрылков 7, 8.
Таким образом, предлагаемое судно на подводных крыльях обеспечивает движение в условиях морского волнения со скоростями свыше 150 км/ч, а также на промежуточных скоростях с высокой мореходностью и маневренностью по скорости хода и курсу, и его длительную эксплуатацию в условиях соленой агрессивной среды, что его выгодно отличает от прототипа.