Судно на подводных винтах

Полезная модель относится к транспортным средствам, передвигающимся по поверхности водоемов.
Известны и широко применяются суда на подводных крыльях, которые имеют корпус с двигательной установкой, винтовой или водометный движитель, сообщающий судну горизонтальную скорость, и установленные под водой крылья, которые, при наборе судном определенной скорости, поднимают корпус судна над поверхностью воды. Главными достоинствами судов на подводных крыльях по сравнению с судами, плавающими в водоизмещающем режиме, являются лучшая энергетическая экономичность при больших скоростях передвижения и меньшая чувствительность к волнениям на поверхности воды. Недостатками судов на подводных крыльях является их низкая маневренность, как на большой, так и на малой скорости, а также большая осадка в водоизмещающем режиме, не позволяющая передвигаться по мелководью.
Известен аппарат на подводных крыльях по а. с. СССР № 312788, принятый за прототип.
Вышеуказанный аппарат на подводных крыльях содержит корпус и попарно расположенные по бортам крыльевые комплексы. Каждый крыльевой комплекс выполнен в виде винта с несущими подводными крыльями-лопастями, диск вращения которого расположен наклонно к поверхности воды, а вал винта наклонно расположен в плоскости шпангоута и имеет привод вращения.
Недостатки: При малой скорости вращения винтов аппарат находится в водоизмещяющем положении и полностью неуправляем, т. к. тяга всех винтов взаимно уравновешена. При большой скорости вращения винтов корпус аппарата и большая часть поверхности  винтов поднимаются над водой, под водой остаются лишь небольшие части крыльев-лопастей. В таком режиме движения на выступающие над поверхностью воды и вращающиеся с высокой скоростью лопасти действует большая аэродинамическая сила сопротивления, а подводные концы лопастей испытывают большое гидродинамическое сопротивление из-за частого соударения с поверхностью воды. Это приводит к  низкой энергоэффективности такого способа передвижения по воде. Кроме того, при движении аппарат управляется по курсу лишь хвостовым рулем, что отрицательно сказывается на его маневренности. Для создания подъемной и движущей силы используется лишь небольшая часть лопастей-крыльев, что приводит к укрупнению несущих винтов, снижению их прочности, и, следовательно, к снижению надежности всего аппарата.
Технической проблемой, решаемой предлагаемой полезной моделью, является устранение отмеченных недостатков. Технический результат, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, заключается в повышении надежности работы, маневренности и энергоэффективности передвижения судна при любых скоростях, как по глубокой воде, так и на мелководье.
Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что
судно на подводных винтах, предназначенное для передвижения по поверхности водоемов с частичным или полным выходом корпуса судна из воды, состоит из надводного корпуса с двигательной установкой, включающей в себя три мотора, трех приводных валов, соединенных каждый со своим мотором  и направленных вниз, под днище судна, и трех несущих винтов с лопастями, установленных  на подводных концах приводных валов, оси вращения двух приводных валов перпендикулярны основной плоскости судна, а  один приводной вал снабжен механизмом, позволяющим отклонять ось его вращения от перпендикуляра к основной плоскости судна,  при этом все  несущие винты находятся в полностью погруженном положении при любом режиме движения судна.
Также судно снабжено подводными опорами, установленными немного глубже несущих винтов. Дополнительно судно может быть оснащено механизмами для изменения угла атаки лопастей несущих винтов.
Один из возможных вариантов исполнения конструкции судна поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено судно  в режиме неподвижного висения над поверхностью воды, на фиг. 2 – судно в режиме движения вперед, а на фиг. 3 – разворот судна вправо.
Судно на подводных винтах состоит из корпуса 1  с размещенными в нем  одним или двумя моторами (на чертеже не показаны), вращающими два кормовых приводных вала 2, направленных вертикально вниз под воду, перпендикулярно основной плоскости судна, установленных на подводных концах приводных валов 2 несущих винтов 3 с лопастями, и  поворотного узла 4, к которому присоединен мотор 5, вращающий носовой приводной вал 6 с несущим винтом 7. Два кормовых вала 2 имеют встречное направление вращения по отношению друг к другу. Поворотный узел 4 служит для отклонения оси вращения носового приводного вала 6 вперед-назад и влево-вправо по направлению движения судна. Поворотный узел 4 может быть выполнен, например, в виде штурвала для отклонения носового приводного вала 6 влево-вправо и продольной тяги для отклонения носового приводного вала 6 вперед-назад. Немного глубже несущих винтов 3 и 7 установлены подводные опоры 8, связанные с корпусом 1 судна.
Судно на подводных винтах функционирует следующим образом.
С выключенными моторами и при неподвижных несущих винтах 3 и 7 судно или плавает в водоизмещающем положении, или, находясь на мелководье, опирается подводными опорами 8 на дно водоёма. При начале вращения несущих винтов 3 и 7 на судно начинает действовать сила тяги винтов, направленная вверх, корпус судна 1 приподнимается, и опоры 8 отрываются от дна водоёма. Кормовые винты 3 вращаются в разные стороны, их реактивные моменты вращения взаимно уравновешены. Реактивный момент вращения носового винта 7 не уравновешен и для его компенсации необходимо немного отклонить ось вращения приводного вала 6 влево или вправо в зависимости от направления вращения винта 7. Носовой приводной вал 6 может быть снабжен двумя соосными винтами 7, вращающимися в разные стороны. В этом случае реактивного вращающегося момента на носовом валу 6 не возникает. Для разворота корпуса 1 судна на месте или для поворота при движении носовой приводной вал 6 с помощью поворотного узла 4 отклоняют влево или вправо от вертикали (см. фиг.3). Для движения судна вперед или назад носовой приводной вал 6 с помощью поворотного узла 4 отклоняют, соответственно, назад или вперед (см. фиг. 2). При любом отклонении от вертикали оси вращения носового приводного вала 6 уменьшается вертикальная составляющая вектора тяги несущего винта 7, поэтому, для компенсации этого уменьшения, мотор 5 должен несколько увеличить скорость вращения вала 6.
Все несущие винты при любом режиме движения судна всегда находятся полностью под водой, следовательно, вся площадь поверхности лопастей несущих винтов 3 и 7 участвует в создании вертикальной и горизонтальной тяги, что позволяет применять винты относительно небольших размеров, обладающих большой жесткостью и прочностью.
Таким образом, данная конструкция судна на несущих винтах позволяет достичь большей надежности работы, маневренности и энергоэффективности передвижения судна при любых скоростях по сравнению с аппаратом-прототипом и судами на подводных крыльях.