ПЛАВУЧЕЕ СРЕДСТВО С НАЛИВНОЙ КАМЕРОЙ
WATERCRAFT WITH FLOODING CHAMBER

Изобретение относится к плавучему средству с корпусом, который содержит пропускной канал или который выполнен в виде пропускного канала, причем в пропускном канале установлено приводимое двигателем устройство для ускорения потока воды, в частности, гребной винт.
Плавучее средство указанного типа известно из документа DE 102004049615 А1. Плавучие средства указанного типа применяются, в частности, как подводные аппараты для транспортировки водолазов. Они содержат устройство рукоятки, за которое может ухватиться пользователь, когда часть его или ее туловища находится на верхней стороне корпуса плавучего средства. Внутри корпуса расположен пропускной канал, в котором установлен гребной винт. Гребной винт приводится в движение электродвигателем, питаемым электроэнергией, получаемой от аккумуляторной батареи. В период эксплуатации, аккумуляторная батарея и двигатель генерируют вторичное тепло, которое должно рассеиваться в окружающей среде для обеспечения возможности поддержания дальнейшей непрерывной надежной работы. С этой целью, аккумуляторные батареи вставляются в алюминиевый кожух, причем батареи находятся в теплопроводящем контакте с алюминиевым кожухом. Корпус на своем днище содержит отсек, причем алюминиевый кожух может быть вставлен и закреплен в указанном отсеке. Таким образом, алюминиевый кожух на нижней стороне находится в контакте с потоком воды, и здесь может происходить рассеивание тепла.
Электродвигатель расположен внутри проточного канала в целях охлаждения. Вода, проходящая через проточный канал, проходит вокруг корпуса электродвигателя, благодаря чему обеспечивается возможность эффективного охлаждения двигателя. Электродвигатель ограничивает поперечное сечение свободного течения в проточном канале. Таким образом, проточный канал должен иметь достаточно большие габариты для компенсации мертвой зоны, создаваемой электродвигателем. Это влияет на конструктивные габариты плавучего средства.
В известном плавучем средстве для обеспечения возможности движения как по воде, так и под водой необходимым является точное определение веса. Следовательно, плавучее средство должно обладать достаточной плавучестью, т.е. обладать достаточной способностью плавать, и, как следствие, не тонуть. Однако, плавучесть не должна быть достаточно высокой для обеспечения быстрой смены движения по воде на движение под водой. Благодаря собственному весу электрических компонентов, плавучее средство в своем корпусе должно содержать плавучее тело достаточно большого размера, что влияет на конструктивные габариты и, как следствие, на динамику движения плавучего средства.
Целью изобретения является обеспечение плавучего средства указанного во введении типа, обеспечивающего хорошую динамику движения при достаточной технической надежности.
Указанная цель достигается за счет того, что корпус содержит наливную камеру, сообщающуюся с окружающей средой посредством водопроводящих отверстий, в частности, отверстий для впуска и выпуска воды.
Таким образом, наливная камера является компонентом с изменяющимся весом, благодаря которому собственный вес плавучего средства может изменяться. Наливная камера заполняется при эксплуатации. При погружении плавучего средства воздух выходит из наливной камеры и плавучее средство может легко и быстро погружаться. Когда плавучее средство всплывает из воды после эксплуатации, наливная камера опустошается, что не влияет на рабочий вес плавучего средства.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения может быть предусмотрено, что в наливной камере размещен по меньшей мере один электрический компонент. Таким образом, наливная камера дополнительно применяется для охлаждения электрического компонента. Электрический компонент может рассеивать свои тепловые потери в воде, находящейся в наливной камере. Эффективный теплообмен возможен, в частности, ввиду того, что наливная камера сообщается с окружающей средой как посредством отверстий для впуска воды, так и посредством отверстий для выпуска воды. Следовательно, в наливной камере может быть образован поток, с помощью которого холодная вода непрерывно доливается. В зависимости от скорости движения плавучего средства, скорость потока в наливной камере также может меняться. Преимущество заключается в том, что при быстром движении, при котором также образуются большие тепловые потери, становится доступным большой объем для охлаждения.
Ввиду электрического компонента, представляется возможным, например, установка управляющей электроники, электродвигателя, приводящего в движение устройство для ускорения потока воды, и/или накопителя энергии, в наливной камере. Указанные компоненты генерируют относительно высокое снижение мощности и, таким образом, являются особенно пригодными для применения в наливной камере.
Предусматривается простая конструкция плавучего средства, в которой корпус содержит верхнюю часть и нижнюю часть, между которыми образована наливная камера, а также верхняя часть и/или нижняя часть по меньшей мере частично образуют внешнюю обшивку корпуса.
