ЭКРАНОСАНИ КАШЕВАРОВА "ЭСК" И ТРАССА ДЛЯ ИХ ДВИЖЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B60V1/08 B60V3/04 A63C19/10 

Изобретение относится к транспорту и касается конструирования скоростных транспортных средств для перевозки пассажиров и грузов по наземным и водным маршрутам.

Известны экраносани, содержащие корпус (US, патент N 4137986, кл. B 60 V 3/04, опублик. 1979).

Известна также трасса для движения экраносаней с колеями для скольжения полозьев экраносаней (US, патент США N 4137986, кл. B 60 V 3/04, опублик. 1979).

Однако такие экраносани и трасса с известными колеями для скольжения их полозьев обладают низкими эксплуатационными качествами и малым диапазоном эксплуатации.

Технический результат от реализации описываемой группы изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, заключается в повышении эксплуатационных качеств экраносаней и в расширении диапазона их эксплуатации.

Такой технический результат достигается тем, что у экраносаней, имеющих корпус, последний выполнен в форме шестиугольника, вытянутого от носа к корме в виде аэродинамического крыла с вертикальными боковыми стенками и полозьями, создающими поддонное пространство аэродинамического подъемника вторичного прямоточного воздушно-реактивного двигателя и движителя с сопловым сечением, образованным плоскостями дна, наклонными от его осевой линии к полозьям и от носа и кормы экраносаней к сопловому сечению, в котором оканчиваются трубы прямоточных воздушно-реактивных двигателей и движителей, проложенные от носовой части крыши корпуса экраносаней и соединенные в своей средней части с газоводом реактивного двигателя-оголовника, полоз состоит из трех взаимосвязанных секций, вписывающихся в дугообразную колею трассы, изменяющую направление движения экраносаней с минимальным радиусом кривизны, только в два раза большим длины корпуса экраносаней, крыша корпуса экраносаней соединена с его дном обтекателями в виде носовых и кормовых рулей высоты и имеет капитанский мостик, носовые и кормовые рули курса, в корпусе экраносаней размещены также несколько палуб для пассажиров, команды и обслуживающего персонала, танки для топлива, грузовые отсеки, склады и мастерские, причем полозья экраносаней выполнены с возможностью скольжения по колеям трассы, оборудованной упорными щитами и уголковыми отражателями, во время движения по твердому грунту.

Кроме того такие экраносани могут иметь реактивные двигатели в виде оголовника сферической формы, в центральной части которого образована сферическая камера сгорания, изготовленная из жаропрочного материала, между которым и корпусом оголовника установлена термоизолирующая прокладка, вокруг камеры сгорания сферическим поверхностями образованы камеры для сжатого воздуха с термоизолирующей прокладкой на наружной поверхности этих камер, с поясами, соединяющими внутренние и наружные поверхности камер, камеры со сжатым воздухом соединены коническими трубками с камерой сгорания, в которой установлены форсунки для впрыскивания топлива и электросвечи для его зажигания.

Кроме того экраносани могут иметь первичные прямоточные воздушно-реактивные движители в виде воздухозаборной трубы, идущей от носовой части крыши и вставленной с кольцевым зазором в трубу, идущую в сопловую часть поддонного пространства, при этом к кольцевому зазору подсоединен газовод, идущий от камеры сгорания оголовника, а кольцевой зазор имеет сопловое сужение и расширение к концу воздухозаборной трубы, от которой идет труба с меньшим диаметром у кольцевого зазора и большим у сопловой части поддонного пространства.

Кроме того также экраносани могут иметь полозья, состоящие из передней, средней и задней секций, средняя секция соединена с двумя штангами, верхний конец каждой штанги соединен шарниром с боковой стенкой корпуса экраносаней, а нижний конец штанги соединен шарниром со штоком домкрата, корпус которого соединен шарниром с корпусом экраносаней, передняя и задняя секции полоза соединены вертикальными осями с нижней частью боковой стенки корпуса экраносаней, средняя секция находится в зацеплении с передней и задней секцией с помощью зуба этих секций, а также соединена с этими секциями упругими боковыми и донными пластинами, закрепленными на передней смежной секции и перекрывающими зазор с задней смежной секцией, секции полоза имеют камеры, соединенные газоводом с оголовником и конусными трубочками с нижней плоскостью полоза.

Указанный технический результат достигается также и тем, что трасса для движения экраносаней с колеями для скольжения полозьев экраносаней проложена по твердому грунту, колеи образованы железобетонным желобом, выложенным деревянным брусом, покрытым смазкой, например в виде мокрой глины летом и льдом и снегом зимой, уменьшающей силу трения полоза о брус, между колеями установлены под тупым углом к оси трассы упорные щиты, выполненные из бетона с эластичной верхней кромкой, эти щиты обращены вершиной угла в сторону носа экраносаней с наклоном в направлении движения экраносаней и с высотой, обеспечивающей касание эластичной верхней кромкой щита дна экраносаней в его сопловой части.

