Амфибийное транспортное средство на воздушной подушке
Изобретение относится к транспортным средствам на воздушной подушке, в частности к амфибийным. Ресивер имеет два воздушных канала, размещенных непосредственно вдоль бортов корпуса в промежутках между его боковыми стенками и внутренними стенками блоков плавучести. Последние отнесены от корпуса на ширину этих каналов и закреплены к их внешним нижним кромкам быстроразъемными соединениями. Транспортное средство имеет две автономных подъемно-движущих установки. Каждая из них имеет двигатель, вентилятор, воздушный винт в кольце и воздушные рули. Двигатели и вентиляторы являются соосными и максимально приближены к днищу корпуса. Воздушные винты размещены выше осей вентиляторов и соединены с их валами упругими муфтами и редукторами. Вентиляторы находятся в общем (объединенном) корпусе и могут совместно или раздельно получать воздух секций подушки, выполнены сдвоенными, каждый из них имеет двухсторонний вход и четырехсторонний (четырехканальный) выход и входные отверстия с герметичными жалюзями (или крышками). В корпусе вентиляторов находятся аэродинамические делители потока для одинаковой подачи воздуха в правый и левый ресиверы. Носовая часть корпуса и БП оборудованы буфером безопасности с энергоемкими амортизаторами. Корма имеет горизонтальные рули-стабилизаторы продольной устойчивости, кинематически связанные с системой управления тормозными щитками. Изобретение позволяет повысить эксплуатационные характеристики транспортного средства. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к транспортным средствам высокой проходимости, в частности к амфибийным, имеющим в своем составе гибкое ограждение, способное образовать воздушную подушку, и средства, позволяющие обеспечить плавучесть на воде и передвижение транспортного средства по суше и воде.
Известно транспортное средство на воздушной подушке, содержащее периферийное гибкое ограждение области повышенного давления и платформу с установленными на ней обтекаемым корпусом, оборудованным кабиной управления, пассажирским салоном и машинной установкой с вентилятором, включающей в себя турбину с топливными баками и трубопроводами (Патент СССР №457205).
К недостаткам этого транспортного средства можно отнести большие габариты несущей платформы, затрудняющие передвижение по пересеченной местности и малым рекам, большое лобовое сопротивление, боковую парусность, сложную конструкцию силовой установки и трансмиссии. Конструкция несущей платформы и корпуса не позволяет перевозить транспортное средство автомобильным и железнодорожным транспортом.
Известно амфибийное транспортное средство на воздушной подушке, содержащее в своем составе платформу, на которой смонтированы:
воздушный ресивер, управляемое пневматическое колесное шасси, управляемое тормозное устройство, герметичный корпус, разделенный на отсеки, воздушный винт в аэродинамическом кольце, воздушные рули, блоки плавучести, закрепленные шарнирно с правой и левой сторон корпуса, гибкое ограждение зоны повышенного давления, закрепленное по периметру корпуса и блоков плавучести (Патент РФ №2164481).
К недостаткам этого транспортного средства можно отнести:
1. Недостаточная эффективность системы охлаждения двигателя из-за большой длины эжекционного воздушного канала, проходящего под вентиляторным и багажным отсеками.
2. Недостаточная продольная устойчивость транспортного средства, в особенности при движении над водой на большой скорости.
Это обусловлено тем, что транспортное средство не имеет устройства, противодействующего опрокидывающему моменту воздушного винта, вызывающего при большой скорости движения прижатие носовой части транспортного средства к поверхности воды, затягивание под днище передней части гибкого ограждения воздушной подушки и зарывание носовой части корпуса в воду.
Известно амфибийное транспортное средство на воздушной подушке, содержащее платформу со встроенным ресивером, корпус, разделенный на отсеки, двигатель, вентилятор, трансмиссию, воздушный винт в аэродинамическом кольце, воздушные рули, гибкое ограждение области повышенного давления, упругие тормозные щитки с направляющими ножами и тормозными щипами (Патент РФ № 2269441).
К недостаткам этого транспортного средства можно отнести:
1. Недостаточная поперечная устойчивость на крутых поворотах на воде. Это обусловлено тем, что вентилятор указанного транспортного средства не имеет аэродинамических делителей потока воздуха, подаваемого в ресиверы правого и левого борта, а ресиверы не имеют направляющих решеток и обтекаемых перегородок, обеспечивающих равномерное распределение воздуха по секциям воздушной подушки.
