АЭРОГЛИССЕР-АМФИБИЯ

Полезная модель относится к транспорту и касается производства транспортных средств (ТС), а именно универсальных ТС, способных к передвижению в различных средах, в частности, по воде, речным перекатам и порогам, заросшим травой водоемам, снегу, льду, болоту, песку и т.п.
В настоящее время, в связи с интенсивным освоением малонаселенных районов с отсутствующей системой транспортных коммуникаций, возникла острая необходимость в наличии универсальных ТС, способным к быстрому передвижению в различных природных средах. Известно, что многие малонаселенные пункты исторически располагались по берегам больших или малых рек, поэтому водный путь позволяет с минимальными затратами на строительство временных дорог ускорить начало разработки природных ископаемых и строительных материалов в отдаленных труднодоступных местах. При наличии соответствующих универсальных ТС, эксплуатацию водных артерий можно осуществлять круглогодично.
При этом сами ТС должны отвечать ряду жестких требований. Во-первых, для сокращения времени доставки людей и грузов, ТС должны обладать высокой скоростью (60-80 км/час), соизмеримой со скоростью перемещения автомобильного транспорта, а также иметь сравнимый с ним расход топлива.
Во-вторых, ТС должны обладать универсальностью, позволяющей без длительных переустановок и переналадок, а также без специального персонала осуществлять круглогодичную эксплуатацию этих средств.
В-третьих, ТС должно иметь возможность легко преодолевать на своем пути различные невысокие (до 0,5 м) препятствия, такие как камни, пороги, перекаты, ледовые торосы и т.п., при этом особенно важно, чтобы амфибия легко преодолевала границы сред, т.е. осуществляла выход из воды на берег, с берега на скорости выходило на воду или лед, со льда легко переходило на глубокий снег и т.п.
В-четвертых, ТС должно быть достаточно компактным в транспортируемом виде, что особенно важно для доставки его к месту эксплуатации, например, вертолетом.
Известна глиссирующая амфибия, содержащая корпус в виде плоскокилеватой лодки, снабженный движителем в виде воздушного винта с защитным кольцом (см. патент Франции №2490178, кл. В63 В 1/18, 1982 г.). Амфибия позволяет перемещаться по чистой
воде, заросшим травой водоемам, водоемам с мелкой ледяной крошкой, а также гладкому льду или снегу.
Основным недостатком известного ТС является невозможность корпуса амфибии демпфировать удары и вибрации, возникающие при ее движении, например, по неровно застывшей поверхности льда или при соприкосновении с возможными водными препятствиями - затопленными бревнами, порогами, перекатами и т.п. Случайный удар о такое препятствие может привести к разрушению корпуса и травмам пассажиров.
Кроме того, для обеспечения требуемой безопасности персонала, корпус лодки должен быть достаточно жестким, что требует специального конструктивного усиления, а значит, утяжеляет ТС и предполагает увеличение мощности двигателя, удельного расхода топлива и т.д., а это дополнительно увеличивает не только эксплуатационные расходы, но и усложняет доставку ТС к месту эксплуатации.
Известна конструкция аэросаней-амфибий, содержащих установленный на лодку-лыжу с помощью амортизирующих элементов корпус, включающий кабину и моторный отсек с движителем в виде воздушного винта, заключенного в защитное кольцо (см. патент РФ №2093407, кл. В62М 27/00, 1997 г.). ТС предназначено для перемещения по воде, льду и снегу. Особенностью данного ТС является использование лодки-лыжи, которая при движении по неровной поверхности способна отслеживать рельеф трассы (или волн на воде) и воспринимать на себя ударные нагрузки, а затем передавать их с временным и фазовым запаздыванием и редукцией на кабину и моторный отсек. За счет этого кабина и моторный отсек испытывают лишь незначительные вертикальные и горизонтальные колебания.
Основным недостатком известного ТС является невозможность корпуса судна демпфировать сильные боковые удары, возникающие при прохождении на больших скоростях значительных неровностей (0,2-0,3 м) трассы, расположенных вне осевой продольной оси лодки-лыжи, которые могут привести к переворачиванию амфибии из-за потери устойчивости. При этом наблюдается некоторое конструктивное противоречие, связанное с тем, что чем шире поперечный габарит лодки-лыжи, тем выше устойчивость ТС, но тем хуже его глиссирующие свойства.
