Устройство для реализации способа передвижения и управления транспортным средством на воздушной подушке

Изобретение относится к транспортным средствам, использующим динамическую воздушную подушку (ВП), и касается использования при создании транспортных средств для перемещения по воде, снегу и земле. Устройство для реализации способа передвижения и управления транспортным средством на ВП содержит нагнетатель высокого давления и сопловое устройство. Транспортное средство содержит корпус, на котором установлен нагнетатель в виде импеллера, формирующий газодинамическую струю воздуха высокого давления, сопло которого расположено под днищем корпуса под углом в вертикальной плоскости к продольной оси судна и перпендикулярно - к горизонтальной. В пневмоканалах под днищем распределяется давление сжатого воздуха и формируется ВП и динамическая тяга. Устройство содержит щиток, шторки и дисковые колеса, осуществляющие управление сформированными гидро-газодинамическими потоками. Достигается обеспечение простоты практической реализации способа, обладающего высоким к.п.д. с улучшенной управляемостью. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области транспортных средств, использующих динамическую воздушную подушку, обладающих созданием высокопроизводительным свойством компрессора на использовании импеллера, реактивная струя которого направлена для пневмоканалов в виде сжатого воздуха под днище для создания подъемной и тяговой силы, и может быть использовано при создании транспортных средств (ТСВП) для перемещения по воде, снегу и земле.

В настоящее время известны различные способы и средства для управления судами на воздушной подушке.

Известны технические решения (Патенты США №387012, опубл. 11.03.1975; 5005660, опубл. 09.04.1991; и 5273128, опубл. 28.12.1993), в которых раскрыты способы и средства управления судном на воздушной подушке. Однако данные технические решения достаточно сложны в практической реализации, особенно на маломерных судах, а также не позволяют реализовать транспортным средством (ТС) высокие амфибийность и мореходность, а возможности энергетических установок при этом реализуются неполностью.

Известен способ обеспечения управления судном на воздушной подушке и система управления им, согласно которому создается воздушный канал тяги, вектор которой управляется, по меньшей мере, одной группой из двух поворотных рулей с осями вращения, практически перпендикулярными оси воздушного канала тяги (Патент RU №2399527, B60V 1/14, 2010).

К недостаткам данного способа управления судном на воздушной подушке следует отнести то, что по известному способу силовая вентиляторная установка формирует воздушную подушку внутри ограждения, которое неэффективно распределяет воздушный поток под днищем, так как под днищем имеет в плане расширение, что ведет к возникновению перепадов давления в подушке, а это, в свою очередь, может вызвать у ТС крен, дифферент и рыскание по курсу.

Все эти известные средства достаточно сложны, в особенности при их использовании на маломерных судах на воздушной подушке. Кроме того, описанные суда обладают невысокой амфибийностью и мореходностью, при этом возможности силовых установок реализуются неполностью.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа заявляемому, является способ создания подушки для транспортного средства, включающего струйное ограждение области воздушной подушки по периферии транспортного средства, который включает создание с помощью подводящего тракта газодинамической завесы, удерживающей воздушную подушку. В нее подают дополнительный воздух под давлением, превышающим заданное давление в подушке как минимум на величину потери давления в подводящем тракте (Патент RU 2092343, кл. В60V 1/02,1997).

Однако данное техническое решение сложно в практической реализации, при этом не позволяет создать тяговой силы (ТС) с высоким к.п.д. и повышенной (улучшенной) управляемостью на различных подстилающих поверхностях.

Известное устройство, реализующее данный способ, содержит корпус, вентилятор, создающий воздушную подушку, тяговый винт и орган управления в виде одной рулевой колонки. Однако оно имеет сложную конструкцию и низкую управляемость при неровностях на грунте и волнениях на воде.

Кроме того, известное устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит нагнетатель высокого давления, подводящий тракт, состоящий из коллектора и соплового устройства, расположенного по периферии корпуса ТС, а также нагнетатель низкого давления и шахты, предназначенные для подачи воздуха непосредственно в область воздушной подушки. Таким образом, этот способ требует применения сложной конструкции, создает трудности и имеет ухудшенную эффективность, низкий к.п.д. и малую динамику ТС в различных условиях применения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технический результат - создание устройства для реализации способа передвижения и управления ТСВП, обеспечивающего относительную простоту его практической реализации, обладающего высоким к.п.д. и улучшенной управляемостью.

Этот технический результат решается тем, что устройство для реализации способа передвижения и управления транспортным средством на воздушной подушке, содержащее нагнетатель высокого давления и сопловое устройство, корпус, на котором установлен нагнетатель в виде импеллера, формирующий газодинамическую струю воздуха высокого давления, сопло которого расположено под днищем корпуса под углом в вертикальной плоскости к продольной оси судна и перпендикулярно - к горизонтальной, а в пневмоканалах под днищем судна распределяется давление сжатого воздуха и формируется воздушная подушка и динамическая тяга, кроме того, устройство содержит щиток, шторки и дисковые колеса, осуществляющие управление сформированными гидрогазодинамическими потоками, при этом судно снабжено передним и задним воздушными спойлерами.

