СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ НА СЖАТОМ ПНЕВМОПОТОКЕ
METHOD OF PROVIDING SHIP CONTROL FOR COMPRESSED PNEUMATIC FLOW

Изобретение относится к судостроению, а именно к рулевому управлению судов на сжатом пневмопотоке, в особенности маломерных судов на сжатом пневмопотоке.
Известен патент RU №2552581 (опубл. 10.06.2015), патент RU №2557129 (опубл. 20.07.2015), в которых описаны способы управления судном на сжатом пневмопотоке, осуществляемые с помощью рулевой колонки (поворот) и тяги, связанной через рычаги с вертикальными осями с возможностью поворота шторок, расположенных в кормовой части сзади уступа, отклонение которой влево или вправо приводит к повороту судна в ту же сторону в движение судна на сжатом пневмопотоке.
Известно авторское свидетельство SU №1169287 (опубл. 07.04.1988) и патенты США: №3870121 (опубл. 11.03.1975) и №5005660 (опубл. 28.12.1993), где раскрыты средства управления судном на средства управления судном на воздушной подушке в виде одной рулевой колонки, отклонение влево или вправо приводит к повороту судна в ту же сторону, а отклонение вперед приводит к увеличению или уменьшению тяги двигателя.
Патент США №3605937 (опубл. 20.09.1971) описывает систему управления судном на воздушной подушке, в которой вращение рулевой колонки вызывает поворот судна, а отклонение в любую сторону приводит к перемещению судна в ту же сторону.
Все эти средства достаточны, сложны, в особенности при их использовании на маломерных судах на сжатом пневмопотоке или на воздушной подушке. Однако они не всегда пригодны для удобного и быстрого управления движением, когда на первый план выступает маневренность. Кроме того, необходимо предусматривать возможность быстрого торможения судна, в частности, при подходе и остановке к береговой линии или в случае экстренного торможения при движении на тихой воде или волнении.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа заявленному, является амфибийное судно на сжатом пневмопотоке, создающее давление воздуха под днищем, днище выполнено из частей под различными углами, руль поворота со щитками, в кормовой верхней части корпуса непосредственно над рулевым устройством выполнен горизонтальный потоконаправляющий элемент в виде П-образного козырька, расположенного над поворотным щитком с горизонтальной осью вращения с образованием щелевого отверстия между кромкой козырька и двумя рулевыми устройствами, причем конец козырька размещен наклонно в сторону поворотного щитка, который закреплен к задней стенке кормы и расположен на одном уровне дна пневмоканала, в котором создается давление воздуха за счет нагнетательного устройства в виде импеллера, и дифференцированного выпуска из дополнительного созданного канала на выходе между рулевыми устройствами в атмосферу водовоздушного потока относительно задней части кормы, при этом днище судна в виде пневмоканала в поперечном сечении выполнено в форме перевернутого полукруга, а боковые скеги с внешней стороны выполнены под углом с уменьшающимся основанием в сторону касания опорной поверхности, при этом дополнительно боковые скеги по все длине с внутренней стороны выполнены прикрепленными тонкими выдвижными вертикальными боковыми стенками с возможностью согласованного управления ими в режиме прямолинейного движения судна (Патент RU №2600555, B60V 1/04, B60V 3/06 от 20.10.2016).
Недостатком данного технического решения являются то, что не достаточное торможение судна на сжатом пневмопотоке на воде таким образом, чтобы на коротком расстоянии на воде и, по меньшей мере, остановки у береговой линии, при отключении импеллера высокого давления, возможно, было судно остановить в движении. С другой стороны, даже прикрытые сверху потоконаправляющим элементом в виде стационарного П-образного козырька, еще недостаточно для управления струенаправляющей струи, выходящей между двумя рулевыми устройствами с образованием щелевого отверстия, а также и при их повороте в ту или иную сторону, ведет сужающую струю только в направлении поднятия ее в вертикальной плоскости, недостаточно снижая эффективность распластанной струи в горизонтальной плоскости сзади кормы, не позволяя реализовать все преимущества данного судна от использования управления в условиях, как торможения судна, так и в движении на крейсерских скоростях. Предпочтительно необходимо считать, когда П-образный козырек имеет удлинение за расположением самих рулевых устройств в виде управляемых щитков закрытых полностью сверху, а в конце козырек должен иметь возможность закрепления горизонтальной полки закрепленной на оси шарнирно с возможностью поворота в вертикальной плоскости относительно кормовой части судна шарнирной тягой, обеспечивающей струенаправляющую систему струи, и свободный конец полки мог бы находится ниже поворотных щитков с зазором и погружен в воду, а при необходимости, и закрыть щелевое отверстие (канала) позади поворотных щитков, не мешая их повороту, а значит иметь возможность максимума тормозную силу при отключении импеллера в процессе движения судна. В целом изобретение должно быть просто по конструкции и может быть в наших условиях экономически эффективным.
