Аэродинамическое судно
Изобретение относится к области судостроения. Судно содержит корпус с продольными боковыми отсеками, в которых размещены движители вертикального подъема. Главный двигатель размещен в передней части корпуса и кинематически связан с движителями вертикального подъема. Маршевый движитель расположен в задней части корпуса и кинематически связан с движителями горизонтального перемещения. Судно имеет систему путевого управления и систему управления устойчивостью движения судна. Движители вертикального подъема одинаковы по конструкции и каждый из них содержит корпус прямоугольного типа, внутри которого размещены один над другим два одинаковых подъемных элемента, каждый из которых содержит прямоугольный ящик, установленный открытой частью вверх. В верхней части установлены на подшипниках горизонтально и параллельно друг другу несколько пар пустотелых барабанов цилиндрической формы. На валу каждого барабана закреплена шестерня, а между шестернями размещены промежуточные шестерни, каждая из которых входит в зацепление с двумя шестернями двух рядом стоящих барабанов. Расстояние между барабанами 0,3-0,5 мм. Посредством конических шестерен и вертикальных валов барабаны нижнего подъемного элемента связаны с барабанами верхнего подъемного элемента. Направление вращения барабанов в одну и ту же сторону. Внутрь ящика вставлена пористая, упругая и стойкая к истиранию подушка, контактирующая с нижними поверхностями барабанов и дном ящика. Повышаются технические характеристики судна. 25 ил.
Настоящее изобретение относится к области судостроения и может найти применение в качестве аэродинамического судна.
Известно судно, содержащее корпус с водительским отделением, установленный на поплавки, внутри которого расположен двигатель с муфтой сцепления, механически соединенный с несущими винтами самолетного типа большого диаметра, установленными по два спереди и сзади под углом 25 градусов к корпусу. /Авт. свид. СССР № 312788, 1971./
Недостатками известного судна являются: большая энерговооруженность, повышенная опасность при эксплуатации, большие переменные нагрузки на лопасти винтов, работающих на границе двух сред, небольшая высота подъема корпуса судна над поверхностью воды.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией судна.
Известно также аэродинамическое судно, содержащее корпус с водительским и пассажирским отделениями, внутри которого установлен двигатель с муфтой сцепления, механически связанный с движителями вертикального подъема, которые размещены в сквозных вертикальных каналах, выполненных в корпусе по два в носовой и кормовой частях.
/Патент США №4043421, кл. В60V 1/00, 1977./
Известное аэродинамическое судно, по патенту США №4043421, как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому полезному результату, принято за прототип.
Недостатками известного аэродинамического судна, принятого за прототип, являются: недостаточная мореходность, низкий КПД движителей вертикального подъема, негативное влияние на окружающую среду, небольшая скорость горизонтального движения.
Указанные недостатки обусловлены: небольшой высотой парения, трением больших масс воздуха о вертикальные каналы, большим гидродинамическим сопротивлением, возникающим из-за взаимодействия корпуса судна с водной поверхностью через упругие потоки воздуха, значительным количеством пыли, водяных брызг и шума, обусловленных истечением с большой скоростью больших масс воздуха.
Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик аэродинамического судна.
