Гидроаэродинамический движитель, принцип аэроглиссирования на воде

Гидроаэродинамический движитель, принцип аэроглиссирования на воде

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области водного транспорта, непосредственно к судовым движителям и способам движения судна на воде.

Изобретение содержит два независимых пункта:

1. Принцип аэроглиссирования на водной поверхности и

2. Гидроаэродинамический движитель, позволяющий это осуществить. Принцип аэроглиссирования на водной поверхности заключается в создании под днищем судна динамической воздушной подушки, направленные потоки воздуха которой создают под днищем судна движущую и подъемную силу, позволяющей катеру глиссировать над поверхностью воды.

Это достигается с помощью особой конструкции нового движителя судна, где воздух нагнетается под днище катера (судна) по направляющим воздуховодам, которые образованы днищевыми крыльями и днищем катера.

Известны и применяются на практике Суда на Воздушной Подушке. Это как и военные десантные СВП, так и коммерческие пассажирские СВП, выпускаемые в Англии фирмой «Hovercraft». Описание этого класса судов можно найти в следующей литературе:

- Бенуа Ю.Ю., Корсаков В.М. «Суда на воздушной подушке»:Судпромгиз 1962 г.

- Летунов B.C. «Суда на воздушной подушке»: «Морской транспорт» 1963 г.

- Колызаев Б.А., Корсуков А.И., Литвиненко В.А. «Справочник по проектированию судов с динамическими принципами поддержания».

Там нагнетаемый под днище воздух используется для создания статической воздушной подушки, которая только поднимает корпус судна из воды. В качестве движителя используется воздушный винт (пропеллер). Данная конструкция требует, как минимум, два двигателя (винта), для двух различных задач: подъем и движение. При этом создание воздушной подушки, подъем и вывешивание судна над водой требует больших энергозатрат, а также лишает судно сцепления с поверхностью и управляемости. А упор движущего винта в воздухе гораздо менее эффективен, чем его же упор на более плотную поверхность - воду.

Решая задачи устранения данных недостатков, автор пришел к выводу, что можно отказаться от движущего винта, а вместо статической воздушной подушки использовать динамическую, направленную противоположно вектору движения судна.

Принцип аэроглиссирования на водной поверхности базируется на известном эффекте воздушной подушки под корпусом судна, создаваемой обычно в замкнутом с четырех сторон гибком ограждении. Но в отличие от классической статической воздушной подушки в аэроглиссировании применена динамическая воздушная подушка, создаваемая между жесткими боковыми бортовыми ножами (подобно скеговым воздушным подушкам) и ограниченная спереди носовым обтекателем с реданом. Сзади ограждение воздушной подушки отсутствует и направленные днищевыми крыльями потоки воздуха получают упор на воду. Днищевые воздуховоды переменного сечения распределяют выбрасываемые воздушные потоки равномерно под всей площадью днища судна. Здесь используется два эффекта воздушных потоков: один движущий - реактивный, при выбрасывании воздушных потоков в воду, второй - подъемный, возникающий по мере разгона судна на днищевых крыльях движителя.

Эффект аэроглиссирования достигается на определенной скорости судна (пороговой) по мере выхода корпуса судна из воды. То есть при переходе из водоизмещающего режима движения на глиссирующий (подобно плоскодонным глиссерам). Но в отличие от поверхностного глиссирования (описанного в «Справочнике по катерам, лодкам и моторам», Новак Г.М., Судостроение, 1982 г.) аэроглиссирование использует кроме поверхностного скольжения днищевых крыльев (подобно днищевым реданам) еще и подъемную силу, возникающую при прохождении воздушных потоков между днищевыми крыльями, водой и днищем, что позволяет судну глиссировать (лететь) над поверхностью воды (Фиг. 5). Судно однако сохраняет при этом контакт с водной поверхностью боковыми (килевым) ножами и расположенными на их концах рулями, что обеспечивает управляемость судна при движении. Позволяет развивать высокую скорость движения судна над поверхностью воды, так как имеет минимум площади контакта корпуса и движителя судна с водой, без рассеивания воздушных потоков, без образования брызг и волны.

Для получения эффекта аэроглиссирования разработан новый движитель, названный автором «Гидроаэродинамическим». Аналогов в просмотренных базах данных и специальной литературе не найдено. Движитель содержит в себе аэродвигатель с нагнетателем воздуха, днищевые направляющие крылья - они же подъемные аэродинамические, а также бортовые и килевой ножи, с установленными на них рулями. Гидроаэродинамический движитель представляет собой особую конструкцию днища катера (судна), состоящую из бортовых (возможна и килевая) продольных щек (ножей), между которыми располагаются днищевые направляющие крылья, и носового обтекателя с реданом. Рабочим телом движителя является воздух, нагнетаемый воздушным винтом или барабаном (или турбиной), расположенным в носовом обтекателе судна, и выбрасываемый через направляющие крылья в воду под днищем катера. Направленные потоки воздуха создают упор на воду, образуя движущую и подъемную силу. Бортовые и килевые ножи остаются в контакте с водой, что удерживает динамическую воздушную подушку непосредственно под днищем, обеспечивает сцепление с поверхностью воды и предотвращает боковые сносы судна при движении. А кормовые рули, установленные на концах ножей, обеспечивают управление судном при движении.

