Высокоскоростное судно

Высокоскоростное судно

Реферат

 

Изобретение относится к судостроению и касается создания высокоскоростных судов с роторно-цилиндровыми двигателями, использующих аэродинамическую и гидродинамическую подъемные силы. Судно имеет корпус с подводными крыльями и аэродинамической подъемной силой. Судно снабжено отсеками для машинного отделения, камбуза, грузов, экипажа, рубкой управления, баком с топливом, двигателем и гребным винтом. Вал гребного винта закреплен на стойках под днищем корпуса. Под днищем закреплен на подвижных полых стойках роторно-цилиндровый гидравлический, или пневматический, или паровой, или газовоздушный, или электрический двигатель. Этот двигатель предназначен для привода вала гребного винта с использованием энергоносителя от двигателя, размещенного в корпусе. Подводные крылья образуют пространственную ферму. Корпус судна может быть выполнен многоугольной, круглой, подковообразной, эллипсообразной сплошной или разрезной формы в плане и крыла самолета в продольном разрезе. Корпус судна может иметь съемное днище, колодец с иллюминаторами, осветительную арматуру. Корпус может быть снабжен грузоподъемными механизмами для подъема и опускания съемного днища, грузов, инвентаря, шлюпок, якоря с утяжелителем, тралов, захватов или защитных сеток. Технический результат реализации изобретения заключается в сокращении удельных расходов топлива на транспортировку грузов, материалоемкости, трудоемкости изготовления судна и его эксплуатации, в увеличении скорости и повышении безопасности плавания. 2 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к судам и двигателям для судов, летательных аппаратов, других транспортных средств. Большинство предлагаемых изобретений объединяет применение нового роторно-цилиндрового двигателя/ей (РЦД) в судах, где оказалось возможным органично использовать отдельные элементы РЦД в качестве конструктивных и силовых элементов судов. Эти сочетания позволяют получить положительные эффекты в виде снижения удельных расходов топлива, трудоемкости, материалоемкости изготовления и эксплуатации судов и двигателей.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания лопаточного типа по патенту РФ N 2028476. Этот двигатель с ротором диаметром 120 мм, длиной 100 мм при частоте вращения 6000 об/мин, массе 12 кг имел мощность 24 кВт, то есть 0.5 кг/кВт мощности, что в 2-8 раз легче и компактнее поршневых д.в.с., которые применяются в судовых двигательных установках. По удельным материалоемкости, мощности и коэффициенту полезного действия это лучше, чем у поршневых двигателей внутреннего сгорания, которые имеют эффективный КПД 30-42% (См. Г. Н. Алексеев "Общая теплотехника" Москва, Издательство "Высшая школа", 1980 г. , стр.477). Применяемые в судовых двигательных установках газотурбинные двигатели имеют полный КПД примерно 27-35%. Известны роторно-цилиндровые двигатели (РЦД) непрерывного сжигания топлива по заявкам автора NN 99105589 (патент РФ N2143078), 99111244 (патент РФ N2143570), 99118497, которые позволяют снизить токсичность продуктов сгорания и повысить КПД до 45-48% при одной (РЦ) газовоздушной машине и довести КПД до 70-83% при использовании в комплексе двигателя дополнительно РЦ парогазовой и РЦ паровой расширительных машин. Двигатель, содержащий торцовые крышки, подшипники и по крайней мере один цилиндрический ротор с ребрами в цилиндрическом корпусе с уплотнителями в виде цилиндрических тел вращения, в дальнешем описании назван роторно-цилиндровым (РЦД).

Прототипом предлагаемого изобретения является высокоскоростное судно-гибрид по патенту США N 5503100, В 63 В 1/24. Недостатки судна-прототипа - повышенный удельный расход топлива, высокие удельная материалоемкость и трудоемкость изготовления, незначительные максимальная грузоподъемность и скорость в пути, невозможность плавания при среднем волнении моря. Для плавания в открытом море на большие расстояния и при значительном волнении моря требуются экономичные и более скоростные суда. Указанные недостатки устранены в предлагаемом высокоскоростном судне на подводных крыльях.

Задача изобретения направлена на сокращение удельных расхода топлива на транспортировку грузов, материалоемкости, трудоемкости изготовления высокоскоростных судов и их эксплуатации, увеличение скорости и повышение безопасности плавания.