Наиболее близкой по технической сути к заявляемому техническому решению является конструкция глиссирующей амфибии, содержащей корпус в форме плоскодонной лодки, под днищем которой установлены пневмобаллоны и гибкое защитное днище из полос материала с повышенными характеристиками на истирание, которая снабжена движителем в виде воздушного винта с защитным кольцом (см. патент РФ №2260515, кл.
B60F 3/00, 2005 г.). Амфибия позволяет достаточно быстро перемещаться по снегу любой плотности, льду, отмелям и перекатам не снижая скорости, а также переходить из воды на лед и обратно.
Основными недостатками известного ТС являются, во-первых, недостаточно высокие глиссирующие характеристики амфибии. Поэтому скорость амфибии на большой воде (~40 км/час) практически в два раза ниже, чем на мелководье (~70 км/час). Это объясняется тем, что чем больше смачиваемая поверхность днища при одном и том же отношении длины судна к его ширине, тем сложнее осуществить выход судна на глиссирование.
Кроме того, определенные трудности возникают при транспортировке известных глиссирующих амфибий в отдаленные регионы с малоразвитой дорожной инфраструктурой, куда можно добраться только вертолетом. Жесткий габаритный корпус амфибии не позволяет их компактно разместить внутри вертолета, а доставка груза на внешней подвеске сопряжена с дополнительными сложностями и расходами.
Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в исключении указанных недостатков и направлена на создание универсального ТС с высокими глиссирующими характеристиками, способного передвигаться с высокой скоростью как на большой воде, так и на мелководье, легко преодолевая на своем пути различные препятствия, такие как камни, пороги, перекаты, ледовые торосы и т.п., при этом само ТС может быть переведено в транспортируемое положение (разобрано на основные элементы) и компактно складировано в салоне вертолета.
Поставленная задача в аэроглиссере-амфибии, содержащем установленный на водоизмещающем элементе с помощью амортизирующих элементов корпус с кабиной, моторным отсеком и движителем в виде воздушного винта с защитным кольцом, достигается тем, что в качестве водоизмещающего элемента используется несколько установленных параллельно надувных поплавков, контактная поверхность которых снабжена защитной оболочкой, установленной с возможностью изгиба по длине поплавка, при этом корпус выполнен в виде рамы, присоединенной к поплавкам, на которой установлена кабина, моторный отсек и движитель.
Указанное выполнение аэроглиссера-амфибии позволяет создать универсальное ТС, способное одновременно иметь высокую устойчивость при перемещении по неровностям трассы, неровному льду или волнам на воде, а также позволяет быстро и с малыми энергетическими затратами выходить на глиссирование.
Для уменьшения габаритных размеров аэроглиссера-амфибии при транспортировке рама может быть выполнена как цельной, так и разборной, состоящей из соединенных
между собой не менее чем двух поперечных лонжеронов, закрепленных на поплавках и не менее чем двух продольных лонжеронов, установленных параллельно поплавкам. При транспортировке поплавки сдувают, а раму разбирают на составляющие ее лонжероны.
Также для уменьшения габаритных размеров аэроглиссера-амфибии при транспортировке, кабина может быть выполнена неразборной или разборной, в том числе надувной. Надувная кабина позволяет значительно уменьшить ее массу и габариты, что особенно важно при транспортировке, а также обеспечить хорошую теплоизоляцию и звукоизоляцию кабины. При этом для изменения характеристик аэроглиссера-амфибии, кабина может быть установлена на раме с возможностью продольного перемещения, что позволяет изменять положение центра тяжести ТС. Например, смещение центра тяжести назад позволяет существенно облегчить ТС преодоление песчаных отмелей или вертикальных препятствий, например, порогов или торосов.
Для повышения универсальности аэроглиссера-амфибии, каждый из поперечных лонжеронов снабжен механизмом изменения его длины. Изменяя их длину в одну или обе стороны, аэроглиссер-амфибия имеет возможность менять поперечное положение своего центра тяжести, что позволяет более устойчиво двигаться, например, по наклонным поверхностям.