2. Недостаточная надежность и живучесть, так как АТС оборудовано одной подъемно-движущей установкой, и при повреждении двигателя, вентилятора или воздушного винта теряет полностью возможность передвижения.
В целом к недостаткам известным амфибийных траспортных средств на воздушной подушке можно отнести недостаточную маневренность из-за низкой продольной и поперечной устойчивости, в особенности на воде, и недостаточную надежность и живучесть.
Технический результат при реализации предлагаемого амфибийного средства на воздушной подушке заключается в повышении характеристик весовой отдачи, топливной эффективности, мореходности, маневренности и безопасности движения на воде и на суше.
Технический результат достигается тем, что амфибийное транспортное средство (АТС) содержит платформу со встроенным ресивером, корпус, разделенный на отсеки (кабина управления, пассажирский салон, двигательный, вентиляторный, радиаторный), двигатели, вентиляторы, трансмиссию, воздушные винты в аэродинамических кольцах, воздушные рули, гибкое ограждение области повышенного давления, блоки плавучести, упругие тормозные щитки.
С целью уменьшения потерь давления в воздушных каналах и ресиверах и повышения КПД подъемно-движущих установок АТС оборудовано двумя воздушными каналами (ресиверами), максимально приближенными к вентиляторам и расположенными непосредственно вдоль правого и левого борта корпуса в промежутках между его стенками и блоками плавучести, а блоки плавучести отнесены от стенок корпуса на ширину этих каналов и закреплены к ним с помощью быстроразъемных замковых устройствах.
С целью повышения равномерности распределения объема подаваемого вентиляторами воздуха по площади воздушной подушки, уменьшения брызгообразования и облегчения отрыва АТС от поверхности воды и болота (при стоянке «на плаву») воздушные каналы выполнены по всей длине корпуса, а их нижняя стенка выполнена в виде направляющей решетки (жалюзи) с наклоном лопаток в стороны кормы АТС под углом 40...50 градусов.
С целью повышения надежности и живучести АТС снабжено двумя автономными подъемно-движущими установками, каждая из которых состоит из двигателя, вентилятора (нагнетателя воздуха) установленного соосно с двигателем, воздушного винта, установленного выше оси вентилятора и соединенного с ним с помощью редуктора и упругих муфт.
С целью повышения живучести АТС и обеспечения возможности движения на одном двигателе оба вентилятора установлены в общем корпусе с возможностью как совместного, так и раздельного питания воздухом секций воздушной подушки, а для уменьшения потерь объема воздуха, подаваемого работающим вентилятором через лопатки неработающего, входные отверстия обоих вентиляторов снабжены герметичными жалюзи (или крышками), которые при необходимости закрывают полость неработающего вентилятора, разобщая ее с наружной средой.
С целью повышения КПД, снижения веса подъемно-движущих установок и с целью повышения продольной и поперечной устойчивости АТС за счет равномерного распределения объема воздуха по секциям воздушной подушки вентиляторы выполнены сдвоенными, причем каждый из них снабжен двухсторонним входом и четырехсторонним (четырехканальным) выходом, и в корпусе вентиляторов установлены аэродинамические делители потока, обеспечивающие одинаковую подачу воздуха в правый и левый воздушные каналы (ресиверы) и, следовательно, в правые и левые секции воздушной подушки, а сами каналы разделены обтекаемыми перегородками, разделяющими воздушные потоки передних и задних вентиляторов.
С целью повышения продольной устойчивости и безопасности при резком торможении, в особенности на воде, АТС оборудовано горизонтальными рулями-стабилизаторами, кинематически связанными с системой управления тормозными щитками.
С целью повышения безопасности, в особенности при движении по пересеченной местности, носовая часть корпуса и блоков плавучести оборудованы упругим защитным буфером, состоящим из трех частей, раздельно закрепленных к корпусу и блокам плавучести с помощью энергоемких амортизирующих устройств, состоящих из набора упругих (например, титановых) пластин, промежутки между которыми заполнены упругим пористым материалом (например, пеноплэксом или пенополистеролом).
