СУДНО НА СЖАТОМ ПНЕВМОПОТОКЕ
VESSEL ON COMPRESSED AIRFLOW

Изобретение относится к области создания транспортных средств использующих динамическую воздушную подушку, обладающих высокопроизводительным свойством компрессор на использовании соосного импеллера, реактивная струя которого направлена для пневмоканала в виде сжатого воздуха под днищем для создания подъемной и тяговой силы и может быть использовано, в частности, касается конструирования и управления судами на сжатом пневмопотоке предназначенного для передвижения людей и грузов по водной поверхности, мелководью, снегу, льду, траве, песку, заболоченной территории, поросшей мелкой растительностью, грунту, в особенности маломерных судов на воздушной подушке.
Множество силовых установок в сочетании отводными воздушными каналами во многих направлениях используются в существующих судах на воздушной подушке с применением соосных импеллеров. Однако применение соосных импеллеров в качестве движителей судна на сжатом пневмопотоке связано с рядом конструктивных и технологических трудностей. В частности, для реализации зазоров между концами лопастей каждого из винтов и внутренней поверхностью корпуса, в котором расположен соосный импеллер, и связанное с назначением диаметра его. При этом этот зазор в процессе эксплуатации необходим, и должен быть оптимальным для исключения вероятности касания концов лопастей вращающегося с большой скоростью воздушных винтов (ВВ) с внутренней поверхностью кольцевого входного отверстия корпуса, в котором размещен соосный импеллер (КК), испытывающего в процессе движения судна на сжатом пневмопотоке перед входом сжатого воздуха в сопло, когда начинают возникать различные деформации (кавитация, истирание поверхности, неполное использование им мощности воздушного потока и т.п.). Это требует разработки специальной конструктивной схемы дополнительно кольцевого насадка в виде спрямляющего приспособления, когда через зазор (щель) между концами лопастей соосного импеллера и аэродинамической внутренней обшивки корпуса заполняется сжатый воздух, где закручиваемый вращением лопастями, воздух должен выравниваться по направлению движения и, по крайней мере, устранить большие отрицательные кавитационные явления, разрушающие обшивку замкнутого корпуса при длительной эксплуатации судна на сжатом пневмопотоке. Кроме того, сохранить при этом эффективность использования воздушного закрученного потока для создания реактивной тяги и увеличения коэффициента полезного действия движителя для транспортного средства.
Другая задача для таких судов на сжатом пневмопотоке - это управление движителем судна, является активное его правление дополнительно применение интерцепторов, как одним из резервов повышения скорости и, соответственно, экономии горючего при определенных условиях, например, с регулированием рабочей высотой при выходе на ходу по воде, и до необходимого подъема по ходу движения судна на сжатом пневмопотоке, пока судно не выйдет полностью на глиссирование и будет идти на «горбен в кормовой части с определенной скоростью. Иными словами, когда удается вывести маломерное судно с соосным импеллером на глиссирование, располагая мотором меньшей мощности или с большей нагрузкой или сократить время выхода судна на глиссирование, тогда в этом случае, должно дополнительно учитываться применение интерцепторов, выдвинутыми на величину, обеспечивающую наибольшую скорость хода. Не рассматривая здесь известную теоретическую часть их применения в практике, необходимо отметить, что интерцепторы могут оказаться очень полезными для маломерных быстроходных судов на сжатом пневмопотоке, оборудованных соосным импеллером со стационарным двигателем для которых винты в данном случае постоянны, соответственно расширить область его эффективного использования.
Следует отметить, что сам этот термин авиационного происхождения (Политехнический словарь дает такое объяснение от латинского слова intecipere - перехватывать, отбивать, пресекать) - приспособление для местного срыва воздушного потока, обтекающего летательный аппарат. Обычно интерцептор - выдвижная поворотная или фиксированная пластина, устанавливаемая поперек потока на крыле самолета.
Таким образом, рассматриваемое настоящее изобретение можно отнести новой актуальной концепции судна на сжатом пневмопотоке с осуществляющими управляющее движение соосного импеллера на сжатом пневмопотоке, благодаря которому устраняются в предлагаемом описанные выше некоторые недостатки, соответственно требуется создать судно на сжатом пневмопотоке с высоким уровнем устойчивости и надежной эксплуатации.
Известен реактивный движитель, работающий действием выталкивающей воды или воздуха с применением центробежного насоса, вращающегося в цилиндрической трубе, установленной в кожухе. Струи воды и воздуха засасываются и выталкиваются с поворотом на 180° (Авторское свидетельство SU N924258, В63Н 11/08 от 30.11.1931).
Недостаток этого технического решения является низкий КПД из-за использования в конструкции движителя осевого вентилятора.
Другой аналог, это кольцевидное колесо для водометного двигателя, полый цилиндр и подшипник, установленный на корпусе транспортного средства. Лопасти приводятся в движение посредством вала, соединенного с центральными частями лопастей установленного на подшипниках в корпусе транспортного средства (Патент US 4713027 (А), В63Н 11/08 от 15.12.1987). Вал и ступица рабочего колеса создают механическое препятствие потоку и нарушают ламинарное течение воды, что обуславливает пониженный КПД этого устройства.