Технический результат обеспечивается тем, что в аэродинамическом судне, содержащем корпус, движители вертикального подъема, движители горизонтального перемещения, двигатель, установленный внутри корпуса и кинематически связанный с движителями вертикального подъема, механизмы управления, согласно изобретению вдоль обоих бортов выполнены продольные отсеки с верхними и нижними решетками, в которых размещены движители вертикального подъема, а внутри задней части корпуса размещен маршевый двигатель, который механически связан с движителями горизонтального перемещения, позади которых установлены воздушно-водяные рули, которые посредством гидромеханизмов соединены с педалями путевого управления, кроме того, движители вертикального подъема, количество которых зависит от веса судна, одинаковы по конструкции и каждый из них представляет собой прямоугольный корпус, открытый сверху и снизу, внутри которого на кронштейнах на некотором расстоянии от его стенок закреплены один над другим два одинаковых подъемных элемента, каждый из которых представляет собой прямоугольный ящик, один на некотором расстоянии от другого, установленный открытой частью вверх, в верхней части которого установлены на подшипниках горизонтально, один возле другого на одной и той же высоте, симметрично друг другу несколько пар пустотелых барабанов цилиндрической формы, продольные оси которых параллельны друг другу, размещенные в паре соосно один за другим, количество которых неограничено, на валу каждого из которых установлена шестерня, а между шестернями барабанов размещены промежуточные шестерни, установленные на осях, закрепленных на ящиках, каждая из которых входит в зацепление с двумя шестернями двух рядом стоящих барабанов, причем вал привода связан с валом одной пары барабанов нижнего подъемного элемента, кроме того, вал одного из барабанов нижнего подъемного элемента посредством двух конических шестерен, вертикальных валов и двух других конических шестерен соединен с валом одного из барабанов верхнего подъемного элемента, кроме того, внутрь прямоугольного ящика обоих подъемных элементов вставлена пористая, упругая и стойкая к истиранию подушка, контактирующая с нижними поверхностями барабанов и дном ящика, причем все барабаны одного подъемного элемента установлены с возможностью вращения в одну и ту же сторону, а расстояние между двумя барабанами не более 0,3-0,5 мм; кроме того, главный двигатель через муфту сцепления соединен с главным редуктором, а он посредством карданных валов, переднего и заднего редукторов и двойного конического дифференциала продольного наклона соединен с двумя передними и двумя задними движителями вертикального подъема, причем он же посредством карданных валов через бортовые редукторы и двойной конический дифференциал поперечного наклона соединен с четырьмя средними движителями вертикального подъема левого и правого бортов, причем тормоза обоих дифференциалов посредством гидромеханизмов связаны с ручкой управления положением корпуса судна в пространстве.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - изображен общий вид аэродинамического судна;
на фиг.2 - вид на аэродинамическое судно сверху;
на фиг.3 - вид на аэродинамическое судно снизу;
на фиг.4 - поперечный разрез аэродинамического судна;
на фиг.5 - общий вид движителя вертикального подъема;
на фиг.6 - вид на движитель вертикального подъема сверху;
на фиг.7 - вид на движитель вертикального подъема сбоку с частичным разрезом;
на фиг.8 - вид сбоку на верхний и нижний подъемные элементы;
на фиг.9 - вид сверху на верхний подъемный элемент с частичным разрезом;
на фиг.10 - схема привода барабанов верхнего подъемного элемента;
на фиг.11 - вид сверху на нижний подъемный элемент;
на фиг.12 - схема возникновения подъемной силы на подъемном элементе;
на фиг.13 - кинематическая схема привода движителей вертикального подъема;
на фиг.14 - схема привода движителей горизонтального перемещения;
на фиг.15 - гидравлическая система путевого управления;
на фиг.16 - гидравлическая система управления аэродинамическим судном в пространстве;
на фиг.17 - устройство двухвального редуктора;
на фиг.18 - устройство трехвального редуктора;
на фиг.19 - устройство двойного конического дифференциала;
на фиг.20 - устройство главного редуктора;
на фиг.21 - схема поддержания судна над поверхностью воды;
на фиг.22 - схема набора высоты;
на фиг.23 - схема снижения судна;
на фиг.24 - схема создания крена на правый борт;
на фиг.25 - схема создания крена на левый борт.
