Результат интеллектуальной деятельности: АЭРОСАНИ-АМФИБИЯ

Изобретение относится к области судостроения, касается конструкции глиссирующего судна, предназначенного для перемещения по воде, льду и снегу.

Известны глиссирующие судна, описанные в: SU №№200452, 1025574, 1113301, 1837522, RU №№2096240, 2108259, 2108260, 2131373, 2131822 и др.

Данные глиссирующие судна содержат корпус с килеватым днищем, на котором выполнены поперечный носовой редан и кормовой редан. Раздельное управление под секциями позволяет более надежно компенсировать во время волнения килевую и бортовую качку. Оптимальные величины из соотношения углов килеватости на каждом из реданов для конкретного судна определяют путем модельных испытаний в специальном бассейне для опытов. Увеличение углов килеватости выше положенных верхних значений приводит к снижению гидродинамического качества судна. Форму и размеры плоских смачиваемых участков днища перед кормовым реданом определяют при модельных испытаниях при движении судна в режиме глиссирования. Для обеспечения минимального сопротивления движению судна выдвиги носовых и кормовых интерцепторов или их секций производят в зависимости от скорости хода. Оптимальная зависимость определяется при модельных испытаниях и уточняется при испытаниях натурного судна.

Однако недостатком данных судов является невозможность их эксплуатации в осенне-зимний период, поскольку их обводы не предназначены для скольжения по льду и снегу, что делает эксплуатацию сезонной. Кроме того, судна не предназначены для использования на мелководье и в условиях заросших водоемов, так как водометный движитель и водяные рули в этом случае забиваются (засоряются) илом, растениями, грязью и выводят детали и узлы судна из строя.

Известна амфибия (см. RU №2106280, 1998 г.), имеющая днище корпуса, содержащее неподвижную часть, амортизирующую подвижную часть в виде пластины, закрепленной своим передним поперечным краем на неподвижной части днища и эластичные пневмобаллоны, размещенные между неподвижной и подвижной частями днища корпуса. Пневмобаллоны и подвижная часть днища установлены по всей поверхности неподвижной части днища. При этом подвижная часть днища выполнена гибкой, упругой, из материала со свойствами несмачиваемости и закреплена на неподвижной части продольными краями посредством гибкого соединительного элемента с образованием на продольных краях упругого изгиба. Подвижная часть днища образована набором пластин, имеющих размах, соответствующий ширине днищевой поверхности и установленных внахлест относительно друг друга по всей длине днища. Гибкий соединительный элемент выполнен в виде эластичной ленты, продольно изогнутой и жестко, с натягом, закреплен своими краями на неподвижной части днища. Подвижная часть закреплена на изогнутой поверхности эластичной ленты. Один из краев ленты закреплен с возможностью переналадки на боковой поверхности неподвижной части днища, образуя сопряжение последней с подвижной частью. Данная амфибия имеет кормовую, носовую и бортовые части судна. В кормовой части расположены аэродинамические рули, моторама, двигатель на ней. Винтомоторная установка по ширине вписывается в общие габариты амфибии. Архитектура ограждения винтомоторной установки увязана с кормовой нишей. На судне установлен четырехлопастной винт. На специальных анкерных гайках смонтирована окантовка лобового стекла. Винтомоторная установка выполнена как единый сборочный узел из металлических тонкостенных труб прямоугольного сечения. В центре этого каркаса находится моторная рама, на которой на амортизированных сайлентблоках подвешен двигатель «Буран - авиа». Над двигателем смонтирован пятиручьевой клиноременный редуктор, на валу которого закреплен воздушный винт.

Недостатками данной конструкции является снижение тяги винта из-за архитектуры кормовой части, снижение жесткости корпуса в кормовой части данной амфибии, недостаточная жесткость и устойчивость конструкции моторамы, что опасно при эксплуатации.

Известны аэросани-амфибия, содержащие корпус с некилеватым днищем, кабину, двигатель с воздушным винтом и аэродинамические рули, установленные в кормовой части (см. RU №56520, МПКО, 12-14, 12-06, 2005).

Недостатками данной конструкции является снижение тяги винта из-за архитектуры кормовой части, высокое размещение винтомоторной группы, что при ее существенном весе приводит к недостаточной остойчивости судна, загроможденность кормовой его части и недостаточная жесткость днища, осложняющая выход судна из воды на лед или берег и сход обратно. Все это снижает безопасность эксплуатации и мореходность судна.

Задачей заявляемого изобретения является повышение безопасности эксплуатации, ее эффективности и мореходности судна.

Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в повышении тяги винта, остойчивости судна, упрощении процедуры выхода судна из воды на лед или берег и сход обратно.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что аэросани-амфибия, содержащие корпус с некилеватым днищем, кабину, двигатель с воздушным винтом и аэродинамические рули, установленные в кормовой части, отличаются тем, что воздушный винт смонтирован в передней части корпуса, для чего передняя часть корпуса выполнена в виде уплощенной панели, наклоненной к ватерлинии под острым углом, при этом воздушный винт не выступает над плоскостью панели и сообщен с атмосферой соосным с осью вращения винта приемным каналом и дополнительными каналами, размещенными вокруг приемного канала, причем отводящий канал воздушного винта сообщен с атмосферой выпускным отверстием, размещенным в корме и выполнен с наклоном от носа к корме корпуса, кроме того, полость отводящего канала на участке, примыкающем к воздушному винту, снабжена внутренним кожухом, установленным с зазором с его стенкой, при этом кромка кожуха, ближняя к воздушному винту, составляет подводящий зазор с внутренней поверхностью панели, с возможностью прохода воздуха к винту, причем выпускные отверстия дополнительных каналов открыты в зазор между кожухом и стенкой отводящего канала, кроме того, аэродинамические рули установлены в сечении выпускного отверстия отводящего канала, кроме того, днище по всей длине снабжено продольно ориентированными гофрами. Кроме того, приемный канал снабжен съемной крышкой, выполненной с возможностью дистанционного открывания - закрывания.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «…воздушный винт смонтирован в передней части корпуса…» позволяет повысить тягу воздушного винта, снизить высоту размещения винтомоторной группы (что приводит к повышению остойчивости судна), устранить загроможденность кормовой части судна.

Признак «….передняя часть корпуса выполнена в виде уплощенной панели, наклоненной к ватерлинии под острым углом…» позволяет снизить лобовое сопротивление корпуса судна, упрощает «вписывание» в нее воздушного винта и снизить его габариты по высоте, за счет размещения в плоскости наклонной к горизонту.

Признак «…воздушный винт не выступает над плоскостью панели…» убирает винт от прямого воздействия водных масс.

Признаки, указывающие, что винт «сообщен с атмосферой соосным с осью вращения винта приемным каналом и дополнительными каналами, размещенными вокруг приемного канала», обеспечивают возможность отвода воздуха с передней части корпуса и его подвода к воздушному винту, при этом обеспечивается сохранение этой функции и при перекрытии приемного канала, когда волнение на море вынуждает это сделать.

Признак, указывающий, что «отводящий канал воздушного винта сообщен с атмосферой выпускным отверстием, размещенным в корме», обеспечивает формирование воздушной струи, толкающей судно.

Признак, указывающий, что отводящий канал воздушного винта «выполнен с наклоном от носа к корме корпуса», обеспечивает удаление самотеком воды, попавшей в отводящий канал.

Признаки, указывающие, что «полость отводящего канала на участке, примыкающем к воздушному винту, снабжена внутренним кожухом, установленным с зазором с его стенкой, при этом кромка кожуха, ближняя к воздушному винту, составляет подводящий зазор с внутренней поверхностью панели с возможностью прохода воздуха к винту», исключают контакт винта с водой, может быть захваченной воздухом, поступившим через дополнительные каналы.

Признак, указывающий, что «выпускные отверстия дополнительных каналов открыты в зазор между кожухом и стенкой отводящего канала», позволяет «сбросить» воду, может быть захваченную воздухом, поступившим через дополнительные каналы в зазор кожуха со стенкой отводящего канала.

Признак, указывающий, что «аэродинамические рули установлены в сечении выпускного отверстия отводящего канала», обеспечивает высокую эффективность рулей.

Признак, указывающий, что «днище по всей длине снабжено продольно ориентированными гофрами», обеспечивает повышение жесткости днища, упрощающей выход судна из воды на лед или берег и сход обратно. Кроме того, наличие желобов между гофрами-выступами повышает «сцепление» днища с поверхностью воды, что способствует повышению остойчивости при резких маневрах судна.

Признак, указывающий, что приемный канал снабжен крышкой, позволяет при необходимости защитить винт от прямого воздействия водных масс.

Изобретение поясняется чертежами, где показаны: на фиг. 1 - вид сбоку; на фиг. 2 - вид сверху; на фиг. 3 - вид спереди; на фиг. 4 - показан разрез по приемному каналу и верхнему участку отводящего канала. На чертежах показаны аэросани-амфибия, содержащие корпус 1 с некилеватым днищем 2, кабину 3, двигатель 4 с воздушным винтом 5, аэродинамические рули 6, кормовая 7 и передняя 8 части корпуса 1, уплощенная панель 9, ось вращения 10 воздушного винта 5, приемный канал 11, крышка 12, дополнительные каналы 13, отводящий канал 14 с выпускным отверстием 15, внутренний кожух 16, зазор 17, кромка 18 кожуха 16, ближняя к воздушному винту 5, ее зазор 19 с плоскостью панели 9, выпускные отверстия 20 дополнительных каналов 13, продольно ориентированные гофры 21, моторама 22.

Корпус 1 представляет собой плоскодонную стеклопластиковую лодку (т.е. с некилеватым днищем), с кабиной 3, например, на шесть пассажирских сидений, багажным отсеком (300 кг груза при движении по воде с увеличением грузоподъемности до 700 кг при движении по твердым и переходным средам), а также кормовым отсеком под топливные баки и аккумулятор (на чертежах не показаны). Днище 2 по всей длине снабжено продольно ориентированными гофрами 21. Использование пластика на днище 2 улучшает скольжение по снегу и льду и делает днище 2 не примерзающим ко льду при любых температурах.

