Судно переднеприводное с поперечным реданом
FRONT-DRIVE BOAT WITH TRANSVERSE REDAN

Изобретение относится к области водного транспорта и может быть использовано при проектировании, строительстве и эксплуатации судов.
Известные водоизмещающие суда и глиссеры с передним винтом имеют ряд недостатков. Так, на однокорпусных, водоизмещающих обводах судна создается повышенное сопротивление трения днища от отбрасываемой струи движителя. Движитель, расположенный в носу, более подвержен оголению и кавитации при волнении и изменении дифферента, а при большем заглублении винта остается незащищенным от повреждений при посадке на мель или другие препятствия. Проблема в некоторой степени была решена в проекте переднеприводной гоночной лодки «Лаурита» (патент LV13830 Улдыс Атматс), имеющей обводы трехточки, где кильватерная струя не касается корпуса при чистом глиссировании.
Однако компоновка гоночной лодки с аэродинамическим мостиком между корпусами трехточки и водительской капсулой над ним не является по сути монокорпусом и пригодна лишь в гонках, неудобна в качестве пассажирского, грузового глиссирующего судна, катера. Также в проекте «Лауриты» движитель имеет стационарное углубление при движении лодки, что отрицательно влияет на коэффициент полезного действия движителя при волнении и изменении дифферента.
Наиболее близким к заявленному техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является проект переднеприводного, продольно сочлененного судна («Судно переднеприводное с аэродинамической разгрузкой», патент RU 2562473 C1, автор Ахмеров O.P.). В этом судне два корпуса в продольном сочленении, а движитель находится в переднем, тянущем корпусе. Задний корпус во время движения приподнимается от воздействия воздушных потоков на аэродинамическую плоскость. У данного судна есть признаки, совпадающие с существенными признаками предлагаемого изобретения, - используется движитель в передней части судна, задний корпус имеет малое соприкосновения с кильватерной струей при выходе на глиссирующий режим.
Однако это переднеприводное, продольно сочлененное судно имеет ряд существенных недостатков:
Так, судно имеет два корпуса - тягач и прицеп, что усложняет проектировку, строительство и обслуживание. Массовые характеристики всегда будут выигрышными у однокорпусного судна, чем сочлененного. При торможении, активном волнении, корпуса будут стараться сложиться, наехать друг на друга. Сложная система сочленения корпусов на шарнирах уменьшает надежность соединения. Размещение соединительных систем управления между корпусами усложняет и удорожает конструкцию.
Технической задачей изобретения является создание такой цельной конструкции обводов судна, которое бы в полной мере использовало передний привод тянущего движителя, без замыва днища отбрасываемой струей от движителя, для снижения гидродинамического сопротивления. Возможность работы корпуса с применением воздушной прослойки, каверны, а также аэрогидродинамики на подъем корпуса. Улучшение работы движительного комплекса при волнении и изменении дифферента. Уменьшение массы судна, уменьшение шума от двигателя и выхлопных газов.
Технический результат выражается в том, что тянущий движитель спереди судна создаст лучшее управление, не создаст опасного дифферента на корму, даст возможность приподнятия задней части корпуса над водой, уменьшая смоченное сопротивление. Применение аэродинамики корпуса даст возможность еще большего безопасного приподнятия корпуса над водой, что в целом приведет к наименьшему смоченному сопротивлению судна.
Поставленная задача решена следующим образом.
Как и в прототипе «Судно переднеприводное с аэродинамической разгрузкой», используется движительный комплекс в передней части, а часть корпуса за движителем приподнята и в большей части не соприкасается в движении с отбрасываемой струей от движителя.
Предусмотрены следующие отличия.
Судно переднеприводное с поперечным реданом является цельной конструкцией, вследствие чего отсутствуют шарниры и соединительные связи корпусов. Имеет в основе своей обводы килеватого глиссирующего судна, судна со скегами, катамарана или спонсонами с доработкой обводов в носовой области и днища, в виде форштевня в диаметральной плоскости, с развитым поперечным реданом с транцем, за которым образуется область воздушной прослойки - каверны, распространяющейся до кормы.