Задача изобретения достигается выполнением: 1. высокоскоростного судна, содержащего обладающий аэродинамической подъемной силой корпус с подводными крыльями, отсеки для машинного отделения, камбуза, грузов, экипажа, рубку управления, бак с топливом, двигатель и гребной винт, вал которого закреплен на стойках под днищем упомянутого корпуса, снабженным закрепленными под днищем на подвижных полых стойках роторно-цилиндровым гидравлическим, или пневматическим, или паровым, или газовоздушным двигателем или электрическим двигателем, предназначенным для привода вала упомянутого гребного винта, с использованием энергоносителя от двигателя, который размещен в упомянутом корпусе, снабженном подводными крыльями, образующими пространственную ферму; 2. высокоскоростного судна по п.1 с упомянутым корпусом, выполненным многоугольной, круглой, подковообразной, эллипсообразной сплошной или разрезной формы в плане и крыла самолета в разрезе; 3. высокоскоростного судна по п.1 с упомянутым корпусом, снабженным съемным днищем, колодцем с иллюминаторами, осветительной арматурой, грузоподъемными механизмами для подъема и опускания упомянутого съемного днища, грузов, инвентаря, шлюпок, якоря с утяжелителем, тралов, захватов или защитных сеток; 4. высокоскоростного судна по п. 1, 2, 3, снабженного двигателем по крайней мере с одной роторно-цилиндровой воздухонагнетательной машиной и одной газовоздушной расширительной машиной, соединенной с электрическим генератором или роторно-цилиндровым гидравлическим или пневматическим нагнетателем; 5. высокоскоростного судна по п.1, 2, 3, снабженного поршневым двигателем внутреннего сгорания, электрогенератором или роторно-цилиндровым, лопастным, турбинным, шестеренчатым или центробежным нагнетателем и по крайней мере одним электрическим двигателем с гребным винтом или роторно-цилиндровым, и/или лопастным, и/или турбинным гидравлическим или пневматическим двигателем с гребным винтом; 6. высокоскоростного судна по п.1, 2, 3, снабженного пневматическим двигателем с гребным винтом, обтекателем со сферической накладкой, образующей кольцевую щель для выпуска сжатого воздуха, газотурбинным двигателем, который выполнен так, что часть воздуха под давлением после турбокомпрессора упомянутого газотурбинного двигателя предназначена для подачи в упомянутый пневматический двигатель с гребным винтом, а продукты сгорания из газотурбинной расширительной машины предназначены для окончательного расширения в упомянутой газовоздушной машине; 7. высокоскоростного судна по п. 1, 2, 3, снабженного ядернотурбинным двигателем с электрогенератором в упомянутом корпусе и установленными под днищем упомянутого корпуса на поворотных стойках электродвигателями с гребными винтами.

Роторно-цилиндровый (РЦ) двигатель может применяться в качестве нагнетателя, вакуум-насоса текучей среды, пневмо- и гидродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, различных расширительных машин. Может изготавливаться одно- или многосекционным, с общим и раздельными валами. Возможны разные варианты комплектации и компоновки двигателя/ей и двигательных установок из предложенных РЦД внутреннего сгорания, пневмо- и гидронагнетателей, пневмо- и гидродвигателей в зависимости от назначения и условий эксплуатации.

В связи с тем, что большинство предлагаемых изобретений объединяет применение РЦ двигателя/ей в высокоскоростных судах, описание изобретения составлено в последовательности, позволяющей понять устройство, работу и преимущества РЦД, одновременное использование технологических элементов двигателей в качестве силовых и конструктивных элементов высокоскоростных судов.

Схематично показано: на фиг.1 - технологическая схема РЦД с тремя цилиндрическими корпусами, роторами и уплотнительными элементами; на фиг.2 - поперечный разрез цилиндрического корпуса РЦ газовоздушной расширительной машины двигателя; на фиг.3 - продольный разрез РЦ двигателя с тремя цилиндрическими корпусами; на фиг.4 - фрагмент поперечного разреза цилиндрических корпуса и ротора РЦД с предохранительным клапаном и ограничителем подачи топлива; на фиг.5 - узел А на фиг.3; на фиг.6 - фрагмент сечения ребра цилиндрического ротора по I-I на фиг.4; на фиг.7 - в продольном разрезе высокоскоростное судно с корпусом-крылом на подводных крыльях; на фиг.8 - то же, вид спереди; на фиг.9 - то же, в разрезе фрагмент днища с размещенной в колодце поворотной стойкой и двигателем с гребным винтом; фиг.10 - в разрезе узел А на фиг.7; на фиг.11 - то же, в разрезе фрагмент днища с колодцем и опущенным якорем; на фиг.12 - то же, в разрезе фрагмент пневматического РЦ двигателя в оболочке с накладкой; на фиг.13 - то же, в плане схема реверсивного привода множества РЦ двигателей судна; на фиг.14 - в продольном разрезе высокоскоростное судно с подводными крыльями, большими колодцем, грузоподъемным механизмом, рабочими органами; на фиг.15 - то же, вид снизу на высокоскоростное судно с множеством двигателей и подводных крыльев; на фиг.16 - вид сверху на высокоскоростное судно с разрезным корпусом-крылом, балкой и грузоподъемным механизмом; на фиг.17 - в разрезе высокоскоростное судно на подводных крыльях маломерное или спортивное с одним РЦ двигателем, размещенным в корпусе, и одним РЦ двигателем, снабженным гребным винтом на поворотной стойке; на фиг. 18 - то же, вид спереди.

