ПАРУСНОЕ СУДНО

Полезная модель относится к легким парусным судам и применяется при постройке судов, а в частности, к изготовлению конструкции мачты, корпуса судна, крепления парусов и конструкции парусов.
Известны парусные суда, содержащие корпус с осью продольной симметрии, и на корпусе установлена одна или несколько мачт на оси продольной симметрии. Мачта закреплена вантами и штагами (US №3223064).
Недостатками известной конструкции является низкая эффективность работы паруса, низкая жесткость парусного вооружения, а также то, что мачты и паруса имеют сложную конструкцию и технологию управления парусами, возможен дрейф судна боком. Натяжение вант и штагов создает деформацию корпуса судна.
Известно также парусное судно, включающее корпус, мачты и парусное вооружение, в котором каждая мачта выполнена в виде андреевского креста, выполненного из двух древков, соединенных жестко посередине, опирающихся на корпус судна и закрепленных на нем, например, штагами или пирамидальной конструкцией, жестко установленной на корпусе. Парус данного судна работает эффективнее (RU №2255877, прототип).
Недостатками этой конструкции также являются сложность конструкции парусного вооружения и технологии управления парусами, не исключен дрейф судна боком, возможна деформация корпуса судна.
Технической задачей полезной модели является создание эффективного парусного судна и расширение арсенала парусных судов.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи состоит в уменьшении трения и, соответствующем, увеличении скорости, упрощении конструкции и повышении жесткости конструкции парусного вооружения, упрощении и расширении возможностей управления парусами, в том числе подъема и спуска парусов, исключении крена и дрейфа судна боком и деформации корпуса.
Сущность полезной модели состоит в том, что парусное судно содержит корпус с днищем и двумя мачтами, каждая из которых имеет парусное вооружение, мачты шарнирно установлены на направляющих у продольных краев корпуса и шарнирно соединены вершинами с поперечной штангой, паруса выполнены составными из нескольких полотнищ, соединенных горизонтальными ребрами с возможностью складывания вдоль мачт в отверстия, выполненные в бортах корпуса, который снабжен двумя параллельными швертами, по меньшей мере, на длину корпуса, на днище которого между швертами выполнен редан.
Предпочтительно каждая мачта снабжена приводом вращения вокруг вертикальной оси, паруса выполнены из полотнищ прочной легкой ткани, например парашютного шелка, а горизонтальные ребра выполнены из упругого пластика, горизонтальные ребра выполнены в горизонтальной плоскости дугообразными и выпуклыми к продольной оси корпуса с образованием паруса крылообразной формы, в конце каждого шверта установлен руль, шверты жестко закреплены в корпусе, шверты установлены на расстоянии между ними, меньшем расстояния между мачтами, внутренняя поверхность корпуса покрыта водонепроницаемым, теплоизолирующим материалом, редан выполнен в носовой части днища, мачты парусов и поперечная штанга между ними выполнены, в поперечном сечении, обтекаемой формы, мачты выполнены с возможностью поворота на 360° при сложенном состоянии парусов, корпус судна, шверты и рули выполнены с запасом прочности, выбранным из условия обеспечения движения судна по льду, каждый из парусов снабжен кожухом для защиты и компактного складывания.
На чертеже фиг.1 изображен продольный разрез парусного судна, на фиг.2 - вид сверху по фиг.1, на фиг.3 - установка мачт, на фиг.4 - схема привода поворота мачты, на фиг.5 - горизонтальный разрез паруса, на фиг.6 - сложенное состояние паруса в кожухе.
