Устройство создания упора между водой и судном повышенной маневренности

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к судостроению скоростных судов, особенно катеров и малотоннажных судов.

Уровень техники

Изобретение (по «Способу создания упора между водой и судном повышенной маневренности» № 2646005, опубл. 28.02.2018) относится к судостроению скоростных судов, особенно катеров и малотоннажных судов.

Изменение сопротивления движению судов по поверхности воды при увеличении скорости возрастает по квадратичной и даже кубичной зависимости и является проблемой при создании высокоскоростных плавательных средств. Для решения этой проблемы при изготовлении днища судна используют специальные материалы и обработку, способствующие снижению силы трения судна о воду; используют способ и устройство создания конструкций днища оптимальной формы, принудительную подачу воздушной прослойки между днищем и поверхностью воды; установку транспортерной ленты и, как минимум, два барабана под днищем судна.

Известен патент на изобретение РФ № 2514964, опубл. 10.05.2014, содержащий правый и левый борт корпуса, палубу, носовую часть, которая выполнена в виде бульба. Известен патент США № 5819677, опубликованный 13.10.1998г. по созданию носового бульба. Известен «Реданный катер с водометным движителем» патент на изобретение РФ № 2519303, опубл. 10.06.2014, содержащий корпус с остроскулыми обводами, транцевой кормой и килевым днищем, в котором выполнен поперечный редан.

Недостатком этих решений являются значительные потери на трение, существенное гидродинамическое сопротивление и плохие условия обтекаемости судна.

Известны патенты Великобритании №1173335, опубл. 10.12.1969; Франции №1510301, опубл.19.01.1968, содержащие вентиляторы для создания воздушной подушки.

Известен «Способ создания упора судна на воздушной подушке и судно для его осуществления» (W02013100778A1, опубл.04.07.2013), который основан на том, упор судна производится в капле воздушно-водяной аэрозоли (созданной компрессором, расположенным на судне со специальными каналами) летящей над водой посредством сжатого воздуха, выходящего из воздушной подушки.

Недостатком данного исполнения является то, что упор производится в капле воды, летящей над водой посредством сжатого воздуха, выходящего из воздушной подушки, при больших потерях энергии на трение скольжения воздушной подушки и частей транспортного средства о воду. Кроме того, необходима установка создания сжатого воздуха, брызгообразующая установка, отвод части воздушного потока от винта при формировании воздушной подушки.

Известны патенты и заявки: Китая CN 101704402 А от 12.05.2010; CN 102211654 А от 13.10.2011; Японии JР 2002316694 от 29.10.2002; Европы ЕР 2189368 А1 от 26.05.2010; США № 6.116.176 от12.09.2000; где упор судна о воду осуществляется через движущуюся относительно судна транспортерную ленту, которая стремится к неподвижному состоянию относительно поверхности воды.

Недостатком этих решений является неэффективное управления судном при существенном снижении трения при касании нижней части ленты поверхности воды. Потеря маневренности судна отрицательно сказывается на эксплуатационных показателях.

Известно также «Устройство снижения трения о воду» WO 2004037636 (А1) от 06.05.2004, выбранное в качестве прототипа, содержащее в различных вариантах: транспортерную ленту, имеющую как минимум два барабана под днищем судна; на ферме с рейкой крепления к корпусу судна, амортизаторами и приводом вращения через коническую передачу на один барабан; два транспортера по обе стороны судна, расположенные симметрично относительно продольной оси судна; в том числе и транспортерные ленты с поперечными планками для повышения сопротивления при рабочем приводе ленты и т.п.

Недостатком исполнения данного устройства является малая маневренность и отсутствие эффективного способа изменения режимов движения, особенно при глиссирующем режиме, так как усилие взаимодействия судна с поверхностью воды сведено к минимуму. Также недостатком является значительные перемещения судна при малом трении скольжения и, вследствие этого, недостаточная эффективность маневрирования при движении судна.