Аэродинамическое судно содержит корпус I с водительским и пассажирским отделениями. По бокам корпуса выполнены продольные отсеки 2, имеющие сверху и снизу решетки 3 для прохода воздуха. Внутри продольных отсеков закреплены движители вертикального подъема 4, которые посредством карданных валов 5 через двухвальные 6, трехвальные 7 редукторы, двойной конический дифференциал продольного наклона 8 с тормозами, работающими в масле, двойной конический дифференциал поперечного наклона 9 с тормозами, работающими в масле, главный редуктор 10, муфту сцепления 11 соединены с главным двигателем 12, установленным внутри носовой части корпуса. В задней части корпуса установлены движители горизонтального перемещения 13, содержащие воздушные винты изменяемого шага 14, размещенные в каналах 15, которые посредством карданных валов, трехвального редуктора, муфты сцепления соединены с маршевым двигателем 16, размещенным в кормовой части корпуса. Движители вертикального подъема одинаковы по конструкции и каждый из них содержит прямоугольный корпус 17, открытый сверху и снизу, внутри которого на кронштейнах 18, на некотором расстоянии от стенок корпуса и от друг друга, закреплены, один над другим, два подъемных элемента 19, одинаковых по конструкции. Каждый из них представляет собой прямоугольный ящик 20, установленный открытой частью вверх. В верхней части прямоугольного ящика установлены на подшипниках горизонтально, один возле другого, симметрично, на одной линии несколько пар пустотелых барабанов 21, цилиндрической формы, выполненных из прочного и легкого материала. Количество барабанов неограничено и определяется необходимой подъемной силой. Продольные оси барабанов параллельны друг другу. На валу 22 каждого из барабанов установлена шестерня 23. Все шестерни барабанов соединены между собой входящими с ними в зацепление промежуточными шестернями 24, установленными на неподвижных осях 25, закрепленных на ящике. Вал привода 26 соединен с валом одной пары барабанов. В паре два барабана соединены между собой соосно друг за другом. Нижний подъемный элемент посредством конических шестерен 27, 28, вертикальных валов 29, 30 с соединительной муфтой 31 и конических шестерен 32, 33 соединен с валами барабанов верхнего подъемного элемента. Внутрь прямоугольного ящика подъемного элемента вставлена пористая, упругая, стойкая к истиранию подушка 34, контактируемая с нижними поверхностями барабанов с одной стороны и дном прямоугольного ящика с другой. Все барабаны установлены с возможностью вращения в одну и ту же сторону, а барабаны верхнего и нижнего подъемных элементов должны вращаться в разные стороны. Расстояние между двумя рядом стоящими барабанами не должно превышать 0,3-0,5 мм. В задней части корпуса судна в потоке воздуха за движителями горизонтального перемещения установлены воздушно-водяные рули 35, которые посредством гидросистемы соединены с педалями путевого управления 36, которые установлены на неподвижной оси 37 и имеют рычаг 38. Гидросистема содержит масляный бак 39, масляный насос 40, два гидравлических крана 41, которые взаимодействуют с рычагом педалей путевого управления, гидроцилиндр 42, который посредством тяги 43 и рычагов 44 соединен с воздушно-водяными рулями. Все агрегаты соединены между собой трубопроводами 45. Гидравлическая система управления устойчивостью судна в полете содержит ручку управления 46, которая установлена на валу 47 с возможностью поворота в продольном и поперечном направлениях и имеет полукруглый сектор 48, масляный бак, масляный насос, два гидравлических крана 49 продольного наклона, взаимодействующие с рычагом 50, закрепленном на валу, два гидравлических крана 51 поперечного наклона, взаимодействующие с полукруглым сектором, двойной конический дифференциал продольного наклона с тормозами, приводимыми в действие гидроцилиндрами 53, двойной конический дифференциал поперечного наклона с тормозами 54, приводимыми в движение гидроцилиндрами 55. Все агрегаты гидросистемы связаны между собой трубопроводами.
Двухвальный редуктор содержит корпус 56, закрытый крышкой 57. В подшипниках корпуса и крышки установлены ведущий 58 и ведомый 59 валы, на которых закреплены ведущая 60 и ведомая 61 шестерни. На свободных концах валов закреплены фланцы 62. Трехвальный редуктор содержит корпус 63, закрытый крышкой 64. В корпусе и крышке на подшипниках установлены ведущий 65 и ведомый 66 валы, на которых закреплены ведущая 67 и ведомые 68. На свободных концах закреплены фланцы 69. Главный редуктор содержит корпус 70, закрытый крышкой 71. На подшипниках корпуса установлены ведущий 72 и промежуточный 73 валы. На подшипниках крышки установлены ведомые валы 74, 75. На валах закреплены ведущая 76, промежуточные 77, 78 и ведомые 79, 80 шестерни. На свободных концах закреплены фланцы 81. Оба двойных конических дифференциала одинаковы по конструкции и каждый из них содержит корпус 82 с ведомой шестерней 83, входящей в зацепление с ведущей шестерней 84, в подшипниках которого установлены двойные сателиты 85. Малые шестерни закреплены на осевых валах, а большие шестерни закреплены на трубчатых валах 86, на свободных концах которых закреплены тормозные барабаны 87 с тормозами, причем тормозные барабаны и тормоза работают в масле для того, чтобы не допустить при торможении полной остановки тормозных барабанов.
