АЭРОЛОДКА С ДВУМЯ ДВИГАТЕЛЯМИ

Полезная модель относится к области конструирования плавательных средств [B63B7/08, B63B1/38, B63B7/00, B63H7/00, B63H7/02].
Из уровня техники известна НАДУВНАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ СКОРОСТНАЯ ЛОДКА С МАЛЫМ ИМПЕЛЛЕРОМ НА СЖАТОМ ПНЕВМОПОТОКЕ [RU2719087, опубл. 12.12.2020 г.], характеризующаяся тем, что содержит дно с покрытием гибким материалом, надувной баллон, образующий борт, кормовую часть дна, отличающаяся тем, что надувная скоростная лодка выполнена на пневмопотоке, а в качестве движителя используют горизонтальный импеллер малой мощности, в передней части корпуса, в виде нагнетательного устройства в режиме компрессора для создания воздушной тяги от импеллера в сторону закрытого пневмоканала с прямоугольным днищем , расположенным между защитным слоем с выступающим концом отдельными упругими стержнями и/или волокнами, изготовленных из упругих полиэтиленовых материалов в виде плоской со щетиной щетки относительно дна лодки и формы корпуса ее, скрепленного жестко натянутого с внешней стороны защитным слоем, имеющим средства крепления к дну пневмоканала, при этом прямоугольный закрытый пневмоканал выполняют из пластика высокого давления и/или из легкого алюминиевого материала, внутренние продольные плоскости верхней и нижней пластин которых выполняют рифлением в виде продольных желобов, размещенных относительно друг к другу, как и самих выступов по длине продольного пневмоканала, соединенного с соплом принудительной подачи воздуха от нагнетательного устройства в виде горизонтального малого импеллера, и перед выходом воздушного оттока в кормовую часть имеет внутри щиток с возможностью его поворота за счет оборудования его оси механизмом управления водителем.
Недостатками аналога являются:
- низкая энергоэффективность, из-за потерь при движении воздуха по прямоугольному закрытому пневмоканалу, имеющим большую протяженность;
- малая мощность, из-за того, что в качестве движителя используют только горизонтальный импеллер малой мощности.
Также из уровня техники известен СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПРОСЛОЙКИ ВОЗДУХА ПОД ДНИЩЕМ СУДНА [RU2682373, опубл. 19.03.2019 г.], включающий подачу воздуха по трубопроводам, направление воздуха вдоль днища при помощи продольных направляющих, распределение воздуха по ширине судна и создание каверн воздуха, отличающийся тем, что подачу воздуха под днище судна осуществляют в зону устойчивого контакта днища судна с водой при помощи по меньшей мере одного поперечного выхода воздуха из трубопроводов, после чего на днище создают тонкостенную воздушную прослойку, для чего воздушный поток последовательно и многократно разбивают и измельчают на более мелкие пузырьки воздуха и равномерно распределяют их по ширине каждой части днища между продольными направляющими-ограничителями при помощи канавок-углублений, выполненных полуовальной формы поперечными рядами на днище судна.
Недостатками аналога являются:
- сложность реализации заявленного способа, из-за необходимости последовательно и многократно разбивать воздушный поток на более мелкие пузырьки воздуха и равномерно распределять их по ширине каждой части днища.
Наиболее близкой по технической сущности является СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДНА КОРПУСА СУДНА, ПРИВОДИМОГО ВОЗДУШНЫМ ВИНТОМ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ УКАЗАННОГО СПОСОБА [RU2744065, опубл. 02.03.2021 г.]. Способ снижения гидродинамического сопротивления корпуса судна, приводимого в движение воздушным винтом, заключающийся в том, что подают воздушный поток под днище корпуса судна, отличающийся тем, что днище выполнено в виде замкнутой оболочки, причем внутри замкнутой оболочки днища закреплены баллоны, а воздушный поток первоначально подают в межбаллонное пространство замкнутой оболочки днища и направляют его через отверстия в нижней части замкнутой оболочки днища, причем до выхода воздушного потока наружу к поверхности движения его формируют и отклоняют в сторону кормовой части днища. Устройство для снижения гидродинамического сопротивления днища корпуса судна, приводимого в движение воздушным винтом, включающее нагнетатель воздушного потока, отличающееся тем, что днище выполнено в виде замкнутой оболочки, нагнетатель расположен в кормовой части судна и выходом через переходный закрытый участок пневмоканала соединен с полостью замкнутой оболочки днища, причем внутри замкнутой оболочки днища закреплены баллоны, заполненные газом под давлением или вспененным веществом, в нижней части замкнутой оболочки днища выполнены отверстия, при этом снаружи поперек нижней части замкнутой оболочки днища закреплены защитные полосы, причем к нижней части замкнутой оболочки днища прикреплена только передняя кромка защитной полосы, а задняя кромка защитной полосы остается свободной с возможностью освобождать и прикрывать отверстия.
