Способ создания упора между водой и судном повышенной маневренности
METHOD FOR BUILDING A THRUST BETWEEN WATER AND INCREASED MANEUVERABILITY VESSEL

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к транспортному судостроению и может быть использовано при создании высокоскоростных судов, особенно катеров и малотоннажных судов.
Проблемой создания высокоскоростных плавающих средств является изменение сопротивления движению по поверхности, которое возрастает при увеличении скорости по квадратичной и даже кубической зависимости. Для решения этой проблемы используется способ и устройство создания конструкций днища оптимальной формы, принудительная подача воздушной прослойки между днищем и поверхностью воды, установки транспортерной ленты и, как минимум, два барабана под днищем судна. При изготовлении днища используют материалы и обработку, способствующую снижению силы трения судна о воду.
Уровень техники
Известен способ создания и конструкция носового бульба (патент РФ на изобретение №2514964, опубл. 27.03.2013), содержащий правый и левый борт корпуса, палубу, носовую часть, при этом носовая часть выполнена в виде бульба. Известен патент США №5819677, опубл. 13.10.1998, по созданию носового бульба. Известен «Реданный катер с водометным движителем» (патент РФ на изобретение №2519303, опубл. 10.06.2014), содержащий корпус с остроскулыми обводами, транцевой кормой и килевым днищем, в котором выполнен поперечный редан.
Недостатком этих решений является существенное гидродинамическое сопротивление и плохие условия обтекаемости судна.
Известны патенты Великобритании №1173335, опубл. 10.12.1969, Франции №1510301, опубл. 19.01.1968, содержащие вентиляторы для создания воздушной подушки.
Известен «Способ создания упора судна на воздушной подушке и судна для его осуществления» (WO2013100778A1, опубл. 04.07.2013). Способ создания упора о воду основан на том, что упор судна производится в капле воздушно-водяной аэрозоли, созданной компрессором, расположенным на судне со специальными каналами, летящей над водой, посредством сжатого воздуха, выходящего из воздушной подушки.
Недостатком данного способа является то, что упор производится в капли воды, летящей над водой посредством сжатого воздуха, выходящей из воздушной подушки. Эффективность такого способа мала из-за больших потерь энергии на трение скольжения воздушной подушки и на трение частей транспортного средства о воду. Кроме этого требуется создание установки сжатого воздуха, брызгообразующей установки, отвода части воздушного потока от воздушного винта при формировании воздушной подушки.
Известны патенты и заявки: Китая CN 101704402 А от 12.05.2010; CN102211654 А от 12.10.2011; Японии JР 2002316694 от 29.10.2002; Европы ЕР 2189368 А1 от 26.05.2010; США № 6.116.176 от 12.09.2000, где упор судна о воду осуществляется через движущуюся относительно судна транспортерную ленту, которая стремится к неподвижному состоянию относительно поверхности воды.
Недостатком этих решений является затруднение  управления судном в связи с существенным сокращением трения при касании ленты поверхности воды. Потеря маневренности судна отрицательно сказывается на его эксплуатационных показателях.
Известна также заявка «Устройство снижения трения о воду» WO2004037636 (А1), опубл. 06.05.2004, выбранное в качестве прототипа, содержащее в различных вариантах: транспортерную ленту, имеющую как минимум два барабана под днищем судна на ферме с рейкой крепления к корпусу судна, амортизаторами и приводом вращения через коническую передачу на один барабан; два транспортера по обе стороны судна, расположенные симметрично относительно продольной оси судна; в том числе и транспортерные ленты с поперечными планками для повышения сопротивления при рабочем приводе ленты и т.п.
Недостатком данного исполнения устройства является малая маневренность и отсутствие эффективного способа изменения направления движения. Изменение направления движения судна при глиссирующем режиме затруднительно, так как усилия взаимодействия судна с поверхностью воды сведены к минимуму.
Раскрытие изобретения
В основу заявленного «Способа создания упора между водой и судном повышенной маневренности» положена задача при снижении потерь на трение скольжения, создать условия движения, обеспечивающие максимальную эффективность маневрирования.
Техническим результатом, достигаемым в процессе реализации данного способа, является исключение трения скольжения судна о поверхность воды при совершении маневров. При этом трение скольжения по направлению движения заменяется трением качения. Работа сил трения скольжения используется для повышения эффективности совершения маневра за счет изменения направления реакции воды.
Предлагаемый способ повышает энергосбережение при движении судна на значительных скоростях как по прямой, при разгоне и остановки, так и при изменении направления движения.
Указанный технический результат достигается тем, что способ создания упора между водой и судном повышенной маневренности с использованием транспортера, в котором нижняя часть ленты неподвижна относительно воды, причем согласно изобретению упор между водой и судном осуществляется с помощью двух транспортеров с независимым изменением их положения относительно судна и кинематики движения.
