V-ОБРАЗНО СПАРЕННОЕ ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУДНА НА СЖАТОМ ПНЕВМОПОТОКЕ
V-LIKE COUPLED BRAKING DEVICE FOR A SHIP ON COMPRESSED AIRFLOW

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при конструировании судов высокой проходимости, использующих динамическую воздушную подушку, обладающим высокопроизводительным свойством компрессора на использовании импеллера, реактивная струя, которая направлена для пневмоканалов в виде сжатого воздуха под днищем для создания подъемной тяговой силы, позволяет обеспечить плавучесть на воде, и может быть использовано на воде и передвижение транспортного средства по суше, воде, снегу и льду.
Известно амфибийное судно на сжатом пневмопотоке, основанное на использовании руля, размещенного под днищем судна створки и щитка в виде независимо поворачивающихся заслонок, смонтированных на общей оси по центру днища и в зоне сопла импеллера (Патент RU №2644496, B60V 1/32, B60V 3/06, B60V 3/00, В60В 1/32 от 12.02.2018). Торможение такого судна осуществляется посредством увеличения силы сопротивления движению судна, действующей на скеги, при уменьшении подачи воздуха в обе камеры импеллером и для поворота створки на малой скорости судна, которая расположена непосредственно в толще воды перед соплом импеллера.
Известно устройство для получения дополнительного давления сжатого воздуха для транспортного средства на воздушной подушке, где под днищем судна для требуемого тягового усилия для маневрирования и перемещения створок предусмотрены гидроцилиндры, конфузоры с соплом, привод рассчитывается в привязке к конкретному судну, включающему и тип створок. Особенность этого судна в том, что оно касается маломерных судов на воздушной подушке.
Известно также устройство для обеспечения управления судном на сжатом пневмопотоке, когда на выходе воздушного канала устанавливают рулевое устройство в виде поперечного напорного патрубка, клапаны, кинематически связанные с возможностью поворота их рукояткой вокруг соответствующей оси вращения тяги, обеспечивая совместное перемещение двух клапанов, перекрывающих и открывающих выпускные патрубки, имеются диффузоры, а также имеются независимо поворачивающиеся отдельно друг от друга створки (Патент RU №2675744, B60V 3/06, B60V 1/04, В60В 1/38 от 24.12.2018).
Как известно в литературе, задача комплексного решения вопроса торможения еще не до конца решена, быстрого торможения и остановки судна еще не достаточно, и характеризуется низко, в частности, когда судно движется на большой скорости, даже при отключенном двигателе с внутренним сгоранием, оно связано непосредственно через вал с редуктором импеллера и продолжает длительное время находиться в движении на воде, т.е. в крейсерском режиме. Таким образом, известные решения не содержат достаточно качественного управления положением судна для торможения, на сжатом пневмопотоке при движении, т.е. необходимого и достаточного тормозного эффекта.
Это обусловлено тем, что транспортное средство не имеет устройства, которое противодействовало бы торможению не только за счет водного потока под днищем, но могло бы одновременно использовать атмосферный воздушный поток над поверхностью палубы при движении судна вперед на воде.
Наиболее близким по технологической сущности решением является судно на сжатом пневмопотоке, создающим давление воздуха под днищем, заключающееся в том, что днище выполнено из частей под различными углами с рулями поворота со щитками в кормовой части корпуса, которые установлены на заданном расстоянии друг от друга, и непосредственно над рулевым устройством выполнен горизонтальный потоконаправляющий элемент в виде П-образного козырька, расположенного над поворотными щитками с горизонтальными осями вращения с образованием щелевого отверстия между кромкой козырька и двумя рулевыми устройствами, причем конец
козырька размещен наклонно в сторону поворотных щитков, которые закреплены к задней стенке кормы и расположены на одном уровне дна пневмоканала, в котором создано 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 горизонтальный потоконаправляющий элемент в виде П-образного козырька в зоне кормовой части расположен над поворотными щитками таким образом, что верхняя часть П-образного козырька в кормовой части судна выполнена удлиненной из условия, чтобы перекрывать максимальную ширину поворотных щитков только сверху над ними для необходимого их свободного поворота в горизонтальной плоскости с зазором, при этом конец козырька снабжен плоской подвижной горизонтальной полкой, закреплен на оси шарнирно с возможностью поворота в вертикальной плоскости относительно кормовой части судна шарнирной тягой, закрепленной в средней части полки, обеспечивающей струенаправляющую систему струи, и свободный конец горизонтальной полки расположен ниже сзади поворотных щитков и погружен, при этом плоская горизонтальная полка выполнена 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 в процессе движения (Патент RU №2671117, B60V 1/14 от 29.10.2018).
