АМФИБИЙНОЕ СУДНО НА СЖАТОМ ПНЕВМОПОТОКЕ
AMPHIBIOUS SHIP ON COMPRESSED PNEUMATIC FLOW

Изобретение относится к области создания транспортных средств, использующих динамическую воздушную подушку, обладающим высокопроизводительным свойством компрессора на использование импеллера, реактивная струя которого направлена для пневмоканала в виде сжатого воздуха под днищем для создания подъемной и тяговой силы, и может быть использовано при создании транспортных средств (ТСВП) для перемещения по воде, снегу и земле, в особенности маломерных судов на воздушной подушке.
Известен летательный аппарат - экраноплан, содержащий фюзеляж, крыло, горизонтальное и вертикальное оперение и воздушно-реактивную силовую установку. Под крылом экраноплана размещено устройство создания воздушной разгрузки и тяги, выполненное в виде проточной камеры, образованной крылом и боковыми ограждениями, причем боковые ограждения камеры установлены на консолях крыла (см. заявку ФРГ №3319127, B60V 1/08, 1983), а также летательный аппарат - экраноплан (см. заявку ФРГ №4010877, В64С 35/00, 1991), кроме того, известны судна (США №5370197, B60V 1/043, 1994; №2004065772, В64С 21/04, В64С 23/08, 2004) на маломерных судах на воздушной подушке.
Все эти средства достаточно сложны, в особенности при использовании на маломерных судах на воздушной подушке. Кроме того, описанные суда обладают невысокой амфибийностью и мореходностью, при этом возможности движительных установок реализуются не полностью. При этом создание воздушной подушки и тяги недостаточно эффективны при стартовой или малой поступательной скорости транспортного средства, так как установка таких движителей не может реализовать под днищем судна образование сжатого пневмопотока в виде общей струи, которая могла бы стараться обеспечить тем самым судно на старте движения. То есть известные технические решения с поддувом воздуха под днище или крыло не обеспечивают полного высокого давления и сжатия при использовании всего сжатого воздуха от силовой установки, в частности от импеллера, работающего в режиме компрессора, что ухудшает его силовую установку, а также невозможно в конце канала получить максимальное давление сжатого воздуха для работы пневмоканала в режиме надува воздуха высокого давления для тяговой силы, обеспечивающей поступательное движение судна. Устройства вставок и качающейся створки не приспособлены для создания мощных струй и поступления их в пневмоканал, выход воздуха которого связан под днищем, и поток, расширяясь, ударяется непосредственно в толщу водного потока (опорная поверхность). Коэффициент удельной тяги и подъемная сила низки, а затрачивать приходится большую мощность. Кроме того, это связано с применением двигателей, воздушного винта, которые могут создавать достаточно реактивной силы тяги для заполнения сжатым воздухом свободного пространства пневмоканала. Другим основным недостатком является то, что судно обладает недостаточной управляемостью на выходе под днищем расположением рулевого устройства, в связи с чем понижена безопасность его эксплуатации, а также то, что расположение рулей под днищем испытывает большие динамические нагрузки от воды при его поворотах под различными углами для поворота (разворота) судна. При этом появляются значительные тяговые усилия горизонтальной составляющей тяги, появляются большие явления волнового характера, особенно это заметно на поворотах судна, волны (выплески) которых выходят из-под боковых сторон бортов судна (скегов). Эти совокупно действующие факторы ведут к почти постоянному раскачиванию судна по вертикали и горизонтали, что влияет на изменение крена, дифферента и курса, создает частые и большие перегрузки на конструкцию судна. Борьба с перегрузками приводит к увеличению собственного веса судна и уменьшению его весовой отдачи и уменьшению скорости движения. Отсюда такое рулевой устройство не может быть размещено в кормовой части судна с управляющим устройством в целом. Существенным недостатком таких судов является поперечная форма днища с касанием и обтеканием с опорной поверхностью, например с водой, а также форма самих боковых стенок скегов, которые имеют большое сопротивление движению и сложность в управление курсом судна.
