БУКСИРУЕМЫЙ НОСИТЕЛЬ ДЛЯ ГИДРОНАВТОВ Российский патент 1996 года по МПК B63B21/66 B63C11/34 B63G8/42 

Изобретение относится к судостроению, а именно, к технике подводной и надводной буксировки гидронавтов. Может использоваться также при поисковых и обследовательских водолазных работах и для научных исследований в водной среде.

Известен принятый в качестве ближайшего аналога буксируемый носитель для гидронавтов, содержащий корытообразный корпус с защитной открытой сзади кабиной в головкой части и ложем для гидронавта. В нижней части находятся салазки в виде двух полозьев, предохраняющие корпус носителя от ударов о грунт и поломок. Расширяющаяся к корме стабилизирующая плоскость играет роль хвостового оперения. Буксировочная гибкая связь закреплена на вершине дугообразной скобы, охватывающей носовую часть корпуса и шарнирно закрепленной вблизи его середины. Дуга может принимать любое положение от горизонтального до вертикального в зависимости от глубины погружения и скорости буксировки.

Гидродинамическими элементами для управления перемещениями служат два горизонтальных руля, расположенные на стабилизирующей плоскости, с ручным приводом самолетного типа (М.В.Меренов, В.И.Смирнов, В.В.Смолин "Водолазное дело", Л. Судостроение, 1989 с. 113, 114).

К недостаткам прототипа следует отнести некоторые особенности, вытекающие из его гидродинамической компоновки.

Так углубляющая сила создается дифферентовкой корпуса на нос, вследствие чего голова гидронавта при буксировке под водой располагается глубже уровня его ног, что создает определенный дискомфорт.

Боковая гидродинамическая сила создается за счет крена корпуса с хвостовым оперением только при наличии углубляющей силы; боковые перемещения при этом зависят от заглубления носителя, не превышают его величины, и поэтому невозможны при буксировке на поверхности. Наличие буксировочной дуги с шарнирами позади защитной кабины создает опасность зацепов и запутывания снаряжения гидронавта, особенно при выходе из носителя на глубине и в момент аварийной ситуации.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение вышеуказанных недостатков прототипа и повышение эффективности управления ходом носителя и безопасности при длительной буксировке как в подводном, так и в надводном положении, путем улучшения гидродинамической компоновки буксируемого носителя для гидронавтов.

Это достигается тем, что в буксируемом носителе для гидронавтов, содержащем корытообразный корпус с ложем и с защитной открытой сзади кабиной в головной части корпуса, предохранительные салазки снизу корпуса, хвостовое оперение, гидродинамические элементы для управления вертикальными и боковыми перемещениями носителя и узел крепления буксировочной гибкой связи, новым является то, что корпус имеет в пределах кабины плоское днище, приподнятое к носовой оконечности, предохранительные салазки выполнены в виде расположенного под кабиной носового киля и двух разнесенных по сторонам корпуса нижних плавников, образующих совместно с верхними плавниками оперение Х-образной формы, гидродинамические элементы для управления вертикальными и боковыми перемещениями носителя выполнены в виде двух решетчатых крыльев со срединной пустотелой лопастью каждое, установленных шарнирно с возможностью поворота в двух плоскостях на консолях, выступающих по бортам кабины и входящих внутрь срединных пустотелых лопастей.

Узел крепления буксировочной гибкой связи размещен спереди носового киля, причем консоли гидродинамических элементов для управления перемещениями расположены на уровне продольной оси носителя, проходящей через его носовую оконечность, а носовой киль, нижние плавники и нижняя часть боковых стенок корпуса позади кабины в проекции на диаметральную плоскость носителя симметризованы относительно этой продольной оси соответственно проекциям кабины, верхних плавников хвостового оперения и верхней части боковых стенок корпуса на ту же плоскость.

На фиг.1 представлен буксируемый носитель для гидронавтов, вид сбоку.

На фиг.2 вид спереди со снятым правым крылом.

На фиг.3 представлена схема действия гидродинамических сил на решетчатое крыло, вид сбоку.

На фиг.4 такая же схема вид сверху.