На фиг.1 схематично показан вид сбоку описываемого транспортного средства.
На фиг.2 - вид в плане на это транспортное средство.
На фиг.3 - вид спереди.
На фиг.4 - компоновка подъемно-движущих установок. Продольный разрез.
На фиг.5 - компоновка подъемно-движущих установок. Вид в плане.
На Фиг.6 - поперечный разрез транспортного средства в плоскости рабочих колес вентиляторов.
На фиг.7 - продольный разрез основного воздушного канала-ресивера.
На фиг.8 - установка переднего защитного буфера.
Амфибийное транспортное средство (АТС) содержит несущую платформу, состоящую из корпуса 1 (фиг.1, 2, 3) и блоков плавучести 2, 3, двух автономных подъемно-движущих установок 4, 5 (фиг.4, 5, 6), встроенных воздушных ресиверов 6, 7, расположенных между стенками корпуса и блоками плавучести, тормозного устройства 8, установленного в нише под днищем корпуса, защитного буфера 9 (фиг.2, 8), установленного в носовой части корпуса и блоков плавучести, гибкого ограждения воздушной подушки 10, закрепленного на съемных кронштейнах к внешнему обводу корпуса и блоков плавучести.
Корпус 1 состоит из следующих герметичных отсеков (фиг.1, 2, 4, 5):
- пассажирский отсек с кабиной управления 11;
- моторный отсек 12, в котором расположены двигатели 13, 14, охладители наддувочного воздуха 15 и прочие агрегаты моторных систем;
- вентиляторный отсек 16, в котором расположены вентиляторы 17, 18, регулирующие устройства и агрегаты воздушной системы (фиг.4, 6);
- радиаторный 19, в котором расположены радиаторы систем охлаждения двигателей 20, 21 и редукторы 22, 23, соединяющие валы вентиляторов с валами воздушных винтов 24, 25 (фиг.3, 4, 5).
На корме корпуса расположены воздушные винты 24, 25 в аэродинамических кольцах 26, 27, вертикальные воздушные рули направления 28 и горизонтальные рули-стабилизаторы продольной устойчивости 29.
Каждая подъемно-движущая установка (например, правая) состоит из двигателя 13, вентилятора 17, установленного соосно с валом двигателя, редуктора 22, нижний вал которого через упругую муфту соединен с валом вентилятора, а верхний через упругую муфту соединен с валом воздушного винта, воздушного винта 24, установленного в аэродинамическом кольце 26, вертикальных воздушных рулей 28 и горизонтальных воздушных рулей-стабилизаторов 29 (фиг.4).
Блоки плавучести 2, 3 состоят из силового каркаса, изготавливаемого из высокопрочного алюминиевого сплава и пластика, разделенного на секции, заполненные пористым материалом.
Для увеличения запаса плавучести, снижения веса и снижения центра тяжести АТС в герметичных отсеках блоков плавучести установлены топливные баки 30 и багажные отсеки 31, закрываемые герметичными крышками (фиг.2, 6).
Для уменьшения потерь давления воздуха в воздушных трассах от вентиляторов до секций воздушной подушки за счет сокращения длины и упрощения конфигурации воздушных каналов установка блоков плавучести 2, 3 (фиг.2, 3, 5) выполнена таким образом, что между ними и стенками корпуса 1 с правой и левой стороны образуются воздушные каналы (ресиверы) 6, 7, максимально приближенные к выходным каналам вентиляторов 17, 18.
Для повышения продольной устойчивости АТС за счет равномерного распределения воздуха, подаваемого вентиляторами в задние и передние секции воздушной подушки, ресиверы 6 и 7 разделены клинообразными обтекаемыми перегородками 32, 33 (фиг.2, 5, 7), направляющими потоки воздуха, подаваемого передними вентиляторами, в передние секции воздушной подушки, а потоки воздуха, подаваемого задними вентиляторами, в задние секции.
Для повышения поперечной устойчивости АТС в общем корпусе вентиляторов 34 установлены аэродинамические делители потока воздуха 35 (фиг.6), обеспечивающие равномерное распределение объема воздуха, подаваемого в секции воздушной подушки правого и левого бортов.
