Судно на подводных винтах

Полезная модель относится к транспортным средствам, передвигающимся по поверхности водоемов.
Известны и широко применяются суда на подводных крыльях, которые имеют корпус с двигательной установкой, винтовой или водометный движитель, сообщающий судну горизонтальную скорость, и установленные под водой крылья, которые, при наборе судном определенной скорости, поднимают корпус судна над поверхностью воды. Главными достоинствами судов на подводных крыльях по сравнению с судами, плавающими в водоизмещающем режиме, являются лучшая энергетическая экономичность при больших скоростях передвижения и меньшая чувствительность к волнениям на поверхности воды. Недостатками судов на подводных крыльях является их низкая маневренность, как на большой, так и на малой скорости, а также большая осадка в водоизмещающем режиме, не позволяющая передвигаться по мелководью.
Известен аппарат на подводных крыльях по а. с. СССР № 312788, принятый за прототип.
Вышеуказанный аппарат на подводных крыльях содержит корпус и попарно расположенные по бортам крыльевые комплексы. Каждый крыльевой комплекс выполнен в виде винта с несущими подводными крыльями-лопастями, диск вращения которого расположен наклонно к поверхности воды, а вал винта наклонно расположен в плоскости шпангоута и имеет привод вращения.
Недостатки:     При малой скорости вращения винтов аппарат находится в водоизмещающем положении и полностью неуправляем, т. к. тяга всех винтов взаимно уравновешена. При большой скорости вращения винтов корпус аппарата и большая часть поверхности  винтов поднимаются над водой, под водой остаются лишь небольшие части крыльев-лопастей. В таком режиме движения на выступающие над поверхностью воды и вращающиеся с высокой скоростью лопасти действует большая аэродинамическая сила сопротивления, а подводные концы лопастей испытывают большое гидродинамическое сопротивление из-за частого соударения с поверхностью воды. Это приводит к  низкой энергоэффективности такого способа передвижения по воде. Кроме того, при движении аппарат управляется по курсу лишь хвостовым рулем, что отрицательно сказывается на его маневренности. Для создания подъемной и движущей силы используется лишь небольшая часть лопастей-крыльев, что приводит к укрупнению несущих винтов, снижению их прочности, и, следовательно, к снижению надежности всего аппарата.
Технической проблемой, решаемой предлагаемой полезной моделью, является устранение отмеченных недостатков. Технический результат, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, заключается в повышении надежности работы, маневренности и энергоэффективности передвижения судна при любых скоростях, как по глубокой воде, так и на мелководье.
Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что судно на подводных винтах, предназначенное для передвижения по поверхности водоемов с частичным или полным выходом корпуса судна из воды, состоит из надводного корпуса с двигательной установкой, включающей в себя четыре мотора, четырех приводных валов, соединенных каждый со своим мотором  и направленных вниз, под днище судна, и четырех несущих винтов с лопастями, установленных  на подводных концах приводных валов, при этом оси вращения приводных валов перпендикулярны основной плоскости судна, а несущие винты находятся в полностью погруженном положении при любом режиме движения судна.
Также судно снабжено подводными опорами, установленными немного глубже несущих винтов. Дополнительно судно может быть оснащено механизмами для изменения угла атаки лопастей несущих винтов.
Конструкция судна поясняется чертежом.
Судно на подводных винтах состоит из корпуса 1  с размещенными в нем четырьмя моторами (на чертеже не показаны), четырех приводных валов 2, направленных вертикально вниз под воду, и установленных на подводных концах приводных валов 2 несущих винтов 3 с лопастями. Каждый несущий винт 3 получает вращение от собственного мотора и имеет встречное направление вращения по отношению к соседнему винту. Немного глубже несущих винтов установлены подводные опоры 4, связанные с корпусом 1 судна.
Судно на подводных винтах функционирует следующим образом.
С выключенной двигательной установкой и неподвижных несущих винтах 3 судно или плавает в водоизмещающем положении, или, находясь на мелководье, опирается подводными опорами 4 на дно водоёма. При начале вращения всех четырех винтов 3 с одинаковой скоростью на судно начинает действовать сила тяги винтов, направленная вверх, корпус судна 1 приподнимается, и опоры 4 отрываются от дна водоёма. При этом винты 3 попарно вращаются в разные стороны, реактивный момент вращения вокруг вертикальной оси отсутствует, и судно находится в неподвижном положении. Для разворота корпуса 1 судна на месте в какую-либо сторону два винта 3, вращающихся по часовой стрелке уменьшают или увеличивают скорость своего вращения, при этом, два винта 3, вращающихся против часовой стрелки, наоборот, увеличивают или уменьшают скорость своего вращения. Судно при этом поворачивается по или против часовой стрелки вокруг вертикальной оси. При уменьшении частоты вращения винтов 3, установленных по правому борту суда, при одновременном увеличении частоты вращения винтов 3, установленных по левому борту суда, корпус 1 судна кренится на правый борт, и судно движется вправо. При уменьшении частоты вращения винтов 3, установленных по левому борту суда, при одновременном увеличении частоты вращения винтов 3, установленных по правому борту суда, корпус 1 судна кренится на левый борт, и судно движется влево. При увеличении частоты вращения двух носовых винтов 3 и одновременном уменьшении частоты вращения двух кормовых винтов 3, судно задирает нос и движется назад. При увеличении частоты вращения двух кормовых винтов 3 и одновременном уменьшении частоты вращения двух носовых винтов 3, судно опускает нос и движется вперед. Для увеличения горизонтальной скорости перемещения судна при ходе вперед все винты 3 увеличивают свои обороты, и, соответственно, увеличивают вертикальную составляющую своей тяги. Корпус 1 судна полностью выходит из воды и приподнимается над ее поверхностью. Лобовое сопротивление движению  резко падает, и судно разгоняется до высокой скорости.
Все несущие винты при любом режиме движения судна всегда находятся полностью под водой, следовательно, вся площадь поверхности лопастей несущих винтов 3  участвует в создании вертикальной и горизонтальной тяги, что позволяет применять винты относительно небольших размеров, обладающих большой жесткостью и прочностью.
Таким образом, данная конструкция судна на несущих винтах позволяет достичь большей надежности работы, маневренности и энергоэффективности передвижения судна при любых скоростях    по сравнению с аппаратом-прототипом и судами на подводных крыльях.