Работает аэродинамическое судно следующим образом. После запуска главного 12 и маршевого 16 двигателей включается муфта сцепления 11 главного двигателя. Вращающийся момент от главного двигателя 12 через муфту сцепления 11, главный редуктор, 10 посредством карданных валов 5 через редукторы 6, 7 и дифференциалы продольного 8 и поперечного 9 наклона, передается на движители вертикального подъема 4 левого и правого бортов. Возникает подъемная сила F и, как только она становится больше веса судна Р, корпус судна поднимается над поверхностью воды, /фиг.21/. Возникновение подъемной силы на движителях вертикального подъема происходит следующим образом. Когда барабаны 21 движителя вертикального подъема 4 неподвижны, давление атмосферного воздуха на верхние поверхности барабанов и на дно ящика 20 одинаково и подъемной силы не возникает. При вращении вала привода 26 вращающийся момент через шестерни 23 и промежуточные шестерни 24 передается на валы 22 и соответственно на барабаны 21, которые вращаются в одном и том же направлении, как показано на фигуре 12 стрелками. Одновременно с этим через конические шестерни 27, 28, вертикальные валы 29, 30 с муфтой 31 и конические шестерни 32, 33 приводятся во вращение и барабаны 21 верхнего подъемного элемента 19. Верхние барабаны вращаются в одну сторону, нижние - в противоположную. Массы воздуха, прилипшие к поверхностям барабанов 21, движутся от одного барабана к другому. В результате на верхних поверхностях барабанов образуется движущийся пограничный слой воздуха М, передвигающийся со скоростью V. Из аэродинамики известно, что давление на какую-либо поверхность, по которой движется пограничный слой воздуха, всегда меньше, чем давление на поверхность, на которой воздух неподвижен. Поэтому давление воздуха на наружные поверхности барабанов 21 будет меньше, а давление на дно ящика 20 будет равно атмосферному, т.е. больше. Отсюда Р1 меньше Р. Разность этих давлений и будет подъемной силой F. Подушка 34 препятствует обтеканию воздушным потоком нижних поверхностей барабанов 21. Путем увеличения или уменьшения частоты вращения барабанов 21 можно изменять величину подъемной силы /фиг.12/. Как только корпус судна 1 поднялся над поверхностью воды, включается муфта сцепления 11 и вращающийся момент от маршевого двигателя 16 передается карданными валами 5 через редуктор 7 на воздушные винты изменяемого шага 14, которые создают тягу и перемещают судно в нужном направлении. Путем изменения частоты вращения вала маршевого двигателя 16 можно изменять величину тяги и соответственно скорость движения судна. Управление судном по курсу осуществляется ножными педалями 36. При нажатии на правую или левую педаль 36 она поворачивается вокруг оси 37 и своим рычагом 38 нажимает на левый или правый гидравлический кран 41. При этом масло из масляного бака 39 масляным насосом 40 по трубопроводам 45 подается в ту или иную полость гидроцилиндра 42. Под действием давления масла шток гидроцилиндра 42 вдвигается внутрь корпуса или выдвигается наружу и посредством тяги 43 и рычагов 44 поворачивает в необходимую сторону воздушно-водяные рули 35, обеспечивая поворот судна в нужную сторону /фиг.15/.
Управление судном в пространстве при движении над поверхностью воды осуществляется следующим образом. Чтобы осуществить набор высоты необходимо повернуть ручку управления 46 в положение "на себя". Коленчатый рычаг 50 повернется и нажмет на золотник переднего крана 49. Масло из бака 39 масляным насосом 40 подается в задний цилиндр 53. Шток выдвигается и тормоз 52 нажимает на задний тормозной барабан 87 двойного конического дифференциала продольного наклона 8. Частота вращения переднего осевого вала увеличится, а заднего осевого вала уменьшится /фиг.16/. В результате частота вращения барабанов 21 двух передних движителей вертикального подъема 4 увеличится, а двух задних движителей вертикального подъема 4 уменьшится. Подъемная сила в передней части корпуса I возрастет, а в задней части уменьшится. Корпус судна повернется вокруг поперечной оси и займет положение, показанное на фигуре 22. Чтобы осуществить снижение судна необходимо ручку управления 46 повернуть в положение "от себя". Коленчатый рычаг 50 повернется и нажмет на золотник заднего гидравлического крана 49. Масло из масляного бака 39 масляным насосом 40 станет подаваться в передний гидроцилиндр 53. Тормоз 52 нажмет на передний тормозной барабан 87 двойного конического дифференциала продольного наклона 8. В результате частота вращения барабанов 21 передних движителей вертикального подъема 4 уменьшится, а задних движителей вертикального подъема 4 увеличится. Подъемная сила в передней части корпуса I уменьшится, а в задней части возрастет и корпус судна повернется вокруг поперечной оси и займет положение, показанное на фигуре 23. Для создания крена на правый борт необходимо ручку управления 46 