Аэродинамическое судно

 

Изобретение относится к судостроению и касается создания аэродинамических крылатых судов. Аэродинамическое судно содержит корпус с водительским и пассажирским отделениями, внутри которого размещен двигатель. Этот двигатель соединен через главный и бортовые редукторы с воздушными винтами изменяемого шага, размещенными в кольцах. Судно имеет руль направления и механизмы управления. Сверху корпуса на стойках установлены одно над другим на некотором расстоянии друг от друга два пластинчатых крыла. Каждое из крыльев выполнено в форме прямоугольной пластины постоянного профиля, заостренной спереди. На верхней поверхности пластины установлены продольные ребра, образующие горизонтальные волнообразные каналы, ширина каждого из которых равна радиусу окружности, образующей кривизну волны канала. Верхнее пластинчатое крыло выполнено заодно с двумя передними и двумя задними горизонтальными стабилизаторами. Каждый из стабилизаторов имеет по два элерона, четыре из которых кинематически связаны с механизмом управления корпусом аэродинамического судна в продольном направлении, а четыре других кинематически связаны с механизмом управления корпусом аэродинамического судна в поперечном направлении. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении эксплуатационных качеств аэродинамического судна. 2 з.п.ф-лы, 20 ил.

Настоящее изобретение относится к области судостроения и может найти применение в качестве аэродинамического судна, Известно судно на подводных крыльях, содержащее корпус c водительским и пассажирским отделениями, в нижней части которого на стойках закреплены подводные крылья c закрылками, а в передней части установлено подводное поворотное крыло с закрылком. Внутри корпуса установлен двигатель, механически соединенный о водометным движителем, бортовую ЭВМ, которая соединена о ультразвуковыми датчиками высоты корпуса судна над поверхностью воды и размещенными в носовой, кормовой и боковых частях корпуса, механизмы управления /Морской энциклопедический словарь под ред. В.В. Дмитриева, т, 2, K-П, СПб., Судостроение, 1993, c. 161/.

Недостатками судна на подводных крыльях являются: небольшая высота подъема корпуса над водой, кавитация и быстрый износ крыльевых устройств, невозможность движения по мелководью и при значительном волнении.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией судна.

Известно также судно на воздушной подушке "Сормович", содержащее корпус с водительским и пассажирским отделениями, внутри которого размещен газотурбинный двигатель, который карданными валами через главный и бортовые редукторы соединен с осевым нагнетателем, установленном внутри вертикального канала, связанного о двухрядным кольцевым соплом с гибким ограждением и двумя воздушными винтами изменяемого шага, помещенных в кольца, два воздушных руля, размещенных в потоке за воздушными винтами, механизмы управления. Мощность газотурбинного двигателя 1970 кВт, скорость движения 140 км/час, количество пассажиров 50 человек, высота парения 1 м.

/Ежи Бень, Модели и любительские суда на воздушной подушке пер, с польского, Л., Судостроение, 1983, с. 18-19/.

Известное cудно на воздушной подушке "Сормович" как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому полезному результату принято за прототип.