Преимущественно, также может быть предусмотрено, что нижняя часть прикреплена к верхней части с возможностью отсоединения. Также возможно выполнение наливной камеры с возможностью получения доступа в целях непосредственного технического обслуживания. Например, если в наливную камеру через фильтр просочилась грязь, указанная грязь может быть снова легко удалена. Если в наливной камере размещены электрические компоненты, они могут быть легко обслужены или заменены после снятия нижней части.
Эффективный поток в наливной камере может быть обеспечен посредством выполнения в корпусе по меньшей мере одного впускного отверстия в области носовой части и по меньшей мере выпускного отверстия в области хвостовой части.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения предполагает, что пропускной канал расположен по меньшей мере частично в области наливной камеры и сужает свободное поперечное сечение наливной камеры, а также то, что электрический компонент расположен в области суженного поперечного сечения. Благодаря сужению поперечного сечения, скорость потока в наливной камере может меняться. Следовательно, скорость потока частично увеличивается в суженном поперечном сечении для обеспечения возможности влиять на охлаждающую способность.
Также в наливной камере допускаются две подобласти, структурно разграниченные по отношению друг к другу, причем каждая подобласть относится к отверстию для впуска воды и/или отверстию для выпуска воды. Благодаря таким измерениям также возможно целенаправленно изменять объем потока в отдельных подобластях и, как следствие, охлаждающую способность.
Особо предпочтительный вариант осуществления изобретения заключается в том, что пропускной канал по меньшей мере частично разграничивает две подобласти в наливной камере по отношению друг к другу, а также в том, что в каждой из подобластей размещен электрический компонент. Благодаря тому, что пропускной канал применяется для местного разграничения, затраты на части могут быть снижены.
В одном возможном варианте осуществления изобретения электрический компонент прикреплен подвеской, причем подвеска удерживает электрический компонент на расстоянии от элементов стенок, определяющих границы наливной камеры. Таким образом, представляется возможным обеспечение потока вокруг электрического компонента на большом участке и, как следствие из этого, эффективное рассеивание тепла.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что при заполнении наливной камеры, плавучее средство обладает плавучестью по меньшей мере 4 килограмма. Благодаря этому, плавучее средство надлежащим образом удерживается на поверхности воды, даже в море. Особенно преимущественно, если плавучесть плавучего средства увеличена по меньшей мере до 7 килограмм. Кроме того, даже в случае повреждения, может быть обеспечена достаточная сила плавучести, которая будет удерживать на поверхности воды как плавучее средство, так и пользователя.
Изобретение будет описано более подробно ниже, опираясь на приведенный в качестве примера вариант осуществления, изображенный на чертежах, где:
на фиг. 1 изображен вид в перспективе плавучего средства сзади сбоку,
на фиг. 2 изображен вид в перспективе плавучего средства по фиг. 1 снизу сбоку с отсоединенной нижней частью,
на фиг. 3 изображен вертикальный разрез по области хвостовой части плавучего средства вида по фиг. 2, и
на фиг. 4 изображено плавучее средство по фиг. 2 снизу в увеличенном виде.
На фиг. 1 изображено плавучее средство, содержащее корпус 10. В данном случае, корпус 10 содержит верхнюю часть 20 и нижнюю часть 30. Верхняя часть снабжена двумя рукоятками 14 управления, расположенными по обеим сторонам корпуса 10. Пользователь может держаться за указанные рукоятки 14 управления и может управлять плавучим средством при помощи управляющих элементов, присоединенных к рукояткам 14 управления. В частности, таким способом также может изменяться мощность двигателя плавучего средства. Пользователь, держащийся за рукоятки 14 управления, лежит своим туловищем частично на верхней части 20 в области позади дисплея 15.
Как можно увидеть на фиг. 2, нижняя часть 30 может быть отсоединена от верхней части 20. Для этой цели нижняя часть прикреплена винтами к верхней части 20. На фиг. 2 изображено плавучее средство со снятой нижней частью 30. Как можно увидеть на данном изображении, между верхней частью 20 и нижней частью 30, соответственно, образовано приемное пространство. Указанное приемное пространство ограничено верхней стороной основной стенки 22 верхней части 20. Компоненты плавучего средства могут быть устойчиво установлены на указанной основной стенке 22.