повернуть вправо. Полукруглый сектор 48 нажмет на золотник левого гидравлического крана 51. Масло из масляного бака 39 масляным насосом 40 станет подаваться в правый гидроцилиндр 55 и тормоз 54 нажмет на правый тормозной барабан 87 двойного конического дифференциала поперечного наклона 9. Правый осевой вал 10 уменьшит свою скорость, а левый осевой вал увеличит. В результате частота вращения барабанов 21 правых средних движителей вертикального подъема 4 уменьшится, а левых средних движителей вертикального подъема 4 увеличится. Подъемная сила F правого борта уменьшится, а левого борта возрастет. Корпус судна повернется вокруг продольной оси и займет положение, показанное на фигуре 24. Для создания крена на левый борт необходимо ручку управления 46 повернуть влево. Полукруглый сектор 48 нажмет на золотник правого гидравлического крана 51. Масло из масляного бака 39 масляным насосом 40 станет подаваться в левый гидроцилиндр 55, тормоз 54 нажмет на левый тормозной барабан 87 двойного конического дифференциала поперечного наклона 9. Левый осевой вал 85 уменьшит частоту вращения, а правый осевой вал на столько же увеличит. Частота вращения барабанов 21 левых средних движителей вертикального подъема 4 уменьшится, а средних правых движителей вертикального подъема 4 возрастет. Подъемная сила F в левой части корпуса уменьшится, а в правой возрастет. Корпус судна повернется вокруг продольной оси и займет положение, показанное на фигуре 25. После прибытия на место назначения обороты главного двигателя 12 уменьшаются, подъемная сила движителей вертикального подъема 4 плавно уменьшается и судно опускается на поверхность воды. Маневрирование на воде осуществляется движителями горизонтального перемещения 13 и воздушно-водяными рулями 35.
Изобретение позволяет повысить технические характеристики аэродинамического судна.
Аэродинамическое судно, содержащее корпус, движители вертикального подъема, главный двигатель, установленный в носовой части корпуса и механически связанный с движителями вертикального подъема, движители горизонтального перемещения, установленные в задней части корпуса, механизмы управления, отличающееся тем, что вдоль обоих бортов выполнены продольные отсеки с верхними и нижними решетками, в которых размещены движители вертикального подъема, а внутри задней части корпуса размещен маршевый двигатель, который механически связан с движителями горизонтального перемещения, позади которых установлены воздушно-водяные рули, которые посредством гидромеханизмов соединены с педалями путевого управления, кроме того движители вертикального подъема, количество которых зависит от веса судна, одинаковы по конструкции и каждый из них представляет собой прямоугольный корпус открытый сверху и снизу, внутри которого на кронштейнах, на некотором расстоянии от его стенок закреплены один над другим два одинаковых подъемных элемента, каждый из которых представляет собой прямоугольный ящик, один на некотором расстоянии от другого, установленный открытой частью вверх, в верхней части которого установлены на подшипниках горизонтально один возле другого на одной и той же высоте симметрично друг другу несколько пар пустотелых барабанов цилиндрической формы, продольные оси которых параллельны друг другу, размещенные в паре соосно один за другим, количество которых не ограничено, на валу каждого из которых установлена шестерня, а между шестернями барабанов размещены промежуточные шестерни, установленные на осях, закрепленных на ящиках, каждая из которых входит в зацепление с двумя шестернями двух рядом стоящих барабанов, причем вал привода связан с валом одной пары барабанов нижнего подъемного элемента, кроме того вал одного из барабанов нижнего подъемного элемента посредством двух конических шестерен, вертикальных валов и двух других конических шестерен соединен с валом одного из барабанов верхнего подъемного элемента, кроме того внутрь прямоугольного ящика обоих подъемных элементов вставлена пористая, упругая и стойкая к истиранию подушка, контактирующая с нижними поверхностями барабанов и дном ящика, причем все барабаны одного подъемного элемента установлены с возможностью вращения в одну и ту же сторону, а расстояние между двумя барабанами не более 0,3-0,5 мм, кроме того, главный двигатель через муфту сцепления соединен с главным редуктором, а он посредством карданных валов, переднего и заднего редукторов и двойного конического дифференциала продольного наклона соединен с двумя передними и двумя задними движителями вертикального подъема, причем он же посредством карданных валов через бортовые редукторы и двойной конический дифференциал поперечного наклона соединен с четырьмя средними движителями вертикального подъема левого и правого бортов, причем тормоза обоих дифференциалов посредством гидромеханизмов связаны с ручкой управления положением корпуса судна в пространстве.