На фиг. 5 представлена схема действия гидродинамических сил на носитель при буксировке в подводном положении и его перемещениях по вертикали.

На фиг.6 такая же схема при боковых перемещениях.

Буксируемый носитель для гидронавтов имеет корытообразный корпус 1 с защитной кабиной 2 в головной части. Внутри корпуса 1 расположено ложе 3 для гидронавта. Открытая сзади кабина 2, которая предназначена для укрытия верхней части тела гидронавта, имеет плоское днище 4, приподнятое к носовой оконечности носителя 0. Верхняя оболочка кабины 2 и днище кабины 4 cнабжены прозрачными окнами 5, обеспечивающими гидронавту широкий сектор обзора (вперед, вверх и вниз). Снизу кабины расположен носовой киль 6, образующий совместно с нижними плавниками 7 в корме корпуса защитные салазки, предохраняющие носитель от повреждений при ударах о грунт. Расположенные в корме и разнесенные по бортам корпуса 1 верхние плавники 8 образуют совместно с нижними плавниками 7 развитое хвостовое оперение Х-образной формы. По левому и правому бортам кабины 2 размещены гидродинамические элементы для управления вертикальными и боковыми перемещениями носителя рашетчатые стреловидные в плане крылья 9. Они состоят из вертикальных 10 и горизонтальных 11 пластин-лопастей, образующих прямоугольную решетку. Срединная горизонтальная лопасть 12 крыла 9 выполнена пустотелой, имеет плоские горизонтальные стенки, скругленный носок и плоский кормовой срез. Крылья 9 насажены на консоли 13, выступающие по бортам кабины 2 так, что консоли 13 входят внутрь пустотелых срединных лопастей 12. На конце каждой консоли 13 размещен двухплоскостной шарнир 14, внутренний вертикальный вал 15 которого своими фланцами жестко скреплен с оболочкой пустотелой лопасти 12 вблизи центра гидродинамического давления С крыла 9. Последнее обстоятельство обеспечивает гидродинамическую сбалансированность каждого крыла 9 на своей консоли 13, что необходимо для уменьшения усилия перекладки крыльев. Шарнир 14 обеспечивает поворот крыла 9 на угол ±δα в вертикальной плоскости относительно горизонтальной оси АА, проходящей через консоли 13, и/или в горизонтальной плоскости на угол ±db относительно вертикальной оси ВВ, совпадающей с осью вала 15. Углы поворота ±db относительно оси ВВ ограничены тем, что консоль 13 упирается изнутри в носок или кормовой срез пустотелой лопасти 12. За счет соответствующего выбора угла стреловидности c (см. фиг.4) лопасти 12 и крыла 9 в целом обеспечена одинаковая возможность поворотов из нейтрального положения по и против часовой стрелке. Повороты обоих крыльев 9 вместе на одинаковые углы осуществляются с помощью ручного привода рукояткой 16 внутри кабины 2. Элементы механизма привода (на фигурах не показаны) размещены внутри киля 6, кабины 2 и консолей 13. Спереди киля 6 располагается узел крепления буксировочной гибкой связи 17, выполненный в виде гребенки 18 с отверстиями и шарнирной скобы 19 с центром вращения О₁ (точкой буксировки).

Буксируемый носитель скомпонован таким образом, что консоли 13 крыльев 9 расположены на уровне продольной оси носителя 00₂, проходящей через его носовую оконечность 0. Носовой киль 6, нижние плавники 7 и нижняя часть боковых стенок корпуса 1 позади кабины 2 в проекции на диаметральную плоскость DD носителя симметризованы относительно этой продольной оси 00₂ соответственно проекциям на ту же плоскость DD кабины 2, верхних плавников 8 и верхней части боковых стенок корпуса 1 (см. вид сбоку, фиг.1).

Снизу корпуса 1 на его днище 20 может быть образован выступ 21 (например, для размещения воздушных баллонов 22) с целью симметризации элементов снаряжения и тела гидронавта, выступающих при его размещении на ложе 3 выше уровня боковых стенок корпуса 1 позади кабины 2 (фиг.5).