Известен импеллер для транспортного средств, содержащий полый цилиндр, лопасти, равномерно закрепленные на внутренней поверхности цилиндра, и подшипник, установленный между корпусом транспортного средства и полым цилиндром с внешней стороны (Патент RU N9111834, В63Н 11/00 от 27.12.2011).
У известного устройства с потоком жидкости или воздуха взаимодействуют лопасти, корпус транспортного средства и небольшая часть полого цилиндра. Хороший КПД обусловлен минимизацией механических помех потоку воды. Однако недостаток импеллера - неполное использование мощности одним импеллером при закручивании воздушного потока, а также связано с рядом конструктивных и технологических трудностей. В частности, для реализации, чтобы зазор между концами лопастей и внутренней поверхностью использовать положительно, т.е. не превышал 0,3-0,5% диаметра корпуса. При этом в процессе эксплуатации его должна быть исключена вероятность касания лопастей вращающегося с определенной скоростью винта во внутренней части кольцевого корпуса. Поэтому это требует разработки специальной конструкторско-силовой схемы крепления кольцевого корпуса в виде кольцевого насадка, а также необходимо учитывать в предложенном случае и обтекаемость самого судна на сжатом пневмопотоке по отношению к жесткости кольцевого корпуса с соосным импеллером.
Известен аппарат на воздушной подушке с корпусом и узел крепления с вентилятором тяги, двигателем внутреннего сгорания для привода вентилятора, тяговый и подъемный контуры, разделенные ребром, предназначенным для направления потока воздуха от вентилятора в указанные контуры, сопло тягового контур, ковш реверса тяги, установленный на выходе из сопла, систему управления аппаратом, включающую систему управления ковшом реверса тяги и систему управления рулями направления, управляющие поверхности, которых расположены на срезе сопла и в подъемном управлении аппаратом (Патент RU N92238200, B60V 1/14 от 20.10.2004).
В передней (носовой) части платформы установлен тянущий вентилятор, приводимый двигателем внутреннего сгорания. Плоскость вращения вентилятора наклонена под углом к горизонтальной плоскости. Поток воздух разделяется за вентилятором, разделяется ребром на воздушный поток тягового контура и воздушный поток подъемного контура. На старте двигатель выводится на режим, при котором возможно «зависание)) аппарата и приведет к появлению на них сил, противоположных по направлению и в определенных пределах. Однако следует отметить, что известное техническое решение не рассматривает в работе, в частности, для повышения и устранения, нежелательных кавитационных явлений для получения положительного эффекта от применения кольцевого насадка в виде спрямляющего приспособления, чтобы зазор между концами лопастей вентилятора и внутренней поверхностью корпуса, мог быть использован для выравнивания и частично снятия давления воздуха вращения на разрушение стенок кольцевого корпуса, когда дни лопасти вращаются в одну сторону, а другие лопасти дополнительно винта соосного импеллера вращаются противоположно этому вращению по отношению к основному винту, т.е. воздух весь должен выравниваться по направлению движения с поступление по направлению движения в сопло соосного импеллера, а значит, повышение КПД при использовании последнего в аэродинамическом корпусе, где лопасти не касаясь внутренней поверхности кольцевого корпуса (зазор 0,3-0,5% диаметра воздушного винта) с большой скоростью соосного импеллера во внутренней поверхности предложенной кольцевой насадки (КН), испытывающей в процессе движения судна на сжатом пневмопотоке различные нагрузки и деформации. Это требует разработки специальной конструктивно-силовой схемы крепления КН с аэродинамическим внутренним обтекателем корпуса в сторону сопла, обеспечивающую достаточно жесткую фиксацию оси соосного импеллера по отношению к КН. При этом, повышая, таким образом, эффективность воздушного потока в целом соосного импеллера для создания реактивной тяги и увеличения коэффициента полезного действия.
Известен узел, представляющий собой, установленный в камере кольцевого обтекателя блок лопастей «Судно на воздушной подушке с осуществляющим управляющее движение канальным вентилятором)) (Патент RU №2682310, B60V 3/06 от 18.03.2019).