Винтомоторная установка состоит из двухтактного двигателя 4 воздушного охлаждения, например «Ротакс 503» (производства Австрии) мощностью 50 л.с. или «Ротакс 582» мощностью 64 л.с. с воздушным винтом 5. Возможен двигатель воздушного охлаждения «Hirth F30ES» (производства Германии) мощностью 102 л.с. Топливо - автомобильный бензин, например АИ-92 в смеси с маслом 50:1. Управление лодкой втомобильного типа (руль, педаль газа) с тросовой проводкой к аэродинамическим рулям. В комплект устройства входит приборное оборудование, якорь, весла и т.п. Двигатель 4 закреплен на сварной мотораме 22, размещенной в передней 8 части корпуса 1, снабженной кольцом ограждения винта 5, образующим приемный канал 11 воздушного винта 5. Винт может быть непосредственно надет на вал двигателя 4 или его редуктор (на чертежах не показан), если двигатель размещен вблизи винта. Если двигатель удален от винта, он может быть сообщен с ним через трансмиссию соответствующей конструкции.

Моторама 22 изнутри скреплена с корпусом 1 и уплощенной панелью 9, наклоненной к ватерлинии под острым углом. При этом воздушный винт 5 не выступает над плоскостью панели 9 и сообщен с атмосферой соосным с осью вращения 10 винта 5 приемным каналом 11, снабженным крышкой, и дополнительными каналами 13, размещенными вокруг приемного канала 11. Аэродинамические рули 6 установлены в кормовой части 7 судна, в выпускном отверстии 15 отводящего канала 14, причем отводящий канал 14 воздушного винта 5 выполнен с наклоном до 2-4° от носа к корме корпуса. Полость отводящего канала 14 на участке, примыкающем к воздушному винту, снабжена внутренним кожухом 16, установленным с зазором 17 с его стенкой, при этом кромка 18 кожуха 16, ближняя к воздушному винту 5, составляет подводящий зазор 19 с внутренней поверхностью панели 9, с возможностью прохода воздуха к винту 5.

Причем выпускные отверстия дополнительных каналов 13 открыты в зазор 17 между кожухом 16 и стенкой отводящего канала 14. Их поперечное сечение в сумме должно быть не менее поперечного сечения приемного канала 11.

Аэродинамические рули 6 выполнены известным образом, в виде плоскостей, установленных на поворотных валах с возможностью поворота вокруг вертикальных осей (на чертежах не показаны), и размещены в сечении выпускного отверстия 15 отводящего канала 14.

Аэросани-амфибия работают следующим образом.

При движении по воде в условиях небольшой волны (когда крышка 12 не перекрывает приемный канал 11), при вращении воздушного винта 5 воздух забирается перед носовой частью корпуса (уменьшая плотность "воздушной подушки" перед ней) и выбрасывается через выпускное отверстие 15 отводящего канала 14, толкая судно вперед. При этом одновременно воздух засасывается через дополнительные каналы 13 в зазор 17 (за счет эжектирующего эффекта, создаваемого движением воздушного потока, проходящего через кожух 17), что также способствует созданию разрежения перед судном и повышению плотности выбрасываемой воздушной струи.

Для выполнения поворотов судна отклоняют аэродинамические рули 6 на требуемый угол, при этом продольно ориентированные гофры 21 повышают сцепление судна с водной поверхностью, обеспечивая эффект сходный с эффектом откренивания внутрь циркуляции, исключающего переворачивание судна во внешнюю сторону циркуляции (большая часть современных судов с плоским днищем при выполнении разворота не гарантируют устойчивость судна при осуществлении виража из-за отсутствия выполнения требуемого угла крена внутрь циркуляции). При полном отклонении рулей (на угол, порядка 90°) амфибия разворачивается на месте (радиус виража - 0).

При повышенном уровне волнения, когда существует опасность прямого удара волн по воздушному винту 5, приемный канал 11 перекрывают крышкой 12, при этом весь объем воздуха поступает к воздушному винту 5 через дополнительные каналы 13 и зазор 19. При этом вода, если такая попала вместе с воздухом, остается в зазоре 17, из которого вытекает в отводящий канал 14 и самотеком уходит в море.

Судно свободно передвигается по снегу любой плотности, льду, отмелям и перекатам, не снижая скорости переходит из воды на лед. В силу особенностей конструкции, перечисленных в сущности заявляемого технического решения, амфибия дает выигрыш в скорости и топливной экономичности до 25% по сравнению с мотолодками и снегоходами равной мощности и веса, к тому же может использоваться круглый год, в том числе при ледоходе и ледоставе, когда использование других транспортных средств практически невозможно.

Амфибия способна преодолеть любое препятствие высотой до 0,5 м независимо от того, лежачее бревно это или крупный камень.

В отличие от прототипа, возрастание величины тяги в заявленной полезной модели достигает 15-20%.