Недостатком данного устройства является недостаточно высокая маневренность судна, имеющего высокую скорость в движении с частично погруженной плоской горизонтальной полкой в воду, один конец которой шарнирно прикреплен к П-образному козырьку, при закрытии дополнительно созданного канала между двумя рулевыми устройствами, поэтому происходит выход воды в стороны без ограничения с боков полки при погружении полки в воду, на этой основе торможение не достаточно, частично теряется сопротивление для судна и его лучшей остановки. В результате кормовая часть судна при этом также недостаточно проседает вниз, хотя носовая часть судна несколько приподнимается вверх. Таким образом, эффективность торможения судна на сжатом пневмопотоке не достаточна, возможна и раскачка судна, и продольная неустойчивость за счет недостаточной просадки судна в воду в целом. Это обусловлено и тем, что при торможении плоская полка не имеет в перечном сечении боковых отогнутых стенок в виде П-образной формы щитка и/или в форме сечения повернутого полукруга щитка для противодействия (торможения) большей части воды и отсутствия ее быстрого растекания в стороны сзади кормы в режиме торможения до остановки судна и в режиме торможения, близкого к нулевым скоростям движения, при отключении импеллера (движителя), в частности для легкого судна, когда сверху имеем на палубе также отсутствие дополнительной силы для торможения, воздействующей на преграду, установленную на корме, например, с боковыми отогнутыми стенками вовнутрь в виде П-образной формы щитка и/или в форме полукруга щитка. Поэтому помимо задач, связанных с управлением и скоростью и направлением движения, для легко судна на сжатом пневмопотоке необходимо получение дополнительной тормозной силы сверху на палубе в сторону направления кормы.
Отсюда необходимо создать устройство, которое могло бы выполнить качественное (лучшее) торможение как:
а) уменьшением режимы работы двигателя внутреннего сгорания (вплоть до нуля), что соответствует «грубому» или аварийному торможению;
б) отклонение предложенного V-образно спаренного тормозного устройства в виде раскрытия и складывания при наличии двух тормозных с боковыми отогнутыми стенками П-образной формы щитков и/или в форме повернутого полукруга щитка, имеющих систему управления на горизонтальной оси двух одинаковых малых по размеру вращающихся в разные стороны подъемно движущихся в горизонтальной плоскости цилиндрических валов, снабженных на своей наружной образующей поверхности по ширине каждого вала с горизонтальными выступами с острыми кромками и, зацепления выступов друг с другом при их вращении одновременно при повороте закрепленных для разной стороны поворота П-образной формы щитков с отогнутыми боковыми стенками и/или в виде в форме полукруга щита как сверху палубы на корме, так и ниже кромки кормы в сторону перекрытия рулевых устройств со щитками. Форма таких устройств, может отличаться от верхнего щитка, от нижнего щитка или быть одинаковой по форме.
Таким образом, на палубе со стороны кормовой части сверху дополнительно создается эффект «струйного закрылка», корпус судна принимает устойчивое горизонтальное положение, и происходит торможение его за счет созданных сил сопротивления «индуктивно» от встречи с набегающим воздухом на палубе судна. Следовательно, за счет новых форм конструкции устройств в виде V-образно спаренного тормозного устройства, когда сверху воздух создает сопротивление, и одновременно снизу создается давление воды на данные устройства конструкции тормозных щитков, торможение судна усиливается, и оно останавливается быстрее.
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции судна на сжатом пневмопотоке, позволяющей устранить указанные выше недостатки известных судов на сжатом пневмопотоке, особенно в части их торможения.