На фиг.1 и 2 представлен вариант одноместного буксируемого носителя для гидронавтов. Возможен также вариант двухместного носителя, который отличается от одноместного лишь увеличением ширины корпуса 1, кабины 2 и ложа 3, а также установкой двух носовых килей 6 вместо одного и двух сблокированных рукояток 16, разнесенных между собой в соответствии с размещением гидронавтов, и некоторого усложнения механизма ручного привода поворота крыльев 11.

Перед началом буксировки носитель, имея небольшой запас плавучести, находится на плаву. К гребенке 18 с помощью скобы 19 крепят ходовой конец буксировкой гибкой связи 17, коренной конец которой в свою очередь закреплен на катере или другом самоходном плавсредстве. Гидронавт в подводном снаряжении подплывает к носителю со стороны кормы корпуса 1 и размещается на ложе 3. При этом верхняя часть его туловища находится внутри открытой сзади кабины 2. С началом буксировки для погружения носителя на глубину гидронавта с помощью рукоятки 16 поворачивает оба крыла 9 в вертикальной плоскости на одинаковый угол атаки -da (носком крыла вниз). Возникающая при этом углубляющая сила R_у крыльев 9 создает относительно точки буксировки 0₁ момент, стремящийся дифферентовать носитель на корму. Этот момент компенсируется моментом от подъемной силы Y_к (см. фиг.3), создаваемой совместно корпусом 1 и лопастями 7 и 8 хвостового оперения при дифференте на корму. Благодаря Х-образной форме развитого хвостового оперения его лопасти 7 и 8 практически не затенены кабиной 2, крыльями 9, килем 6 и другими элементами, расположенными выше по потоку, что обеспечивает смещение центра приложения силы Y_к в корму. Увеличение плеча этой силы приводит к снижению угла дифферента носителя и, следовательно, к уменьшению ее величины. Тем самым суммарная углубляющая сила носителя T_у, приложенная в точке буксировки 01, мало отличается от углубляющей силы R_у крыльев 9 даже при максимально допускаемых поворотах и углублениях. Этим обеспечивается эффективное управление вертикальными перемещениями носителя практически без изменения дифферента.

Для обеспечения бокового перемещения носителя, независимого от величины углубляющей силы и заглубления носителя, гидронавт с помощью рукоятки 16 поворачивает оба решетчатые крыла 9 в горизонтальной плоскости по часовой или против часовой стрелки на одинаковый угол db (см.фиг.4 и фиг.6). Возникающий при этом момент относительно точки буксировки 0₁ cуммарной отводящей силы R_z обоих крыльев 9, аналогично углубляющей силе, благодаря флюгирующему действию кабины 2, носового киля 6 и Х-образного хвостового оперения, уравновешивается соответствующим моментом небольшой боковой силы Z_к от корпуса и оперения. В результате суммарная отводящая сила носителя Т_z, приложенная в точке 0₁, мало отличается от отводящей силы R_z крыльев 9.

Вместе с тем, вследствие описанной выше симметризации относительно продольной оси носителя 00₂ кабины 2, носового киля 6, верхних 7 и нижних 8 лопастей хвостового оперения и боковых стенок корпуса 1, а также из-за расположения на уровне этой оси консолей 13 крыльев 9 общий центр давления отводящих сил также располагается на уровне оси 00₂. Благодаря размещению узла крепления буксировочной гибкой связи 17 спереди носового киля 6 обеспечивается расположение точки буксировки 0₁ также практически на уровне продольной оси носителя 00₂ (возможная неточность симметризации гидродинамических сил относительно оси 00₂ легко компенсируется перемещением точки буксировки 0₁ по высоте за счет соответствующего выбора отверстия гребенки 18 для крепления скобы 19). В итоге обеспечивается минимизация крепящего момента и, следовательно, углов крена носителя при управлении его боковыми перемещениями.