Размещенный в упомянутом корпусе судна РЦ двигатель (фиг.1-7, 17), может содержать первый цилиндрический корпус 1.1 с патрубками для каналов ввода топлива (стрелка М) или топливовоздушной смеси (стрелка М) и вывода продуктов сгорания (стрелка Г, эксцентрично размещенный в упомянутом корпусе 1.1 па валу 11 первый цилиндрический ротор 4.1, торцовые крышки 2.1 и 2.2 с опорными подшипниками 3.1, в которых установлен вал 11, уплотнения 1.15 и уплотнители 5. Он может быть снабжен только одним первым 1.1 или первым 1.1, вторым 1.2 и третьим 1.3 цилиндрическими корпусами, соответственно только первым 4.1 или первым 4.1, вторым 4.2 и третьим 4.3 полыми цилиндрическими роторами, опорными 3.1 и упорными 3.2 подшипниками, по крайней мере одним винтом 6.1, который установлен на упомянутом валу 11, соответственно одним или двумя, тремя предохранительными клапанами 7, ограничителями 8 подачи топлива, каждый из которых имеет заслонку 8.2, расположенную в одном из упомянутых каналов ввода топлива или топливовоздушной смеси и управляемую рычагом 8.4 подачи топлива, и сильфоны 8.5 и 8.6, связанные между собой подвижным штоком 8.3, который соединен с пружиной 8.7. Причем первый 4.1, второй 4.2 и третий 4.3 упомянутые роторы выполнены с ребрами и полыми с рубашками охлаждения 4.4, 4.5, 4.6, размещены эксцентрично соответственно в упомянутых первом 1.1, втором 1.2 и третьем 1.3 цилиндрических корпусах. Упомянутые уплотнители 5 выполнены в виде цилиндрических тел вращения. РЦД предназначен для преобразования энергии топлива в энергию вращающегося вала и местного производства энергоносителя. РЦ двигатель (фиг.1, 2) может быть снабжен трубой-оболочкой, которая имеет входной конический патрубок 25.1 и выходной теплоизолированный конический патрубок 25.2, часть которого перфорирована, кольцевой камерой, которая соединена с патрубком вывода продуктов сгорания. На упомянутом валу 11 могут быть установлены передний 6.1, а при небходимости и задний 6.2 воздушные винты, при этом передний воздушный винт 6.1 размещен в указанном входном коническом патрубке 25.1, задний воздушный винт размещен в указанном выходном коническом патрубке 25.2, перфорированная часть которого охвачена упомянутой кольцевой камерой. РЦД с оболочкой и винтами 6.1 и 6.2 может одновременно использоваться для привода вала нагнетателя, электрогенератора, а также для отопления и вентиляции, кондиционирования воздуха на судне.

РЦД (фиг. 1, 2, 3) может быть снабжен одной РЦ воздухонагнетательной машиной 1.3, по крайней мере одной РЦ газовоздушной расширительной машиной 1.1, одной РЦ парогазовой расширительной машиной 21, по крайней мере одной РЦ паровой расширительной машиной 16, каждая из которых имеет индивидуальный вал с воздушным винтом 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 и/или электрогенератором 22 и 16.1, и промежуточным теплообменником-радиатором 14, 17, 20, 23. На упомянутом полом валу 11 могут быть установлены передний воздушный винт 6.1 и при необходимости задний воздушный винт 6.2 и/или электрогенераторы 16.1 и 22. При этом упомянутая РЦ парогазовая расширительная машина 21 предназначена для использования парогазовой смеси, нагреваемой теплом от упомянутых первого 1.1 и второго 1.2 цилиндрических корпусов и роторов 4.1 и 4.2, а РЦ паровая расширительная машина 16 предназначена для использования пара, образующегося в упомянутом промежуточном теплообменнике 14 от тепла высокотемпературного теплоносителя, предназначенного для охлаждения упомянутых корпусов газовоздушных машин 1.1 и 1.2 и воздухонагнетательной машины 1.3. Он предназначен для более полного использования тепла топлива, может одновременно использоваться для отопления и вентиляции, кондиционирования воздуха, выработки электроэнергии на судне, привода нескольких нагнетателей энергоносителей.

РЦ двигатель (фиг.2) может быть снабжен оребренными радиаторами 20, 17 и 23 для охлаждения рабочих тел из упомянутых РЦ газовоздушной 1.1, РЦ паровой 16 и РЦ парогазовой 21 расширительных машин, редуктором с валом отбора мощности, который размещен между упомянутым передним воздушным винтом 6.1 и упомянутым цилиндрическим корпусом, при этом по крайней мере часть упомянутых оребренных радиаторов 17, 20, 23 установлены перед упомянутым передним воздушным винтом 6.1. Вал отбора мощности может использоваться для привода лебедок, других механизмов.