Недостатками известного судна на воздушной подушке "Сормович", принятого за прототип, являются: небольшая высота парения, значительная мощность двигателя, большой расход топлива, воздействие на окружающую среду двигателя и самой воздушной подушки, трудность движения при волнении и невозможность ухода от водной поверхности.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией судна.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств аэродинамического судна.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что осевой нагнетатель с редуктором, двухрядным кольцевым соплом и гибким ограждением, два воздушных руля заменены вертикальным стабилизатором с рулем направления, двумя пластинчатыми крыльями, установленными на стойках сверху над корпусом одно над другим, на некотором расстоянии друг от друга, каждое из которых выполнено в форме прямоугольной пластины постоянного профиля, заостренной спереди, на верхней поверхности которой установлены продольные ребра, образующие горизонтальные волнообразные каналы, ширина каждого из которых равна радиусу окружности, образующей кривизну волны канала, причем верхнее пластинчатое крыло выполнено заодно о двумя передними и двумя задними горизонтальными стабилизаторами, каждый из которых имеет по два элерона, гидравлической системой управления аэродинамическим судном в пространстве, содержащей приводные гидроцилиндры, каждый из которых кинематически связан с одним из элеронов, масляный бак, масляный насос с приводным электродвигателем, ручку управления, соединенную с гидрокранами продольного наклона корпуса аэродинамического судна, которые посредством трубопроводов соединены с приводными гидроцилиндрами привода двух передних и двух задних элеронов и гидрокранами поперечного наклона корпуса аэродинамического судна, которые посредством трубопроводов соединены с приводными гидроцилиндрами привода переднего и заднего элеронов левого борта и переднего и заднего элеронов правого борта.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид аэродинамического судна, на фигуре 2 - вид спереди на аэродинамическое судно, на фигуре 3 - вид сверху на аэродинамическое судно, на фигуре 4 - общий вид нижнего пластинчатого крыла, на фигуре 5 - вид спереди на нижнее пластинчатое крыло, на фигуре 6 - вид снизу на нижнее пластинчатое крыло, на фигуре 7 - вид сверху на нижнее пластинчатое крыло, на фигуре 8 - общий вид верхнего пластинчатого крыла, на фигуре 9 - вид спереди на верхнее пластинчатое крыло, на фигуре 10 - вид снизу на верхнее пластинчатое крыло, на фигуре 11 - вид сверху на верхнее пластинчатое крыло, на фигуре 12 - схема образования волнообразных каналов на нижнем и верхнем пластинчатых крыльях, на фигуре 13 - схема образования подъемной силы на пластинчатом крыле, на фигуре 14 - схема силовой передачи аэродинамического судна, на фигуре 15 - устройство главного редуктора, на фигуре 16 - устройство бортового редуктора, на фигуре 17 - гидравлическая система управления аэродинамическим судном в пространстве, на фигуре 18 - гидравлическая система путевого управления аэродинамическим судном, на фигуре 19 - схема наклона аэродинамического судна в продольном направлении, на фигуре 20 - схема наклона корпуса аэродинамического судна в поперечном направлении.

Аэродинамическое судно содержит корпус 1, имеющий водительское и пассажирское отделения. В задней части корпуса размещен двигатель 2, имеющий разъединительную муфту 3, который посредством валов 4,5,6 через главный редуктор 7 и бортовые редукторы 8,9 соединен о воздушными винтами 10,11 изменяемого шага, размещенными в кольцах 12,13. Главный редуктор содержит корпус 14, имеющий подшипник 15, в котором установлен ведущий вал 16 с закрепленной на нем ведущей шестерней 17, которая входит в зацепление с ведомой шестерней 18, закрепленной на ведомом валу 19, который установлен в подшипниках 20,21 крышек 22,23. Оба бортовых редуктора одинаковы по конструкции и каждый из них содержит корпус 24, в подшипнике 25 которого закреплен ведущий вал 26 с установленной на нем ведущей шестерней 27, входящей в зацепление с ведомой шестерней 28, закрепленной на ведомом валу 29, установленном в подшипнике 30 крышки 31. В задней части корпуса установлен вертикальный стабилизатор 32 с рулем направления 33, который посредством рулевой машины 34 гидравлически связан о гидрокранами 35,36, золотники которых взаимодействуют с рычагом 37, который посредством тяги 38 соединен с ножными педалями 39,40. Гидравлическая система путевого управления также содержит масляный бак 41, масляный насос 42, приводимый в движение электродвигателем 43. Нижнее пластинчатое крыло выполнено в форме прямоугольной пластины 44 постоянного профиля, заостренной спереди, имеющей на нижней стороне гладкую поверхность, на верхней поверхности которой установлены продольные ребра 45, образующие горизонтальные волнообразные каналы 46. Ширина каждого канала равна радиусу окружности, образующей кривизну волны. Неполные волнообразные каналы по краям нижнего пластинчатого крыла заполнены фигурными профилями 47. Верхнее пластинчатое крыло выполнено в форме прямоугольной пластины 48 постоянного профиля, заостренной спереди и имеющей гладкую нижнюю поверхность. На верхней поверхности верхнего пластинчатого крыла установлены продольные ребра 49, образующие горизонтальные волнообразные каналы 50. Ширина каждого канала равна радиусу окружности, образующей кривизну волны. Неполные волнообразные каналы по краям верхнего пластинчатого врыла заполнены фигурными профилями 35. Толщина профилей обоих крыльев равна высоте ребер. Оба крыла закреплены над корпусом аэродинамического судна посредством стоек 52 и установлены одно над другим, на некотором расстоянии друг от друга. Кроме того, верхнее пластинчатое крыло выполнено как одно целое с двумя передними 53,54 и двумя задними 55,56 стабилизаторами, имеющими элероны 57,58,59,60,61, 62,63,64. Верхнее и нижнее пластинчатые крылья установлены под нулевым углом атаки. Гидравлическая система управления положением корпуса аэродинамического судна в пространстве содержит ручку управления 65, шарнирно закрепленную на валу 66, установленным в подшипниках 67. В нижней части ручка управления имеет полукруглый сектор 68, взаимодействующий с гидравлическими кранами 69,70 поперечного наклона корпуса аэродинамического судна, а вал имеет стержень 71, взаимодействующий с гидравлическими кранами 72,73 продольного наклона корпуса аэродинамического судна. Гидравлическая система управления положением корпуса аэродинамического судна в пространстве содержит также масляный бак 74, масляный насос 75, приводимый в движение электродвигателем 76, приводные гидроцилиндры 77,78,79,80,81,82,83,84, штоки которых имеют зубчатые рейки 85,86,87,88,89,90,91,92, входящие в зацепление с шестернями 93,94,95,96,97,98,99,100, сидящими на валах элеронов. Все узлы соединены между собой трубопроводами. На фигуре 12 расстояния, проходимые воздушными потоками по нижней и верхней поверхностям части пластинчатого крыла, обозначены точками 101 и 102.