В приведенном известном аналоге отмечается, что конусообразная форма обеспечивает усиление тяги движения подаваемого из вентилятора воздушного потока за счет его предварительного сжатия в кольцевом обтекателе. Блок лопастей дополнительно приводится отдельным двигателем с помощью ременной передачи, и второй двигатель не блокирует воздушный поток из камерного вентилятора. Однако работа известного вентилятора с блоком лопастей - это разное по отношению к соосному импеллеру конструктивно, т.е. это связано с рядом конструктивных и технологических трудностей и сложности устройства в целом. В частности, для реализации предложенного положительного эффекта от применения КН (кольцевой насадки и ее конструкции), где необходимо, чтобы зазор между концами лопастей воздушных двух соосных винтов (ВВ) и внутренней поверхностью КН не превышал 0,3-0,5% диаметра ВВ. Кроме того, в процессе эксплуатации судна на сжатом пневмопотоке должна быть исключена вероятность касания лопастей каждого из двух винтов соосного импеллера вращающихся каждый из них противоположные стороны на оси с редуктором с большой скоростью ВВ по отношению к внутренней аэродинамической поверхности корпуса, сужающегося в сторону сопла, где движение воздуха происходит в КН с выполнением его со срывообразующими продольно-ориентированными прямыми канавками вокруг соосного импеллера в сторону направления сужения сопла, где эти канавки являются с обдуваемым потоком воздуха однозаходными по длине по отношению двух вращающихся винтов в разные стороны (противоположно друг другу). Канавки захватывают часть сжатого воздуха из зазора. Таким образом, известное устройство не рассматривает этот зазор (щель) между концами ВВ и внутренней поверхностью КН с изменением самой конструкции КН в технологическом движении воздуха, а значит, отсутствует повышение КПД вентилятора на выходе из зазора сжатого закрученного воздуха в спрямляющем направлении движения потока воздуха, создаваемого соосным импеллером для более высокой реактивной тяги, а также повышение надежности и долговечности движительного узла с обшивкой аэродинамического корпуса, и различные деформации и кавитационные свойства материала в рассматриваемой ситуации должны быть исключены, а также и другие резонансные явления исключены, следовательно, в кольцевом зоре; также исключена вероятность отрыв материала на внутренней поверхности корпуса и глубоких каверн на нем при отсутствии касания концов лопастей ВВ соосного импеллера.
Известно техническое решение, выбранное в качестве одного из аналогов (прототипа), судно на сжатом пневмопотоке, содержащее корпус с движительной установкой, создающей давление воздуха под днищем судна, днище выполнено из частей, размещенных под различными углами, причем днище образовано боковыми скегами, оборудованными, внутри продольными напорными каналами, выполненными в виде полых сквозных труб из легкого алюминиевого сплава, при этом дополнительно содержит нагревательное устройство, встроенное в закрытый корпус перед струенаправляющим движительной установкой в виде соосного импеллера, соединенного с двигателем внутреннего сгорания, при этом винты соосного импеллера, соединенного выполнены левого и правого вращения и углы атаки лопастей равны и противоположного значка, причем сбоку корпуса в носовой части от соосного импеллера на некотором расстоянии дополнительно размещены короткие каналы, которые снабжены на входе завихрителями в виде лопаток или малыми импеллерами, при этом короткие каналы подсоединены к продольным напорным каналам в боковых скегах, выходящая струя газового потока из которых направлена в атмосферу сзади кормовой части судна, дополнительно с наружной стороны боковых стенок скегов с каждой из стороны выше ватерлинии содержатся отталкивающие упоры в виде преимущественно эллипсовидного полого шара с выступающей частью с обеих сторон бортов скегов с наружной стороны с сохранением движения судна по воде при совершении скоростного движения и для того, чтобы довести до минимума трение между бортами при столкновении с другим судном с касанием при движении или столкновении их на воде, а также при швартовке и остановке у пирса и столкновения с ним (Патент RU N92720381, B60V 3/06 от 29.04.2020).
Однако, несмотря на его широкие возможности, при работе соосного импеллера, расположенного в закрытом кольцевом корпусе, сопряженным с соплом в сторону направления днища судна, оно не учитывает то, что соосный импеллер не достаточно полно использует свою тяговую характеристику с воздушным потоком. А это связано с необходимостью снижения сопротивления сжатого потока в зазоре (щели) между концами лопастей соосного импеллера и внутренней образующей аэродинамической поверхностью замкнутого кольцевого наклоненного корпуса в сторону сужения сопла его, т.е. при необходимости, чтобы выдержать зазоры между ними, которые не превышали 0,3-0,5% диаметра воздушного винта (ВВ). В процессе эксплуатации судна на сжатом пневмопотоке, была исключена вероятность касания концов лопастей вращающегося с большой скоростью ВВ внутри корпуса, когда зазор испытывает большое давление при закручивании воздуха вращением концов лопастей, и возникает при этом необходимость снять эту негативную нагрузку, а также выронить выход отсекающего потока в сторону, от двух вращающихся винтов, сужающегося сопла импеллера. А, значит, исключить не достающую дополнительно тяговую характеристику соосного импеллера, убрать возможность появления излишних отрицательных нагрузок кавитационных явлений и, тем самым не допустить больших каверн на внутренней поверхности замкнутого корпуса, вместе закручиваний лопастей соосного импеллера. Это требует разработки дополнительно конструктивно-силовой схемы крепления кольцевой насадки (КН) в виде спрямляющего приспособления прикрепленным с помощью механического крепежа, когда стенки этого устройства выполнены в виде срывообразующими продольно-ориентированными прямыми канавками в сторону направления сопла. В кольцевой насадке (КН) прямолинейные по длине канавки очерчены, как минимум однозаходными в сторону направления сопла соосного импеллера. Кроме того, в известном устройстве отсутствуют какие-либо управляемые интерцепторы, подобное в авиации с обтекаемой короткой пластиной с выдвижением в рабочем положении из-под днища корпуса судна, имеющего с боков ниши выше ватерлинии при стоящем положении судна. Таким образом, необходимо совершенствование быстроходного судна на сжатом пневмопотоке, и в части повышения его ходового и мореходных качеств, открывает, и новые пути его совершенствования с обтеканием передней части корпуса судна и его движителя. Другим положительным качеством предложения является возможность, секционируя интерцепторы в диаметральной плоскости судна их побортным выдвижением и убиранием (в противофазе) можно управлять креном и дифферентом судна во времени, что позволяет использовать интерцепторы, в том числе и как успокоители качки на малых быстроходных судах на сжатом пневмопотоке. Следует отметить, что на волнении, при соответствующей настройке коэффициентов в системе таких судов, возможно снижение параметров бортовой качки на предельных волнениях и скорости хода в 3-5 раз (максимальные значения соответствуют волнению, близких к регулярному, на курсовых углах, близких к 90°). Соответственно улучшается курсовая устойчивость движения судов в 1,5-3 раза.