Размещенный в корпусе судна 31 РЦ двигатель (фиг.1-7) может быть снабжен по крайней мере одной РЦ воздухонагнетательной машиной 1.3, по крайней мере одной РЦ газовоздушной расширительной машиной 1.1, а также одной РЦ парогазовой 21 расширительной машиной и по крайней мере одной РЦ паровой 16 расширительной машиной и промежуточным теплообменником 14. Причем упомянутые воздухонагнетательная 1.3, газовоздушная 1.1, парогазовая 21 и паровая 16 расширительные машины могут быть снабжены каналами 16.2 и 16.4 ввода пара третьего рабочего тела и 21.1 и 21.2 ввода парогазовой смеси, а каналы для ввода соответственно воздуха 1.5-1 и 1.5-2, топлива 1.4-1 и 1.4-2 или топливовоздушной смеси 1.4-1 и 1.4-2 и воды 1.9-1 и 1.9-2 для охлаждения изнутри каждого цилиндрического корпуса и ротора, которые зеркально размещены по отношению к плоскости, проходящей через центры О1 и О2 упомянутых цилиндрических корпусов 1.1 и 1.2, и 1.3 и цилиндрических роторов 4.1, 4.2 и 4.3. Это позволяет изменять направление вращения валов РЦ двигателей.

Размещенный в корпусе 31 судна РЦ двигатель (фиг.1-7, 13) может быть снабжен одной РЦ воздухонагнетательной машиной 1.3, по крайней мере одной РЦ газовоздушной 1.1 расширительной машиной, одной РЦ парогазовой 21 и одной или двумя РЦ паровыми 16 расширительными машинами с с общим или индивидуальными валами, электрическим/ми генератором/ами 16.1 или РЦ гидравлическим или пневматическим нагнетателем/ями 67.3 и промежуточным теплообменником 14 для высокотемпературного теплоносителя. Упомянутый полый вал 11 выполнен с одним воздушным винтом 6.1, при этом упомянутая парогазовая 21 расширительная машина предназначена для использования парогазовой смеси, нагреваемой от тепла корпуса 1.1 и ротора 4.1 упомянутой РЦ газовоздушной 1.1 расширительной машины, а упомянутая РЦ паровая 16 машина предназначена для использования пара, который образуется в упомянутом промежуточном теплообменнике 14 от тепла высокотемпературного теплоносителя, полученного при охлаждении корпусов упомянутых газовоздушных 1.1 и 1.2 расширительных машин и воздухонагнетательной 1.3 машины. Валы упомянутых РЦ газовоздушных 1.1 и РЦ парогазовых 21 и РЦ паровых 16 расширительных машин соединены с валами упомянутых РЦ гидравлических или пневматических нагнетателей 67.3 муфтами сцепления 29 или электротрансблоками 29. Электротрансблок (ж. За рулем, 9/98, патент РФ N 2143570) - это комплексное устройство, содержащее автоматическую муфту сцепления, стартовый электродвигатель и генератор электрического тока. Помимо основного назначения такой РЦД может использоваться также для выработки на судне электроэнергии.