Основной технической проблемой прототипа является низкий напор и скорость движения воздушного потока, выходящего из отверстий в нижней части замкнутой оболочки днища, так как воздух подается через межбалонное пространство, образованное баллонами, которые в разрезе имеют геометрию близкую к кругу. Таким образом, на пути следования воздуха от нагнетателя к выходным отверстиям возникают межбалонные сужения, которые являются преградами на пути следования воздушного потока и существенно ослабевают скорость и напор воздушного потока, выходящего во внешнюю водную среду.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение напора и скорости движения воздушного потока.
Указанный технический результат достигается за счет того, что аэролодка с двумя двигателями содержит надувные борта и днище, при этом под днищем лодки смонтированы защитные элементы, выполненные в виде расположенных поперек днища пластин, смонтированных внахлест друг на друга от кормы к носу лодки, к крепежным лентам днища смонтированы продольные элементы металлического каркаса, поверх которого, в кормовой части аэролодки смонтирован толкающий двигатель, снабженный толкающим воздушным винтом, и узел управления, отличающаяся тем, что на металлический каркас смонтирован дополнительный двигатель, который располагается во внутреннем пространстве аэролодки вне ее кормовой части, снабженный нагнетающим воздушным винтом, который выполнен с возможностью нагнетания воздуха в трубки, смонтированные в единую сеть между днищем и защитными элементами, при этом трубки выполнены с возможностью подачи воздуха нагнетаемого нагнетающим двигателем во внешнюю водную среду.
Краткое описание чертежей:
На фиг. 1 показан вид сбоку аэролодки с двумя двигателями.
На фиг. 2 показан общий вид сверху аэролодки с двумя двигателями с местами для их установки.
На фиг. 3 показан общий вид сверху аэролодки с двумя двигателями, а именно место расположения второго двигателя с воздуховодом и системой трубок.
На фиг. 4 показан общий вид сверху аэролодки с двумя двигателями, а именно расположение трубок и выходных отверстий.
На фигурах обозначено:
1 – днище; 2 – накладка на днище; 3 – узел управления; 4 – рама; 5 – площадка для установки первого двигателя; 6 – первый двигатель; 7 – первый винт; 8 – рули направлений; 9 – площадка для установки второго двигателя; 10 – второй двигатель; 11 – второй винт; 12 – воздуховод; 13 – отверстие; 14 – трубки; 15 – выходные отверстия.
Аэролодка с двумя двигателями состоит из днища 1, в варианте реализации сделанного из ткани ПВХ, с внешней стороны которого располагается накладка на днище 2. Накладка на днище 2 также выполнена из жесткого материала и представляет из себя совокупность защитных элементов, выполненных в виде расположенных поперек днища пластин смонтированных внахлест друг на друга от кормы к носу лодки. При этом при движении от кормы аэролодки к ее носу, кажда очередная наложенная внахлест пластина располагается поверх предыдущей. Во внутреннем объеме пространства, образованного днищем 1 и надувными бортами аэролодки, располагается узел управления 3. Узел управления 3 располагается закрепленным на раме 4. Рама 4 представляет собой жесткий металлический каркас, состоящий из продольных металлических труб, размещенных вдоль корпуса, соединенных между собой поперечинами. Продольные трубы размещаются в крепежных лентах, размещенных в днище 2, и фиксируются полиэфирным шнуром. Количество металлических труб может варьироваться в зависимости от размера аэролаки.