Технический результат достигается тем, что V-образно спаренное тормозное устройство для судна на сжатом пневмопотоке, содержащее нагнетатель воздуха высокого давления в виде импеллера с соплом, который нагнетает воздух в закрытый участок пневмоканала, из которого переходит далее в открытый канал днища, ограниченный боковыми скегами, при этом в кормовой части днища на его верхней поверхности над рулевыми устройствами установлен горизонтальный потоконаправляющий элемент в виде П-образного козырька, причем конец козырька размещен наклонно в сторону поворотных щитков с рулевыми устройствами, согласно изобретению, оно оборудовано двумя тормозными П-образной формы щитками с отогнутыми боковыми стенками и/или в форме повернутого полукруга, управляемыми двумя небольшими вращающимися в разные стороны подъемно-движущимися в горизонтальной плоскости цилиндрическими корпусами в виде системы валов, состоящих из верхнего и нижнего и закрепленных на боковых стойках вертикальной рамы, наружная поверхность вращающихся валов дополнительно содержит по ширине продольные выступы с острыми краями, которые находятся в зацеплении друг с другом относительно продольной оси каждого вала, совмещенные по шаговому углу и высоте выступов с острой кромкой с ограниченными минимальными заходными срезами-выемками относительно корпуса, при этом к оси нижнего вала с торца жестко закреплен рычаг управления вращения данного вала, в момент торможения приводятся в действие два тормозных жестко закрепленных П-образной формы щитка с отогнутыми боковыми стенками и/или в форме повернутого полукруга, вращающиеся в разные стороны, при этом боковые стенки торцами их жестко прикреплены к боковым фланцам корпуса валов с возможностью их раскрытия и складывания в кормовой части судна.
Компоновка направленных навстречу друг другу П-образной формы с отогнутыми боковыми стенками щитков и/или в форме повернутого полукруга щитков и двух вращающихся одинаковых по размеру небольших валов, вращающихся в разные стороны относительно друг друга, и верхняя поверхность по образующей которых выполнена наружными выступами с минимальными заходными срезами (впадинами), механизма в виде регулированного привода, особенно удобна для торможения судна в случае привода от одного двигателя.
На основании сравнительного анализа предложенного технического решения с известным уровнем техники можно утверждать, что между совокупностью отличительных признаков, выполняемых функций и достигаемой задачи предложенное техническое решение не следует явным образом из уровня техники и соответствует по нашему мнению критерию охраноспособности и «изобретательский уровень».
На фиг. 1 схематически изображено судно с кормовой частью в районе выполнения двух раздельных тормозных щитков с небольшими вращающимися валами в разные стороны и снабженных сверху продольными выступами, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 2 схематично изображено судно, вид сверху;
на фиг. 3 схематично показаны валы вращения в зацеплении друг с другом в закрепленной рамке, аксонометрия;
на фиг. 4 - вид по стрелке «А» с рулевыми устройствами на фиг. 2.
На корме выступа сверху платформы судна на сжатом пневмопотоке закреплены на вертикальной рамке 1 нижний 2 и верхний 3 малые цилиндрические валы с присоединенными осями 4 и 5 вращения, снабженные с наружной стороны поверхности, корпуса которых имеют продольные выступы 6 с острыми кромками с регулируемым приводом (не показан). Продольные выступы 6 с острыми кромками заходят во впадины между выступами 6 в зацепление друг друга для их совместного вращения, соответственно, в разные стороны, причем срезы ограничены малым заходом выступов 6 (рифли) по своей образующей окружности вала 2 и 3, имеющих одинаковый шаговый угол, т.е. глубина их позволяет иметь плотное зацепление друг с другом. К боковым фланцам 7 валов 2 и 3 жестко закреплены два тормозящих П-образной формы щитки 8 и 9 с отогнутыми боковыми стенками и/или в форме повернутого полукруга щитков, которые вместе вращаются с валами 2 и 3 в разные стороны по своей конструктивной связи, когда, в одном случае, они складываются в одну прямую плоскость в сторону в конце кормы, в другом случае, для тормоза судна, они расходятся в разные стороны и принимают по высоте расположение вертикальное положение по отношению к плоскости малых валов 2 и 3 в опорах вертикальной рамке 1 в кормовой части судна с помощью осей вращения 4 и 5 во фланцах боковых стенок рамки 1. Нижняя ось 4 вращения нижнего вала 2 связана шарнирно с рычагом 10 поворота его, соответственно, происходит поворот в другую сторону верхнего вала 3, который включается в работу как единый орган симметрично поступательного движения для вала 3, которые в свою очередь имеют прикрепленные к ним П-образной формы щитки 8 и 9 с отогнутыми боковыми стенками и/или в форме повернутого полукруга щитков 8 и 9, чем обеспечивается их сцепление (захват) между собой выступами (зубьями) 6 по образующей окружности цилиндрических валов 2 и 3. В случае, когда они сближены друг с другом в плоскости по вертикали рамки 1 при помощи настройки регулировочного привода (не показан), и могут вращаться с помощью механического гибкого соединения рычагом 10 поворота вала 2 в зацеплении с валом 3 друг друга выступами 6 по высоте рамки 1, рычаг 10, который подсоединен к блоку управления к центральной системе управления экипажа (не показан) судна на сжатом пневмопотоке. Как уже было отмечено выше,
имеется для настройки валов 2 и 3 регулировочный привод, который одним концом закреплен к верхней перекладине, соединяющей две боковые стойки между собой рамки 1, а другим концом соединен к фланцу верхнего вала 3 с возможностью последнего двигаться в пазах (не показано) с осью 5 вала 3 в боковых креплениях вертикальной рамки 1, т.е. возможность разъединения между собой валов 2 и 3 по высоте их размещения и крепления.
