Парусное судно

 

Изобретение относится к судостроению и касается создания транспортного парусного флота народнохозяйственного назначения. Парусное судно имеет водоизмещающий корпус, мачту и парусное вооружение. Мачта выполнена в виде фермы. Ферма расположена над палубой параллельно ей. Длина фермы ограничена бортами судна. На ферме подвижно установлена мачтовая пирамида. На вершине пирамиды с помощью горизонтальных и вертикальных шарниров закреплен аэродинамический парус. Парус выполнен в виде V-образного жесткого крыла с элеронами. Фюзеляжная балка с хвостовым оперением расположена по продольной оси V-образного крыла. Хвостовое оперение имеет руль поворота и рули высоты. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении аэродинамического качества паруса и в снижении силы дрейфа и величины момента, создаваемого парусом. 7 ил.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к транспортному парусному флоту народнохозяйственного назначения.

Из патентной литературы известны устройства парусных судов (пат. США, кл. 244-16 39666143; 3987382, 3899146, пат. Англии, кл. В7 W 1463397), состоящих из водоизмещающего корпуса, на котором установлены крылья-паруса с большим поперечным "V", к которым на продольной балке крепится хвостовое оперение. Крылья паруса судна, кроме того, снабжены элеронами.

Указанные устройства имеют следующие недостатки: низкое аэродинамическое качество крыла-паруса, сложную систему управления парусом и судном, а также низкие гидродинамические характеристики водоизмещающего корпуса.

Прототипом предложенного устройства является пат. США, кл. 114- 39 N 3800724, в описании к которому изложено аэродинамическое судно с парусом в виде жесткого крыла, содержащее корпус с хвостовым оперением и швертом. Причем крылья пристыкованы к корпусу с помощью горизонтальных шарниров, а шверт может отклоняться.

Данное устройство является сложным, оно не обеспечивает возможности снизить крен и дрейф судна. Кроме того это устройство не позволяет снизить гидродинамическое сопротивление корпуса судна за счет аэродинамической подъемной силы.

Техническая задача заключается в повышении аэродинамического качества паруса, снижении силы дрейфа и величины момента, создаваемого парусом.

Указанная техническая задача решается следующим образом. Мачта судна выполнена в виде фермы, расположенной над палубой параллельно ей, а длина фермы ограничена бортами судна, причем на ферме подвижно установлена мачтовая пирамида, на верху которой с помощью горизонтальных и вертикальных шарниров закреплен аэродинамический парус, выполненный в виде V-образного жесткого крыла с элеронами, причем по продольной оси V-образного крыла расположена фюзеляжная балка с хвостовым оперением, имеющим руль поворота и рули высоты.

На фиг. 1 показан общий вид парусного судна водоизмещением более 40.000 т.

На фиг. 2 дан вид судна спереди и показана схема сил и моментов от аэродинамической силы паруса.

На фиг. 3 и 4 парусное судно показано сбоку и сверху.

На фиг. 5, 6 и 7 изображена ферма и мачтовая пирамида спереди, сверху и слева.

Парусное судно состоит из водоизмещающего корпуса 1 традиционной для грузовых судов конструкции.

По бортам корпуса судна закреплены вертикальные стойки 2, на которых установлены (параллельно палубе судна) фермы 3. Таким образом ферма расположена над палубой на высоте 5 - 10 м, что оставляет поверхность палубы свободной и не осложняет крановые работы.

В кормовой части судна расположена рубка 4 экипажа и служебные помещения. В трюмной части судна, в корме установлен вспомогательный дизельный двигатель с гребными винтами.

Подвижно на ферме установлена мачтовая пирамида 5, которая перемещается по рельсам 6 фермы на роликах 7. Пирамида перемещается с помощью приводного электродвигателя 8, на валу которого установлен шкив 9 (или звездочка в случае цепной передачи), связанный с тяговым тросом 10. С помощью дистанционного управления пирамида перемещается от крайних бортовых положений и с помощью фиксатора 11 ее можно фиксировать на любом расстоянии на ферме.

На мачтовой пирамиде, на ее вершине с помощью горизонтального шарнира 12 установлен жесткий аэродинамический парус 13, выполненный в виде планера с увеличенным поперечным V крыла. Угол поперечного V составляет 170-110, в зависимости от высоты мачты и высоты борта судна.

Конструкция крыла-паруса выполнена из стеклопластика. Крылья стыкуются к фюзеляжу-балке 14, в передней части которой расположен балансировочный груз для обеспечения центра тяжести парусной системы по оси горизонтального 12 и вертикального 15 шарниров (при симметричном положении крыльев относительно горизонта).