Управление интерцепторов может быть с механическим приводом из рубки управления на промежуточных скоростях хода. Однако важнейшим элементом быстроходного судна является сам движитель в виде соосного импеллера связанное с конструктивными параметрами и его место крепления в передней (носовой) части судна, с настройкой лопастей на заданный угол разворота. Поэтому повышения КПД движителя данного предложения для быстроходного судна является создание конструкции устройства, прикрепленного кольцевого насадка (КН) с его формой исполнения внутренней плоскости стенки и крепления внутри аэродинамического замкнутого корпуса соосного импеллера со сжатым воздухом на его поверхности в районе расположения, в частности концов лопастей, когда винты вращаются влево и вправо, соответственно, каждый друг другу, и расположенных на оси вращения с редуктором на определенном по по длине на расстоянии расположения крепления между собой. Это позволит также на основном режиме движения судна выход сжатого потока через сопло в пневмоканалы под днище корпуса. В этих условиях будет использован дополнительно сжатый воздух, поступающий как через зазор, так и через канавки в кольцевом насадке (КН) между концами лопастей в замкнутом корпусе соосного импеллера, создающий общую реактивную струю с положительным эффектом. Кроме того, это в свою очередь, может находиться на уровне лучших движителей для малых быстроходных судов на сжатом пневмопотоке с тяговыми характеристиками спрямляющим аппаратом по периметру внутренней части корпуса.
Следует также отметить, что, рассматривая предложенное техническое решение в совокупности предложения при движении судна на сжатом пневмопотоке на морском волнении, вызывающим ботовую качку, при некоторых сочетаниях скорости движения судна, длины волны на акватории и величины угла между направлениями движения судна и набегающих волн, возможно совпадение вызванных волнением моря частоты бортовой качки судна с частотой собственных общих изгибных упругих колебаний конической оболочки редуктора ВВ. Возникающий при этом резонанс приводит к резкому увеличению амплитуды перемещений носового торца с обтекателем редуктора ВВ в горизонтальной плоскости. А, значит, зазор (щель) между концами лопастей ВВ и внутренней поверхностью дополнительного кольцевого насадка (КН) с его формой выполнения по образующей горизонтальной плоскости будет влиять на надежность и крепления самих винтов к оси вращения с редуктором соосного импеллера, т.е. с монтажным креплением КН с его формой выполнения внутри корпуса устройства тягового движителя.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение коэффициента полезного действия соосного импеллера за счет повышения эффективности использования воздушного потока дополнительно через зазор и канавки в кольцевом насадке между концами лопастей и внутренней поверхностью дополнительного кольцевого насадка с формой его выполнения с монтажным креплением к корпусу, внутри расположенного соосного импеллера при создании реактивной тяги и эксплуатационной надежности таких быстроходных судов на сжатом пневмопотоке путем модернизации его конструктивно-силовой схемы, позволяющей существенно снизить вероятность критического уменьшения зазора отмеченного выше без существенного увеличения его массы и ущерба его технологичности, при всех возможных вариантах внешней эксплуатационной нагрузки. Очевидно, что если эта задача не осуществлена, то это решение для сведущего специалиста может быть она решена по сравнению с прототипом.