Раскрытие изобретения

В основу заявленного устройства создания упора между водой и судном повышенной маневренности положена задача при снижении потерь на трение скольжения, создать максимальную эффективность маневрирования при движении судна.

Техническим результатом, достигаемым в предлагаемом устройстве является исключение трения скольжения поверхности судна о поверхность воды при изменении направления движения.

При этом трение скольжения судна о поверхность воды заменяется трением качения поверхности транспортера. Работа сил трения скольжения используется для эффективности совершения маневра за счет изменения направления реакции воды о развернутую поверхность ленты транспортера.

Предлагаемое устройство повышает использование энергии при движении судна на повышенных скоростях по прямой, при разгоне и торможении, и при изменении направления движения.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство создания упора между водой и судном повышенной маневренности использует два транспортера, в которых нижние части ленты могут быть неподвижными относительно поверхности воды, причем согласно изобретению упор между водой и судном осуществляется с помощью двух транспортеров с независимым изменением их положения относительно судна и кинематики движения.

Опорная часть каждой из двух частей ленты выполнена на своей раме с возможностью независимо изменять свое положение в пространстве относительно корпуса и кинематику движения.

Независимое положение каждой ленты в пространстве определяет силовое взаимодействие на судно через реакции ленты о воду и изменяет закономерность движения судна при организации эффективного маневрирования судна.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается от известного тем, что независимое изменение положения рамы с лентой в пространстве позволяет использовать модуль и направление усилия поверхности воды на нижнюю часть ленты при совершении маневра судна на поверхности воды, а также торможении и ускорении движения судна с сокращением потерь на трение скольжения.

Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию «Новизна».

Известны технические решения, где имеются специально установленные поверхности, способствующие совершению заданных маневров судна. Применение заявляемого устройства для улучшения маневрирования судна соответствует критерию «Промышленная применимость».

Эффективность предлагаемого устройства повышения маневренности судна достигается принципиально новыми возможностями регулирования интенсивности выполнения маневра, изменения величины и направления силы взаимодействия с водой при минимальных потерях подведенной энергии что обусловлено способностью изменять положение поверхностей ленты в пространстве.

Организация действия на судно реакции воды через поверхности лент в различных направлениях соответствует потребности маневрирования при больших скоростях движения, особенно в режиме глиссирования.

Авторами впервые предложено устройство изменения положения в пространстве опорных лент и кинематики движения, обеспечивающих действие на судно сил, различных по модулю и направлению при выполнении маневра, что соответствуют критерию «Изобретательский уровень».

Кроме этого, взаимодействие воды с лентой, движущей на подшипниках качения существенно сокращает потери на трение скольжения при изменении характера движения судна; сокращает расходы энергии движения, особенно при больших скоростях и глиссировании.

Заявленное устройство создания упора между водой и судном повышенной маневренности отличается от прототипа тем, что за счет изменения в пространстве подвижных лент упора и кинематики движения, сохранения их взаимодействия с водой обеспечиваются повышенная маневренность судна, особенно на больших скоростях движения и минимальные потери подведенной энергии.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема устройства судна с упорами, вид спереди.

На фиг. 2 представлена схема устройства судна с упорами, вид сбоку.

На фиг. 3 представлена схема устройства судна с упорами, вид сверху.

На фиг. 4 представлена схема кронштейна подвески (поз. 5, 3) жесткого крепления к корпусу судна.

Осуществление изобретения

Признаки, отличающие заявленное устройство от прототипа, поясняются с помощью схемы устройства судна с упорами, представленной на фиг. 1-3 и схемой подвески жесткого крепления к корпусу судна, представленной на фиг. 4.