На преодоление всех отмеченных выше недостатков и противоречий в существующих патентах и на построенных маломерных судах направлено настоящее изобретение, которое должно повысить не только гидродинамическое качество судов на сжатом пневмопотоке, но и улучшить устойчивость глиссирования и обеспечить повышенные эксплуатационные качества, даже в условиях быстрого торможения судна на тихой воде или волнения при осадке судна. Особенно это важно в условиях развитого выхода сжатой струи между рулевыми устройствами в виде двух рулевых щитков, когда имеет место еще вопросы стабилизации струенаправляющей системы струи, связанные и с вопросами поворота судна вправо или влево, стабилизации как продольной, так и поперечной качки, которая находится в контакте с водовоздушным потоком и воспринимает ударную нагрузку при перемещении судна на воде.
Таким образом, существует необходимость в разработке простого и удобного средства управления судном на сжатом пневмопотоке, в особенности маломерного судна, преодолевающего указанные выше недостатки и обеспечивающего упрощение управления таким судном.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в одном объекте настоящего изобретения предложен способ обеспечения управления судном на сжатом пневмопотоке, создающем давление воздуха под днищем, заключающемся в том, что днище выполняют из частей под различными углами с рулями поворота со щитками, в кормовой части корпуса устанавливают на заданном расстоянии друг от друга непосредственно над рулевыми устройствами, выполняют горизонтальный потоконаправляющий элемент в виде П-образного козырька, расположенным над поворотными щитками с горизонтальными осями вращения с образованием щелевого отверстия между кромкой козырька и двумя рулевыми устройствами, причем конец козырька размещают наклонно в сторону поворотных щитков, которые закрепляют к задней стенке кормы и располагают на одном уровне дна пневмоканала, в котором создается давление воздуха за счет нагнетательного устройства в виде импеллера, и дифференцированного выпуска из канала на выходе между рулевыми устройствами в атмосферу водовоздушного потока относительно задней части кормы, при этом днище судна 8 виде пневмоканала в поперечном сечении выполняют в форме перевернутого полукруга, а боковые скеги с внешней стороны выполняют уменьшающимся основанием в сторону касания опорной поверхности, при этом дополнительно боковые скеги по всей длине с внутренней стороны выполняют прикрепленными тонкими выдвижными вертикальными боковыми стенками с возможностью согласованного управления ими в режиме прямолинейного движения судна, горизонтальный потоконаправляющий элемент в виде П-образного козырька в зоне кормовой части располагают над поворотными щитками, таким образом, что верхнюю часть П-образного козырька в кормовой части судна выполняют удлиненной из условия, чтобы перекрывать максимальную ширину поворотных щитков сверху для необходимого их свободного поворота в горизонтальной плоскости с зазором, при этом конец козырька снабжают подвижной горизонтальной полкой, закрепляют на оси шарнирно с возможностью поворота в вертикальной плоскости относительно кормовой части судна шарнирной тягой, закрепляют тягу в средней части полки, обеспечивающей струенаправляющую систему струи, и свободный конец полки располагают ниже сзади поворотных щитков и погружают в воду, при этом горизонтальную полку выполняют с возможностью закрытия дополнительного созданного канала между двумя рулевыми устройствами, по меньшей мере, частично для того, чтобы довести до максимума тормозную силу при осадке судна, при отключении импеллера, обеспечивающего сжатым воздухом пневмоканал под днищем судна в процессе движения.
Кроме того, по меньшей мере, подвижную горизонтальную полку выполняют таким образом, чтобы, когда соответствующее судно совершает существенное скоростное движение, указанная горизонтальная полка могла приподняться шарнирной тягой вверх на расстоянии от воды сзади поворотных щитков, для обеспечения дополнительного сжатия выходящей струи водовоздушного потока в атмосферу.
Особенность данного способ состоит в том, что верхняя часть П-образного козырька удлиняют в сторону расположения за поворотными щитками сверху с зазором, так, что конец козырька соединяют через ось шарнирно с горизонтальной полкой с возможностью поворота в вертикальной плоскости относительно кормы судна. При этом соединение горизонтальной полки осуществляют шарнирной тягой, способной передавать как тянущее усилие, так и толкающее усилие с возможностью закрывать или открывать канал между двумя рулевыми устройствами за ними.
Другая особенность устройства состоит в том, что для максимальной тормозной силы, свободный конец полки погружают ниже поворотных щитков в воду за ними, при выключенном импеллере в процессе движения и осадке судна.
Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы.