Указанный технический результат достигается тем, что судно на сжатом пневмопотоке, содержащее корпус с движительной установкой, создающей давление воздуха под днищем судна, днище выполнено из частей, размещенных под различными углами, причем днище оборудовано боковыми скегами, оборудованными, внутри продольными напорными каналами, выполнены в виде полых сквозных труб из легкого алюминиевого сплава, корпус содержит движительную установку в виде соосного импеллера, соединенного с двигателем внутреннего сгорания, при этом винты соосного импеллера выполнены левого и правого вращения и углы атаки лопастей равны и противоположного знака, согласно изобретения, на внутренней полости замкнутого корпуса вокруг соосного импеллера дополнительно закреплен изнутри с помощью механического крепежа кольцевой насадок в виде спрямляющего приспособления, при этом внутренние стенки кольцевого насадка выполнены в виде срывообразующих продольно-ориентированных канавок вокруг соосного импеллера и направлены в сторону сужающего сопла, при этом прямые канавки в кольцевом насадке образуют зазор между концами лопастей и внутренней поверхностью кольцевого насадка, гарантирующий исключения вероятность касания лопастей вращающегося соосного импеллера с большой скоростью винтов, причем по диаметру кольцевого насадка в сторону сужения замкнутого корпуса с соплом профиль прямых канавок очерчен, как минимум с постоянными однозаходными канавками спрямляющего и обдуваемого потоком сжатого воздуха винтов соосного импеллера с возможностью совпадающего их противоположного вращения, кроме того передняя часть обоих бортов корпуса судна со стороны плоского днища выполнены ниши выше стояночной ватерлинии с автоматическим управлением короткими интерцепторами, выполненными в виде пластин крыловидной формы аэродинамического профиля и прикрепленных в нише к оси вращения в нише, таким образом, с возможностью выдвижения или уборки в нишу заподлицо под днище корпуса судна, при этом носовая часть снабжена спереди, управляем поворотным интерцептором с острой передней кромкой, а скула судна переходит в днищевой короткий редан с высотой, уменьшающейся до нуля на границе стояночной ватерлинии.
Кроме того, кольцевой насадок в виде спрямляющего приспособления со срывообразующимися продольно-ориентированными прямыми канавками выполнен из полимерного композиционного материала с цилиндрической внутренней поверхностью вокруг соосного импеллера с вращающимися лопастями противоположного знака.
Кроме того, монтажное соединение дополнительного кольцевого насадка с замкнутым корпусом соосного импеллера, выполнено через крепежное металлическое кольцо цилиндрической формы в виде закладной круглой пластины с отверстием между ними.
Кроме того, боковые интерцепторы в нише на оси вращения под плоским днищем корпуса судна, установлен с возможностью их дистанционного перемещения в горизонтальной плоскости с выдвижением каждого в отдельности или совместно на угол не более 90° в зонах крепления со стороны боковых в нише стенок корпуса судна.
Для повышения эффективности использования воздушного потока соосным импеллером при создании реактивной тяги под днищем судна в пневмоканалах, аэродинамический профиль внутреннего корпуса над соосным импеллером, оснащен дополнительным спрямляющим приспособлением в виде прикрепленного механическим крепежом кольцевого насадка с выполнением в нем срывообразующих продольно-ориентированных прямых канавок в направлении сужающего сопла соосного импеллера, при этом при вращении лопастей винтов последнего образованы зазоры 0,3-0,55 диаметра ВВ (воздушного винта). Спрямляющее приспособление зафиксировано жестко на внутренней обтекаемой поверхности замкнутого корпуса в сторону направления сужения сопла.
В отношении того, что выше ватерлинии на стояночной воде необходимо к наружным боковым стенкам скегов в нише под днищем корпуса судна закрепить на оси вращения выдвижные короткие интерцепторы (пластины аэродинамического профиля, вроде применения на самолете), а также в передней (носовой) части корпуса интерцептор управляемый, то это будет достаточно, чтобы судну предоставить возможность на старте при разгоне или промежуточных движений, когда происходит повышение воздушнодинамического давления на корпус поднятия передней части судна в результате торможения потока воздуха, и выход скоростного судна на переходном к глиссированию судна в определенных условиях движения при относительно высоких скоростях, повышенный ходовой деферент на корму, а затем убирают их в ниши. На этих скоростях образуется под днищем судна область повышенного динамического давления, что сопровождается положительным эффектом ходового скоростного судна и снижение волнового сопротивления передней (носовой) части обтекаемого судна.
Поэтому, когда судно достигает режима чистого глиссирования и идет с малыми углами дифферента, интерцепторы становятся излишними и, они убираются заподлицо с боков в нишу под днище корпуса, а в передней части корпуса судна выполнен управляемый интерцептор с острой передней кромкой, а скул переходит в короткий днищевый редан, с высотой уменьшающийся до нуля выше стояночной ватерлинии, и скорость судна остается высокой. Вследствие этого положительный эффект боковых интерцепторов можно ожидать лишь в сравнительно в узком диапазоне скоростей судна - от начальной стадии переходного режима до начальной стадии глиссирования, т.е. в области «горбам на кривой сопротивления воды под плоским днищем кормы судна. Размеры наивыгоднейших интерцепторов устанавливаются опытным путем по наибольшей скорости хода, развиваемой скоростным судном и только [потом использовать полученные данные при практической эксплуатации судна на сжатом пневмопотоке.
Следует отметить, то только в комбинации решения соосного импеллера и его кольцевой насадки (КН) с формой выполнения внутренней поверхности, могут быть достигнуты наиболее высокий эксплуатационный результат для маломерных судов, достижения путевого расхода топлива в сравнении с другими аналогами.
При этом можно предположить, что для разных вариантов нагрузок судна для случая сокращения путевого расхода топлива может оказаться не ниже 10-12%, а может достигать и 30%.