Работа аэродинамического судна После проверки работы всех узлов и систем аэродинамического судна производится запуск двигателя 2. Для движения аэродинамического судна включается разъединительная муфта 3 и вал 4 передает вращающий момент на ведущий вал 16 и ведущую шестерню 17 главного редуктора 7, которые через ведомую шестерню 18 приводят во вращение ведомый вал 19. Далее вращающий момент валами 5 и 6 передается на ведущие валы 26, ведущие шестерни 27 бортовых редукторов 8 и 9. Затем через ведомые шестерни 28 и ведомые валы 29 вращающий момент передается на воздушные винты 10,11, которые создают тягу и двигают аэродинамическое судно вперед. Как только оно достигнет необходимой скорости движения, нижнее 44 и верхнее 48 пластинчатые крылья создадут достаточную подъемную силу, которая уравновесит вес аэродинамического судна и оторвет его от водной поверхности. Отклонением ручки управления 65 в положение "на себя" происходит дальнейший набор высоты и уход от водной поверхности. Принцип создания подъемной силы одинаковый для нижнего 44 и верхнего 48 пластинчатых крыльев. При обтекании воздушным потоком U нижнего пластинчатого крыла последний делится на две части: одна часть воздушного потока обтекает верхнюю поверхность, а другая часть воздушного потока обтекает нижнюю поверхность. При этом часть воздушного потока, движущаяся по нижней поверхности, двигается по прямой (прямая, соединяющая точки 101 и 102 на фигуре 12). Вследствие этого давление на нижнюю поверхность нижнего пластинчатого крыла 44 становится меньше, чем давление окружающего неподвижного воздуха, и на нижнюю поверхность будет действовать сила разрежения F, вектор которой направлен вертикально вниз. В то же время другая часть воздушного потока, обтекая верхнюю поверхность нижнего пластинчатого крыла 44, будет двигаться между ребрами 45 по волнообразным каналам 46, пробегая при этом путь значительно больший, чем путь, проходимый воздушным потоком по нижней поверхности (волнистая линия, соединяющее точки 101 и 102). Если замерить прямую и волнистую линии, соединяющие точки 101 и 102 на расстоянии трех образованных волн, то получится, что волнистая линия на 13,8% больше прямой линии, а по длине хорды крыла она может доходить до 70-80%, Отсюда путь, проходимый воздушным потоком по верхней поверхности пластинчатого крыла 44, намного больше пути, проходимого воздушным потоком по нижней поверхности. Следовательно, во сколько раз путь, проходимый воздушным потоком по верхней поверхности, больше пути, проходимого воздушным потоком по нижней поверхности, во столько раз скорость движения воздушного потока по верхней поверхности больше скорости движения воздушного потока по нижней поверхности. Если бы скорости движения обоих воздушных потоков совпадали, то воздушный поток, обтекающий верхнюю поверхность, приходил бы к концу пластинчатого крыла много позднее и в задней верхней части создается вакуум, что невозможно. Значит оба воздушных потока встречаются за пластинчатым крылом одновременно. Воздушный поток, двигаясь по верхней поверхности с большей скоростью, уменьшает давление воздуха на верхнюю поверхность пластинчатого крыла 44. Возникает сила разрежения F₁, приложенная в верхней поверхности, большая, чем сила F, вектор которой направлен вверх. Разность давлений, действующих на верхнюю и нижнюю поверхности, или равнодействующая сил F и F₁ и будет подъемной силой Ру (фиг.13). Уменьшение или увеличение скорости движения аэродинамического судна осуществляется путем изменения угла установки лопастей воздушных винтов 10,11, а созданием обратной тяги создается торможение. Путевое управление аэродинамическим судном осуществляется ножными педалями 39,40. При нажатии на правую педаль 40 тяга 38 опускается вниз и поворачивает рычаг 37 против часовой стрелки, который нажимает на золотник гидравлического крана 36. Масло из масляного бака 41 масляным насосом 42 подается в рулевую машину 34 и