Парусное судно содержит корпус с днищем 1 и двумя мачтами 2, 3, каждая из которых имеет парусное вооружение - паруса 4, 5, соответственно. Мачты 2, 3 шарнирно установлены на направляющих 16 у продольных краев корпуса и шарнирно соединены вершинами с поперечной штангой 6. Паруса 4, 5 выполнены составными из нескольких полотнищ 7, соединенных горизонтальными ребрами 17 и 18 с возможностью складывания вдоль мачт 2, 3 в отверстия (не обозначены), выполненные в бортах корпуса. Корпус снабжен двумя параллельными швертами (ножами) 9, 10, по меньшей мере, на длину корпуса, на днище 1 которого между швертами 9, 10 выполнен редан 11, т.е. уступ. Корпус закрыт сдвижной крышкой (кожухом) 8 из прозрачного материала.
Каждая мачта 2, 3 снабжена приводом 12 вращения вокруг вертикальной оси.
Паруса 2, 3 выполнены из полотнищ 7 прочной легкой ткани, например, парашютного шелка, а горизонтальные ребра 17 и 18 выполнены из упругого пластика.
Горизонтальные ребра 17 выполнены в горизонтальной плоскости дугообразными и выпуклыми к продольной оси корпуса, с образованием паруса 4 (5) крылообразной формы.
В конце каждого шверта 9, 10 установлен руль 13.
Шверты 9, 10 жестко закреплены в корпусе.
Шверты 9, 10 установлены на расстоянии между ними, меньшем расстояния между мачтами 2, 3.
Внутренняя поверхность корпуса покрыта водонепроницаемым, теплоизолирующим материалом, например, пеноластом.
Редан 11 выполнен в носовой части днища 1.
Мачты 2, 3 парусов 4, 5 и поперечная штанга 6 между ними выполнены, в поперечном сечении, обтекаемой формы.
Мачты 2, 3 выполнены с возможностью поворота на 360° при сложенном состоянии парусов 4, 5.
Корпус судна, шверты 9, 10 и рули 13 выполнены с запасом прочности, выбранным из условия обеспечения движения судна по льду.
Каждый парус 4, 5 снабжен кожухом, состоящим из двух частей верхней части 14 и нижней части 15. При сложенном состоянии парус 4 (5) оказывается закрытым этим кожухом.
Парусное судно эксплуатируется следующим образом.
Парусное судно перемещается по поверхности воды благодаря наличию парусов 4, 5.
При этом, как объект, движущийся по поверхности воды, оно испытывает с ее стороны сопротивление своему движению двойной природы: оно затрачивает энергию на преодоление вязкости воды и на возбуждение колебаний ее поверхности - корабельных волн.
-6
2
-5
2
Первая из этих составляющих сопротивления существенна при небольших скоростях хода. С точки зрения гидродинамики обе среды, на границе которых движется судно, вода и воздух, являются жидкостями с малой вязкостью. Молекулы жидкости, непосредственно примыкающие к поверхности движущегося в ней тела, тормозятся, в результате чего вблизи нее формируется переходный пограничный слой, в котором возникает большой градиент скорости. Сопротивление жидкости движению тела определяется характером (ламинарным или турбулентным) ее течения в пограничном слое; параметром этого течения является число Рейнольдса Re=VL/v, где: v - кинематическая вязкость жидкости (для воды v=1,15·10 м/с, для воздуха v=1,5·10 м/с), L - длина пограничного слоя, отсчитываемая от точки его образования, т.е. от переднего конца тела (днища 1), V - скорость движения.
5
5
На плоской (ножевой) пластине, которой, по существу, является шверт 9 (10), при Re<10 жидкость течет ламинарно в виде отдельных несмешивающихся слоев, параллельных плоскости пластины. При Re>10 пограничный слой турбулизуется; в нем изменяются структура потока, профиль скоростей и т.п. Для турбулентного течения характерны вихреобразование, перемешивание жидкости, сложные, меняющиеся во времени и в пространстве пульсации скорости и давления. Возникновение турбулентности при обтекании тел, движущихся в жидкости, сопровождается появлением за телом, в данном случае, швертом 9 (10), турбулентного следа, возникающего при отрыве от него пограничного слоя. Турбулизация пограничного слоя сдвигает точку отрыва назад вдоль шверта. При этом турбулентная струя за швертом сужается, а его сопротивление оказывается меньше; это явление называется кризисом обтекания.