Импеллер 11 закреплен под углом 20-30° в нише носовой части (передней) корпуса 12 для забора воздушного атмосферного потока и подаче сжатого воздуха под днище судна с фиксированным в заданном угловом положении в носовой части судна.
При этом замкнутое пространство пневмоканала 13 далее переходит в открытый пневмоканал 14 днища, ограниченные продолжением боковыми скегами 15. Днище пневмоканала 14 выполнено по форме плоским в поперечном сечении в сторону касания опорной поверхности воды с каналом 14, совпадающим с направлением пневмоканала 13, который в свою очередь связан с импеллером 11, последний своим положением дает возможность свободного сжатого прохода воздушного потока в пневмоканал 14, далее выход газоводяного потока сзади кормовой части судна между двумя рулевыми устройствами 16 и 17 для обеспечения управляемости судна на сжатом пневмопотоке. Рулевые устройства 16 и 17 со стороны концов скегов содержат щитки 18 и 19, ограничивающих общий канал (не показан) выхода всего газоводяного потока. Ось вращения рулей 16 и 17 соединены на корме с регулируемыми тягами 20 и 21 и соединены в одном узле 22 для соединения с общей тягой управления экипажа.
В вертикальном положении щитки 18 и 19 выполнены с гидравлическим приводом объемного действия (не показано) и приводятся в действие от двигателя внутреннего сгорания (не показан) экипажа, чтобы обеспечить их общий свободный вертикальный ход при встрече с препятствиями в воде и на земле. Кроме того, желательно концы щитков 18 и 19 выполнять не ниже концов скегов.
Форма конструкции рулевых устройств 16 и 17, положение щитков 18 и 19, соответственно, одинаковой конструкции позволяет обеспечить устойчивые повороты судна при повороте щитков на угол 20°-30° относительно вертикальной их осей с
креплением в кормовой части судна.
При работе импеллера 11 засасывание воздуха из окружающей среды в закрытое пространство происходит через решету (не показано).
Следует отметить, что по команде экипажа приводится в действие V-образное тормозное устройство, состоящее из двух закрепленных на цилиндрических вращающихся в разные стороны валов 2 и 3 с закрепленными на них П-образной формы щитками 8 и 9 с отогнутыми боковыми стенками и/или в форме повернутого полукруга щитков, также вращающимися в разные стороны в горизонтальной плоскости, т.е. они расходятся, например, один из них верх, а другой - вниз. Это обеспечивает заметное торможение и остановку судна (при отключении движителя).
В целом, при складывание тормозящих П-образной формы щитков 8 и 9 с отогнутыми боковыми стенками и/или в форме повернутого полукруга в горизонтальной плоскости в кормовой части судна над поворотными устройствами 16 и 17, движение судна далее принимает форму обтекаемой аэродинамики по курсу и судно быстро набирает крейсерскую скорость.
V-образно спаренное тормозное устройство судна на сжатом пневмопотоке работает следующим образом.
На стоянке судно опирается на скеги 15, П-образной формы щитки 8 и 9 с отогнутыми боковыми стенами и/или в форме повернутого полукруга сложены в одну горизонтальную плоскость за счет вращающихся валов 2 и 3 в разные стороны относительно друг друга на осях 4 и 5, закрепленных в кронштейнах боковых стоек рамки 1 относительно кормы судна. Угол складывания их будет равен нулю и зависит от возможности вращения самих валов 2 и 3 с помощью рычага 10 управления экипажа.
