Колёсный амфибийный глиссер

Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано при проектировании, строительстве и эксплуатации амфибийных судов.

Известна конструкция амфибийных судов на воздушной подушке (СВП).

Википедия

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%83%D0%B4%D0%BD%D0%BE_%D0%BD%D0%B0_%D0%B2%D0%BE%D0%B7%D0%B4%D1%83%D1%88%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B5

Недостатки амфибийных СВП:

1. Относительно высокая строительная стоимость и стоимость эксплуатации. Это связано со сложной конструкцией, повышенными расходами на топливо и на обслуживание гибкого ограждения воздушной подушки, которое имеет ограниченный ресурс или рвется при движении по торосам.

2. Низкая отдача по упору воздушного движителя (2-3 кг/кВт подводимой мощности), для компенсации которой требуется повышенная мощность энергетической установки. При движении против ветра, в отличие от судов с водяными движителями, скорость ветра вычитается из скорости судна. Предельный ветер для эксплуатации судов на воздушной подушке 12-15 м/с.

3. Отсутствие контакта с опорной поверхностью делает судно плохо управляемым и небезопасным при движении с большой скоростью.

4. Высокая шумность движителей - воздушных винтов и нагнетателей воздуха в ВП.

Известна конструкция экранопланов - амфибийных судов, использующих при движении динамическую воздушную подушку.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%BD - Википедия. Эти аппараты повторяют все недостатки СВП, связанные с применением воздушных движителей. Кроме того, имея самолетную конструкцию и высокую крейсерскую скорость, экранопланы имеют ряд специфических недостатков.

Недостатки экранопланов:

1. Низкая маневренность. Экраноплан, как и самолет, для изменения направления движения должен создавать центростремительную силу, единственным источником которой является крыло. При высоте полета порядка доли хорды крыла возможные крены очень малы, а радиусы поворотов слишком велики.

2. Управление экранопланом отличается от управления судном или самолетом и требует специфических навыков. Ошибка пилота часто приводит к катастрофе.

3. На старте экраноплана требуется большая тяговооруженность, сравнимая с таковой у транспортного самолета, и соответственно применение дополнительных стартовых двигателей, не задействованных на маршевом режиме (для крупных экранопланов), либо особых стартовых режимов для основных двигателей, что ведет к дополнительному расходу топлива.

4. Одним из серьезных препятствий регулярной эксплуатации экранопланов является то, что трассы их предполагаемых полетов (вдоль рек) очень точно совпадают с зонами максимальной концентрации населения и птиц, которые плохо переносят самолетный шум.

Известна конструкция аэроглиссеров - амфибийных катеров, использующих для глиссирования по воде, снегу и льду днище, обтянутое «чешуей» - полосами листового высокомолекулярного полиэтилена и воздушные винты в качестве движителей. Например аэроглиссер «Патруль»:

https://www.amfibia.ru/garage/snowmobile-4-doors

Преимущества аэроглиссеров:

1. Лучшая управляемость за счет постоянного контакта с опорной поверхностью.

2. Повышенная надежность конструкции днища при движении по шуге и торосам.

Недостатки аэроглиссеров:

1. Низкая отдача по упору воздушного винта.

2. Большой расход топлива на 1 км пути.

3. Высокая шумность мощных двигателей и воздушных винтов.

Целью данного технического решения является повышение эффективности и надежности амфибийного глиссера при работе, как на поверхности воды, так и на твердой поверхности.

1. Указанная цель достигается тем, что амфибийный глиссер, содержащий корпус, приспособленный для скольжения по воде, ледовому и снежному покрытию, энергетическую установку, пост управления, как вариант воздушные крылья, оборудован движительно-рулевым комплексом, состоящим из одного или нескольких амфибийных колесных движителей (АКД), представляющих собой универсальное колесо, включающее внутренний и внешний диск с лопастями по периметру в виде ковшеобразных углублений и имеющее раздельно управляемый привод.

Сущность изобретения «Колесный амфибийный глиссер»

поясняется чертежом, где на

Фиг. 1. КАГ вариант 1, вид сбоку;

Фиг. 2. КАГ вариант 1, вид сверху;

Фиг. 3. КАГ вариант 1, разрез А-А;

Фиг. 4. КАГ вариант 2, вид сбоку;

Фиг. 5. КАГ вариант 2, вид сверху;

Фиг. 6. КАГ вариант 3, продольный разрез;

Фиг. 7. КАГ вариант 3, план палубы;

Фиг. 8. КАГ вариант 3, поперечный разрез.

Колесный амфибийный глиссер (КАГ) - судно или катер, предназначенный для движения по воде в водоизмещающем режиме или режиме глиссирования, а также скольжения по льду и снегу с помощью универсальных гребных колес - Амфибийного колесного движителя (АКГ).

Колесный амфибийный глиссер конструктивно может быть выполнен в трех вариантах:

Вариант 1.

КАГ-1. Амфибийный колесный движитель закрепляется на кормовом транце глиссера.

Вариант 2.

КАГ-2. Амфибийный колесный движитель устанавливается по бортам глиссера.

Вариант 3.