Ограничители 8 подачи топлива имеются во всех или отдельных расширительных машинах РЦ двигателя. Каждый из них (фиг.4) состоит из системы "сопло 8.1-заслонка 8.2" или "клапан 8.2-седло 8.8", управляемой рычагом 8.4 подачи топлива и сильфонами 8.5 и 8.6, связанными между собой подвижным штоком 8.3, соединенным с пружиной 8.7. Для регулировки положения упорных подшипников 3.2 и создания торцовых опор вал 11 снабжен гайками 3.3 и контргайками 3.4. Топливная система состоит из насоса 13, бака 13.1, редукционного клапана 13.2, электромагнитного клапана 30, топливопроводов 13.4, 13.5 и 13.6, воздухопроводов 13.7 и 13.8. Ограничитель 8 подачи топлива и предохранительный клапан 7 подсоединены к корпусу через канал 1.16. Подача топлива (стрелка М) осуществляется в канал 1.4 или 1.4-1 сжатого воздуха (стрелка Л) в канал 1.5, отвод продуктов сгорания (стрелка Г) через канал 1.6. Цилиндрические корпуса 1.1, 1.2, 1.3 и роторы 4.1, 4.2, 43 снабжены рубашками охлаждения. Охлаждающая цилиндрические корпуса 1.1, 1.2 и 1.3 жидкость или промежуточный теплоноситель, например высокотемпературный органический теплоноситель (ВОТ), под давлением насоса 9 подается в рубашку охлаждения через канал 1.7 (стрелка Т), выводится нагретым из канала 1.8. Вода (стрелка В) для охлаждения изнутри цилиндрических корпусов 1.1 и 1.2 под давлением насоса 10 подастся в канал 1.9-1, а образовавшийся пар и часть газов (парогазовая смесь-стрелка ПГ) под давлением отводится из канала 1.10-1 в расширительную парогазовую машину 21. Жидкость, охлаждающая изнутри промежуточные стенки 1.11 и 1.12, роторы 4.1, 4.2 и 4.3, торцовые крышки 2.1 и 2.2, например тасол (стрелка С), под давлением постороннего насоса проходит по каналам 1.13 и выходит по каналам 1.14. Параллельно, по полому валу 11 с перегородками, она циркулирует через полости роторов 4.1, 4.2 и 4.3, а также полости торцовых крышек 2.1 и 2.2. Вход в полости торцовых крышек через каналы 2.3 и 2.4, выход по каналам 2.5 и 2.6. Выход жидкости из полостей роторов осуществляется по каналу 2.6 или специальное устройство на валу 11 в охладитель и/или систему отопления салона к циркуляционному насосу и обратно (условно не показано). Размеры и форма подводящих и отводящих каналов и охлаждающих полостей 4.4, 4.5, 4.6 внутри валов, роторов, промежуточных стенок 1.11 и 1.12, корпусов 1.1, 1.2 и 1.3 (фиг.4), виды антифризов, ВОТ могут быть различными, определяются и уточняются расчетами, конструктивными соображениями, испытаниями. Ребра роторов 4.1, 4.2 и 4.3 для охлаждения могут быть снабжены каналами 4.7, 4.8 (фиг.6). Герметизация соединения вала 11 и роторов 4.1, 4.2 и 4.3 (фиг.5) может осуществляться с помощью термостойких паст и/или уплотнительных колец, дисков 12. Цилиндрические уплотнительные элементы 5 могут быть сплошными или полыми с закрытыми торцами. Элементы 5, диски 12, роторы 4.1, 4.2 и 4.3 могут быть изготовлены из металла, в том числе монокристаллического, углерод- углеродного композиционного материала или термостойкой керамики (карбид кремния, окись циркония и других). В зависимости от технико-экономических требований РЦ двигатель может изготавливаться в разной комплектации, в частности с одним или несколькими РЦ нагнетателями воздуха 1.3, с одной или несколькими РЦ газовоздушными 1.2, 1.1, РЦ парогазовыми 21 и РЦ паровыми 16 расширительными машинами (фиг.1, 3). В последнем варианте двигатель имеет промежуточные стенки 1.11 и 1.12 с подшипниками 3.1, уплотнительными кольцами 1.15. РЦ двигатели могут иметь общий вал 11 и несколько корпусов и роторов (фиг.3) или каждая машина может иметь собственный вал, корпус, ротор, уплотнители, рубашки охлаждения. РЦ двигатели могут проектироваться со свечами накаливания в корпусе, торцовой крышке или предусматривать давления топлива и воздуха, достаточные для самовоспламенения топливовоздушной смеси внутри корпуса. РЦ нагнетатели (насосы) для подачи под давлением в газовоздушные расширительные машины газа или жидкого топлива 13 (керосина, дизельного топлива, бензина, бензола, лигроина, газолина, газойля, сырой нефти, мазута), воды 10, теплоносителя 9 (ВОТ), тасола могут встраиваться в двигатель на общий вал 11 с промежуточными стенками или могут устанавливаться отдельно и иметь привод от вала 11 или от посторонних источников. Каждый из них может быть выполнен роторно-цилиндровым, то есть состоящим из цилиндрического корпуса с торцовыми крышками 2.1 и 2.2, опорными 3.1 и упорными 3.2 подшипниками, эксцентрично размещенным в корпусе сплошными или полыми цилиндрическим оребренным ротором с рубашкой охлаждения, уплотнителями 5 в виде цилиндрических тел вращения.

Входной патрубок 25.1 (фиг. 1) РЦ двигателя может иметь несколько напорных воздухоотводов 32 и 33 для подачи части холодного воздуха под давлением к радиаторам 17, 20 и 23, в воздушную подушку, аварийный надувной трап, в салон и к другим потребителям. Жидкости, охлаждающие роторы и корпуса, воздухоотводы части горячих газов, могут использоваться на отопление салона, подогрев пищи, нужды других потребителей транспортного средства. Двигатель/и также может комплектоваться известными коробками передач, муфтами сцепления, стартовыми электродвигателями, электрогенераторами, электротрансблоками.

РЦ двигатель в различной комплектации, в том числе в составе двигательных установок, может найти применение также в других известных судах. Однако наибольшее сокращение удельного расхода топлива на транспортировку грузов водным путем может быть достигнуто при его применении в сочетании с новыми высокоскоростными судами, в которых одни и те же конструктивные элементы двигателя/ей и судов одновременно выполняют различные функции, чем и обеспечивается положительный эффект нововведений. Это достигается, в частности, при выполнении высокоскоростного судна в следующих вариантах.

1. Высокоскоростное судно (фиг. 7-18) содержит обладающий аэродинамической подъемной силой корпус 31 с подводными крыльями 38.1..38.4, отсеки для машинного отделения 60.1, камбуза 60.3, грузов 60.6, экипажа 60.5, рубку управления 60.7, бак с топливом 31.15, двигатель и гребной винт, вал которого закреплен на стойках под днищем 31.10 упомянутого корпуса.

Оно снабжено закрепленными под днищем 31.10 на подвижных (поворотных) полых стойках 38.5 РЦ гидравлическим или пневматическим или паровым или РЦ газовоздушным двигателем/ями 68.1. ..68.3 или электрическим двигателем/ями 68.1. ..68.3, предназначенным для привода вала/ов упомянутого/ых гребного/ых винта/ов, с использованием энергоносителя от двигателя/ей внутреннего сгорания, который размещен в упомянутом корпусе 31, снабженном подводными крыльями 38.1...38.4 и 38.11, образующими пространственную ферму.