Для оперативного изменения технических возможностей ТС, оно может быть оборудовано быстросъемными устройствами крепления поплавков к поперечным лонжеронам рамы.
Также для оперативного изменения технических возможностей ТС, каждый поплавок может быть снабжен автономным реверсивным воздушным нагнетателем.
На фиг.1-14 представлены: на фиг.1 - рисунок общего вида заявляемого аэроглиссера-амфибии с использованием четырех поплавков; на фиг.2 - рисунок вида снизу заявляемого аэроглиссера-амфибии; на фиг.3 и 4 показаны рисунки общего вида заявляемого аэроглиссера-амфибии без центральных поплавков при сведенных и разведенных поперечных лонжеронах; на фиг.3 представлен трех поплавковый аэроглиссер-амфибия, преодолевающий препятствие; на фиг.6 показан четырех поплавковый аэроглиссер-амфибия, движущийся по наклонной поверхности; на фиг.7 - рисунок четырех поплавкового аэроглиссера-амфибии, на котором демонтированы два центральных поплавка; на фиг.8а и 8б показаны рисунки бокового вида заявляемого аэроглиссера-амфибии со смещенной вперед кабиной и центральным положением движителя и со смещенной назад кабиной и опущенным вниз движителем; на фиг.9 и 10 - рисунки заявляемого аэроглиссера-амфибии в разобранном виде, когда кабина и рама полностью разобраны для транспортировки, а
также вид, когда детали уложены в компактный объем для транспортировки; на фиг.11 представлен рисунок поплавка с автономным реверсивным воздушным нагнетателем; на фиг.12а и 12б показаны варианты ручного и автоматизированного механизмов изменения длины поперечного лонжерона за счет выдвижения бокового наконечника; на фиг.13а и 13б представлены варианты ручного и автоматизированного механизмов вертикального управления вектором тяги движителя (наклон движителя относительно линии горизонта);
на фиг.14 - показан рисунок вертикальных рулей управления вектором тяги движителя.
Заявляемый аэроглиссер-амфибия (см. фиг.1) состоит из кабины 1, закрепленной на раме, состоящей из соединенных между собой продольных лонжеронов 2 и поперечных лонжеронов 3. На кабине 1 закреплен моторный отсек 4 с движителем в виде воздушного винта 5, снабженного защитным кольцом 6. На раме при помощи крепежных узлов 7 закреплены съемные надувные поплавки 8, контактная поверхность которых снабжена защитной оболочкой, состоящей из пластинчатого протектора 9. На поперечных лонжеронах 3 установлены механизмы 10 для изменения поперечной ширины рамы за счет выдвижных консольных наконечников 11, на которых крепятся крайние надувные поплавки.
На фиг.5 представлен вариант преодоления высокого препятствия (камня) 12.
На фиг.11 показана конструкция поплавка с крепежными элементами 13 и автономным реверсивным воздушным нагнетателем 14.
На фиг.12а и 12б представлены механизмы изменения длины поперечного лонжерона 3 за счет выдвижного наконечника 11, выполненные на базе зубчатой пары, состоящей из зубчатой рейки 15 и зубчатого колеса 16, приводимого в движение при помощи съемной рукоятки 17 или мотор-редуктора 18, на валу которого закреплено зубчатое колесо 16.
На фиг.13а и 13б представлены механизмы вертикального управления вектором тяги, выполненные на базе двух вертикальных подвижных стоек 19 и 20, нижние концы которых установлены на общей оси 21, а верхние концы связаны между собой реечным домкратом, состоящим из зубчатой рейки 22 и зубчатого колеса 23, приводимого в движение при помощи съемной рукоятки 24 или мотор-редуктором 25.
На фиг.14 представлен механизм горизонтального управления вектором тяги, выполненный на базе двух вертикальных рулей 26, управляемых общей тягой 27.
Работа аэроглиссера-амфибии осуществляется следующим образом. Экипаж ТС располагается в кабине 1 и запускает движитель в виде воздушного винта 5, защищенного кольцом 6. За счет создаваемого винтом 5 воздушного потока, создается продольная тяга, приводящая в движение ТС. Поворот аэроглиссера-амфибии вправо или влево по курсу производится изменением направления потока воздуха за счет вертикальных рулей 26 (см.
