БЫСТРОХОДНЫЙ КАТЕР НА ГЛИССИРУЮЩИХ ЛЫЖАХ

Полезная модель относится к судам, а более точно, касается глиссирующего катера.
Наиболее успешно данный катер может использоваться как прогулочный (с элементами экстрима), служебно-разъездной (в качестве патрульного или перехватчика, а также для скоростной доставки спецгрупп в районы чрезвычайных ситуаций) или водное такси на реках, озерах и в прибрежных акваториях морей.
Известны суда, опирающиеся на три точки. Это классические глиссеры по патенту братьев Апелей, опирающиеся на расположенные в носу побортно спонсоны, или трехточка по патенту фирмы «ТАЕ Lake», журнал «Катера и яхты», №183, 1979 г., стр. 102.
Известен гоночный глиссер «Голубая птица» Дональда Кэмпбелла, опирающийся на расположенные побортно поплавки и на точку днища в кормовой части.
Известны глиссирующие суда-скутеры, упоминающиеся, например, в книге Романенко Л.Л. «Моторные лодки», изд-во «Судостроение», 1971 г.
Корпуса известных судов имеют широкую носовую оконечность с установленными под ней разнесенными побортно глиссирующими спонсонами или поплавками, в совокупности образующими П-образную поверхность, соударяющуюся с волнами с большими перегрузками, следствием чего является их низкая мореходность.
Кроме того, развитая в аэродинамическом плане П-образная поверхность создает на больших скоростях движения существенную аэродинамическую подъемную силу, приводящую к отрыву судна от воды и перевороту через корму.
Также на переходных скоростях движения и при преодолении высоких волн спонсоны, как элементы конструкции с большой площадью поперечного сечения, создают большое сопротивление движению.
Известны быстроходные суда, оборудованные гидролыжами, использование которых позволяет снизить и устранить проявление перечисленных недостатков.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является быстроходное глиссирующее судно повышенной мореходности, оборудованное двумя носовыми гидролыжами, разнесенными по бортам, по патенту RU 89063, МПК В63В 1/20, опубликовано 27.11.2009, бюллетень №33.
Недостатками конструкции указанного судна являются:
1) неоптимальные формы и углы атаки глиссирующих лыж и кормовых наделок на корпусе, являющиеся причиной недостаточного гидродинамического качества;
2) недостаточность площадей глиссирования, приводящая на переходных скоростях движения к затяжному выходу на глиссирование с большим гидродинамическим сопротивлением (горб сопротивления);
3) высокая подверженность кормовой части корпуса судна ударам воды на переходных скоростях движения и при преодолении высоких волн, и как следствие, снижение мореходности;
4) недостаточная жесткость конструкции лыжи с использованием амортизатора, ее конструктивная сложность, и, как следствие, нетехнологичность.
Целью полезной модели является устранение указанных недостатков, снижение сопротивления и динамических перегрузок на волнении при движении глиссирующего судна на больших скоростях (более 100 км/час для судна водоизмещением около 8,0 т).
Техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью, является повышение гидродинамического качества глиссирующих поверхностей.
Указанный технический результат достигается тем, что в корпусе судна, оборудованном двумя носовыми глиссирующими лыжами, установленными по длине судна так, что отстояние носовых лыж от центра тяжести судна обеспечивает их загрузку на 40÷60% водоизмещения судна, выполнены кормовые наделки, с кривизной их глиссирующих плоскостей направленными выпуклостью вверх. Глиссирующие плоскости лыж также имеют кривизну, направленную выпуклостью вверх.
Ширина кормовых наделок обусловлена возможностью размещения в них пропульсивных комплексов. В продольном сечении наделка отклонена от корпуса на угол 2-8° или имеет в кормовой части кривизну, направленную выпуклостью вверх, с радиусом R, равным 5-8 длинам профилированного участка L.
Кормовые наделки конструктивно входят в корпус и имеют поперечную килеватость как у корпуса или несколько меньшую.
В кормовой части корпуса между наделками имеется поперечный редан. За реданом между наделками днище имеет плоскую форму, благодаря чему увеличивается отстояние корпуса от воды при движении в режиме глиссирования, что повышает мореходность катера.