Рама 4 выполнена с возможностью установки навесных элементов аэролодки. Помимо узла управления 3 на раме 4 располагаться площадка для установки первого двигателя 5, выполненного толкающим. Площадка для установки первого двигателя 5 располагается в кормовой части аэролодки, поверх нее располагается первый двигатель 6, включающий первый винт 7, за которым расположены рули управления 8. Рули управления 8 соединены с узлом управления 3 через специальные тросы, проложенные через ролики натяжители. Также во внутреннем объеме пространства, образованного днищем 1 и бортами аэролодки, располагается площадка для установки второго двигателя 9, выполненного нагнетающим. Площадка для установки второго двигателя 9 смещена к центру аэролодки или к его носовой части и закреплена на раме 4 таким образом, что располагается во внутреннем пространстве аэролодки вне ее кормовой части. Возможны варианты реализации, когда второй двигатель 9: смещен влево или вправо, относительно геометрического центра лодки в поперечном сечении; смещен к носовой части аэролодки и т.д. Поверх площадки для установки второго двигателя 9 располагается второй двигатель 10, со вторым винтом 11 и диффузором. Поверх диффузора второго винта 11 располагается воздуховод 12, который может представлять собой кусок плотной ткани одной стороной, плотно прилегающей к диффузору второго винта 11, а противоположной стороной плотно прилегающий к носовой части днища 2. Воздуховод 12 размещается таким образом, чтобы полностью перекрывать пространство на выходе второго винта 12 так, что внутренний объем воздуховода 12, в рабочем положении, представляет из себя канал движения воздуха с выхода второго винта 12 до отверстий 13. Отверстия 13 располагается в днище 1 аэролодки. Возможны варианты реализации, когда отверстия 13 дополнительно перекрыто мелкоячеистой сеткой. Отверстия 13 выполнены с возможностью попадания воздуха под давлением с выхода второго винта 11 через воздуховод 12 в трубки 14. Трубки 14 расположены в нишах, образованных отверстиями 13 в днище 1. При этом, трубки 14 располагается во внутреннем объеме пространства, образованным днищем 1 и накладкой на днище 2 под рамой 4. Возможны варианты реализации, когда расположение трубок 14 является продольным, относительно корпуса аэролодки. В противоположной части трубок 14, относительно входных отверстий 13, располагается выходные отверстия 15. Выходные отверстия 15 выполнены с возможностью попадания воздуха под давлением из внутреннего объема трубок 14 во внешнюю среду. Таким образом, выходные отверстия 15, проходят сквозь накладку на днище 2 и могут быть выполнены между наложенными внахлест соседними слоями материала. Возможны различные варианты реализации заявленного устройства, отличающиеся количеством отверстий 13, трубок 14, их длинной и формой, количеством выходных отверстий 15, а также расположением трубок 14, относительно корпуса аэролодки.
Устройство функционирует следующим образом.
Первоначально, при расположении аэролодки на водной поверхности, запускают первый 6 и второй 10 двигатели, что приводит в действие, соответственно первый 7 и второй 11 винты, создавая два воздушных потока. Первый воздушный поток является основным и формируется за первым винтом 7, который направлен в сторону от кормовой части плавательного средства во внешнюю воздушную среду. Направление и мощность первого потока регулируется узлом управления 3, в частности, направление потока регулируется посредством изменения углов рулей направлений 8. Второй воздушный поток формируется на выходе второго винта 11, и нагнетается через воздуховод 12 в отверстия 13, трубок 14. Далее, второй поток воздуха, проходя через трубки 14, проходит через выходные отверстия 15 и попадает во внешнюю водную среду. Таким образом, плавательное средство в движение приводят два двигателя, при помощи формирования двух воздушных потоков, вследствие чего реализуется гибридная схема создания тяги плавательного средства. Часть тяги создается в ходе работы первого двигателя 6, путем создания интенсивного воздушного потока с выхода первого винта 7 в кормовой части плавательного средства; часть тяги создается за счет работы второго двигателя 10, путем создания воздушного потока проходящего по трубкам 14 и выходящим в водную среду в направлении движения первого воздушного потока.
Технический результат полезной модели, повышение напора и скорости движения воздушного потока, достигается за счет того, что поверх диффузора второго винта 11 располагается воздуховод 12, который представляет из себя герметичный канал движения воздуха с выхода второго винта 12 до отверстий 13, в нишах которых расположены трубки 14, смонтированные в единую сеть и проходящие под днищем аэролодки и выходящие через накладки на днище 2 во внешнюю водную среду. Таким образом, благодаря тому, что система полых трубок 14 образует совокупность направленных каналов движения воздуха от второго винта 11 второго двигателя 10 во внешнюю водную среду, то на пути движении воздуха не возникает дополнительных препятствий, и как следствие, не возникает дополнительных удельных потерь давления, за счет чего существенно увеличивается скорость движения и напор воздушного потока на выходе выходных отверстий 15.
Заявитель в 2021 году изготовил промышленный и коммерческий образец заявленного устройства, опытная эксплуатация которого подтвердила заявленный технический результат, повышение скорости движения воздушного потока на выходе отверстий 15 нижней части замкнутой оболочки днища составило порядка 40-60%.
Рассмотрим пример достижения технического результата.
Пусть имеется два варианта конструкции аэролодки: первый вариант согласно конструкции прототипа – на пути движения воздуха расположено межбалонное пространство, второй вариант – согласно заявленному техническому решению. При гидравлических испытаниях первого варианта при подаче воздуха от нагнетательного второго двигателя 10 до отверстий, расположенных в нижней части замкнутой оболочки днища, наблюдались высокие местные потери давления воздуха, вызванные неоптимальной геометрией канала воздуховода. При гидравлических испытаниях второго варианта на выходное давление влияли только линейные потери давления в трубках 14, а местные потери практически отсутствовали, что существенно увеличило напор и скорость воздушного потока на выходе трубок 14.
Заявленное устройство изготавливается на предприятии и является единым изделием, состоящем их механически соединенных функциональных элементов, а именно рамы 4, первого 6 и второго 10 двигателя, воздуховода 12 и трубок 14, размещенных внутри и снаружи корпуса аэролодки.