Известно техническое решение, выбранное в качестве одного из аналогов, амфибийное судно на сжатом пневмопотоке, создающее давление воздуха под днищем, последнее выполнено из частей под различными углами, створка расположена на передней части корпуса, руль поворота, при этом в кормовой нижней части корпуса непосредственно перед рулевым устройством днище выполнено с продольным уступом со срезом в сторону носовой части, с воздухозаборным каналом нагнетательного устройства в виде импеллера, воздух из сопла которого подается под углом под днище судна, уступ размещен в нижней средней части кормы по центру днища и образует два пневмоканала с двух сторон между уступом, при этом за соплом импеллера дополнительно закреплена подвижная горизонтальная перегородка на оси вращения для продолжения воздушного канала в сторону уступа со срезом, кроме того, к днищу в зоне уступа с пневмоканалами закреплен поворотный щиток на горизонтальной оси вращения с возможностью его примыкания в зарытом положении к дну уступа, при этом на внешней стороне бортов судна закреплены направляющие в виде выступов - открылок из двух соединенных между собой вертикальных пластин, одна из которых жестко закреплена к борту и является ограничителем против опрокидывания второй пластины на внешнюю сторону, причем вторая пластина имеет ось вращения с возможностью ее поворота и примыкания к скошенному участку нижней части борта судна в сторону днища и подпружинена относительно первой пластины. Кроме того, руль поворота со щитком дополнительно содержит второй щиток, закрепленный шарнирно к первому, и подпружинен относительно первого щитка с возможность его поворота в вертикальной плоскости (Патент RU №2552581, B60V 3/06 от 10.06.2015).
Однако, не смотря на его широкие возможности, при управлении этого транспортного средства узкие многоканальные пневмоканалы разделены уступом с наклоном по центру днища судна в кормовой части, дают возможность разделять воздушный поток от импеллера и поступать в два закрытых пневмоканала. При этом руль поворота закреплен со стороны глухой части уступа сзади кормы и к вертикальной оси вращения закреплен вертикальный щиток, отклоняющий как воздушный поток, так и одновременно погружен в воду, которая сопровождает большое динамическое воздействие на его боковую плоскость и сложность составного руля в виде двух соединенных механически между собой пластин руля. При этом в движении и, особенно при поворотах судна вправо или влево, скоростной водновоздушный поток ударяется о плоскость щитков и его вертикальную ось, происходят восходящие потоки воды и воздуха (смешанные) вверх непосредственно сзади кормы, что вызывает фонтанирование и залив части палубы судна сзади. Кроме того, наличие уступа под дном судна резко снижает поступление большого объема сжатого воздуха при скоростном режиме судна, поступающего от импеллера, а также и его расширение в пневмоканалы, так как поперечное сечение на выходе из пневмоканалов ограничено наличием уступа сзади кормы, что вызывает выход его излишков в стороны боковых стенок (скегов), что снижает несколько скоростные характеристики судна, так как часть полезного сжатого воздуха теряется на преодоление сопротивления о стенки судна, а сам уступ оказывает большое сопротивление выходящему воздуху под днищем судна, т.е. снижается КПД судна, дополнительно образуются и боковые брызги. Кроме того, при вертикальном управлении руля поворота появляется, снижается вертикальная устойчивость и недостаточная безопасность управления, так как руль по своей конструкции сложен и требует некоторого его усовершенствования (модификации), в частности ограничения угла отклонения вправо или влево при повороте на большой скорости движения судна, создаваемой работой мощностью двигателя, особенно, когда судно в движении достигает крейсерской скорости, что подтвердили натурные испытания построенного опытного образца (натурные испытания - это тот фактор, который указывает на дополнительные разработки устройства, и их необходимо учитывать для широкой области внедрения в производство). При этом, чтобы получить и сохранить наибольший КПД и объем использования сжатого воздуха для мощных двигателей, необходимо уменьшить большое сопротивление для такого судна и убрать уступ между пневмоканалами, чтобы также уменьшить и размеры судна по ширине, соответственно, при том же возможном его назначении судна, таким образом, по совокупности признаков к предлагаемому, принять необходимо будет два руля, и разнести их по одному раздельному щитку в разные стороны; закрепить каждый сзади для каждого отдельного бокового скега со стороны кормы, в этом случае образуется один общий пневмоканал (отсутствует разделительный уступ). Иначе говоря, устранения фонтанов и брызг, после действия таких возмущений водновоздушных потоков при крейсерской скорости, повышение КПД; такие скоростные характеристики могут быть реализованы лишь путем закрытия сверху, выходящий поток в кормовой части, выполнением и закреплением жестко П-образного потоконаправляющего элемента от парирования внешних возмущающих факторов (или