Лыжи устанавливаются на катер с поперечной килеватостью, которая обеспечивает устойчивость движения по курсу. Внешняя кромка лыж имеет отгибку вниз для повышения гидродинамического качества.
Конструктивно глиссирующая лыжа состоит из двух частей: носовой и кормовой. В передней части носовая часть гидролыжи имеет жесткое соединение со стойкой, а в задней части - шарнирное соединение с кормовой частью, с возможностью поворота кормовой части в вертикальной плоскости вокруг поперечной оси.
Шарнирное соединение имеет ширину, равную ширине лыжи, что повышает жесткость и прочность конструкции.
Угол отклонения носовой части лыжи относительно ее кормовой части на 10-20° больше.
Глиссирующие элементы кормовой части лыж в продольном направлении имеют кривизну с радиусом, равным 5-8 длинам профилированного участка или отклонены от корпуса на угол 2-8°.
Каждая глиссирующая лыжа в носовой части соединяется с корпусом судна посредством стойки, имеющей обтекаемую форму.
В свою очередь кормовая часть лыжи соединяется с корпусом судна с помощью амортизатора.
Глиссирующая лыжа может устанавливаться с использованием устройств, позволяющих ей перемещаться в вертикальной плоскости, и управляемых с помощью пневмогидроцилиндров, работающих по сигналу от системы автоматической стабилизации по крену и дифференту.
В кормовой части между наделками для облегчения выхода на глиссирование и снижения горба сопротивления устанавливается подводное крыло на высоте несколько большей высоты ватерлинии при движении на эксплуатационной скорости.
Для повышения устойчивости движения катера на высоких скоростях и исключения рикошетирования на взволнованной поверхности в кормовой части возможна установка крыла, имеющего килеватость, с выпуклой вверх нижней поверхностью и с организацией срыва потока на верхней плоскости для исключения кавитации на высоких скоростях.
Катер может оснащаться системой автоматической стабилизации по крену и дифференту.
Полезная модель иллюстрируется чертежами:
Фиг. 1. Вид сбоку.
Фиг. 2. Поперечный редан.
Фиг. 3. Вид на днище.
Фиг. 4. Поперечный разрез катера.
Фиг. 5. Вид на нос.
Фиг. 6. Конструкция лыжи.
Фиг. 7. Конструкция лыжи. Поперечное сечение.
Фиг. 8. Размещение крыльевых устройств.
Заявляемый в качестве полезной модели катер содержит корпус 1 (фиг. 1, 2, 3, 4), на котором установлены носовые глиссирующие лыжи 2 (фиг. 1, 3), закрепленные на стойках 5 (фиг. 6), и кормовые наделки 3, которые входят в состав корпуса, как показано на фиг. 1 и 3. В кормовых наделках могут быть установлены главные двигатели с приводами к движителям.
Носовые части 6 (фиг. 6) гидролыжи 2 жестко соединены со стойками 5 и с корпусом 1. Кормовые части 7 (фиг. 6) лыж 2 крепятся к носовой части с использованием шарниров 8 (фиг. 6) и закрепляются к корпусу через амортизаторы 9 (фиг. 6).
Заявляемое быстроходное судно с глиссирующими лыжами эксплуатируется следующим образом.
В статическом режиме и на режиме малого хода наличие глиссирующих лыж не влияет на ходовые характеристики судна.
При движении между носовыми глиссирующими лыжами образуется подъем воды, увеличивающийся в сторону кормы, что обеспечивает движение кормовых наделок как бы со склона волны, т.е. возникает благоприятная интерференция при ширине наделок близкой к расстоянию между носовыми лыжами.
При движении в режиме глиссирования использование глиссирующих лыж и наделок с выполнением глиссирующих плоскостей имеющими направленную выпуклостью вверх кривизну, радиусом равным 4-8 длинам профилированного участка, способствует достижению их максимального гидродинамического качества и использованию глиссирующих поверхностей с оптимальными углами атаки, что уменьшает смоченную поверхность и снижает гидродинамическое сопротивление на высоких скоростях движения.