Опорная часть ленты разделена на две части, и каждая часть выполнена на своей раме, способной независимо изменять положение в пространстве относительно корпуса судна и кинематику движения.
Независимое положение каждой части ленты в пространстве изменяет закономерность движения и силовое взаимодействие судна через ленты о воду и способствует организации эффективного маневрирования судна.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что индивидуальное изменение положения рамы с лентой в пространстве и кинематики движения позволяет использовать изменения действия усилия нижней части ленты с водой при совершении маневра судна по поверхности воды, а также при ускорении и торможении с минимальными потерями на трение скольжения.
Таким образом, заявленный способ соответствует критерию «Новизна».
Известны технические решения, где имеются устройства в виде специально установленных поверхностей, способствующие совершению определенных маневров судна. Применение заявляемого способа при маневрировании судна соответствует критерию «Промышленная применимость».
Эффективность предлагаемого способа повышения маневренности судна принципиально новыми возможностями регулирования интенсивности совершения маневра, изменения величины силы взаимодействия с водой и ее направления при минимальных потерях подведенной энергии обусловлено способностью изменять положение поверхностей ленты в пространстве.
Организация воздействия на судно реакциями воды через поверхности лент в различных направлениях соответствует потребности маневрирования при больших скоростях движения.
Авторами впервые сформулированы способы изменения в пространстве положения опорных лент и кинематики движения, обеспечивающих действие сил различных по модулю и направлению на судно при совершении маневров, что соответствуют критерию «Изобретательский уровень».
Кроме этого взаимодействие воды с движущей лентой на подшипниках качения существенно сокращает потери на трение скольжения при изменении характера движения судна; существенно сокращается расход подведенной энергии движения, особенно при больших скоростях.
Заявленный способ создания упора между водой и судном повышенной маневренности отличается от прототипа тем, что за счет изменения подвижных лент упора в пространстве и кинематики движения сохранения их взаимодействия с водой обеспечиваются повышенная маневренность судна на больших скоростях движения с минимальными потерями подведенной энергии.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена схема устройства судна с упорами, вид спереди.
На фиг. 2 представлена схема устройства судна с упорами, вид сбоку.
На фиг. 3 представлена схема устройства судна с упорами, вид сверху.
Осуществление изобретения
Признаки, отличающие заявленное решение от прототипа, поясняются с помощью схемы устройства судна с упорами, представленной на фиг. 1-3.
Устройство содержит корпус 1 судна, правый транспортер 2, правую переднюю регулируемую подвеску 3, правую заднюю регулируемую подвеску 4, внутреннюю правую переднюю регулируемую подвеску 5, внутреннюю правую заднюю регулируемую подвеску 6, упорную правую часть ленты 7, внутреннюю левую переднюю регулируемую подвеску 8, внутреннюю левую заднюю регулируемую подвеску 9, левый транспортер 10, наружную левую переднюю подвеску 11, наружную левую заднюю подвеску 12, упорную левую часть ленты 13.
Работает устройство следующим образом. В начале движения корпус 1 судна погружен в воду; для выхода в скоростной режим четыре передние регулируемые подвески (поз. 3, 5, 8, 11, фиг. 3) укорачиваются; поверхности 7 и 13 части лент транспортеров 2 и 10 изменяют угол наклона, поворачиваясь относительно оси y', и способствуют ускоренному подъему корпуса 1 судна; (могут также удлиняться задние подвески 4, 6, 9, 12 фиг. 3 и дополнительно поворачивают транспортер относительно оси y); при повороте налево две внутренние подвески (поз. 5, 6, фиг. 3) удлиняются и правый транспортер (поз. 2, фиг. 1) поворачивается относительно оси x' и создают дополнительное сопротивление заносу судна; при повороте в другую сторону удлиняются внутренние подвески (поз. 8, 9, фиг. 3); для экстренного торможения опускается передняя часть левого 10 и правого 2 транспортеров (удлиняются подвески поз. 3, 5, 8, 11, фиг.3) и могут одновременно укорачиваться задние подвески (поз.4, 6, 9, 12, фиг. 3). Необходимыми и достаточными для регулировки положения являются три регулируемые подвески на каждом транспортере при одной неподвижной точке на корпусе судна.
Такой «Способ создания упора между водой и судном повышенной маневренности» не обнаружен в существующих технических решениях упора судна. «Способ создания упора между водой и судном повышенной маневренности» целесообразно применять при использовании судна на скорости для улучшения маневренности.
В рассмотренном способе созданы условия эксплуатации судна с минимальными потерями на трение скольжения и использования трения качения при выполнении различных режимов движения. Использование реактивных сил воды при выполнении маневров траектория движения судна будет изменять более эффективно. Использование движущихся лент в различных вариантах положениях транспортеров оптимизирует технико-экономические показатели эксплуатации судна. Кроме этого в приводе вращения лент транспортера может использоваться дифференциация движения лент по криволинейной траектории судна.