следствием его действия) экипажем за счет коррекции при отклонении под ним рулей поворота вручную. Другим недостатком такого прямоугольного днища в поперечном сечении днища судна, образующего пневмоканал, является то, что его углы внутри создают завихрения воздушного потока по всей длине пневмоканала, соответственно, снижается полезная площадь объема использования пневмоканала для прохождения сжатого воздуха в сторону кормовой части судна. Кроме того, основание скегов, соприкасающихся с касанием опорной поверхностью воды, земли, льда и снега приводят к большим сопротивлениям в движении, соответственно, к потерям мощности самого движителя (например, винта, импеллера). При этом на управление судна при повороте направо или налево боковые стенки скегов с касанием по высоте погружения судна уменьшают угол крена и создают также большие сопротивления в движении и на поворотах судна. Другим недостатком такого прямоугольного в поперечном сечении днища судна, образующего пневмоканал, является то, что его углы создают завихрения воздушного потока по длине пневмоканала, соответственно снижается полезная площадь объема использования пневмоканала для прохождения сжатого воздуха в сторону кормовой части судна. Кроме того, основание скег, соприкасающихся с касанием опорной поверхность воды, земли, льда и снега приводят к большим сопротивлениям и потерь мощности движителя (например, импеллера). При этом на управление судна при повороте направо или налево боковые стенки скегов с касанием воды по высоте погружения уменьшают угол крена и создают также большие сопротивления в движении и на поворотах судна
Кроме того, необходимо иметь устройство простого и надежного способа амфибийного судна из-за наличия воздействия динамических усилий на плоскость поворотного щитка и создать переход положения руля для разных его угловых перемещений для того, чтобы амфибийное судно перешло в контролируемое в движении при достижении крейсерской скорости. Рост объема воздуха от мощности двигателя увеличивается для одного прохода в кормовой части и выход его в атмосферу. Это в свою очередь влияет также для маневренности судна, в общем случае для изобретения. Иначе говоря, решается задача по обеспечению подавления изменений траектории установившегося водновоздушного потока при возникновении до крейсерской скорости судна в движении и на поворотах при управлении экипажа, а также обеспечению безопасности и простоты управления такими скоростными характеристиками. Кроме того, при наличии дополнительного воздуха создается большая реактивная тяга, обеспечивается устойчивость в продольном и поперечном направлениях, уменьшается утечка воздуха из-под днища судна и уменьшения сопротивления через пневмоканал в один обособленный отсек (опыты показали, что отсутствует опрокидывание даже для крутых поворотов судна вправо или влево).
В результате проведенного патентного поиска из уровня техники известны воздушные сани, а именно транспорт с воздушными винтами, создающими давление воздуха под днищем и двигающими транспорт, с юбкой, удерживающей воздух под плоским днищем и поплавками, поддерживающими транспорт на воде, днище выполнено из частей под различными углами для расположения под днищем поворачивающихся колец с крыловидными вставками, создающими реактивную тягу транспорта вперед при обтекании воздушным потоком, создающим динамическое давление на профильную часть днища с экранопланным эффектом и реактивное давление на качающиеся створки, расположенные на передней части транспорта (Патент RU №2478502, B60V 1/04, В62В 15/00, от 10.04.2013).
Недостатками известного транспортного средства на динамической воздушной подушке с воздушными винтами и управления им является низкая продольная устойчивость и недостаточная безопасность движения судна, в частности, на поворотах при больших скоростях движения судна.
Это объясняется следующим.
1. Присутствует прогрессирующая неустойчивость, во-первых, закрепленных и качающих створок для пропуска под днище воды, во-вторых, при ручном управлении на выходе под днищем рулей, отклоняющих воздушный поток для поворота устройства, большое динамическое воздействие на плоскость руля вызывает его трудность в управлении и удержания для заданного угла поворота судна в движении.
2. Разделенные водновоздушные потоки под днищем, еще не доходя до конца кормовой части, стремятся выйти через боковые стенки (скеги) в атмосферу, что обеспечивает потери скоростных характеристик судна в движении, снижается КПД, возникает раскачка судна и его неустойчивость, происходит большой выброс накопившейся энергии, т.е. фонтанирование водновоздушного потока с боковых сторон судна, соответственно, происходит залив части палубы его при скоростном движении судна, особенно это будет заметно на поворотах вправо или влево. Таким образом, поворотный руль создает отрицательные явления гидродинамики сил давления на плоскость поворота руля непосредственно под днищем, в свою очередь это может послужить причиной возникновения аварийной ситуации, если еще учитывать и рост объема воздуха от мощности, создаваемого двигателем.