2. Высокоскоростное судно по п.1 снабжено упомянутым корпусом 31, выполненным многоугольной, круглой, подковообразной, эллипсообразной сплошной или разрезной формы в плане (фиг.15, 16) и крыла самолета в разрезе (фиг.7, 14, 17).

3. Высокоскоростное судно (фиг.14, 15) по п.1 снабжено упомянутым корпусом 31 со съемным днищем 31.36, колодцем 31.25 с иллюминаторами 31.22, осветительной арматурой 31.37, грузоподъемными механизмами 31.38 для подъема и опускания упомянутого съемного днища 31.36, грузов, инвентаря, шлюпок, якоря 31.26 с утяжелителем 31.40, тралов 31.33, захватов 31.34 или защитных сеток 31.35.

4. Высокоскоростное судно по п.1, 2, 3 (фиг.1-8, 14-16) снабжено размещенным в упомянутом корпусе 31 судна двигателем по крайней мере с одной РЦ воздухонагнетательной машиной 13, одной РЦ газовоздушной расширительной машиной 1.1, электрическим/ми генератором/ами 16.1 или РЦ гидравлическим или пневматическим нагнетателем/ями 67.3.

РЦ двигатель может доукомплектовываться также одной или несколькими РЦ парогазовой 21 и РЦ паровой 16 расширительными машинами и промежуточным теплообменником 14 для высокотемпературного теплоносителя, при этом упомянутая парогазовая 21 расширительная машина предназначена для использования парогазовой смеси, нагреваемой от тепла корпуса 1.1 и ротора 4.1 упомянутой газовоздушной 1.1 расширительной машины, а упомянутая паровая 16 машина предназначена для использования пара, который образуется в упомянутом промежуточном теплообменнике 14 от тепла высокотемпературного теплоносителя, полученного при охлаждении корпусов упомянутых газовоздушных 1.1 и 1.2 расширительных машин и воздухонагнетательной 1.3 машины, валы упомянутых газовоздушных 1.1, парогазовых 21 и паровых 16 расширительных машин соединены с валами упомянутых роторно-цилиндровых гидравлических или пневматических нагнетателей 67.3 муфтами сцепления 29 или электротрансблоками 29. Двигатель предназначен для более полного использования тепла топлива, помимо основного назначения может использоваться для отопления и вентиляции, кондиционирования воздуха, выработки электроэнергии на судне, обеспечения ею сторонних потребителей.

5. Высокоскоростное судно по п.1, 2, 3 (фиг.2, 7-10, 13-18) снабжено размещенным в упомянутом корпусе 31 судна поршневым двигателем внутреннего сгорания, электрогенератором 22 или 16.1, либо РЦ, лопастным, турбинным, шестеренчатым или центробежным нагнетателем 67.3, электродвигателем 68.1 с гребным винтом либо роторно-цилиндровым/и, лопастным/и, турбинным/и гидравлическим/и или пневматическим/и двигателем/ями 68.1 с гребным/и винтом/ами.

6. Высокоскоростное судно по п.1, 2, 3 (фиг.1-9, 12-16) снабжено размещенным в упомянутом корпусе 31 судна газотурбинным и роторно-цилиндровым двигателем/ями с пневматическим двигателем 68.1 с гребным винтом, обтекателем 38.14 со сферической накладкой 38.12, образующей кольцевую щель для выпуска сжатого воздуха, при этом газотурбинный двигатель выполнен так, что часть воздуха под давлением после турбокомпрессора упомянутого газотурбинного двигателя предназначена для подачи в упомянутый пневматический двигатель 68.1 с гребным винтом, а продукты сгорания из газотурбинной расширительной машины предназначены для окончательного расширения в упомянутой газовоздушной машине 1.1.

7. Высокоскоростное судно по п.1, 2, 3 (фиг.7-10, 14-16) снабжено размещенным в упомянутом корпусе 31 судна ядернотурбинным двигателем с электрогенератором в упомянутом корпусе 31 и установленными под днищем 31.10 упомянутого корпуса на поворотных стойках 38.5 электродвигателями 68.1 с гребными винтами.

Высокоскоростное судно по п.1, 2, 3 может быть снабжено размещенным в упомянутом корпусе 31 судна РЦ двигателем (фиг.1-9, 14-18) с одной РЦ воздухонагнетательной машиной 13, по крайней мере одной РЦ газовоздушной расширительной машиной 1.1, одной РЦ парогазовой 21 расширительной машиной и по крайней мере одной РЦ паровой 16 расширительной машиной и промежуточным теплообменником 14. Причем упомянутые воздухонагнетательная 1.3, газовоздушная 1.1, парогазовая 21 и паровая 16 расширительные машины снабжены каналами 16.2 и 16.4 ввода пара третьего рабочего тела и 21.1 и 21.2 ввода парогазовой смеси, а каналы для ввода соответственно воздуха 1.5-1 и 1.5-2, топлива 1.4-1 и 1.4-2 или топливовоздушной смеси 1.4-1 и 1.4-2 и воды 1.9-1 и 1.9-2 для охлаждения изнутри каждого цилиндрического корпуса и ротора, которые зеркально размещены по отношению к плоскости, проходящей через центры О1 и О2 упомянутых цилиндрических корпусов 1.1, 1.2 и 1.3 и цилиндрических роторов 4.1, 4.2 и 4.3. Это позволяет изменять направление вращения гребных винтов и судна без изменения направления вращения размещенных в упомянутом корпусе 31 двигателей.