Движение судна на сжатом пневмопотоке вперед осуществляется согласованной работой двигателя внутреннего сгорания, связанного через вал редуктора с импеллером 11 в виде компрессора, нагнетаемого воздух в закрытый пневмоканал 13, далее поток воздуха, расширяясь, поступает в открытый пневмоканал 14, ограниченный боковыми скегами 15, в область повышенного давления и тяги, причем чем больше создается тяга через дополнительный канал между щитками 18 и 19 рулевых устройств 16 и 17, крейсерская скорость будет возрастать по курсу. Судно при этом легко трогается с места и набирает скорость. Сам корпус судна имеет обтекаемые аэродинамические обводы в плане и в продольных сечениях (не показано).
Для усиления тормозного эффекта по команде экипажа приводится в действие поворот вращающихся в разные стороны валов 2 и 3 с помощью рычага 10, связанного гибко с осью 4 нижнего вала 2 вращения, обуславливая, соответственно при зацеплении и вращение вала 3, которые на наружной образующей поверхности имеют для складывания и раскрытия П-образной формы щитки 8 и 9 с отогнутыми боковыми стенками и/или в форме повернутого полукруга щитков, расположенных сверху на корме судна. При этом совместное вращение в разные стороны валов 2 и 3 с наружными выступами 6 (рифлями) захватывающими друг друга по образующей окружности цилиндра в виде валов с осями 4 и 5 вращения, крепятся в упорах вертикальной рамки 1. Таим образом, угол расхождения в разные стороны V-образно спаренное тормозное устройство постоянно будет увеличиваться на раскрытие до тех пор, пока верхний щиток 8 займет свое вертикальное положение относительно кормы, а нижний щиток 9 совершая поступательное наклонное движение вниз опуститься в воду сзади щитков 18 и 19 рулевых устройств 16 и 17, закрывая их, при этом валы 2 и 3 совершают одинаковые противоположные обороты вращения, в этом случае скорость судна резко падает до минимальной (при отключенном импеллере 11) за счет одновременного торможения потока как атмосферного воздуха сверху на палубе, так и торможения сопротивления водного потока снизу под днищем судна в движении. Следовательно, разнесенным в пространстве каждый из которых П-образной формы щитков 8 и 9 с отогнутыми боковыми стенками и/или в форме повернутого полукруга щитков усиливает тормозной эффект в целом для судна на сжатом пневмопотоке в движении, а значит, обеспечивает удержание судна на курсе и происходит эффективность торможения судна до его полной остановки.
Используемый эффект для торможения судна особенно важен и при причаливании судна при швартовке у причалов или к берегу суши.
Таким образом, перечисленные манипуляции с взаимным расположением валов 2 и 3 с устройствами в целом по высоте рамки 1, диапазонами их оборотов вращения на осях 4 и 5 и направлению в разные стороны вращения рычагом 10 (тягой) создают судну на сжатом пневмопотоке для маневрирования на воде в зависимости от условий движения, складывания или раскладывания на корме судна, соответственно, при создании «торможения», которое зависит от совместной работы вращающиеся валы в разные стороны с выступами в зацеплении друг друга с прикрепленными осям вращения в рамке. Это особенно будет заметно при сильном движении воздуха (ветре) для удержания работающего двигателя на малых оборотах до полного отключения в движении.
В зависимости от конкретных требований к характеристикам судна на сжатом пневмопотоке валы с продольными выступами с острыми кромками по образующей окружности и в зацеплении друг с другом могут быть изготовлены, из легкого прочного материла с различным шагом и разных диаметров, влияющих при этом на совместную работу предложенных спаренных тормозных устройств при определенных оборотах валов на осях вращения, закрепленных и регулируемых на вертикальной рамке, на корме судна, за счет чего может создаваться лучшая эффектная тормозная сила при расположении V-образно спаренного тормозного устройства, соответственно, их усилие нажатия на щитки с определенной формой конструктивного выполнения; их удерживающая способность реализуется экипажа (водителем) в процессе изменения усилия управления с помощью рычага управления.
Предложенная конструкция тормозного устройства удобна в использовании маломерного судна, снижает усилие на органы управления П-образными щитками, а, следовательно, обеспечить меньшую утомляемость экипажа, при наличии V-образно спаренного тормозного устройства для судна на сжатом пневмопотоке, и найдет применение в судостроении.