При этом поворотные элементы в виде створок и щитков создают воздушно-пузырьковый поток в направлении пневмоканалов, что снижает трение корпуса о поверхность и повышает к.п.д. энергоустановки.

При этом спойлеры управляются единой гидро-газодинамической системой управления.

Предлагаемый способ передвижения и управления транспортным средством на воздушной подушке, устройство для его реализации, работает следующим образом.

Согласно изобретению сформированную газодинамическую струю воздуха под высоким давлением направляют под углом в горизонтальной плоскости в два канала днища ТСВП, в которых происходит формирование газодинамических потоков, осуществляют управление силой и векторами этих потоков таким образом, что обеспечивается как создание ВП, так и силы, обеспечивающей поступательное движение ТСВП, при этом для оптимизации процессов обтекания потоков встречного воздуха судна и характеристик ВП осуществляют согласованное управление ими.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показано амфибийное судно на сжатом пневмопотоке; на фиг. 2 показан вид сверху; на фиг. 3 - вид снизу на днище судна в кормовой части; на фиг. 4 - вид на кормовую часть судна сзади (руль поворота); на фиг. 5 изображена ограничительная пластина-фиксатор на борту судна и дисковое колесо, подпружиненное со стороны днища в рабочем положении в движении и на стоянке (вид сбоку).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предложенное устройство содержит корпус 1, который включает импеллер 2 в кожухе, состоящий из статора и ротора, лопатки которых выполнены криволинейными и повернутыми в вертикальной плоскости относительно друг к другу в противоположных направлениях для выравнивания потока воздуха в корпусе крепления 3, переходной участок 4 и сопло 5, канал 6 днища 7 судна, уступ 8 с усеченной стенкой 9, зауженные пневмоканалы 10 и 11, поворотный щиток 12 на горизонтальной оси вращения 13, плоский закрылок - створку 14 на цилиндре-амортизаторе 15. Вертикальная ось руля 16 содержит закрепленную шторку 17, к которой через шарнир 18 закреплена дополнительная шторка 19 с пружиной сжатия 20. Колесо-диск 21 содержит рычаг 22 с горизонтальной осью вращения 23, пружину сжатия 24, фиксатор-ограничитель 25. Судно содержит передний и задний активные воздушные аэродинамические спойлеры 26 и 27.

Способ передвижения и управления транспортным средством на воздушной подушке, устройство для его реализации, работает следующим образом.

В начале движения импеллер 2, расположенный в передней части корпуса 1, подает воздушную смесь высокого давления через корпус крепления 3 и переходной участок 4 в сопло 5, расположенное под углом в вертикальной плоскости к продольной оси судна и перпендикулярно - к горизонтальной, при этом смесь заполняет канал 6 под днищем 7 судна. Через канал 6 воздушный поток поступает в сторону уступа 8 с усеченной стенкой 9, в котором распределяется давление сжатого воздуха на два сквозных узких пневмоканала 10 и 11. Напор сжатого потока воздуха на выходе пневмоканалов 10 и 11 управляется углом поворота щитка 12 на горизонтальной оси 13 вращения с возможностью его примыкания ко дну уступа. Регулируя обороты импеллера 2, а также углы поворота щитка 12, регулируют давление внутри канала 6 под днищем до величины, обеспечивающей динамическую разгрузку судна при скоростях движения ТС от нулевой до максимальной. Следует отметить, что еще до начала движения судна пневмоканалы 10 и 11 заполнены атмосферным воздухом, создающим подъемную силу, то есть создается пассивная воздушная подушка, что влияет на стартовую скорость движения. Сопло 5 снабжено плоским закрылком в виде створки 14, подамортизированной и управляемой цилиндром-амортизатором 15. В кормовой части со стороны торца уступа 8 шарнирно установлена вертикальная ось руля 16, на которой жестко закреплена шторка 17, и к которой через шарнир 18 закреплена дополнительная шторка 19 с пружиной сжатия 20 с возможностью поворота вокруг оси руля 16 относительно шторки 17 в вертикальной плоскости. Шторка 17 расположена напротив пневмоканалов 10 и 11 и частично нижний ее конец расположен в воде, и вместе они связаны в одно целое устройство с возможностью поворота руля 16 снаружи относительно торцевого уступа 8 в кормовой части. Такая связь шторок 17 и 19 обеспечивает как полное закрытие на повороте одного из пневмоканалов 10 и 11 и одновременно увеличивает управляемость ТС при движении по воде, что позволяет увеличить возможность поворотов (разворотов) по меньшему радиусу. Площадь шторок 10 и 11 руля 16 выбрана таким образом, чтобы обеспечить при движении по воде ТС лучшую маневренность судна и его динамическую устойчивость. Сжатый воздушный поток разделяется уступом 8 на два потока и направляется в пневмоканалы 10 и 11, прикрытые снизу щитком 12, и выходит сзади в кормовой части судна, что особенно важно на начальных этапах движения судна по воде, когда аэродинамические силы и моменты малы. В то же время расход воздуха от импеллера 2 для заполнения пневмоканалов 10 и 11 достаточен на начальном этапе движения судна по воде, снегу, земле, так как объем его весь поступает в пневмоканалы 10 и 11, соответственно энергозатраты снижаются. Во время движения судна для обеспечения поворотов изменяется направление действия силы тяги, поворачивающей устройство, которое выполнено с помощью руля 16 со шторками 17 и 19, при этом шторка 19 на оси 18 перекрывает часть плоскости шторки 17 с пружиной 20.