На фиг. 1 показан вид сбоку в разрезе судна на сжатом пневмопотоке с системой управления по настоящему изобретению; на фиг. 2 показан вид сверху; на фиг. 3 показан вид сзади кормы судна по фиг. 1.
Следует иметь ввиду, что показанный на этих чертежах вариант осуществления настоящего изобретения не является ограничивающим, он служит лишь для демонстрации основных принципов данного изобретения, объем которого определяется приложенной формулой изобретения.
Схема реализации способа обеспечения управления судном на сжатом пневмопотоке включает импеллер 1, расположенный в носовой части судна, где движение происходит в закрытом пространстве, корпус крепления 2 и переходного участка 3 с образованием сопла 4. В результате этого увеличивается давление воздуха на выходе. Сопло 4 по длине соединяют с основанием дна воздухозаборного пневмоканала 5. Импеллер 1 выполняют под углом 20-30° для забора воздушного атмосферного потока под днище судна. Рулевая колонка может быть выполнена с помощью применения конструкции с горизонтальной рейкой (не показано), выполненной поверху в виде зубчатых выступов, узел который связывают тягами с каждым поворотным щитком руля. Таким образом, плоское днище в поперечном сечении выполнено в форме перевернутого полукруга 6 (может быть выполнено и плоским), и ограниченное с боков скегами, которые с внешней стороны выполнены углом с уменьшающимся основанием в сторону касания опорной поверхности, образует один прямолинейный пневмоканал 5, совпадающий с направлением воздухозаборного канала импеллера 1, который дает своим положением возможность для свободного и сжатого прохода большей части воздушного потока воздуха и выхода его из пневмоканала водовоздушного потока сзади кормовой части судна между двумя рулевыми устройствами, последние образуют дополнительный канал для выхода пневмопотока в атмосферу.
В кормовой в верхней части корпуса закрепляют в продолжение его горизонтальный потоконаправляющий элемент 7 в виде П-образного козырька, таким образом, что верхнюю часть потоконаправляющго элемента 7 выполняют удлиненной с перекрытием сверху поворотных щитков 8 и 9 с двумя рулевыми устройствами 10 и 11, ограничивающих пневмоканал 5 с боков со стороны задних стенок скегов. При этом ось вращения рулей 10 и 11 соединяют сверху на палубе с регулируемыми тягами 12 и 13 и соединяют далее в одном узле 14, например, через тягу с рулем экипажа на палубе судна (аналогично рулю автомобиля).
Конец П-образного козырька 15 перекрывает максимальную ширину поворотных щитков 8 и 9 для необходимого их свободного поворота в горизонтальной плоскости с зазором. Нижний конец козырька 15 снабжают подвижной горизонтальной полкой 16 и закрепляют к оси 17 шарнирно с возможностью поворота в вертикальной плоскости посредством механического привода в средней части полки 16. Механический привод содержит тягу 18 горизонтальной полки 16 через шарнир связанным с одним концом соответствующей ему тяги 19, при этом второй конец тяги 19 механического привода шарнирно связывают рычагом 20 закрепленным сверху на палубе, который связывают с механическим приводом в виде прямолинейной тяги 21 шарнирно связанной с одним концом оси рулевой колонки экипажа (не показано).
В закрытом (опущенной в воду за поворотными щитками) положении подвижную горизонтальную полку 16 располагают таким образом, чтобы ее свободный конец был расположен и погружен в воду при осадке судна и отключенном импеллере 1. Рулевые устройства 10 и 11 со щитками 8 и 9 размещаются свободно с зазором по отношению к опущенной вниз горизонтальной полки 16 с помощью механических фиксирующих приводов в виде тяг 19 и 21 и не мешают расположению в воде поворотным щиткам 8 и 9.
Во время остановки судна в движении, по меньшей мере, частично для того, чтобы довести до максимума тормозную силу при осадке судна, при отключенном импеллере 1, обеспечивающего сжатым воздухом пневмоканал 5 под днищем судна в процессе движения, поворот горизонтальной полки 16 на оси 17 шарнирно, используют тяги 19 и 21, последнюю которую связывают со штурвалом экипажа.
Форма конструкции рулей 10 и 11 и горизонтальной полки 6, связанной осью 17 с козырьком 15 позволяют управлять и тормозить судном при остановке на тихой воде и волнении, а также у береговых причалов. Все это в целом вызывает управление судном не только при остановке, но и управление судном на больших скоростях, обеспечивающих струенаправляющую систему струи сзади кормы судна, и обеспечивает надежность судна по сравнению с известным техническим решением. Эти параметры выбраны из условия оптимального управления судном на сжатом пневмопотоке при выходе его на скоростной режим и возврате его к остановке в движении. При этом при скоростном режиме подвижную горизонтальную полку 16 размещают таким образом, что ее приподнимают над водой с помощью шарнирных тяг 19 и 21 для обеспечения дополнительного сжатия выходящей струи водовоздушного потока позади судна в атмосферу, поскольку отсутствует при этом фонтанирования струи по центру между поворотными щитками 8 и 9 дополнительно канала.