Также новым существенным признаком является возможность изменять заглубление движителя в динамике за счет слежения и установки в автоматическом режиме, или принудительно, или за счет положительной плавучести поплавка у движителя, или за счет глиссирующей площадки, антикавитационной плиты на движителе или перед ним, а также различными предложенными сочетаниями.
Также новым существенным признаком является возможность применения аэродинамического крыла в кормовой части, складного или стационарного, имеющего возможность изменения угла атаки.
Применение более полных обводов в зареданной области, по сравнению с аэродинамическим днищем аналога, занимаемым значимую часть полезного объема, существенно дополняет внутренний объем корпуса.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно:
Цельная, нераздельная конструкция корпуса с передним расположением движителя за носовым поперечным реданом делает конструкцию скоростной и надежной. Приподнятие корпуса в зареданной области образует воздушную прослойку, каверну, уменьшая смоченное сопротивление, давая возможность приподнятия корпуса вплоть до чистого парения и глиссирования на передней «пятке» редана. В случае применения кормового аэродинамического крыла создает большую разгрузку в кормовой части и может служить опорной точкой в движении. Передняя гидродинамическая глиссирующая часть поперечного редана может иметь форму площадки, укороченной центральной лыжи.
В случае применения движителя с переменным заглублением позволяет использовать судно при волнении и с различным дифферентом без прохватов воздуха к движителю, сохраняя высокий коэффициент полезного действия движительного комплекса.
При применении обводов с бортовыми скегами, спонсонами, соединенными с реданом, появляется также возможность использования выхлопных газов для создания воздушной подушки, каверны в зареданной области, для приподнятия корпуса в статике и динамике. Использование капота на баке, для закрытия движительного комплекса, делает компоновку более привычной, приближенной к автомобильной, чем достигается шумоизоляция двигателя и более доступное обслуживание.
Изобретение позволяет эффективно использовать передний привод монолитного скоростного судна с использованием носового развитого редана, достигать более высоких показателей в надежности, компактности, простоте конструкции, маневренности при торможении и волнении. Рационально использовать зареданную область для создания воздушной каверны, воздушной подушки для снижения волнового сопротивления. Позволяет эффективно использовать кормовое аэродинамическое крыло для разгрузки и приподнятия задней части корпуса, а также сделать корпус более обитаемым за счет лучшего использования средней и, свободной от движительной установки и усиленного набора, кормовой части. Конструкция с монолитным корпусом проще и надежней в проектировании, строительстве и обслуживании, имеет меньшую массу. Переднее расположение движителя улучшает поворотливость и маневренность судна, делая их предсказуемыми при торможении судна и движении при умеренном волнении. Уменьшает рыскание и сваливание с курса при большом волнении. Упрощается обслуживание движителя и двигателя.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1, 2 представлена схема судна - соответственно вид сбоку и спереди. На фиг. 3, 4 - вариант судна со скегами. На фиг. 5, 6 - вариант судна с кормовым аэродинамическим крылом. На фиг. 7 - схема днища с килевыми обводами. На фиг. 8 - схема днища со скегами. На фиг. 9 - схема днища с реданом, объединенным со спонсонами. На фиг. 10, 11, 12 изображены схемы автоматического регулирования заглубления движителя.
Обводы судна (см. фиг. 1) выполнены по форме глиссера, имеющего переменный угол килеватости с уменьшением в корме. За форштевнем 1 располагается развитой поперечный редан 2, оканчивающийся транцем 3. Зареданная область 4 продлена до кормы, образуя воздушную прослойку, каверну. Тяговый движитель 5 располагается в околореданной области. Двигатель 6 может устанавливаться в форпике с отделением переборкой 7 и иметь сверху на палубе капот 8. Движитель 5 может иметь подвижной дейдвуд 9, совмещенный с двигателем 6. Передний редан может иметь глиссирующую площадку 10 (см. фиг. 2).
Применение схемы обводов со скегами (см. фиг. 3, 4). От носа в диаметральной плоскости исходит форштевень 1, переходящий в развитой редан 2, с возможным транцем 3 для навески подвесного мотора 12 или установки движителя 5. От редана 2 в корму распространяется воздушная полость 4, ограниченная сверху днищем 11, а по бортам скегами 13.