Для торможения судна и обеспечения заднего хода на малых ходах, первое днищевое направляющее крыло, расположенное сразу за реданом носового обтекателя, выполнено поворотным. При развороте крыла на 90 градусов весь поток воздуха заворачивается и выбрасывается перед реданом носового обтекателя, а корма судна проседает в воду, что быстро гасит скорость и останавливает ход судна. На малых ходах, когда днищевые крылья погружены в воду, разворот крыла и выброс всего воздушного потока перед носовым обтекателем обеспечивает задний ход судна. Также регулирование угла поворота крыла при глиссировании позволяет изменять дифферент судна при движении с различной нагрузкой относительно миделя.

На чертеже (Фиг. 1) схематично показан боковой вид корпуса судна с Гидроаэродинамическим движителем, где килевой и боковые ножи (1) являются вертикальным продолжением киля и бортов судна и представляют собой несущий остов для крепления днищевых крыльев (2, 3). Впереди основного водонепроницаемого корпуса (4) крепится носовой обтекатель (5) с реданом (6), где располагается воздушный нагнетатель (7). Пространство между основным корпусом и обтекателем, а далее и днищевыми крыльями, служит воздуховодом (8) для подачи и формирования воздушных потоков под днищем судна. За транцем основного корпуса (9), на концах продольных ножей установлены поворотные рули (10) для управления судном на ходу. Первое днищевое крыло (2) выполнено поворотным с углом поворота 90° и приводится в действие рычагом (11) с фиксирующим механизмом.

На чертежах изображены соответственно:

Фиг. 2 - вид сверху,

Фиг. 3 - вид спереди и

Фиг. 4 - вид сзади.

На чертеже Фиг. 5 изображено положение корпуса судна на ходу при глиссировании, относительно поверхности воды.

В совокупности с корпусом новый движитель как неотъемлемая его часть образуют новый тип судна, предназначенный для нового способа движения по воде - аэроглиссирования. Что позволяет судну практически лететь над водой, однако сохраняя при этом контакт с водной поверхностью, что обеспечивает управляемость судна при движении. Позволяет развивать высокую скорость судна над поверхностью воды, без рассеивания воздушных потоков, без образования брызг (т.к. имеет обводы корпуса подобно «морские сани») и волны (т.к не имеет в воде вытесняемых объемов).

Технический результат:

- Сокращение в два раза количества используемых нагнетателей (винтов), по сравнению с судами на воздушной подушке, так как один нагнетатель используется для движения и подъема судна;

- Сохранение контакта с водной поверхностью, что обеспечивает управляемость судна при движении;

- Обеспечение эффективного торможения для остановки судна;

- Обеспечение заднего хода судна на малых ходах;

- Позволяет развивать большую скорость движения судна над поверхностью воды, по сравнению с обычными глиссирующими судами, так как имеет минимум площади контакта корпуса и движителя судна с водой;

- Позволяет эффективно использовать мощность привода движителя без рассеивания воздушных потоков, без образования брызг, и волны.

Такая конструкция днища судна, помимо всего прочего, также обеспечивает надежную защиту основного (водонепроницаемого) корпуса на высоких скоростях от повреждения при наезде на полузатопленные и плавающие предметы, мели, отмели и косы.

Данная конструкция Гидроаэродинамического движителя осуществима на стадии проектирования и изготовления корпуса судна, предназначенного для нового типа движения по воде - аэроглиссирования.

При установке на транец такого судна подвесного мотора с подводным винтовым движителем оно может использоваться как обыкновенный глиссер, где днищевые крылья будут работать как днищевые реданы с подсосом воздуха, что тоже улучшает и облегчает выход судна на глиссирование.

1. Способ аэроглиссирования на водной поверхности, отличающийся тем, что здесь применяется динамическая воздушная подушка, образующаяся при нагнетании воздуха под днище судна по направляющим воздуховодам переменного сечения, где выбрасываемые воздушные потоки равномерно распределяются под всей площадью днища судна и создают движущую и подъемную силу для глиссирования судна над поверхностью воды, при этом используется два создаваемых эффекта воздушных потоков: один движущий - реактивный, при выбрасывании воздушных потоков в воду, второй - подъемный, возникающий на днищевых крыльях по мере разгона судна, до выхода корпуса из воды, при этом судно во время движения имеет в воде минимальные вытесняемые объемы корпуса и движителя, только в виде бортовых и килевого ножей.

2. Гидроаэродинамический движитель, состоящий из особой конструкции днища судна, включающий в себя носовой обтекатель с реданом, бортовые и килевые продольные ножи, между которыми располагаются днищевые направляющие крылья, где рабочим телом является воздух, нагнетаемый воздушным винтом, барабаном или турбиной, расположенным в носовом обтекателе судна, и выбрасываемый через направляющие крылья в воду под днищем судна, при этом направленные потоки воздуха создают упор на воду, образуя под днищем судна динамическую воздушную подушку, бортовые и килевой ножи опущены ниже закрепленных на них крыльев, оставаясь в контакте с водой при глиссировании, а кормовые рули, установленные на концах ножей, обеспечивают управление судном, при этом первое днищевое направляющее крыло, расположенное сразу за реданом носового обтекателя, выполнено поворотным.