Повернутая горизонтальная полка 16 имеет такое расположение, что может закрывать не весь дополнительный канал позади расположенных двух поворотных щитков 8 и 9 (водовоздушный канал тяги), что при снижение оборотов импеллера, оно будет медленно двигаться на заданной посадке судна на воде. Как видно на чертеже, каждая из тяг крепится к своему поворотному рулю с осями вращения, которые смещены каждый для своего назначения, и связаны с помощью шарнирных соединений. Важно лишь, чтобы крепление рулей обеспечивало получение кинематической цепи, позволяющей совместно перемещать обе тяги при приложении к любой из них некоторого усилия, не превышающего заранее заданное значение, т.е. поворот связи должен приводит к такому повороту, когда судно необходимо будет двигаться или ему остановиться при максимальной тормозной силы.
Способ обеспечения управления судном на сжатом пневмопотоке осуществляется следующим образом.
На стоянке это судно на сжатом пневмопотоке опирается на боковые скеги и дно судно. Для поступательного движения судна в действие приводится импеллером 1 (двигатель не показан). Импеллер 1, с помощью двигателя, создает горизонтальную тягу, воздух подается в сопло 4. Воздушный поток направляется в пневмоканал 5, создает увеличенную силу тяги и, выходя между поворотными щитками 8 и 9, прикрытыми сверху удлиненным горизонтальным потоконаправляющим элементом в виде П-образного козырька 15 (верхняя горизонтальная часть удлинена в сторону поворотных щитков). Козырек потоконаправляющего элемента расположен сзади поворотных щитков 8 и 9, и подвижная горизонтальная полка 16, также расположена сзади поворотных щитков 8 и 9 с зазором.
Управление судном на сжатом пневмопотоке осуществляют с помощью рулевых устройств 10 и 11, выполненных со щитками 8 и 9, и размещенных свободно с зазором по отношению к опущенной вниз горизонтальной полки 16.
Когда судно необходимо остановить, выключают импеллер 1, однако оно еще продолжает движение со скоростью на воде, определяемой для выхода потока воды через дополнительный канал, расположенным между двумя поворотными щитками 8 и 9. Чтобы остановить судно на сжатом пневмопотоке, необходимо обеспечить его торможение движению, тогда используют отклонение на оси 17 горизонтальную полку 16, соответственно, вниз с погружением ее свободного конца в воду сзади поворотных щитков 8 и 9 с помощью тяг 19 и 21, вызывая воздействие на судно. Отклонение горизонтальной полки 16 вниз связано с жесткими тягами 19 и 21 через шарнирные соединения, т.е. с механическими приводами, тяга 21, которая связана с рулевой колонкой экипажа. В этом случае, судно, имея осадку корпуса в воде в сторону движения (при выключенном импеллере 1 снижают тягу судна полностью), обеспечивается его торможение. Таким образом, передача управляющего воздействия от рулевой колонки экипажа (не показано) к горизонтальной полке 16, закрепленной осью 17 к концу наклонного козырька 15, осуществляют посредством шарнирных тяг 19 и 21. Если же экипаж, сидящий на пилотском месте, одновременно приложит к совместной работе обеих рукояток (не показано) усилие, по меньшей мере, для заранее заданному повороту рулевых устройств 20 и 11 со щитками 8 и 9, однозвеновой элемент связи, и опускание соответственно вниз в воду свободного конца горизонтальной полки 16 с помощью тяг 19 и 21, дополнительный канал сзади судна перекроется, или даже его частичное, скорость судна упадет до минимальной, и судно постепенно остановится в заданном месте причала и зависнет над расположенной под ним поверхностью. При этом возможность совместной работы горизонтальной полки и рулевых устройств поворота щитков позволяют улучшить управляемость судном в целом. Поэтому с водой контактируют поворотные щитки и небольшая часть горизонтальной полки, нижний конец, которой погружен в воду, улучшается его устойчивость по курсу, а это обеспечивает пассажирам и экипажу комфортность не только при движении судна, но и его торможению на тихой воде и в условиях волнения.
Таким образом, способ обеспечения управления судном на сжатом пневмопотоке позволяет достичь указанной выше технический результат, заключающийся в упрощении управлении судном на сжатом пневмопотоке, в особенности маломерного судна, за счет простого и удобного средства управления и остановки. Совокупность признаков и степень раскрытия сущности изобретения достаточны для его практической реализации при разработке и изготовления судна на сжатом пневмопотоке.