При повороте судна на правый или левый борт происходит некоторое оседание судна в одну из сторон, увеличивается гидростатическое давление воды на одно из дисковых колес 21 с осью 23 вращения со стороны опущенного борта и оно складывается в сторону днища судна в горизонтальное положение, сжимая пружину 24, при этом со стороны приподнятого борта ограничительная пластина 25 фиксирует дисковое колесо 21 в вертикальном положении, что повышает устойчивость судна на поворотах.

Форма конструкции тонкого дискового колеса 21 вместе с работой руля 16 со шторками 17 и 19 обеспечивает синхронный разворачивающий момент в сторону опущенного борта судна. Следует отметить, что и в движении судна по снегу и земле направляющее устройство амортизирует на неровностях, например, почвы с помощью пружины 20 шторки 19. В случаях движения над водной поверхностью направляющие дисковые колеса 21 выступают в роли стабилизаторов, что повышает дополнительно устойчивость судна по курсу при работе пневмоканалов 10 и 11 с рулем 16.

Применение в носовой и кормовой частях ТС активных воздушных аэродинамических спойлеров позволяет создать выравнивающую силу давления воздушного потока на судно, что в целом обеспечивает его большую устойчивость и управляемость, в частности, при высоких скоростях и волнениях на воде. Поворотные элементы в виде створки 14 и щитка 13, особенно при стартовой скорости, создают воздушно-пузырьковый поток в направлении пневмоканалов 10 и 11, который снижает трение днища судна об опорную поверхность и уменьшает оседание судна, что увеличивает КПД движителя (импеллера). При увеличении скорости движения ТС до крейсерской поворотным щитком 13 обеспечивается регулировка потоком сжатого воздуха для оптимального заполнения каналов под днищем судна. При этом возрастает аэродинамическая стабилизация в горизонтальной плоскости, а вся энергия сжатого потока от импеллера преобразуется через пневмоканалы в силу тяги. Это значительно повышает экономичность амфибийного судна и позволяет развивать ему скорости, соизмеримые со скоростями винтовых летательных аппаратов.

Технико-экономический эффект от реализации данного изобретения заключается в повышении рентабельности амфибийного судна как транспортного средства, уменьшении дальности и времени пути, повышении престижности и комфортности пассажирских амфибийных судов на работе сжатого пневмопотока, особенно это касается маломерных судов на воздушной подушке.

Таким образом, заявленный способ передвижения и управления транспортным средством на воздушной подушке, устройство для его реализации, позволяет достичь указанный выше технический результат, заключающийся в упрощении управления судном на сжатом пневмопотоке с обеспечением устойчивости в продольном и поперечном направлениях с уменьшением лобового сопротивления и с высокой маневренностью на плаву, и согласованности с управлением газодинамическими потоками управления процессами обтекания судна встречными потоками воздуха.

Современный уровень техники позволяет реализовать представленные в описание способ передвижения и управления транспортным средством на воздушной подушке, устройство для его реализации, на специализированном предприятии с использованием известных расчетных и экспериментальных методов и технологий. Совокупность признаков и степень раскрытия сущности изобретения достаточны для его практической реализации при разработке и изготовлении амфибийного судна.

1. Устройство для реализации способа передвижения и управления транспортным средством на воздушной подушке, содержащее нагнетатель высокого давления и сопловое устройство, отличающееся тем, что содержит корпус, на котором установлен нагнетатель в виде импеллера, формирующий газодинамическую струю воздуха высокого давления, сопло которого расположено под днищем корпуса под углом в вертикальной плоскости к продольной оси судна и перпендикулярно - к горизонтальной, а в пневмоканалах под днищем судна распределяется давление сжатого воздуха и формируется воздушная подушка и динамическая тяга, кроме того, устройство содержит щиток, шторки и дисковые колеса, осуществляющие управление сформированными гидро-газодинамическими потоками, при этом судно снабжено передним и задним воздушными спойлерами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поворотные элементы в виде створок и щитков создают воздушно-пузырьковый поток в направлении пневмоканалов, что снижает трение корпуса о поверхность и повышает к.п.д. энергоустановки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что спойлеры управляются единой с гидро-газодинамической системой управления.