Устройство содержит корпус 1 судна; правый транспортер 2; регулируемую переднюю подвеску 3; регулируемую правую заднюю подвеску 4; регулируемую внутреннюю правую, жестко соединенную с корпусом судна, переднюю подвеску 5; регулируемую подвеску 6; упорную правую часть ленты 7; регулируемую внутреннюю левую, жестко соединенную с корпусом судна, переднюю подвеску 8; регулируемую внутреннюю левую заднюю подвеску 9; левый транспортер 10; наружную левую подвеску 11; наружную левую заднюю подвеску 12; упорную левую часть ленты 13; жесткий кронштейн 14; цилиндр 15; опорную поверхность поршня 16; шток 17; нижнюю опорную поверхность 18; верхний узел 19 кардана поворота; нижний узел 20 кардана поворота; узел крепления рамы 21 транспортера; правый поперечный цилиндр 22 подвески; кронштейн задний 23; левый поперечный цилиндр 24 подвески; левый наружный узел 25 подвески; правый наружный узел 26 подвески.

Работает устройство следующим образом. В начале движения корпус 1 судна погружен в воду; для выхода в скоростной режим передние регулируемые подвески (поз. 3, 5, 8, 11 фиг. 3) укорачиваются; поверхности 7 и 13 нижней части ленты транспортеров (поз. 2, 10 фиг. 3) изменяют угол наклона, поворачиваясь относительно оси у' и способствуют ускоренному подъему корпуса 1 судна; могут одновременно удлиняться задние подвески (поз. 4, 6, 9, 12 фиг. 3) и дополнительно поворачивают транспортеры (поз. 2, 10 фиг. 3) относительно оси у, активизируя подъем; при повороте налево две внутренние подвески (поз. 5, 6 фиг. 3) удлиняются и правый транспортер (поз. 2 фиг. 1) поворачивается относительно оси х' и создает дополнительное сопротивление заносу судна (можно активизировать сопротивление заносу поворотом левого транспортера (поз. 10 фиг. 1, 3)); при повороте в другую сторону удлиняются внутренние подвески (поз. 8, 9 фиг. 3) и поворачивается правый транспортер 10 (одновременно можно использовать левый транспортер 2); для экстренного торможения опускается передняя часть левого транспортера 10 и правого транспортера 2 (удлиняются подвески (поз. 3, 5, 8, 11 фиг. 3) и могут одновременно укорачиваться подвески (поз. 4, 6, 9, 12 фиг. 3).

Передача усилия движения от судна транспортерам и усилие торможения от транспортеров судну при сферическом движении транспортеров относительно точки судна осуществляется через подвеску 5 (фиг. 1) правого транспортера 2 (фиг. 1) и подвеску 8 (фиг. 1) левого транспортера 10 (фиг. 1).

Транспортеры 2 и 10 (фиг. 1, 3) способны совершать сферическое движение относительно корпуса 1 судна. Для фиксации оси транспортеров параллельно движению относительно судна, в задней его части установлен кронштейн (поз. 23 фиг. 4). Правый цилиндр (поз. 22 фиг. 3) перемещает заднюю часть правого транспортера (поз. 2 фиг. 3), а левый цилиндр (поз. 24 фиг. 3) перемещает заднюю часть левого транспортера (поз. 10 фиг. 3) и обеспечивают заданное положение транспортеров (поз. 2, 10 фиг. 3) относительно корпуса (поз. 1 фиг. 1, 2).

Необходимым и достаточным для регулировки положения транспортеров относительно корпуса являются три регулируемые подвески на каждом транспортере при одной неподвижной точке на корпусе судна.

Такое «Устройство создания упора между водой и судном повышенной маневренности» не обнаружено в существующих технических решениях упора судна. «Устройство создания упора между водой и судном повышенной маневренности» целесообразно применять при использовании судна на больших скоростях для улучшения маневренности, особенно при скольжении судна по поверхности воды.

Рассмотренное устройство создает условия эксплуатации судна с минимальными потерями на трение скольжения и использование трения качения при выполнении различных режимов движения.

Увеличение реактивных сил воды при выполнении маневров, траектория движения судна будет изменяться более эффективно. Использование движущихся лент в различных положениях транспортеров оптимизирует технико-экономические показатели эксплуатации судна. Кроме этого в приводе вращения лент транспортеров может использоваться дифференциал движения лент по криволинейным траекториям.