Для обеспечения поверхностной буксировки гидронавт с помощью рукоятки 16 поворачивает крылья 9 в вертикальной плоскости и устанавливает их с положительным углом атаки da (носком вверх). В процессе буксировки из-за такой установки крыльев 9 и за счет приподнятого к носовой оконечности днища 4 кабины 2 создается гидродинамическая подъемная сила, обеспечивающая движение носителя на поверхности моря с небольшим дифферентом на корму. При этом носовой киль 6 и нижние плавники 7 хвостового оперения придают носителю необходимую устойчивость хода. На умеренных скоростях буксировки обтекание днища 4 кабины 2 плавное и через прозрачные окна 5 гидронавт может наблюдать подводный мир.

При повороте крыльев 9 в горизонтальной плоскости на угол ±db та их часть, 8 которая погружена в воду, создает отводящую силу, под действием которой носитель будет перемещаться вбок (угол атаки крыльев da при этом сохраняется). Вызванный отводящий силой момент, стремящийся накренить движущийся на поверхности носитель, компенсируется действием восстанавливающего момента от подъемной силы, центра приложения которой смещается в сторону более погруженного из разнесенных по бортам кабины 2 решетчатых крыльев 9. Это обеспечивает малые углы крена носителя при управлении боковыми перемещения в режиме буксировки на поверхности.

С увеличением скорости буксировки носовая часть носителя будет все более подниматься и он выйдет на режим глиссирования, однако при этом устойчивость хода сохраняется хотя возможность боковых перемещений снизится вследствие уменьшения погруженной площади крыльев 9.

Таким образом, предлагаемый буксируемый носитель обеспечивает эффективное взаимонезависимое управление боковыми и вертикальными перемещениями при малых угловых отклонениях его корпуса по дифференту и крену, что создает комфортные условия гидронавту при длительной подводной или надводной буксировке.

Предложенная компоновка носителя позволяет за счет предварительной перестройки механизма рулевого управления обеспечить повороты левого и правого крыльев 9 в вертикальной плоскости на разные углы da. В результате при необходимости появится возможность также независимого управления его креном.

Использование: судостроение, буксируемые носители гидронавтов. Сущность изобретение: буксируемый носитель для гидронавтов имеет корытообразный корпус с ложем и защитной, открытой сзади кабиной в головной части, предохранительные салазки снизу корпуса, хвостовое оперение, гидродинамические элементы для управления вертикальными и боковыми перемещениями носителя в подводном и надводном положении и узел крепления буксировочной гибкой связи. Корпус в пределах кабины имеет плоское, приподнятое к носовой оконечности днище. Салазки выполнены в виде носового киля и Х-образного хвостового оперения. Управление производится двумя шарнирно закрепленными гидродинамическими решетками. Узел крепления буксировочной гибкой связи размещен спереди носового киля, а консоли гидродинамических элементов управления - на уровне продольной оси носителя. Использование изобретения повышает эффективность управления и безопасность буксировки. 6 ил.

Буксируемый носитель для гидронавтов, содержащий корытообразный корпус с ложем и защитной открытой сзади кабиной в головной части, предохранительные салазки снизу корпуса, хвостовое оперение, гидродинамические элементы для управления вертикальными и боковыми перемещениями носителя и узел крепления буксировочной гибкой связи, отличающийся тем, что корпус в пределах кабины имеет плоское приподнятое к носовой оконечности носителя днище, предохранительные салазки выполнены в виде расположенного под кабиной носового киля и двух разнесенных по сторонам корпуса нижних плавников, образующих совместно с верхними плавниками хвостовое оперение X-образной формы, гидродинамические элементы для управления вертикальными и боковыми перемещениями носителя выполнены в виде двух решетчатых крыльев со срединной пустотелой лопастью каждое, установленных шарнирно с возможностью поворота в двух плоскостях на консолях, выступающих по бортам кабины и входящих внутрь срединных пустотелых лопастей, узел крепления буксировочной гибкой связи размещен спереди носового киля, а консоли гидродинамических элементов для управления перемещениями расположены на уровне продольной оси носителя, проходящей через его носовую оконечность, при этом внешние обводы носового киля, нижних плавников и нижней части боковых стенок корпуса позади кабины в проекции на диаметральную плоскость симметричны относительно этой продольной оси внешним обводам соответственно кабины, верхних плавников хвостового оперения и верхней части боковых стенок корпуса.