КРЫЛЬЕВОЕ УСТРОЙСТВО СУДНА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая полезная модель относится к судам на подводных крыльях, в частности, к конструкции крыльевых устройств таких судов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время в судостроение для создания конструкция судов широко используются композитные материалы, которые имеют значительные преимущества по сравнению с традиционными материалами, используемыми в данной области. В частности, такие материалы имеют высокое соотношение прочности материала к его массе, что позволяет в значительной степени снизить вес судов и увеличить их грузоподъемность.
Например, известно гидрокрыло (US 4079903, публ. 21.03.1978), выполненное из композитных материалов и представляющее собой конструкцию из соединенных между собой трубчатых элементов разного поперечного сечения, заключенных в оболочку. Материал оболочки выполнен на основе стекловолокна. Пространство между трубчатыми элементами может быть заполнено ячеистым пенопластом. Известная конструкция имеет достаточно высокую прочность, однако использование только одного вида материала значительно снижает возможности модификации этого крыла к различным условиям эксплуатации. Кроме того, такая конструкция достаточно сложна в изготовлении.
Также в качестве композитных материалов в судостроении широко используются трехслойные сэндвич-структуры, имеющие две прочные облицовочные пластины и расположенный между ними средний слой, который связан с оболочкой посредством адгезионных слоев, передающих нагрузку от заполнителя к облицовке и обратно. Для изготовления облицовочных пластин, как правило, используют полимерные материалы на основе стекловолокон и углеродных волокон, а в качестве среднего слоя используют сотовый заполнитель, например пенопласт. Полученные конструкции обладают полифункциональными свойствами, т.е. свойствами, зависящими от компонентов материала, из которого они созданы. Все это позволяет проектировать не только конструкцию из заданного материала, но и сам материал.
Комбинация указанных материалов позволяет создавать конструкции с требуемыми свойствами, при этом не происходит ее удорожания и усложнения технологического процесса.
Известно крыльевое устройство для водных лыж (US 5211594, публ. 18.05.1993), содержащее стойку с закрепленным на ней крылом, которое имеет оболочку и заключенный в эту оболочку средний слой. Оболочка представляет собой многослойную структуру, которая может содержать слои из армированных волокном материалов, имеющих различные свойства. Предпочтительно в качестве таких материалов используют углеродную ткань и стеклоткань. В качестве среднего слоя предпочтительно использую сотовый заполнитель, например пенопласт. Однако в известной конструкции слои указанного материала перекрывают всю поверхность крыла, что значительно снижает возможности моделирования требуемых характеристик конструкции. Кроме того, крепление крыла к стойкам выполнено разъемным, что продиктовано конструктивными особенностями водных лыж и небольшой нагрузкой, оказываемой на данную конструкцию. Однако в случае судов на подводных крыльях требуется более надежное крепление.
Таким образом, задача настоящей полезной модели заключается в создании крыльевого устройства судна, имеющего высокую несущую способность.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Поставленная задача решается благодаря созданию крыльевого устройства судна, содержащего стойки и закрепленное на этих стойках крыло, которое имеет оболочку и средний слой, заключенный в эту оболочку, при этом оболочка содержит слои первого армированного волокном полимерного материала и второго армированного волокном полимерного материала, имеющего характеристики, отличные от характеристик первого армированного волокном полимерного материала, а ориентация волокон указанных первого и второго материалов по меньшей мере в двух смежных слоях различна, причем крыло закреплено на стойках посредством неразъемного соединения, а оболочка соединена с указанной стойкой и имеет участки, на которых количество слоев первого армированного волокном полимерного материала и/или второго армированного волокном полимерного материала отлично от количества указанных слоев на других участках оболочки..
Достигаемый технический результат заключается в повышении прочностных характеристик крыльевого устройства.
При этом первый армированный волокном полимерный материал представляет собой армированный углеродным волокном полимерный материал, а второй армированный волокном полимерный материал может представлять собой армированный стекловолокном полимерный материал.
Крыло может дополнительно содержать закладную деталь, расположенную внутри оболочки. Указанная деталь может быть выполнена металлической.
Средний слой может быть выполнен из пенопласта.
Оболочка может быть прикреплена к стойкам посредством формования.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее предложенная полезная модель описана более подробно со ссылками на чертежи, на которых:
на фиг. 1 изображено в поперечном сечении крыло крыльевого устройства;
на фиг. 2 изображен узел крепления крыла к стойке.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Предложенное крыльевое устройство содержит крыло 1 (фиг. 1), закрепленное на стойках 2 (фиг. 2).
Как показано на фиг. 1, крыло 1 имеет оболочку 3 и средний слой 4, заключенный в эту оболочку 3.
Оболочка 3 имеет слои первого армированного волокном полимерного материала и второго армированного волокном полимерного материала, имеющего характеристики, отличные от характеристик первого композиционного материала.
В рассматриваемом варианте реализации полезной модели в качестве первого армированного волокном полимерного материала используют армированный углеродным волокном полимерный материал, а в качестве второго армированного волокном полимерного материала используют армированный стекловолокном полимерный материал. Кроме того, используют несколько видов указанных первого и второго армированных волокном полимерных материалов с разной ориентацией армирующих волокон, так что в оболочке при переходе от слоя к слою направление армирующих волокон изменяется. Такое выполнение оболочки позволяет повысить прочность крыла.
Кроме того, оболочка может иметь участки, на которых количество слоев первого армированного волокном полимерного материала и/или второго армированного волокном полимерного материала отлично от количества указанных слоев на других участках оболочки.
2
2
2
2
2
В качестве армирующего волокнистого материала для первого композиционного материала могут быть использованы: углеродная ткань-полотно 0°/90° 130 г/м (Ст-12049), углеродная ткань-полотно 0°/90° 240 г/м (Ст-12048), углеродная биаксиальная ткань +45°/-45° 300 г/м (См-42010), углеродная лента 420 г/м (Ст-11083). В качестве армирующего волокнистого материала для второго композитного материала может быть использована, например, стеклоткань биаксиальная +45°/-45° 450 г/м.
2
С наружной стороны каждая оболочка может иметь барьерный или отделочный слой, для выполнения которого может быть использована, например, стекловуаль с плотностью 30 г/м.
В качестве вспененного пластика могут быть использованы следующие материалы: Divinycell H80-20mm GSW, Divinycell H80-25mm GSW, Divinycell H130-20 mm GSW, Divinycell H130-25 mm GSW.
В качестве связующего состава для указанных слоев может быть использована эпоксидная смола, например смола марки Elan-tech EC 157/W152 MLR.
Крыло также может содержать закладную деталь 5, устанавливаемую внутри оболочки в местах крепления стоек 2 и выполняемую, например, из металла. Крепление стоек и закладной детали осуществляют посредством связующих составов.
Крыльевое устройство получают с помощью RTM-технологии, которая предусматривает инжекцию смолы в герметично закрытую форму, в которой находится армирующий материал. Инжекция смолы происходит под низким давлением, а прижим пуансона и матрицы происходит с помощью вакуума. Данная технология позволяет изготавливать сложные детали с помощью одной операции и добиваться оптимальных характеристик пропитки, при этом улучшая показатели жесткости и легкости получаемой конструкции.
Таким образом, предложенная конструкция крыльевого устройства имеет высокую несущую способность и прочностные характеристики, а также небольшой вес, благодаря чему значительно повышается грузоподъемность судна, его надежность, а также расход топлива при эксплуатации судна. Кроме того, значительно снижается трудоемкость изготовления предложенного крыльевого устройства.