руль направления 33 отклоняется в правую сторону, поворачивая корпус аэродинамического судна вправо. При нажатии на левую педаль 39 тяга 38 поворачивает рычаг 37 по часовой стрелке, который своим концом нажимает на золотник гидравлического крана 35. Масло из масляного бака 41 масляным насосом 42 подается в рулевую машину 34, которая отклоняет руль направления 33 влево, поворачивая корпус аэродинамического судна в том же направлении. При полете над поверхностью воды изменение положения корпуса аэродинамического судна в пространстве осуществляется гидравлической системой управления. Для набора высоты ручка управления 65 перемещается в положение "на себя". Вал 66 и стержень 71 поворачиваются в том же направлении и последний нажимает на золотник гидравлического крана 72. Масло из масляного бака 74 масляным насосом 75, приводимым в движение электродвигателем 76, станет подаваться в приводные гидроцилиндры 82,83, штоки которых станут выдвигаться наружу, и через шестерни 98,99 повернут вверх задние элероны 62,63, и в приводные гидроцилиндры 78,79, штоки которых станут втягиваться внутрь, и через шестерни 94,95 повернут передние элероны 58,59 вниз (на фигуре 19 показано сплошными линиями). Набегающий воздушный поток U будет отклоняться передними элеронами 58,59 вниз, создавая дополнительную силу Fп, направленную вверх, а задними элеронами 62,63 воздушный поток будет отклоняться вверх, создавая дополнительную силу F₃, направленную вниз. В результате подъемная сила в передней части корпуса аэродинамического судна возрастет, а в задней части уменьшится и аэродинамическое судно повернется вокруг поперечной оси в направлении, показанном cплошной линией на фигуре 19. Для снижения ручка управления 65 перемещается в положение "от себя". Вал 66 поворачивается и стержень 71, перемещаясь в ту же сторону, нажимает на золотник гидравлического крана 73. Масло из масляного бака 74 масляным насосом 75 станет подаваться в передние приводные гидроцилиндры 78,79, штоки которых станут выдвигаться наружу и посредством зубчатых реек 86,87 и шестерен 94,95 повернут вверх передние элероны 58,59. Одновременно масло, поступая в задние приводные гидроцилиндры 82,83, заставит штоки втягиваться внутрь, которые через зубчатые рейки 90,91 и шестерни 98,99 повернут задние элероны 62,63 вниз. Подъемная сила в задней части корпуса возрастет, а в передней части уменьшится и аэродинамическое судно, повернувшись вокруг поперечной оси, станет производить снижение (на фигуре 19 показано пунктиром). Для создания крена на левый борт необходимо ручку управления 65 повернуть влево. Полукруглый сектор 68 нажмет на золотник гидравлического крана 70. Масло из масляного бака 74 станет подаваться масляным насосом 75 в приводные гидроцилиндры 77,81 левого борта и 80, 84 правого борта. Элероны 57,61 левого борта посредством зубчатых реек 85,89 и шестерен 95,97 станут отклоняться вверх, а элероны 60,64 правого борта посредством зубчатых реек 88, 92 и шестерен 96,100 станут отклоняться вниз. Подъемная сила левого борта уменьшится, а правого борта увеличится. Корпус аэродинамического судна повернется вокруг продольной оси влево (на фигуре 20 показано сплошными линиями). При перемещении ручки управления 65 полукруглый сектор 68 нажмет на золотник гидравлического крана 69. Масло из масляного бака станет подаваться насосом 75 в приводные гидроцилиндры 80,84 и 77,81. Элероны 60,64 правого борта отклоняются вверх, а элероны 57, 61 левого борта отклоняются вниз. Подъемная сила правого борта уменьшится, а левого борта увеличится и корпус аэродинамического судна повернется вокруг продольной оси вправо (на фигуре 20 показано пунктиром). При возвращении ручки управления 65 в нейтральное положение элероны 57,58,59,60,61,62,63,64 также устанавливаются в нейтральное положение. После прибытия к месту назначения производится уменьшение скорости полета, снижение и посадка аэродинамического судна на воду.