Таким образом, интерцепторы могут сказаться полезными для быстроходных маломерных судов на сжатом пневмопотоке, оборудованных стационарным соосным импеллером с учетом дополнительного конструирования силовой тяги его для которого зазор является одним из главных показателей повышения КПД движителя, надежность эксплуатации и увеличить его тяговую характеристику.
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с выявленными аналогами и прототипом показывают, что заявленное маломерное быстроходное судно на сжатом пневмопотоке соответствует критерию «новизна». Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники, т.е. соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень» и пригодно к осуществлению промышленным путем.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где:
на фиг. 1 изображено судно на сжатом пневмопотоке с вырезом узла соосного импеллера в кольцевом насадке, вид сверху;
на фиг. 2 изображено судно на сжатом пневмопотоке с управляемыми интерцепторами, вид сбоку;
на фиг. 3 схематично показан кольцевой насадок с вырезом боковой стенки;
на фиг. 4 схематично показана ниша под днищем корпуса судна с оборудованными управляемыми интерцепторами.
Предлагаемое судно на сжатом пневмопотоке содержит корпус судна 1, соосный импеллер, который вращается с помощью непосредственно вала двигателя внутреннего сгорания 2 или его редуктора, если двигатель расположен вблизи винта. Если двигатель удален от винта, он может быть сообщен через трансмиссию соответствующей конструкции. Соосный импеллер включает в себя основной воздушный винт 3 и дополнительный винт 4, расположенные в специальной нише носовой части судна и закреплен в кольцевом корпусе 5, где движение его происходит в закрытом пространстве.
Кольцевой насадок 6 изнутри скреплен с корпусом 5 через крепежное металлическое кольцо (не показано) цилиндрической формы в виде закладной пластины с отверстием между ними с помощью механического крепежа, например, саморезами с уплотняющими головками (на сегодня эти детали достаточно широко используются в строительстве, благодаря их надежности и прочности с высоким качеством изготовления).
В полости замкнутого кольцевого замкнутого корпуса 5 закрепляют изнутри вокруг соосного импеллера кольцевой насадок 6 (КН) в виде спрямляющего приспособления, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру замкнутого корпус 5, закрепленный с помощью механическим крепежом, например, саморезми или винтами, пропущенными через металлическое кольцо уплотнения (не показано), т.е. в виде закладной круглой пластины с отверстием. Этот кольцевой насадок 6 по внутреннему диаметру имеет срывообразующие продольно-ориентированные прямые канавки 7 вокруг соосного импеллера и направлены они в сторону сопла 8 с образованием зазора 9 (щели), из которого под давлением и вращением основного винта 3 и концы лопастей, часть воздуха под давлением поступает в канавки 7, ограниченные толщиной стенками кольцевой насадки 6. Над концами лопастей основного винта 3 и дополнительного" винта 4, вращающихся противоположно (вправо и влево) относительно друг друга, находящихся на одной оси вращения с редуктором (не показан) образован зазор 9, не превышающий 0,3-0,5% диаметра воздушного винта 3 и 4, т.е. исключена вероятность касания концов лопастей скоростью вращающегося с большой скоростью винта 3 и винта 4 внутри кольцевого насадка 6 скрепленного в замкнутом кольцевом корпусе 5, испытывающего в процессе работы соосного импеллера на разных вращающихся оборотах различные давления воздуха, деформации устройства на жесткой закрепленной оси вращения с редуктором. При этом, создаваемый момент, с образованием зазора 9 и спрямляющего приспособления в виде кольцевого насадка 6 с подольно-ориентированными канавками 7 в сторону узкого сопла 8, разбивают часть вращающегося воздуха (захватывают) по окружности вращения концов лопастей основного винта 3, и сжатый воздух, двигаясь по этим канавкам 7 начинает далее захватываться противоположным вращением (по знаку) спрямляющего винта 4 с помощью концов его лопастей в пределах закрытого корпуса 5 с выходом газового потока через сопло 8, который выходит в сторону переходного пневмоканала 10, далее в расширяющееся плоское днище закрытого с боков пневмоканла 11, куда поступает весь спрямляющий воздушный напорный поток от дополнительного винта 4, и из кольцевой насадки 6. Таким образом, соосный импеллер, изготовленный из дух винтов 3 и 4 противоположно вращающихся относительно Друг друга, испытывают на концах своих лопастей некоторую динамическую и статическую нагрузку, а внутренняя поверхность кольцевого замкнутого корпуса 5 при этом защищена, и отсутствует деформация самого материала, т.е. это защищено кольцевым насадком 6 с формой его выполнения канавок 7, которые разбивают, снимают нагрузку и забирают часть воздушного сжатого вращающегося потока. Кольцевой насадок 6 прикреплен жестко к корпусу 5 и является съемным и взаимозаменяемым для различных форм и глубины канавок 7. Число заходов одноходовых канавок 7 в кольцевом насадке 6 может быть множество по очерченному его внутреннего диаметра внутри замкнутого корпуса 5. Причем это служит для дополнительной стабилизации движения всего воздушного потока, образующегося соосным импеллером, соответственно, увеличиваются тяговые характеристики для малых быстроходных судов, и тем самым улучшает его мореходные качества.