3. Эксплуатация такого судна приводит к снижению мощности движителя в связи с тем, что прямоугольное в поперечном сечении днище судна, и образующего обтекание профильной поверхности днища, создает в углах пневмоканала вращающиеся вихри, увеличивающие сопротивление выходу сжатого воздуха в сторону кормовой части судна, погружаемого в воду, а это потеря мощности движителя, снижение полезной площади объема использования пневмоканала для прохождения через него сжатого воздуха. При этом основание скегов, соприкасающихся с касанием с опорной поверхностью воды, земли, льда и снега приводят к большим сопротивлениям, соответственно, увеличиваются и потери мощности движителя (например, винта или импеллера). Боковые стенки скегов с касанием воды по высоте погружения судна уменьшают угол крена и создают также большие сопротивления в движении и на поворотах судна.
Иначе говоря, изменения траектории установившегося водновоздушного потока при возникновении до крейсерской скорости судна в движении и на поворотах при управлении экипажа, нарушится безопасность судна в движении, возникают сложности в управлении судном с большими скоростными характеристиками и их динамических воздействий на устройство рулей, т.е. известное устройство требует серьезного подхода к конструированию, при этом оно труднодоступно для обслуживания рулевого устройства. Кроме того, техническая задача предложенного решения дополнительно увеличит тягу в движении судна, а это в свою очередь при совместной работе импеллера и воздушного винта повышает скоростные характеристики в движении судна. Таким образом, известное устройство требует усовершенствования конструкции, создает трудности и имеет ухудшенную эффективность, низкий КПД и недостаточную динамику тяговой силы в различных условиях применения.
Задачей заявляемого изобретения является устранение упомянутых недостатков; обеспечение подавления изменений траектории установившегося водновоздушного потока, безопасность и простота управления при скоростных характеристиках для амфибийного судна, его практической реализации и устройства тяговой силы, а также увеличение скоростных характеристик в движении судна, кроме того, обладающим высоким КПД и лучшей управляемостью, уменьшения сопротивления движению.
Технический результат - повышение получения большего объема сжатого воздуха через пневмоканал в атмосферу и управление водновоздушными потоками, включающего дросселирование на выходе из подкормовой части и дополнительное прикрытие сверху в воздушном тракте атмосферы в концевой части кормы, кроме того, увеличение скорости в движении.
Указанный технический результат достигается тем, что амфибийное судно на сжатом пневмопотоке, создающее давление воздуха под днищем, днище выполнено из частей под различными углами, руль поворота со щитками, в кормовой в верхней части корпуса непосредственно над рулевым устройством выполнен дополнительный 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 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 всей длине с внутренней стороны выполнены прикрепленными тонкими выдвижными вертикальными боковыми стенками с возможностью согласованного управления ими в режиме прямолинейного движения судна.
Кроме того, у такого судна водовоздушный поток дополнительно дифференцированно дросселируют в зоне его расширения сзади кормовой части превышающим заданное стартовое давление на выходе из кормовой части судна, и сформированный под днищем судна.
Кроме того, импеллер может быть выполнен поворачивающимся и закреплен под углом 20-30° в носовой части судна.
Кроме того, рулевое устройство, размещенное на палубе кормы, выполнено с ограничителями его поворота с углом 20-35° от вертикальной оси поворота.
Кроме того, по варианту выполнения, рулевая колонка может иметь узел конструкции управления с горизонтальной рейкой, выполненной поверху в виде зубчатых выступов, а сам узел связан тягами с каждым отдельным поворотным щитком руля.
Кроме того, с целью улучшения технических характеристик и увеличения скорости при движении, согласно предложенному решению, дополнительно сзади кормовой части судна устанавливают движитель выполненным в виде воздушного винта.
Указанные отличия являются существенными, так как за счет дополнительного потокоформирующего элемента в верхней кормовой части корпуса непосредственно над рулевым устройством водовоздушный поток продолжает прямолинейное свое движение в атмосферу, а продолжение проточной части пневмоканала в виде регулируемого канала между регулируемыми двумя рулями осуществляет также дополнительное дросселирование водовоздушного потока, который выходит сзади кормы по определенному закону, где весь поток прижимается вниз к водной поверхности и изменяет площадь на выходе из пневмоканала сзади кормы в атмосферу.