Для установки паруса на ветер по продольной оси фюзеляжной балки на мачтовой пирамиде выполнен горизонтальный шарнир 16. Относительно его паруса крылья балансируются с помощью руля высоты 17, закрепленного на стабилизаторе 18. Стабилизатор закреплен (фиг. 2) на киле 19, установленном в хвостовой части фюзеляжной балки. На киле закреплен руль поворота 20. Для снятия усилий на паруса-крылья на каждой консоли расположены элероны 21. Для увеличения подъемной силы и тяги парусов-крыльев при малой скорости ветра на крыльях установлены закрылки 22. На фиг. 1 показано стандартное хвостовое оперение.

Для перекладки парусов относительно шарнира 12 на пирамиде мачты установлен электродвигатель 23 с дистанционным управлением. С помощью червячного редуктора, звездочки 24 и цепи 25 паруса перекладываются в заданное положение по команде оператора. 3 Крылья паруса фиксируются в заданном положении дистанционно с помощью фиксатора 26, который входит в пазы 27.

Для уменьшения нагрузки на приводной механизм перекладки парусов и передачи нагрузки от паруса на корпус судна на парусах крыльях установлены кронштейны 28, которые через трос (цепь) 29 соединены между собой через шкив 30 приводного редуктора.

В фюзеляжной балке установлен блок дистанционного управления с рулем высоты и рулем поворота. В носовой части судна установлен датчик 31 направления вымпельного ветра. Датчики 31 направления ветра установлены также по концам крыльев. В зависимости от водоизмещения на судне устанавливают одну или три парусных системы.

Парусное судно действует следующим образом. С помощью вспомогательной дизельной установки или с помощью буксира парусное судно выходит из порта на открытую акваторию. Затем оператор устанавливает паруса-крылья на правый борт, если ветер дует с левого борта (фиг. 2), и наоборот, при ветре с правого борта. Затем включают бортовой компьютер управления судном и вводят в него данные заданного курса движения. После этого паруса переводят на автоматический режим работы. На компьютер поступают данные о скорости и направления ветра от датчика 31. После этого бортовой компьютер подает сигналы на блок управления крыльями-парусами. С помощью рулевых машинок блок управления (автопилот) держит паруса на наивыгоднейших углах к ветру и осуществляет их перекладку в случае изменения галсов.

Оператор (рулевой) управляет судном только по курсу с помощью рулевого колеса судна. При необходимости включается авторулевой, который держит судно на заданном курсе.

В случае шторма паруса-крылья освобождаются от приводов и фиксации в нейтральном осевом положении Б (фиг. 2) и паруса работают как флюгеры, не создавая подъемной силы, сохраняя минимальное сопротивление. При этом их сопротивление ничтожно. Меньше, чем сопротивление голой мачты классического парусного судна. При шторме судно дрейфует или идет малым ходом на вспомогательном дизельном двигателе.

Данная парусная система не создает крепящего момента, потому что сила тяги и дрейфа от паруса проходят через центр тяжести судна (фиг. 2). Судно имеет незначительный дрейф, т. к. горизонтальная боковая составляющая сила паруса в 3-4 раза меньше, чем у классического парусного вооружения. Кроме того, плечо действия этой силы в 5-6 раз меньше, т. к. парус стоит на мачте на небольшой высоте на шарнирной подвеске, которая момента не передает.

Подъемная сила паруса обеспечивает до 10% процентов разгрузку судна под действием аэродинамической силы, направленной вверх. Это позволяет снизить гидродинамическое сопротивление судна.

Судно с предложенной парусной системой меньше подвержено продольной и бортовой качке, т. к. паруса-крылья имеют большую площадь и при болтаночных нагрузках они демпфируют перемещения судна, т. к. плотно "сидят" в воздухе и их движение контролируется автопилотом.

Формула изобретения

Парусное судно, состоящее из водоизмещающего корпуса, мачты и парусного вооружения, выполненного в виде V-образного крыла, установленного на мачте шарнирно, отличающееся тем, что мачта судна выполнена в виде фермы, расположенной над палубой параллельно ей, а длина фермы ограничена бортами судна, причем на ферме подвижно установлена мачтовая пирамида, на вершине которой с помощью горизонтальных и вертикальных шарниров закреплен аэродинамический парус, выполненный в виде V-образного жесткого крыла с элеронами, причем по продольной оси V-образного крыла расположена фюзеляжная балка с хвостовым оперением, имеющим руль поворота и рули высоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7