ПАРУСНОЕ ВООРУЖЕНИЕ ГУСАКОВА (ПВГ)
GUSAKOV'S RIG

Изобретение относится к судостроению и может быть применено при конструировании парусного вооружения для создания судов широкого спектра назначения как на сухопутных, так и на водных видах транспорта.
Предложенное техническое решение может быть использовано в качестве основного и вспомогательного ветрового движителя прогулочных, спортивных (включая специально создаваемых для получения рекордных результатов), грузовых, рыболовных, исследовательских, патрульных кораблей и кораблей ВМФ, а также судов общего и специального назначения, в том числе экранопланов и амфибий, способных двигаться по воде, льду и снежному насту.
Известен ветродвигатель, содержащий вал вращения, на котором находятся рамы с закрепленными пластинами и имеющими возможность поворота вокруг вертикальной оси (патент США №6853096, МПК: F03D 3/02, опубл. 8.02.2005).
Недостатками этого изобретения являются сложность конструкции, ее обслуживания и низкий коэффициент использования энергии ветра.
Известен способ эксплуатации парусной системы, состоящей из поворотной мачты, сопряженной с механизмом подъема и опускания парусов путем перевода парусов в рабочее положение из нерабочего, и, наоборот, посредством указанного механизма и изменения положения парусов при смене галса при помощи соответствующих механизмов вращения парусов (SU АС №1159829, МПК: В6Н 9/00, опубл. 07.06.1985).
Недостатком данного ветродвигателя является низкий коэффициент использования энергии ветра, особенно в условиях малых ветровых нагрузок.
Прототипом предложенного устройства является парусное вооружение, имеющее стойку, на котором смонтирован жесткий парус (SU АС №1558771, МПК: В63Н 9/00, опубл. 23.04.1990).
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и низкий коэффициент использования энергии ветра вследствие несовершенной, неэргономичной формы паруса.
Задачей предложенного технического решения является создание компактной и простой в обслуживании и управлении парусной конструкции, позволяющей двигаться в любом направлении (кроме прямого движения против ветра) относительно корпуса судна, включая возможность реверсирования и управления как ручным, так и механизированным способом, при этом повысить безопасность судна и его эксплуатационные характеристики,
Указанный технический результат достигается тем, что парусное вооружение, содержащее стойку, на которой смонтирован жесткий парус аэродинамического профиля с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси и имеющий поворотное основание, выполнено так, что мачта представляет собой ферму с возможностью поворота вокруг своей оси, на которой подвижно установлен парус аэродинамической формы в виде крыла, который имеет по меньшей мере, два предкрылка, два закрылка и два элерона для регулирования величины тяги (подъемной силы) и лобового сопротивления, плоскость парусного крыла разделена на две симметричные части горизонтальной осью вращения, концы которой закреплены, по меньшей мере, в двух шарнирах по одному с той и другой стороны, шарниры крепятся в верхней части фермы и равноудалены от ее вертикальной оси вращения, ферма имеет привод, который позволяет отклонить ее вертикальную ось от плоскости судовой палубы, для точного приведения к общей вертикальной линии центров парусности и бокового сопротивления или регулировки вертикального угла атаки. Плоскость парусного крыла может быть выполнена и из парусной ткани.
Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в независимом пункте формулы, обеспечивает достижение заявленного технического решения.
Отсутствие на судне рангоут (устройство для подъема и растягивания парусов) и такелажа (общее название всех снастей на судне) позволяет сделать парусное вооружение более простым и компактным, при этом повысить уровень безопасности судна, экипажа и его пассажиров.
Подвижная конструкция фермы и аэродинамического крыла обеспечивает защиту от опрокидывания при максимальных скоростях ветра. Благодаря возможности регулирования кренящего момента и движения судна в любом направлении, за исключением, когда судно идет прямо, или почти прямо против ветра под углом более острым, чем при котором появляется способность к лавированию.
Для установки и фиксирования парусного крыла в требуемой плоскости может применяться механический привод наиболее удобной в конкретных обстоятельствах конструкции (электрический, гидравлический и т.д.).
Для регулирования соотношения центров парусности, бокового сопротивления судна, а также вертикального угла атаки парусным крылом встречного воздушного потока предусматривается привод, позволяющий отклонять вертикальную ось (ось z) вращения относительно плоскости палубы судна.
Парусная конструкция, изображенная на фиг.1, конструктивно состоит из следующих элементов: 1 носовая часть корпуса судна, 2 судовая палуба, средняя часть судна, район мидель-шпангоута (расположение на половине длины между перпендикулярами теоретического чертежа судна), 3 кормовая часть судна, 4 ферма, с помощью которой парусному крылу предается требуемое положение относительно корпуса судна и/или направлению ветра, 5 общий вид жесткого парусного крыла аэродинамической формы, 6 закрылки, навешивающиеся или встроенные в крыло, 7 предкрылки, навешивающиеся или встроенные в крыло, 8 элероны, навешивающиеся или встроенные в крыло, 9 ось вращения парусного крыла, на котором оно закреплено, 10 шарниры и узлы управления вращением парусного крыла, 11 вал с помощью, которого ферме передается вращение вокруг вертикальной оси с возможностью отклонения, 12 узлы управления поворотом фермы на валу 11 относительно плоскости судна, 13 узел управления вертикальным вращением фермы.