В этом случае амфибийное судно становится устойчивым при скоростном движении и на поворотах. Более того, кроме устранения фонтанов и брызг сзади кормы, одновременно происходит дросселирование водовоздушного потока в зоне открытого участка за кормой, т.е. в конце кромки кормовой части судна, что позволяет реализовать процесс динамического давления на рулевые щитки, закрепленные к вертикальным осям, последние соединены с помощью регулируемых тяг в одно общее рулевое устройство, управляемое экипажем. Кроме того, динамически устойчивыми рулями по вертикали сзади кормы также следует считать и назначения угла их поворота 20-35° в ту или иную сторону поворота щитков по вертикали. При этом импеллер может быть выполнен поворачивающимся и закреплен под углом 20-30° в носовой части судна. Наличие же узла из зубчатой горизонтальной рейки резко снижает усилия для управления рулями в движении судна на больших скоростях. Кроме того, выполнение под углом (скоса) с внешней стороны боковых стенок скегов позволит судну выходить по воде, земле и другому твердому покрытию с минимальными сопротивлениями. При этом при движении судна по прямому ходу для крейсерских скоростей за счет выполнения с внутренней стороны скегов (со стороны пневмоканала) по всей их длине тонких выдвижных вертикальных боковых стенок в режиме прямолинейного движения судна по воде происходит увеличение управления тяговой силы при движении по воде, и позволяет одновременно сохранить высоконапорное давление сжатого воздуха по длине пневмоканала для большой скоростью судна, что обеспечивает возможность также поддержания устойчивости движения судна (отсутствует его раскачка), даже при волновых явлениях самой водной поверхности воды. Сохраняется высоконапорное давление сжатого воздуха в пневмоканале на всем протяжении пути движения судна, что дает возможность снизить потребность мощности импеллера, используемого для создания формирующего газодинамическую струю воздуха высокого давления и сохранения его, когда движение судна происходит по прямолинейному пути движения. В отношении того, что касается при поворотах судна, то здесь наступает момент, когда тонкие выдвижные вертикальные боковые стенки необходимо будет убирать заподлицо с основанием скегов (отсутствует на поворотах возможность торможения судна и его возможность опрокидывания).
Таким образом, судно можно с высокой степенью надежности управлять поворачивающими щитками, закрепленными на вертикальной оси руля как на большом ходу движения, так на поворотах вправо или влево, а также подавления внешних возмущающих факторов сзади кормы и/или следствия их действия на траекторию установившегося устойчивого движения амфибийного судна. Это в свою очередь обеспечивает надежность движения по воде, повышает КПД, а также обеспечивает безопасность маневров амфибийного судна на сжатом пневмопотоке.
В задней кормовой части судна дополнительно находится движитель в виде толкающего воздушного винта, который используется как для увеличения скорости в движении судна при работающем движителе в виде импеллера. При этом это дает возможность сохранить при движении судна в стабилизирующем горизонтальном положении на высоких скоростях, что не дает также судну перевернуться, так как в этом случае возникает сила противодавления на корму, имеющая возможность подниматься в движении при работающем импеллере в максимальном режиме при создании увеличения объема воздушного давления под днищем судна. Таким образом, это также придает судну горизонтальное устойчивое движение и не дает в определенной части корме опускаться в низ в толщу воды, а позволяет судну плавно скользить при движении по воде, снегу и болотистой местности, за счет уменьшения давления днища корпуса на поверхности при условии соблюдения скоростного режима.
На фиг. 1 дан вид сбоку предложенного амфибийного судна на сжатом пневмопотоке (в разрезе на динамической плоскости); на фиг. 2 показан вид сверху (толкающий воздушный винт не показан для упрощения чертежа); на фиг. 3 - вид на кормовую часть судна сзади (оба руля одновременно повернуты).