Положительный эффект: более высокая проходимость при волнении, а также способность преодолевать лесные и горные массивы, может двигаться над сушей и переходить из одного водного бассейна в другой, меньшее воздействие на окружающую среду.

Формула изобретения

1. Аэродинамическое судно, содержащее корпус с водительским и пассажирским отделениями, внутри которого размещен двигатель, соединенный через главный и бортовые редукторы с воздушными винтами изменяемого шага, размещенными в кольцах, руль направления, механизмы управления, отличающееся тем, что сверху корпуса на стойках установлены одно над другим на некотором расстоянии друг от друга два пластинчатых крыла, каждое из которых выполнено в форме прямоугольной пластины постоянного профиля, заостренной спереди, на верхней поверхности которой установлены продольные ребра, образующие горизонтальные волнообразные каналы, ширина каждого из которых равна радиусу окружности, образующей кривизну волны канала, причем верхнее пластинчатое крыло выполнено заодно с двумя передними и двумя задними горизонтальными стабилизаторами, каждый из которых имеет по два элерона, четыре из которых кинематически связаны с механизмом управления корпусом аэродинамического судна в продольном направлении, четыре других кинематически связаны с механизмом управления корпусом аэродинамического судна в поперечном направлении.

2. Аэродинамическое судно по п. 1, отличающееся тем, что гидравлическая система управления корпусом аэродинамического судна в пространстве включает в себя приводные гидравлические цилиндры, каждый из которых кинематически соединен с одним из элеронов, масляный бак, масляный насос с приводным электродвигателем, ручку управления, соединенную с гидравлическими кранами продольного наклона, которые посредством трубопроводов соединены с гидравлическими цилиндрами двух передних и двух задних элеронов и гидравлическими кранами поперечного наклона, которые посредством трубопроводов соединены с приводными гидравлическими цилиндрами привода переднего и заднего элеронов левого борта и переднего и заднего элеронов правого борта.

3. Аэродинамическое судно по п. 1 или 2, отличающееся тем, что система путевого управления включает в себя ножные педали, кинематически связанные с гидравлическими кранами, которые посредством трубопроводов соединены с рулевой машиной, масляным баком и масляным насосом, приводимым в движение электродвигателем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20