КАГ-3. Колесный амфибийный глиссер имеет крылья воздушной разгрузки с поплавками на их концах, в которых установлены амфибийные колесные движители.

Колесный амфибийный глиссер состоит из глиссирующего корпуса 1, покрытого по днищу и бортам «чешуей» 2 из листового износостойкого упругого материала поверх воздушных баллонов 3, энергетической установки 4, помещений для экипажа и пассажиров 5, как вариант, воздушных крыльев 6, движительно-рулевого комплекса АКД, включающего один или несколько амфибийных колесных движителей 7 с раздельно управляемым приводом 8, подъемно-нагрузочным устройством 9 и бызгоотбойниками 10.

Работа Колесного амфибийного глиссера.

1. Режим движения по воде.

В режиме плавания корпус 1 КАГ будет погружен в воду на осадку, соответствующую водоизмещению. При этом для АКД 7 задается погружение на 25-30% диаметра за счет удифферентовки судна и подъемно-нагрузочного устройства 8. В начале движения при 20-40 об/мин АКД работает в режиме гребного колеса водоизмещающего судна и развивает максимальный упор на единицу мощности (до 20 кг/кВт). Достигнув скорости глиссирования судна 20-30 км/час и числа оборотов 100-200 в мин, АКД вместе с корпусом под действием гидродинамических сил выходит из воды до погружения 5-10% диаметра. С возрастанием скорости, скольжение колеса будет снижаться, а КПД расти. Кроме того, на колесе будет возникать значительная подъемная сила, что даст надежный контакт с поверхностью и снижение сопротивления движению. При максимальной скорости движения судна, АКД будет катиться по воде со скольжением, отбрасывая в каждый момент времени воду двумя - шестью контактирующими с водой черпаковыми лопастями в направлении противоположном движению судна аналогично водометному движителю. Для снижения потерь, за колесом может быть установлен брызгоотбойник 10 в виде крыла, который крепится к корпусу судна. Для многотонных глиссеров, рассчитанных на скорость движения 100 и более км/час целесообразно применение воздушных крыльев, способных за счет экранного эффекта создавать подъемную силу до 30% водоизмещения.

2. Режим движения по льду и снегу

При движении по льду и снегу корпус 1 глиссера будет скользить чешуей 2 по поверхности, а АКД 7 будет работать подобно автомобильному колесу, но с частичной нагрузкой от веса судна, которая регулируется подъемно-нагрузочным устройством 8. Шипы по периметру колеса обеспечат сцепление с поверхностью льда. На гладком льду судно будет иметь минимальное сопротивление и в 1,5-2 раза более высокую скорость, чем на воде (по опыту аэроглиссеров).

3. Управление Колесным амфибийным глиссером.

3.1. КАГ по варианту 1 управляется АКД, который имеет возможность поворота вокруг вертикальной оси, подобно подвесному лодочному мотору.

3.2. КАГ по варианту 2 и 3 управляется АКД, установленными по бортам, симметрично относительно ДП, и имеющими раздельно управляемый привод подобно гусеничной технике.

Колесные амфибийные глиссеры благодаря новым конструктивным и архитектурным решениям будут обладать рядом новых эксплуатационных качеств:

1. Благодаря постоянному контакту с опорной поверхностью будет обеспечена эффективная управляемость на переднем и заднем ходу, уменьшение дрейфа при повороте на скорости, повышенная динамика аппарата (разгон - торможение), повышенные маневренные качества и безопасность;

2. Низкий уровень внешнего шума и шума в обитаемых помещениях;

3. Высокая экономичность и сниженная экологическая нагрузка на окружающую среду, благодаря пониженной (примерно в 3 раза по сравнению с аэроглиссерами) удельной мощности энергетической установки, свойствам АКД, как поверхностного движителя;

4. Независимая подвеска АКД в виде подъемно-нагрузочного устройства 9 обеспечивает движение глиссера на волнении и по неровной местности;

5. Регулируемая нагрузка контакта АКД с опорной поверхностью обеспечивает оптимальное сцепление и преодоление уклонов по снегу более 10°;

6. С увеличением скорости глиссера, в соответствии с вязкостными свойствами воды, будет падать скольжение и возрастать КПД колес;

7. При движении по воде с максимальной скоростью на АКД будет возникать подъемная сила и для сохранения сцепления потребуется прижатие колес к поверхности воды с помощью подъемно-нагрузочного устройства 9, что даст снижение сопротивления;

8. АКД и его электро или гидро-привод 7 имеет конструкцию, нечувствительную к водяным брызгам, оледенению в отличие от воздушного винта;

9. Колесный амфибийный глиссер может эксплуатироваться круглогодично, не требует наличия причалов;

10. Вариант глиссера с воздушной разгрузкой, которая на максимальной скорости (более 100 км/час) может взять на себя до 30% водоизмещения плюс подъемная сила АКД (до 20% водоизмещения), может оказаться наиболее эффективным;

11. В сравнении с существующими СВП и СПК колесный амфибийный колесный глиссер за счет энергоэффективности и круглогодичной эксплуатации будет иметь удельную провозоспособность выше примерно в 3-4 раза, а дальность хода больше в два раза.