Амфибийное судно на сжатом пневмопотоке содержит импеллер 1, расположенный в носовой части судна, где движение происходит в закрытом пространстве, корпус крепления 2 и переходного участка 3. Кроме того, по периферии вала импеллера имеется сопло 4, через которое свободно проходит воздушный поток. В результате этого увеличивается давление воздуха на выходе. Сопло 4 по длине соединено с основанием дна воздухозаборного канала нагнетательного устройства в виде импеллера 1 с соплом 4. Импеллер 1 может быть выполнен поворачивающимся и закреплен под углом, например, 20-30° для забора воздушного атмосферного потока под днище судна с фиксированием в заданном угловом положении в носовой части судна. Рулевая колонка может быть выполнена с помощью применения конструкции с горизонтальной рейкой (не показано), выполненной поверху в виде зубчатых выступов, узел который связан тягами с каждым поворотным щитком руля. Таким образом, плоское днище в поперечном сечении выполнено в форме перевернутого полукруга, 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 в виде водовоздушного потока сзади кормовой части судна между двумя рулевыми устройствами, последние образуют дополнительный канал для выхода пневмопотока в атмосферу. При этом также дополнительно боковые скеги с внутренней стороны снабжены выполненными в виде тонких выдвижных вертикальных боковых стенок 6, расположенных продольно скегам, выполнены с возможностью погружения в толщу воды или наоборот поднятия их вверх заподлицо с основанием скегов, в частности при поворотах в движении судна (на чертеже не показано крепление выдвижных вертикальных боковых стенок 6). Данная форма днища пневмоканала 5 и боковых стенок 6 обладают хорошей остойчивостью судна, что позволяет себя уверенно чувствовать при волнениях поверхности воды (на волнах).
В кормовой в верхней части корпуса закреплен в продолжение его горизонтальный потоконаправляющий элемент 7, в виде П-образного козырька. Потоконаправляющий элемент 7 в виде П-образного козырька образует защитный экран сверху и частично с боков в кормовой части судна, с образованием щелевого отверстия и шириной, равной расстоянию между кромкой кормы и двумя рулевыми устройствами 8 и 9. Оси вращения рулей 8 и 9 с двумя щитками 10 и 11 закреплены со стороны скегов, ограничивающих пневмоканалом 5 с боков, а также образуют один проточный симметричный относительно продольной оси судна, дополнительный водновоздушный канал 12 сзади кормовой оконечности между рулевыми устройствами 8 и 9, при этом перед рулевыми устройства 8 и 9 закреплена на оси вращения управляемая створка 13 для регулирования площади выходного сечения канала 12. Оси вращения рулей 8 и 9 соединены сверху на палубе с регулируемыми тягами 14 и 15 и соединены далее в одном узле 16, например, через тягу с рулем экипажа на палубе судна (аналогично рулю автомобиля).
В открытом положении створка 13 расположена заподлицо и в одном направлении дна пневмоканала 5 и располагается в торце кормовой части судна по ширине в сторону рулевых устройств 8 и 9 со щелью (с зазором), не доходя вертикальных (не касаясь их) осей вращения рулевых устройств 8 и 9, что обеспечивает отсутствие ее заклинивания кромкой при вращении, причем незначительное смещение осей от кромки створки 13 и щитков 10 и 11 удлиняет рычаги управления сзади кормы, что в целом на работу движения и поворотов судна не отражается, однако управляемость самого судна в этом случае облегчается.
В вертикальном положении щитки 10 и 11 на осях крепления могут быть выполнены с амортизаторами (не показано), чтобы обеспечить свободный вертикальный ход их при встрече с препятствиями в воде, по льду, снегу и на земле. Рулевые устройства 8 и 9 при транспортировке на автотранспорте до места назначения могут занимать различные положения от крайних, убранных до крайних выпущенных (не показано), включая множество сочетаний промежуточных положений, которые нужны для каждого конкретного случая.
Нижнее основание скегов выполнено узкими (полозья) с целью лучших условий эксплуатации в зимних условий при движении по земле, льду или снегу, а также и на воде, что также не дает судну погружаться на большую глубину в воде, а возможность уменьшить сопротивление и скользить по воде.
Следует также отметить, что нижнее основание скегов может быть выполнено из алюминиевого уголкового сплава или из профильных труб квадратного сечения, что уменьшает давление днища корпуса на опорную поверхность, т.е. легко позволяет выходить на глассирование в воде и легко набирать скорость в глубоком снегу, по льду, а также избегать столкновения с подводными предметами под водой, и, двигаясь по пухлому, мягкому снегу, не зарываться в нем и не нагребать в носовой части снег во время движения, при этом этому положительному эффекту соответствует и сама конструкция формы днища пневмоканала. Кроме того, днище может быть выполнено с защитным амортизационным слоем.