Организация профилировки в кормовой части лыжи снижает гидродинамическое сопротивление в связи с тем, что набегающий поток подходит к глиссирующей поверхности, имеющей незначительный угол атаки, возникающая обратная струйка незначительна и сопротивление мало. Глиссирующая поверхность по радиусу разворачивается в сторону кормы вниз и образует угол атаки у кормовой кромки до 10-15°, что определяется радиусом кривизны профилированного участка. При этом увеличивается гидродинамическое качество по сравнению с плоской глиссирующей пластиной, даже если она имеет оптимальный для принятой килеватости угол атаки.
Лыжа выполняется с килеватостью α (фиг. 7), которая выбирается в зависимости от требуемой мореходности. Внешняя кромка лыжи имеет отклонение от килеватости к горизонтальной плоскости для снижения брызгообразования и повышения гидродинамического качества.
Составная конструкция глиссирующей лыжи, с шарнирным соединением ее носовой и кормовой частей, имеющим ширину равную ширине лыжи, приводит к существенному снижению перегрузок, так как при встрече с гребнями волн позволяет плавно изменять угол атаки, и позволяет значительно повысить жесткость и прочность конструкции.
Угол отклонения носовой части лыжи по отношению к ее кормовой части больше на 10-20°, что способствует быстрому выходу катера на глиссирование и исключает «заныривание» лыжи на волнении при изменении дифферента.
Установка носовых гидролыж с использованием стоек способствует отрыву корпуса катера от воды и снижению силы соударения корпуса с гребнями волн и получению некоторой аэродинамической разгрузки при движении катера на высоких скоростях. При встрече судна с наиболее высокими волнами носовые гидролыжи просекают эти волны без существенных возмущений, а удобообтекаемая форма поперечного сечения стоек обеспечивает их минимальное гидродинамическое сопротивление.
В результате жесткого закрепления носовой части лыжи со стойкой, усилия от поперечных нагрузок носовой части не передаются на шарнирное соединение. Шарнирное соединение испытывает нагрузки только от кормовой части лыжи. Продольные нагрузки на эксплуатационных скоростях возникают в основном в кормовой части и воспринимаются и передаются на корпус судна через амортизатор.
С целью снижения перегрузок на волнении между кормовыми наделками катера выполнен поперечный редан 4 (фиг. 2).
С целью исключения качки при движении на волнении глиссирующая лыжа может устанавливаться с использованием устройств, позволяющих ей перемещаться в вертикальной плоскости, и управляемых с помощью пневмогидроцилиндров 10 (фиг. 5), работающих по сигналу от системы автоматической стабилизации по крену и дифференту.
С целью снижения гидродинамического сопротивления катера на режиме выхода на глиссирование в кормовой части катера, между реданами, устанавливается подводное крыло 11 (фиг. 8). Крыло устанавливается таким образом, чтобы на режиме эксплуатационной скорости оно находилось выше ходовой ватерлинии и не подвергалось кавитации.
Для повышения устойчивости движения катера на волнении и исключения рикошетирования на взволнованной поверхности в кормовой части может быть установлено крыло 12 (фиг. 8), имеющее килеватость, с выпуклой вверх нижней поверхностью и с организацией срыва потока на верхней плоскости для исключения кавитации на высоких скоростях движения.
Предлагаемая конструкция быстроходного глиссирующего судна обеспечивает:
1) максимальное гидродинамическое качество глиссирующих плоскостей за счет использования оптимальных углов глиссирования или продольной профилировки и уменьшения гидродинамического удлинения путем среза кормовой кромки;
2) повышение мореходности катера за счет организации продольного редана в кормовой части в диаметральной плоскости;
3) повышение прочности и жесткости в конструкции лыжи за счет жесткого соединения ее носовой части со стойкой и корпусом и шарнирным соединением кормовой части лыжи с носовой частью по всей ширине лыжи;
4) уменьшение гидродинамического сопротивления катера на режиме выхода на глиссирование за счет установки между кормовыми наделками одного или двух подводных крыльев.
По результатам предварительно проведенной заявителем проверки совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемой полезной модели, неизвестна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «новизна».