Судно на сжатом пневмопотоке при этом имеет остроскулый обвод спереди корпуса с килеватным коротким реданом 12 с высотой, уменьшающейся до нуля на границе стояночной его ватерлинии.
В комплект судна на сжатом пневмопотоке входит наличие в обоих боков корпуса судна, под днищем его выполненные ниши 13 и 14 выше стояночной ватерлинии автоматическими управляемыми короткими интерцепторами 15 и 16 в виде пластин, выполненными крыловидной формы аэродинамического профиля (вроде по форме с самолетом) с осями 17 и 18 вращения и для управления подъемной силой передней части судна в начальном и промежуточном движение до начала крейсерской скорости. Интерцепторы 15 и 16 могут, выходит из ниши 13 и 14 или располагаться в одной плоскости заподлицо с боковыми скегами, ограждающего пневмоканал 11 (убранное положение) и имеют возможность выдвигаться на угол 90° поворота за счет штанги 19 оси вращения 17 и 18 в нишах 13 и 14 с помощью приводов с тягами (не показано). Ниши 13 и 14 вварены под плоское днище корпуса судна на определенной высоте и не мешают для выхода сжатого воздуха в пневмоканалы 10 и 11, т.е. отсутствует сопротивлением в нем, так как ниша расположена под днищем в верхней части днища корпуса. Не Допуская падания воздуха и воды снизу.
Выдвиг боковых интерцепторов 15 и 16 обеспечивается с помощью аналоговых тяг и исполнительного привода, то есть боковые интерцепторы оба имеют одинаковую конструкцию, одинаковые узлы соединения в нишах, и одинаковую кинематику, обеспечивая их выдвиг выше ватерлинии потока. Форма их выполнения и перпендикулярной к боковой плоскости стенок корпуса судна могут меняться по форме их выдвижения на заданный угол выше стояночной ватерлинии, а кромки их выполнены острыми и обтекаемой формы по длине и ширине, чтобы обеспечить устойчивый срыв встречного воздуха с них. Боковые интерцепторы 15 и 16 могут управляться автоматическими со следящими приводами соответствующего интерцептора и их кинематической связи с управлением экипажа (не показано для упрощения). Следует при этом отметить, что интерцепторы могут включать в себя такие элементы: штоки 19 привода с осями 17 и 18 вращения, ход штока определяет соответствующего Привода, и сила для управления связана с их размерами и выдвига интерцептора и т.п.
Судно на сжатом пневмопотоке, содержащее такие передний (носовой) остроскулый корпус с коротким днищевым килеватым реданом 12 и уменьшающимся до нуля на границе стояночной его ватерлинии, соответственно, передняя часть судна при этом оборудована носовым автоматически управляемым интерцептором 20 (пластиной) с помощью исполнительного привода, шарнирно закрепленного к корпусу судна в опорах (не показано). Управление в некоторой части связано так, как показано с интерцепторами 15 и 16. Следует отметить в целом, что при достижении судном 1 скорости (определяемой по результатам модельных испытаний судна на этапе разработки эскизного проекта судна), при которой интерцепторы становятся эффективными и с их помощью можно создавать судну воздуходинамические подъемные силы, позволяющие управлять угловым положением судна на сжатом пнвмопотоке, включает в основном автоматическую систему управления интерцепторами (САУИ - не показано), или вручную, используя блоки боковых интерцепторов с управлением из ниши до получения глиссирующих скоростей судна, когда они затем убираются заподлицо, поскольку на поверхности их происходит устойчивый срыв потока воздуха за интерцептором (создается мощная каверна)) при скоростном движении судна на сжатом пневмопотоке, даже при движении судна в условиях волнения.
Для обеспечения управляемости судна на сжатом пневмопотоке в концевой части судна закреплены рули аналогично прототипу, между которыми образуется один общий газоводяной реактивный поток симметрично пневмоканала 11 под плоским днищем корпуса с боковыми скегами. Таким образом, движение судна на сжатом пневмопотоке имеет режим старта и маневрирования при разгоне до заданной скорости, когда малые интерцепторы выдвинуты, и движение достигнет крейсерской скорости, тогда боковые интерцепторы убраны в положение заподлицо, а передний (носовой) расположен в одной горизонтальной плоскости с корпусом судна.
Способ работы судна на сжатом пневмопотоке заключается в следующем.