Для облегчения отрыва платформы от поверхности мокрого снега, болота, воды и снижения потерь мощности двигателей на пылебрызгообразование, увеличивающих общие сопротивление движения АТС, воздушные каналы (ресиверы) 6, 7 выполнены на всю длину корпуса 1 и оборудованы направляющими решетками 36 (фиг.2, 5, 6, 7) с углом наклона лопаток 40-50 градусов в сторону кормы.
Это значительно снижает скорость истечения воздуха из ресиверов под днище АТС, обеспечивает его равномерную подачу по площади воздушной подушки и уменьшает эрозию поверхности снега и воды.
Кроме этого, направляющие решетки 36 защищают ресиверы от попадания в них стеблей камыша и веток кустарника при движении АТС по болотам и тундре, а также снижают вероятность засорения (заполнения) каналов мокрым снегом и льдом при эксплуатации АТС в переходное осеннее и весеннее время года.
Для повышения надежности и живучести АТС снабжено двумя автономными подъемно-движущими установками 4, 5, обеспечивающими возможность движения при выходе из строя одной из них.
При этом для обеспечения возможности движения АТС на одном двигатели оба вентилятора 17, 18 (фиг.5, 6) установлены в общем корпусе 34 таким образом, что могут и одновременно и раздельно обеспечивать питание воздухом секций воздушной подушки и, следовательно, возможность передвижения на двух и на одном двигателе, а для устранения потерь воздуха, подаваемого работающим вентилятором через лопатки и входные отверстия неработающего, в корпусе вентилятора все входные отверстия оборудованы герметичными жалюзи 37 (фиг.4) или съемными крышками, которые могут при необходимости закрыть полость неработающего вентилятора.
Для повышения устойчивости АТС при маневрировании за счет понижения центра тяжести компоновка подъемно-движущих установок выполнена таким образом, что оси двигателей 13, 14 и оси вентиляторов 17, 18 расположены соосно и максимально приближены к днищу корпуса, а воздушные винты 24, 25 расположены выше осей вентиляторов и соединены с ними с помощью упругих муфт и редукторов 22, 23 (фиг.4).
Для обеспечения безопасности и повышения КПД воздушные винты размещены в аэродинамических кольцах 26, 27 и защищены спереди решетками 38, а сзади - плоскостями воздушных рулей 28, 29 (фиг.1, 2).
Для повышения безопасности, в особенности, при движении АТС по пересеченной местности носовая часть корпуса 1 и блоков плавучести 2, 3 (фиг.2, 8) оборудованы упругим защитным буфером 9, состоящим из трех частей, раздельно закрепленных к корпусу и блокам плавучести с помощью энергоемких амортизаторов, состоящих из набора упругих пластин 39 и упругого пористого наполнителя 40.
Для снижения энергетических затрат и повышения эффективности АТС, в особенности на больших скоростях, корпус, блоки плавучести и гибкое ограждение имеют в плане и продольных сечениях обтекаемые аэродинамические обводы.
Для повышения безопасности движения и улучшения управляемости АТС под днищем корпуса 1 в специальной нише установлены упругие тормозные щитки 8 (фиг.4, 6) с направляющими ножами или роликами, приводимые в действие с помощью пневмоцилиндров по команде из кабины управления.
Тормозные щитки обеспечивают кратковременную связь транспортного средства с опорной поверхностью, удержание его от заносов на поворотах и косогорах и торможение на спусках.
Движение АТС по воде и по суше осуществляется на воздушной подушке при помощи подъемно-движущих установок 4, 5.
Конструкция АТС обеспечивает возможность движения в случае отказа любой из них, при этом водитель должен с помощью жалюзи 37 перекрыть входные отверстия вентилятора неработающей установки и вывести двигатель второй на максимальный режим.
Воздушная подушка создается путем нагнетания вентиляторами воздуха в зону повышенного давления (под днищем несущей платформы), ограниченную гибким ограждением.
Плавучесть, устойчивость и безопасность движения АТС на воде обеспечивается при помощи герметичного корпуса 1 и блоков плавучести 2, 3, выполненных в виде поплавков, размещенных с правой и левой стороны корпуса.
Эксплуатация амфибийного транспортного средства осуществляется следующим образом.
Запускаются двигатели подъемно-движущих установок, включаются воздушные винты, АТС поднимается на рабочую высоту и начинается движение по суше или по воде.