При крейсерских скоростях (больших скоростей) судна на прямом участке хода движения внутренние тонкие вертикальные стенки 6 со стороны днища пневмоканала 5. выдвигаются вниз в толщу воды (с помощью, например, настройки гидроцилиндров, не показано), предотвращают боковую утечку сжатого воздуха из пневмоканала 5, в частности при больших скоростях движения судна на прямолинейном тракте движения судна, давление и скорость в пневмоканале 5 соответственно увеличивается, это следует из-за выдвижения в воду тонких вертикальных боковых стенок 6. Применение гидропривода дает возможность эти стенки 6 убирать заподлицо с основанием скегов на поворотах судна, и тем самым обеспечивает отсутствие торможения и возможность его опрокидывания (отсутствует поперечное давление воды на повороте).
Во время движения судна для обеспечения поворотов обычно используют рулевые устройства судна, которые связаны со штурвалом экипажа на палубе (аналогично рулю автомобиля).
Форма конструкции рулевых устройств 8 и 9, положение щитков 10 и 11, их конструктивные размеры одинаковой конструкции позволяют обеспечить устойчиво повороты судна при развороте щитков на угол 20-35° относительно вертикальной их оси крепления в кормовой части судна, а поворачивающийся импеллер может быть выполнен поворачивающимся и закреплен под углом, например, 20-30° в носовой части судна. В задней кормовой части судна находится дополнительно движитель в виде толкающего воздушного винта 17 (типа авиационной пропеллерной установки) с целью повышения дополни тельной тяги, что повышает скоростные характеристики в движении судна.
Задача состояла в проверке натурного образца и в поиске такого технического решения на работе водовоздушного потока, выходящего из пневмоканала в атмосферу, которое наиболее оптимально применимо и могло повысить КПД использования сжатого воздуха под днищем судна, далее его выход сзади кормы, простоту изготовления и эксплуатацию судна на больших скоростях движения и поворотов. Все это в целом вызывает экономичность амфибийного судна в сравнении с известным техническим решением и обеспечивает надежность судна.
Естественно, что взаимосвязь всех элементов со стороны кормовой части судна, а также форма пневмоканала с выдвижными вертикальными боковыми продольными стенками, наличие дополнительно движителя в виде толкающего воздушного винта, позволяет существенно учитывать режим динамически стабилизированного выпуска пневмопотока, устойчивого по продольному и в продолжении основному каналам, управления сзади кормы судна, испытанного на воде, что показало положительный результат.
Амфибийное судно на сжатом пневмопотоке работает следующим образом.
На стоянке это судно опирается на бортовые скеги и дно судно. Для поступательного движения судна в действие приводится импеллер 1. При работе импеллер (движитель) создает горизонтальную тягу, пневмоканал 5 заполняется объемом сжатого воздуха, и судно начинает стартовое движение, так как весь начальный объем воздуха продолжает, проходит через пневмоканал 5, ограниченный бортовыми скегами и опорной нижней поверхностью в виде днища пневмоканала сверху, а снизу водной поверхностью, и под днищем поток воздуха создает давление (напор) и направляется далее в кормовую часть судна, тем самым большая часть воздушного потока на выходе из-под кормовой части повышает КПД его использования и снижает шумность нагнетателя. Таким образом, беспрепятственно создается продольная воздушная тяга одним созданным пневмоканалом 5 для выхода водовоздушного потока в атмосферу, при этом в этот момент все днище соприкасается с водной поверхностью. Импеллер 1 крепится под углом, например, 20-30° в носовой части судна и приводит его в поступательное движение, судно набирает скорость путем создания силы тяги до заданной крейсерской скорости. Объем сжатого воздуха высокого давления, поступающий через пневмоканал 5 в виде водовоздушного потока, старается в основном пройти в дополнительный канал 7 между двумя рулями 8 и 9 с управляемыми щитками 10 и 11, рули, которые закреплены к корпусу сзади кормы судна, и связаны с регулируемыми и управляемыми тягами 14 и 15.
Управление амфибийным судном на сжатом пневмопотоке осуществляется с помощью двух рулевых устройств 8 и 9 одновременно, позволяющих обеспечивать повороты на угол 20-35°, создавая лучшую маневренность судна, что является немаловажным для поддержания его устойчивости и легкости управления с помощью горизонтальных тяг 14 и 15, соединенных на палубе в один общий узел 16 управления тягой для экипажа.