Как можно увидеть на фиг. 2, управляющая электроника 40 установлена в области носовой части 11 плавучего средства. Приводной механизм в виде электродвигателя 50 размещен защищенным образом в кожухе за управляющей электроникой 40 для смещения в направлении хвостовой части 12. Выходной вал двигателя 50 проходит через полую трубу 51 и удерживает гребной винт 52 на своем свободном конце. Гребной винт 52 размещен в пропускном канале 60. В данном случае, пропускной канал 60 образован полым телом, которое образует водозаборное отверстие 61 в области днища плавучего средства. Указанное водозаборное отверстие 61 стабилизируется посредством направляющего элемента 62, размещенного по центру в водозаборном отверстии 61. В дополнение к своей механической защитной функции, направляющий элемент 62 предназначен для обеспечения устойчивости движения. Он функционирует подобно килю парусного судна Кроме того, направляющий элемент 62 также защищает пропускной канал 61 от механической нагрузки в области водозаборного отверстия, когда плавучее средство находится на мели или лежит на суще. Как уже было указано выше, в области между верхней частью 20 и нижней частью 30 ниже основной стенки 22 образована приемная камера, в которой установлены электрические компоненты, в частности, управляющая электроника 40, двигатель 50, а также накопители 70 энергии (аккумуляторные батареи). Указанная приемная камера сообщается с окружающей средой посредством водопроводящих отверстий. В данном случае водопроводящие отверстия выполнены в нижней части 30. Как можно увидеть на фиг. 1, водопроводящие отверстия выполнены в виде отверстий 35 для впуска воды в области носовой части 11 и в виде отверстий 33 для выпуска воды в области хвостовой части 12. Таким образом, приемная камера образует наливную камеру. Когда плавучее средство погружается в воду, указанная наливная камера заполняется водой, которая проходит через водопроводящие отверстия. Когда плавучее средство начинает движение, в наливной камере образуется поток. Следовательно, вода заполняет наливную камеру через отверстия 35 для впуска воды. Вода течет через наливную камеру и во время этого омывает электрические компоненты, размещаемые в наливной камере. При работе, вода поглощает потери мощности от электрических компонентов и охлаждает их. После протекания через наливную камеру, вода выходит из нее через отверстия 33 для выпуска воды, которые размещены симметрично по обеим сторонам сопла 34.
На фиг. 2 также можно увидеть, что пропускной канал 60 проходит в области наливной камеры и частично ограничивает две подобласти наливной камеры по отношению друг к другу. В каждом случае один накопитель энергии (аккумуляторная батарея) размещен в каждой подобласти. Каждая подобласть также имеет одно из двух отверстий 33 для выпуска воды. Электрические компоненты установлены на основной стенке 22 верхней части 20 при помощи подвесок. Здесь подвески выбираются так, что в областях, через которые рассеиваются тепловые потери, электрические компоненты установлены на расстоянии от основной стенки 22. Таким образом, вода в наливной камере может непрерывно протекать вокруг установленных в ней компонентов. Было установлено, что размещение пропускного канала 60 в наливной камере приводит к сужению поперечного сечения наливной камеры. Таким способом, обеспечивается увеличение скорости потока в суженой области. Посредством такого изменения скорости, представляется возможным направленное регулирование потока воды, а следовательно - охлаждающее действие, в зависимости от того, какой электрический компонент должен быть охлажден. В приведенном в качестве примера варианте осуществления настоящего изобретения накопители 70 энергии размещены в области суженных поперечных сечений в подобластях.
На своем конце, выходящем из водозаборного отверстия 61 в направлении потока, полое тело образует область фланца, на которую может быть установлен корпус 63 рабочего колеса при помощи фланцевого крепления. Гребной винт 52 установлен внутри корпуса 63 рабочего колеса. За гребным винтом 52 в направлении потока установлен статор 53 потока. При эксплуатации гребной винт 52 черпает воду в пропускной канал 16 через водозаборное отверстие 61, ускоряет поток указанной воды и откачивает ее через корпус 63 рабочего колеса в области сопла 34. В данном случае, назначением статора 53 является выравнивание движения вращающейся воды так, чтобы в целях улучшения эффективности, поток выходил из сопла с наименее возможным завихрением.
Как можно увидеть на фиг. 1, верхняя часть 20 содержит отсеки 21 в области основной стенки 22. Указанные отсеки 21 расположены по обеим сторонам пропускного канала 60.
Из фиг. 3 может быть видно, что отсеки 21 размещены по обеим сторонам центральной продольной плоскости плавучего средства, проходя по центральной продольной оси L (см. фиг. 2). На фиг. 3 центральная продольная плоскость проходит вертикально. Установка двух отсеков 21 в центральной продольной плоскости осуществляется для обеспечения симметричности выполнения. Накопители 70 энергии, которые в данном случае выполнены в виде аккумуляторных батарей, могут быть размещены в отсеках 21. Вследствие симметричного расположения отсеков 21, накопители 70 энергии размещены также симметрично относительно центральной продольной плоскости.
На фиг. 4 изображено размещение накопителей 70 энергии в отсеках 21. Как показано на фиг. 4, отсек 21 имеет такие размеры, чтобы в продольном направлении L плавучего средства его длина была больше, чем длина накопителя 70 энергии в указанном направлении. Следовательно, отсек 21 обеспечивает пространство для альтернативной установки другого накопителя 70 энергии, имеющего, соответственно, более крупные габариты, и который, соответственно, обладает более высоким выходом мощности.