При этом в зависимости от условий движения тормозные щитки (фиг.4, 6) или убираются в нишу платформы, или используется в процессе движения:
- для удержания АТС с работающим двигателем на уклонах, косогорах, при сильном ветре;
- для разворота АТС на месте;
- для удержания АТС от заносов на крутых поворотах при движении в лесистой и пересеченной местности и при движении по узким извилистым рекам.
Усилие нажатия тормозных щитков на опорную поверхность (землю, снег, воду, лед) и их удерживающая способность регулируется водителем в процессе движения. Это усилие пропорционально усилию нажатия на орган управления (тормозную педаль).
При торможении горизонтальные рули-стабилизаторы 29 (фиг.2, 4), кинематически связанные с системой управления тормозными щитками 8, отклоняются вверх на угол, пропорциональный усилию нажатия тормозных щитков на опорную поверхность (грунта, снега, воды, льда), и создают стабилизирующий момент, предотвращающий опрокидывание АТС на нос и удары носовой части корпуса об опорную поверхность.
Перед остановкой для уменьшения износа и повреждений гибкого ограждения АТС притормаживается тормозными щитками 8 до полной остановки, затем двигатели переводятся на режим малого газа, и машина опускается на опорную поверхность.
Проведенные натурные испытания заявляемого амфибийного транспортного средства на воздушной подушке показали хорошую устойчивость АТС на воде и суше, хорошие маневренные качества на малых и больших скоростях, возможность передвижения на одной подъемно-движущей установке, достаточную надежность защиты винтов.
1. Амфибийное транспортное средство на воздушной подушке, содержащее платформу со встроенным ресивером, корпус, разделенный на отсеки (кабина управления, пассажирский салон, двигательный, вентиляторный, радиаторный), двигатели, вентиляторы, трансмиссию, воздушные винты в аэродинамических кольцах, воздушные рули, гибкое ограждение области повышенного давления, блоки плавучести, упругие тормозные щитки, отличающееся тем, что воздушный ресивер выполнен в виде двух воздушных каналов, расположенных непосредственно вдоль бортов корпуса в промежутках между его боковыми стенками и внутренними стенками блоков плавучести, а блоки плавучести отнесены от корпуса на ширину этих каналов и закреплены к их внешним нижним кромкам с помощью быстроразъемных соединений; вышеуказанное транспортное средство снабжено двумя автономными подъемно-движущими установками, каждая из которых состоит из двигателя, вентилятора, воздушного винта в аэродинамическом кольце, воздушных рулей; оси двигателей и вентиляторов расположены соосно и максимально приближены к днищу корпуса, а воздушные винты расположены выше осей вентиляторов и соединены с их валами с помощью упругих муфт и редукторов; вентиляторы установлены в общем (объединенном) корпусе с возможностью совместного или раздельного питания воздухом секций воздушной подушки, а входные отверстия вентиляторов снабжены герметичными жалюзями (или крышками); вентиляторы выполнены сдвоенными, каждый из них снабжен двухсторонним входом и четырехсторонним (четырехканальным) выходом, а в объединенном корпусе вентиляторов установлены аэродинамические делители потока обеспечивающие одинаковую подачу воздуха в правый и левый ресиверы; носовая часть корпуса и блоков плавучести оборудованы упругим буфером безопасности с энергоемкими амортизаторами; кормовая часть корпуса оборудована горизонтальными рулями-стабилизаторами продольной устойчивости, кинематически связанными с системой управления тормозными щитками.
2. Амфибийное транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что воздушные ресиверы выполнены по всей длине корпуса и блоков плавучести и снабжены обтекаемыми перегородками, разделяющими потоки воздуха, подаваемого передними и задними вентиляторами.
3. Амфибийное транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что нижняя стенка воздушных ресиверов выполнена в виде направляющей решетки (жалюзи) с наклоном лопаток в сторону кормы под углом 40...50°.
4. Амфибийное транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что в секциях блоков плавучести размещены топливные баки.
5. Амфибийное транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что буфер безопасности выполнен из трех частей, соединенными между собой гибкими перемычками, при этом средняя часть закреплена через амортизаторы к носовой части основного корпуса, а боковые части закреплены через амортизаторы к носовым частям блоков плавучести.