Заявленное парусное вооружение эксплуатируется следующим образом.
Поворотная ферма 4 устанавливается на судовой палубе, люковом закрытии или другом открытом месте, на верхних стойках фермы располагается горизонтальная ось вращения 9, на которой крепится жесткий парус аэродинамического профиля 5, утолщенная - передняя часть крыла 5, а более тонкая - задняя часть крыла 5. С обеих сторон ось вращения 9 зафиксирована в шарнирах 10.
В случае, когда парусное судно отшвартовано к берегу, к другому судну или стоит на якоре, то на парусном крыле 5 закрылки 6, предкрылки 7 и элероны 8 должны быть в зависимости от конструкции сняты или убраны внутрь парусного крыла. Парусное крыло необходимо повернуть вокруг своей горизонтальной оси x так, чтобы выпуклая плоскость парусного крыла 5 находилась вверху фиг.1, а с помощью поворота фермы 4 установить его во флюгерное состояние параллельно водной поверхности, передней частью парусного крыла 5 против ветра. Корректура флюгерного состояния производится с помощью узлов 12 поворота фермы 4 на валу 11.
При следовании судна против ветра под механическим двигателем или на буксире, при благоприятных погодных условиях положение паруса находится в таком же состоянии, что и в случае, когда судно стоит на якоре. В этом случае все элементы, влияющие на подъемную силу парусного крыла 5, это закрылки 6, предкрылки 7 и элероны 8, могут быть приведены в рабочее состояние.
Для приведения парусного вооружения в рабочее состояние парусное крыло 5 поворотом вокруг оси x фиг.2 устанавливается вертикально плоскости судна, а вогнутая часть парусного крыла 5 - в сторону планируемого галса (курс судна относительно ветра).
Управление парусным крылом и судном на ходу происходит следующим образом. Идущее под парусом судно всегда находится на галсе, название которого правый или левый зависит от стороны, с какой ветер дует на судно. Если ветер дует с правого борта, то галс правый, с левого - галс левый. Вогнутая поверхность парусного крыла 5 всегда должна быть обращена в сторону, откуда дует ветер, а передняя часть 5 - к носовой части судна 1. Управление парусным крылом 5 от курса крутой бейдевинд (курс, при котором угол между направлением ветра и направлением движения судна составляет менее 90°) до курса фордевинд (ветер, по направлению совпадающий с курсом судна, или ветер, дующий прямо в корму) на любом галсе происходит путем вертикального вращения в составе фермы 4, фиг.3.
При слабых ветрах в действие приводятся дополнительные элементы - это закрылки 6, предкрылки 7, элероны 8, увеличивающие площадь и улучшающие аэродинамические свойства парусного крыла 5. При сильных ветрах парусное крыло 5 с убранными дополнительными элементами закрылками 6, предкрылками 7 и элеронами 8 разворачивается на своей горизонтальной оси 9 в положение настолько близкое к флюгерному горизонтальному, насколько это необходимо для устранения опасного крена.
Приведение перед поворотом оверштаг (поворот парусного судна против ветра с одного галса на другой, когда нос судна пересекает линию ветра) и уваливание перед поворотом фордевинд сопровождается вертикальным вращением парусного крыла 5 вместе с фермой при помощи узлов управления фермы 12 и 13 аэродинамической поверхности парусного крыла. В случае жесткой поверхности поворот оверштаг осуществляется при расположении плоскости паруса вдоль диаметральной плоскости судна, а поворот фордевинд при расположении плоскости паруса параллельно судовым шпангоутам. Процедура пересечения линии ветра при смене галса зависит от материала аэродинамической поверхности парусного крыла. В случае жесткой поверхности смена галса осуществляется посредством поворота парусного крыла на своей горизонтальной оси 9 на 180 градусов с целью приведения в соответствие положения передней стороны парусного крыла 5, которая в отличие от задней стороны парусного крыла 5 всегда должна быть ближе к носовой части корпуса 1.
При формировании плоскости парусного крыла 5 из парусной ткани поворот фордевинд совершается тем же порядком, что и при жестком материале поверхности. Однако при повороте оверштаг поворот самого крыла на 180 градусов на оси 9 не требуется. Благодаря деформации ткани выпуклая и вогнутая плоскости паруса автоматически поменяются сторонами при пересечении линии ветра носовой частью парусного крыла.