Кроме того, на парусных судах противостоящее дрейфу боковое сопротивление создается непосредственно корпусом. Корпус судна действует как крыло малого удлинения и, чтобы такое крыло работало, судно должно идти с некоторым углом дрейфа. На легких судах с незначительным заглублением угол дрейфа оказывается столь большим, что судно может дрейфовать боком. Уменьшения угла дрейфа, как подтверждено экспериментально, позволяют достигнуть два шверта 9, 10, а так же форма днища 1 корпуса судна, выполненного с реданом 11 в носовой части. Возникающие за каждым из них вихревая пелена и краевые вихри, с которыми связаны их подъемная сила и индуктивное сопротивление в однородной среде, формируют разность уровней воды, при этом обтекающие каждый шверт 9, 10 струи смыкаются за ним с перепадом уровней, и за каждым швертом 9, 10 возникает мощная спирально закрученная струя воды - вышедший на поверхность краевой вихрь, а между швертами 9, 10, т.е. под днищем 1 корпуса за реданом 11 формируется поток воздуха, создается подъемная сила и резко снижается сопротивление движению. По существу шверты (ножи) 9, 10 выполняют роль подводных крыльев и позволяют пропускать под днищем 1 воздух, существенно снижая трение, и держать ход без крена, одновременно уменьшая возможность сноса судна при движении в лавировку - зигзагом против ветра или по ветру. При этом редан 11 (ступенчатый уступ на носовой части днища 1 между швертами 9, 10) дополнительно уменьшает площадь соприкосновения днища 1 с водой при движении судна.
Паруса 4, 5 могут работать как параллельно, так и независимо друг от друга. Паруса 4, 5 сбалансированы относительно осей вращения мачт 2, 3 и штанги 6, в связи с чем не возникают большие нагрузки на корпус. Управление судном по курсу может осуществляться как парусами 4, 5 за счет изменения симметрии силы тяги парусов 4, 5 крылообразной формы, так и рулями 13.
Обтекаемая, предпочтительно крылообразная, форма поперечного сечения мачт 2, 3 и поперечной штанги 6 обеспечивает минимальное сопротивление воздуха.
Горизонтальные ребра 17 и 18 позволяют парусу 4 (5) принимать форму крыла, наиболее эффективную для создания движущего судно усилия, при этом крылообразная форма парусов 4, 5 позволяет формировать максимальное усилие от ветровой нагрузки.
При спуске парусов 4 (5) полотнища 7 и ребра 17 и 18 складываются «гармошкой» в кожух 14, 15 и убираются в соответствующие отверстия. Поперечная штанга 6 при галсе увеличивает стойкость за счет противоположной мачты 2 (или 3). Привод 12 обеспечивает управляемый поворот мачт 2, 3, при необходимости. Вращающиеся на направляющих 16 мачты 2, 3 при поднятом парусе 4 и/или 5 обеспечивают разворот парусов 4, 5 по ветру.
Прочность швертов 9, 10 и днища 1 допускает выезд судна на лед и движение под парусами на швертах 9, 10 как на коньках.
Паруса 4, 5 легко складываются в борта корпуса и защищены кожухами 14, 15 от внешних воздействий. На фиг.1 условно показаны поднятый парус 4 и сложенный парус 5.
Конструкция судна простая, легко изготовляемая. Центр парусности низкий, что способствует повышению остойчивости судна. Подобное парусное вооружение и шверты 9, 10 можно использовать на однокорпусных и многокорпусных судах.
Таким образом создано эффективное парусное судно и расширен арсенал парусных судов.
При этом обеспечены уменьшение трения и, соответствующее увеличении скорости, упрощение конструкции и повышение жесткости конструкции парусного вооружения, упрощение и расширение возможностей управления парусами, в том числе подъема и спуска парусов, исключение крена и дрейфа судна боком и деформации корпуса.