Роторно-цилиндровые одна газовоздушная 1.1 или две 1.1 и 1.2, паровая 16 и парогазовая 21 расширительные машины обеспечивают высокий (до 70-80%) КПД РЦ двигателя, минимальный удельный расход топлива. Корпус-крыло 31 обтекаемой формы с аэродинамическим качеством обладает большой удельной подъемной силой и обеспечивает минимальное аэродинамическое сопротивление судну при высокой скорости движения. Подводные крылья 38.1 и 38.11 с малым удельным гидравлическим сопротивлением и большой удельной подъемной силой обеспечивают многократное снижение гидравлического сопротивления корпусу-крылу 31 судна. Роторно-цилиндровые, лопастные, турбинные или электрические двигатели 68.1 с гребными винтами на поворотных стойках 38.5 с гидроцилиндрами 39.1 позволяют быстро поднимать корпус-крыло 31 судна из воды и одновременно набирать высокую скорость. В крейсерском режиме, после выхода корпуса-крыла 31 из воды и достижения необходимой скорости, стойки 38.5 гидроцилиндрами 39.1 возвращаются в исходное, например вертикальное, положение. При этом в отличие от известных судов на подводных крыльях с наклонно расположенным валом гребного винта обеспечивается максимальная путевая тяга двигателей 68.1 с гребными винтами, валы которых размещены параллельно уровню воды.

Для использования корпуса-крыла 31 судна в качестве поплавка с возможностью поддержания судна на заданном уровне независимо от загруженности оно может быть снабжено неподвижными боковыми стенками 31.30 и подвижными торцовыми стенками 31.31 (фиг.7, 10) с надувными уплотнителями 39.5. В походном положении торцовые стенки 31.31 гидроцилиндрами 39.4 поднимаются и входят в ниши днища 31.10 после выпуска воздуха из надувных уплотнителей 39.5. Перед разгрузкой судна гидроцилиндрами 39.4 торцовые стенки 31.31 опускаются вниз, надуваются эластичные уплотнители 39.5 и под днище 31.10 судна от любого РЦ нагнетателя воздуха 1.3 (фиг. 1, 2, 3, 7, 13, 14) подают сжатый воздух. При этом давлением воздуха под днищем регулируют уровень судна относительно причала при разгрузке и погрузке.

В корпусе-крыле 31 могут быть закреплены сменные платформы для размещения и крепления контейнеров, других грузов. Такие высокоскоростные суда могут сократить время доставки пассажиров, грузов, удельный расход топлива, повысить безопасность плавания. При разработке проекта судна следует учитывать, что в отдельных районах Мирового Океана высота волн во время шторма достигает 10-15 метров. Количество, форма, размеры подводных крыльев 38.1 и 38.11, стоек 38.10, глубина их погружения определяются расчетами для каждого конкретного типа судов отдельно с учетом назначения и проектируемых условий эксплуатации. Расчетная глубина погружения подводных крыльев 38.1 и 38.11 и стоек 38.10 должна обеспечивать в крейсерском режиме движения судна, при максимально допустимом расчетном волнении моря, нахождение крыльев 38.1 под водой без трения днища 31.10 о воду (фиг.17). Подводные крылья 38.1 и 38.11, опорные стойки 38.10 объединены в пространственную ферму (фиг.7, 8), которая состоит из обладающих гидродинамической подъемной силой выпуклых нижних пластин 38.1 и выпуклых наклонных связывающих пластин 38.11. Нецелесообразно, но в отдельных случаях в ферме можно предусматривать вертикальные стойки 38.10, не обладающие гидродинамической подъемной силой. Подвижные полые стойки 38.5 с двигателями 68.1 и гребными винтами имеют возможность поворота и изменения вектора тяги в двух плоскостях (фиг.10). Часть или все стойки 38.5, 38.6, 38.7, 38.8, 38.9 и другие с двигателями 68.1 и гребными винтами могут быть закреплены на кольцевых упорных подшипниках, шарнирах и соединены с гидроцилиндрами 39.1 и 39.2. В маломерных судах вместо гидроцилиндров 39.1 и 39.2 может применяться ручной рычажно-тросовый привод (фиг. 17). Коммуникации к двигателю 68.1 и от него вмонтированы в полую стойку 38.5. Нагнетатели энергоносителей 67.3 роторно-цилиндровых, поршневых, электрических, газотурбинных и других двигателей могут быть соединены последовательно или последовательно и параллельно (фиг. 13). Общий нагнетательный трубопровод 70.1 от нагнетателей 67.3 энергоносителей всех расширительных машин двигателя позволяет выровнять давление и тягу двигателей 68.1 с гребными винтами. Напорные трубопроводы 70.1 к каждому двигателю 68.1 снабжены клапанами 70.2 и 70.3, перекрывающими напорные каналы к двигателям с гребными винтами, что позволяет уменьшать или прекращать тягу одного или группы двигателей 68.1 и за счет этого поворачивать судно в нужном направлении. Они позволяют вращать гребные винты любого двигателя 68.1 в нужную сторону независимо от других (фиг. 13) и дают возможность поворачивать судно почти на одном месте, двигаться задним ходом без буксира. Это очень большое преимущество для эксплуатации судов в тесных гаванях и портах с причалами.