Оси вращения рулей 8 и 9 и щитки 10 и 11 создают силу сопротивления, действующую на них водовоздушным потоком, происходит фонтанирование части струй вверх, в частности, сзади кормовой части водовоздушного потока при больших скоростях движения и поворота вследствие восходящих струй, однако, они не выходят за пределы самой кромки сзади кормы, так как прикрыты сверху горизонтальным потокоформирующим элементом 7, выполненным 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 13. Данный конструктивный элемент 7, в виде возникающих гидравлических и воздушных явлений, вновь направляет их вниз и соединяет с основной струей фронта основного потока в сторону от задней части кормы, т.е. смешивает струи с основным водновоздушным потоком. При увеличении подачи импеллером 1 сжатого объема воздуха и скорости истечения под днищем пневмоканала 5 створка 13 находится вначале в горизонтальном положении с некоторым зазором к вертикальным осям рулей 8 и 9, и судно выходит на заданное скоростное движение, при котором отсутствует поднятие вверх водовоздушной струи сзади кормы, так как дополнительно сверху закреплен жестко потоконаправляющий элемент 7 в виде П-образного козырька. Для перехода с максимального режима движения на движение на малый ход судна уменьшают обороты двигателя импеллера 1, и одновременно створка 13 поворачивается вниз, происходит дросселирование потока, изменяя сопротивление движению или увеличению хода судна, тем самым совокупность этих приемов изменения движения давления и скорости, или наоборот, вплоть до полного выключения импеллера и остановки судна делает надежность его в работе. Такое конструктивное выполнение створки 13 сзади кормы и одном уровне дна пневмоканала 5 с дополнительным каналом 12 создает и дополнительное дросселирование в зоне свободного выхода водовоздушного потока в атмосферу, причем может менять его скорость движения, создавая дополнительное сжатие выходящей струи водовоздушного потока при наличии горизонтального козырька, закрепленного стационарно к верхней кромке кормы, что обеспечивает также и отсутствие фонтанирующего прыжкового явления за судном в районе выхода водовоздушного потока в атмосферу (наличие преград в виде рулей и щитков не влияет на работу в движении судна), при этом отсутствует поступление воды сверху на кормовую часть палубы судна.
Следует отметить, что установка дополнительно движителя в виде толкающего воздушного винта 17, огороженного сеткой 18, позволяет легко выходить на глассирование по водной поверхности и двигаться с большой скоростью при полной мощности основного движителя в виде импеллера как по мелководью, так и по глубоководью с полной нагрузкой, а также быстро передвигаться по льду и снегу. Данная совокупность предлагаемого технического решения обладает хорошей остойчивостью, не дает судну перевернуться, стабилизирует горизонтальное положение в движении судна на высоких скоростях, при этом возникает сила, приводящая к опусканию кормы от работы импеллера, т.е. придания задней части кормы не опускаться в глубину воды, а придания судну горизонтального устойчивого положения при высоких скоростях движения судна. В свою очередь это позволяет также избегать столкновения с подводными предметами под водой, и, двигаясь по пухлому, мягкому снегу, не зарываться в нем и не нагребать в носовой части снег во время движения. Фактически судно имеет малый угол разворота в движении при полном отклонении рулей. Кроме того, воздушный сжатый поток, обтекая профиль поверхности пневмоканала при движении, создает эффект экраноплана. увеличивающий подъемную силу, т.е. в общем случае создается большая реактивная тяга.
Амфибийное судно на сжатом пневмопотоке позволяет свободно передвигаться по снегу любой плотности, льду, отмелям и перекатам, не снижая скорости, переходя из воды на лед. При этом скорость судна может быть выше, чем известное устройство при равной мощности и весе, что ведет к экономии топлива не менее чем на 20%.
Таким образом, совокупность этих приемов уменьшения фонтанов сзади кормы амфибийного судна и изменения за ним направления возникающих явлений при движении и поворотах приводит к улучшению характеристик распределения равнодействующих сил от давления на преграды в зоне расположения рулевых устройств в целом и их отклонением на заданный угол поворота со щитками, вихри которых давят снизу на горизонтальный потокоформирующий элемент, то есть испытания показали, что амфибийное судно находится в режиме динамически стабилизированного устойчивого по продольным каналам управления в сторону размещения двух щитков с рулями в движении и на поворотах. Совокупность признаков и степень раскрытия сущности изобретения достаточны для его практической реализации при разработке изготовления амфибийного судна на сжатом пневмопотоке.