На стоянке это судно опирается на бортовые скеги и плоское днище судна, Под днищем, с боков бортов которого встроены ниши 13 и 14. Для поступательного движения судна в действие приводится основной 3 и дополнительный 4 винты (правый и левый) соосного импеллера. При этом внутренняя полость замкнутого корпуса 5 над соосным импеллером по внутреннему диаметру его снабжена прикрепленным кольцевым насадком через металлическое кольцо (не показано) и прижатием с помощью механического крепежа, например, саморезами или винтами. Внутренние стенки кольцевого насадка 6 выполнены срывообразующими продольно-ориентированными прямыми канавками 7, как минимум с постоянными однозаходными в сторону сопла соосного импеллера, имеющего в своем составе конструктивно два винта 3 и 4 определенного размера с редуктором или через трансмиссию соответствующей конструкции при удалении двигателя от винта соосного импеллера, когда закрученный поток воздуха основным винтом 3, затем выпрямляется в сторону сопла 8 обратным вращением дополнительного винта 4. Поскольку вращательные моменты, создаваемое воздушными винтами соосного импеллера равны, но противоположно по знаку, то после дополнительного винта 4 сжатый потто воздуха выпрямляется, приобретая осевое направление в сторону сопла 8 с переходным участком 10, далее в пневмоканал 11, последний по ширине совпадает с днищем отрытого корпуса судна для сообщения в сторону кормовой части судна.
Сжатый воздух, находящийся в зазоре 9 между кольцевой насадкой 6 и концами лопастей основного винта 3 и дополнительного винта 4 поджимается и входит в продольные прямые канавки 7 по кольцевому ее диаметру, захватывается канавками 7, несколько разгружает давление над верхней кромкой лопастей, и движется в направлении сопл 8 соосного импеллера. Вращение винтов 3 и 4 соосного импеллера на концах лопастей создает определенное разряжение для большого прохода сжатого воздушного потока, обеспечивая положительно дополнительную векторную тягу, необходимую для повышения КПД в работе соосного импеллера, т.е. на выходе из кольцевого зазора 9 сжатый воздух не оказывает негативного явления на саму обшивку внутренней поверхности корпуса 5, так как она прикрыта прикрепленным кольцевым насадком 6 в виде спрямляющего приспособления, где поток проходит с меньшим сопротивлением через канавки 7 прямолинейно от закрученного вращением лопастей винтов 3 и 4, воздух в конце выравнивается по направлению движения, попадая общим потоком в сопло 8, повышая, таким образом, эффективность использования и воздушного потока для создания реактивной тяги и увеличивая коэффициент полезного действия соосного импеллера для судна на сжатом пневмопотоке.
При этом боковые стенки в передней части корпуса судна выше ватерлинии, имея под днищем корпуса закрепленные ниши 13 и 14 с интерцепторами 15 и 16 с реями вращения 17 и 18, обеспечивают данному судну на малой скорости, и до развития большой скорости, изменением интерцептором 15 и 16 выдвигаться до своего максимума, а затем, когда скорость судна достигнет глиссирующей (крейсерской), они убираются до нуля и не создают воздушнодинамические силы, препятствующие указанным изменениям. Таким образом, вначале на малых скоростях движения судна интерцепторы 15 и 16 создают момент дифферентующий глиссирующее судно на корму, и носовая часть корпуса несколько поднимается вверх. Благодаря этим факторам применение интерцепторов при определенных условиях снизит общее сопротивление воды под днищем движению судна на сжатом пневмопотоке.
В переходном к глиссированию режиме, при относительно высоких скоростях, возникает повышенный ходовой дифферент на корму, и как следствие сопротивление воды резко возрастает, что позволяет лучше использовать газоводяной поток под днищем корпуса в сторону реактивной струи и выхода ее в дополнительный канал между рулевыми устройствами (не показано) в кормовой части. При этом снижение сопротивления воды в районе «горба» может составить от 10 до 30%. Когда судно на сжатом пневмпотоке достигнет достаточного глиссирования и идет с малыми углами дифферента, боковые интерцепторы 15 и 16 становятся излишними, и они убираются в ниши 13 и 14 заподлицо од днище корпус судна, а значит, смоченная поверхность Днища уменьшается по длине судна, уменьшается брызгообразование, а в носовой оконечности интерцептор 20 с острой кромкой устанавливают в горизонтальном положении, в результате полностью снижается ими сопротивление.
Очевидно, становится то, что применения выдвижения с регулировкой их для поддержания оптимального ходового дифферента представляется, наиболее, перспективным, и интерцепторы, когда они фиксируются регулировкой с выходом в плавание на малом ходу судна до подъема судна на большой скорости (до крейсерской), т.е. когда тяга воздушного потока, создаваемым соосным импеллером, достигнет больших величин.
Описываемое судно на сжатом пневмопотоке в осуществлении движения предназначен для иллюстрации технических предложений и не ограничивают настоящее изобретение. Любые модификации или эквивалентные замены в рамках принципов, изложенных в настоящем документе, не должны выходить за пределы заявляемого технического решения.
Таким образом, заявляемое техническое решение судна на сжатом пневмопотоке способно передвигаться с высокой скоростью в различных средах, таких как; вода, мелководье, снег и по суше. Совокупность признаков и степень раскрытия изобретения достаточны для его широкой практической реализации при разработке и изготовлений судна на сжатом пневмопотоке среди известных объектов аналогичного назначения при использовании соосных импеллеров для судна на сжатом пневмопотоке с повышенной эффективностью для создания реактивной тяги и увеличения коэффициента полезного действия.