Схемы судна с аэродинамическим крылом 14, в кормовой части судна (см. фиг. 5, 6).
Схема днища с развитым поперечным реданом, соединяющимся со спонсонами 15, образующими воздушную полость, каверну (см. фиг. 9).
На схеме (см. фиг. 10) изображен принцип автоматического заглубления движителя, где на оси 16 закреплена свободно качающаяся гидродинамическая площадка 17 и соединенный через крепеж 18 дейдвудный вал 9 с движителем 5. Двигатель 6 соединен с дейдвудом через шарнир 19, что позволяет отклоняться дейдвуду 8 на определенный угол, заглубляясь, в зависимости от гидродинамического давления на площадку 17 и массы, выносной за корпус части, движительного комплекса.
Принцип автоматического заглубления движителя (см. фиг. 11) с помощью положительной плавучести движительного комплекса, когда дейдвуд 9 связан с подвижным качающимся поплавком 20, так же как и глиссирующей площадкой, и реагирует на изменение ватерлинии. Шарнир 19 с осью 16 позволяют перемещаться поплавку в вертикальной оси.
Принцип автоматического заглубления движителя (см. фиг. 12) с помощью принудительного привода осуществляется через актуатор, гидропривод и др. 21, способный перемещать дейдвуд 9 с движителем 5.
Пример осуществления изобретения в работе происходит следующим образом:
- в статике корпус находится в водоизмещающем режиме, имея положительную плавучесть, зареданная область 4 конструктивно находится ниже или выше ватерлинии. При применении обводов со скегами 13, спонсонами 15, ограничивающими воздушную полость 4 за реданом 2 и при включенном двигателе, выхлопные газы поступают в воздушную подушку, создавая избыточное давление, приподнимают корпус;
- в начале разгона, при увеличении скорости, в зареданной области 4 образуется воздушная прослойка, каверна, уменьшающая гидродинамическое сопротивление. Корпус, имеющий глиссирующую поверхность, приподнимается из воды, уменьшая смоченное сопротивление и облегчая выход на крейсерский режим. В случае применения кормового аэродинамического крыла 14 создается дополнительная подъемная сила. Движитель 5, при регулируемом заглублении, выходит на рабочий режим автоматического заглубления;
- когда судно наберет расчетную крейсерскую скорость, зареданная область 4 корпуса максимально выходит из воды, вследствие чего судно будет идти фактически на минимальной глиссирующей площадке (лыжи) 10 переднего редана 2, а корма может выйти из воды, благодаря аэродинамическому крылу 14;
- остойчивость судна на крейсерском режиме обеспечивается гидродинамическим качеством редана 2, его глиссирующей плошадкой 10, с возможной опорной поверхностью кормового аэродинамического крыла 14. При неполном отрыве кормовой части от воды на корпус будут действовать дополнительные опоры от скегов 13, спонсонов 15. Также восстанавливающий момент будет задействован от кормовой оконечности, днища или скегов 13, спонсонов 15 при крене, смене курса;
- высокая скорость на волнении обеспечивается остроскулыми обводами, поперечным передним реданом 2, воздушной подушкой, каверной, в зареданной области 4, уменьшающей смоченное сопротивление, возможностью регулируемого заглубления движителя, высокой остойчивостью судна, имеющим скеги и спонсоны.
Техническим результатом является создание нового типа переднеприводного судна с поперечным реданом и воздушной полостью, каверной, за ним; возможным кормовым аэродинамическим крылом, кильватерная струя от которого не касается корпуса; возможное применение автоматической регулировки заглубления движителя создает уверенную связь с водой, вследствие чего снижается гидродинамическое сопротивление, увеличивается скорость, грузоподъемность, управляемость судна.
Изобретение позволяет эффективно использовать гидроаэродинамику судна, достигать более высоких показателей в скорости, грузоподъемности, управляемости как на тихой воде, так и на волнении. Более полные обводы дают возможность эффективно использовать внутренний полезный объем корпуса. Автомобильная компоновка расположения движительного комплекса под капотом делает судно менее малошумным и более безопасным. Предлагаемое судно имеет неизвестную ранее гидроаэродинамическую схему и конструкцию.