Количество РЦ двигателей, состоящих каждый из РЦ газовоздушной одной 1.1 или двух 1.1 и 1.2 расширительных машин, РЦ парогазовой 21 и РЦ паровой 16 расширительных машин, соединенных с ними нагнетателей энергоносителей 67.3, РЦ или других 68.1 двигателей с гребными винтами не ограничено и зависит от размера, водоизмещения, проектируемой скорости, назначения и условий эксплуатации судна. РЦ или другие двигатели 68.1 могут устанавливаться рядами, в шахматном или ином порядке (фиг.7, 8, 13, 15) в зависимости от конструкции каждого конкретного судна. Они могут быть гидравлическими, пневматическими, паровыми, газовоздушными. Вместо РЦ двигателей 68.1 на стойках 38.5, 38.6, 38.7, 38.8, 38.9 могут быть установлены герметичные электродвигатели 68.1 с гребными винтами. Для игрушечных, модельных и малых судов электропитание электродвигателей 68.1 с гребными винтами может быть от электробатареек, аккумуляторов, дизельных и других автономных электрогенераторов. Для обеспечения электродвигателей 68.1 судов с большим водоизмещением в машинном отсеке 60.1 судна может быть установлен компактный энергоблок теплоэлектростанции с КПД 60-80% по заявке автора на выдачу патента РФ N 99111244 (патент РФ N 2143570) от 3 июня 1999 г.

Гидроцилиндры 39.1, 39.2 предназначены для поворота полых стоек 38.5 с двигателями 68.1 и гребными винтами в двух плоскостях с целью изменения направления вектора тяги гребного винта при выводе судна из воды или при повороте. Ими могут быть снабжены не все, а только часть стоек. Остальные стойки 38.5, 38.6, 38.7, 38.8, 38.9 крепятся к корпусу 31 жестко. Количество стоек 38.5, соединенных с гидроцилиндрами 39.1 и 39.2, углы их поворота определяются расчетами. В днище 31.10 для размещения стоек 38.5 предусматриваются расширяющиеся вниз колодцы 31.29. Днище 31.10, боковые стенки 31.11 и 31.30, внутренние продольные и поперечные фермы-перегородки 31.12, стойки 31.13, верхняя поверхность 31.14 корпуса-крыла высокоскоростного судна могут быть использованы в качестве силовых элементов корпуса-крыла 31 и одновременно для другого функционального назначения, например теплообменников 14, радиаторов 17 и 23 двигателя/ей, стенок топливных, водяных, пищевых и прочих баков 31.15, стоек 31.13 и полок многоярусных стеллажей 31.17 для размещения грузов, например контейнеров, чемоданов, ящиков. Часть из емкостей 31.15, например для низкокипящих жидкостей-топлив может быть снабжена гидрозатвором/ами в виде U-образной трубки с двумя расширительными элементами.

Заполненные незамерзающей жидкостью гидрозатворы 31.16 позволяют при рабочих температурах избежать появления в емкостях 31.15 избыточного давления и разрежения выше предельно допустимых. Корпус-крыло 31 имеет каркас из множества продольных и поперечных, при необходимости цилиндрических (фиг.7, 14, 15), ферм-перегородок 31.12, герметичных воздушных мешков, обладает высокой прочностью, жесткостью, надежностью, плавучестью, безопасностью, непотопляемостью, малой удельной материалоемкостью конструкции. Для придания судну дополнительной остойчивости при высоком уровне волн в центре тяжести судна устанавливается грузоподъемный механизм 31.38, например тельфер или лебедка, на тросу 31.39 которой через колодец 31.29 опускается якорь 31.26. Якорь может быть снабжен дополнительным утяжелителем 31.40, например свинцовым.

Высокоскоростное судно до разработки и широкого внедрения РЦД внутреннего сгорания может быть выполнено с поршневым двигателем внутреннего сгорания, электротрансблоком 29 или с известными муфтами сцепления, стартовыми двигателями и электрогенераторами, РЦ нагнетателем 67.3 энергоносителя, который содержит цилиндрический корпус с торцовыми крышками 2.1 и 2.2, подшипниками 3.1 и 3.2, эксцентрично размещенный в корпусе цилиндрический оребренный ротор 4.1 с уплотнителями 5 в виде цилиндрических тел вращения и лопастными, или турбинными, или роторно-цилиндровыми двигателями 68.1 с гребными винтами.

Предлагаемое выполнение судна позволит начать проектирование и строительство новых высокоскор