фиг.14). Рассмотрим более подробно передвижение ТС в различных средах. При движении аэроглиссера-амфибии по воде, он ведет себя аналогично многокорпусному судну, например катамарану. При этом его плавучесть, как и у катамарана, определяется объемом используемых надувных поплавков 8, а, значит, от их количества и суммарного объема поплавков, зависит эксплуатационная масса ТС, а также предполагаемые условия передвижения. При возрастании волнения на воде можно существенно повысить остойчивость ТС за счет наращивания количества поплавков и увеличения площади проекции аэроглиссера-амфибии на воду путем выдвижения консольных наконечников 11. Глиссирующая способность ТС определяется площадью смачиваемой поверхности поплавков и их длиной. Чем длиннее поплавки, тем легче ТС выходит на глиссирование и тем легче оно преодолевает различные препятствия (камни, пороги, перекаты и т.п.), особенно при движении по мелкой воде. При этом под воздействием препятствия надувные поплавки 8 испытывают деформацию своей нижней поверхности и пластинчатого протектора 9. Нижняя поверхность поплавка при движении над препятствием по форме напоминает гусеницу ТС наезжающего на камень, но гусеница опускаясь на камень как бы огибает его, а поплавок скользит по препятствию, создавая на нижней поверхности «бегущую волну». Чтобы не проткнуть и не протереть надувные поплавки о препятствие, они надежно защищены снизу металлическим или пластмассовым пластинчатым протектором 9. Известно, что металл имеет по сравнению с пластмассой меньший коэффициент трения-скольжения, а значит при той же тяговой силе винта 5, ТС сможет двигаться с большей скоростью. Для преодоления различных препятствий, можно использовать различные варианты расстановки поплавков по ширине рамы, в том числе путем изменения их количества, а также длины поперечных лонжеронов 3 за счет выдвижения консольных наконечников 11. Выдвижение наконечников 11 может быть автоматизировано и, выполняться экипажем, не выходя из кабины. Для этого привода зубчатых колес 16 должны быть оборудованы мотор-редукторами 18. Надувание и сдувание поплавков также может производиться из кабины, если они оборудованы автономными реверсивными воздушными нагнетателями 14. В ряде случаев нет большой необходимости снимать лишние поплавки, а достаточно просто их сдуть. Высота поплавка в сдутом состоянии не превышают 20% от его высоты в накаченном состоянии и поэтому достаточно даже частично сдуть поплавок, чтобы он не мешал движению. На фиг.5 представлен вариант преодоления препятствия в виде большого валуна, а на фиг.6 - вариант перемещения аэроглиссера-амфибии по наклонной поверхности горы. При необходимости поплавки могут быть быстро сняты и переустановлены (см. фиг.7), например четырех поплавковый вариант аэроглиссера-амфибии можно легко
преобразовать в трех поплавковый. Для этого на поперечных лонжеронах 3 предусмотрены посадочные места 7. Каждый поплавок для быстроты установки закреплен на четырех крепежных элементах 13, например, болтах с фиксацией гайки от раскручивания шплинтом или стопорным кольцом.
3
Был изготовлен опытный вариант аэроглиссера-амфибии со следующими техническими характеристиками: сухим весом 360 кг; максимальной грузоподъемность 550 кг; длиной поплавка 5980 мм, а его объемом 2,25 м; минимальной шириной ТС 2800 мм; максимальной шириной ТС 4200 мм; габаритной высотой 3100 мм; кабиной на 4 посадочных места; двигателем мощностью 100 л/с фирмы ХИРТ (Германия); емкостью бака 110 литров; максимальным расходом топлива 20 л/ч (бензин АИ92); скоростью на большой воде 55-60 км/ч, по мелководью 65-85 км/ч, по снегу 60-120 км/ч; высотой преодоления возвышений до 500 мм; способностью ТС при выходе из воды на берег преодолевать до 50 м суши без потери скорости при использовании протектора поплавков из АБС пластика.
Таким образом, заявляемый аэроглиссер-амфибия позволяет создать простое в обслуживании и эксплуатации универсальное ТС, способное передвигаться с высокой скоростью в различных средах, таких как вода, снег, лед, болото, песок и т.п.