На фиг. 1 дан вид экраносаней сверху; на фиг. 2 - вид сбоку; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1 (увеличенной в 2 раза по сравнению с фиг. 1); на фиг. 4 - сечение полоза, проходящего поворот трассы; на фиг. 5 - узлы Л, М и Н на фиг. 4 в увеличенном виде; на фиг. 6 - сечение В-В и Г-Г на фиг. 5 ("Л"); на фиг. 7 - сечение Д-Д на фиг. 5 ("Н"); на фиг. 8 - узел 0 на фиг. 3 в увеличенном виде; на фиг. 9 - сечение Е-Е и Ж-Ж на фиг. 8; на фиг. 10 - часть сечения Г-Г фиг. 3 в увеличенном виде; на фиг. 11 - сечение И-И на фиг. 10; на фиг. 12 - сечение F-F на фиг. 3 в масштабе фиг. 3; на фиг. 13 - схема движения газов и воздуха, выходящих из труб прямоточных воздушно-реактивных движителей на трассе; на фиг. 14 - вид трассы сверху; на фиг. 15 - вид экраносаней снизу; на фиг. 16 - продольное сечение колеи трассы.

Экраносани Кашеварова имеют шестиугольный корпус с крышей 1 в виде аэродинамического крыла и дном, составленным из двух передних и двух задних плоскостей 2, наклонных от носа и кормы к сопловому отверстию 3, а также от середины к бортам 4, где они соединяются с полозьями 5.

Нос и корма экраносаней ЭСК образованы соединением крыши и донных плоскостей 2 с передними 6 и задними 7 рулями высоты, являющимися одновременно обтекателями соединения поверхностей 1 и 2.

На кормовой части крыши установлены носовые 8 и кормовые 9 рули курса. В носовой части экраносаней ЭСК установлены капитанский мостик 10 и двигатели в виде оголовников 11 с прямоточными воздушно-реактивными движителями 12 и воздухозаборными трубами 13, входные отверстия которых образованы широкой щелью 14, разделенной на отсеки по числу воздушно-реактивных движителей 12, концы которых в виде широкой щели установлены в сопловом отверстии 3 вторичного воздушно-реактивного движителя 15, образованного донными плоскостями 2, полозьями 5 и земной, водной, ледяной или снежной поверхностью, по которой движутся экраносани ЭСК.

Сопловое отверстие 3 находится на расстоянии 1/5-1/4 длины экраносаней ЭСК от входного отверстия и имеет площадь поперечного сечения, в 2 раза меньшую, чем площадь поперечного сечения входного отверстия. Выходное отверстие поддонного пространства имеет большую площадь, чем входное, из расчета, чтобы выходящий из него воздух и газы имели бы давление, почти равное атмосферному. Такое условие будет выполнено, если отношение площадей входного и выходного отверстия будет равно отношению объема воздуха, входящего в входное отверстие, к объему воздуха и газов, выходящих из выходного отверстия в единицу времени.

От верхней части воздухозаборных труб 13 отходят воздузаборные трубы 17 компрессоров 18. Один компрессор 18 снабжает сжатым воздухом секцию из 5 оголовников 11. Задние концы воздухозаборных труб 13 вставлены в передние концы труб воздушно-реактивных движителей 12 с кольцевым отверстием 19, имеющим сопловое сужение, более широкое в нижней части и более узкое в верхней части. Труба 12 - конусная с меньшим поперечным сечением в передней части у соплового сужения 19 и большим у своего заднего конца.

Сопловое отверстие 19 соединено газоводом 20 с камерой сгорания 21 оголовника 11, выполненной в виде сферы из жаропрочного материала 22, отделенного от корпуса оголовника 11 термоизолирующей прокладкой 23 (обозначенной крестообразной штриховкой). Центральную часть оголовника опоясывают камеры 24 для сжатого воздуха, образованные концентрическими сферическим поверхностями и радиальными поясами 25, соединяющими эти поверхности. Камеры 24 имеют с наружной стороны термоизолирующую прокладку 26, уменьшающую тепловые потери оголовника 11. В верхней части оголовника 11, диаметрально противоположной газоводу 20, все камеры 24 соединяются камерой 27, образованной продолжением сферических поверхностей камер 24.

Камера сгорания 21 соединена радиальными конусными трубками 28 с камерами 24 для сжатого воздуха. В части камеры 21, противоположной газоводу 20, установлена форсунка 29, периодически впрыскивающая в камеру 21 дизельное топливо. Вместо дизельного топлива может быть использован сжиженный или природный газ, что в 1,5-2 раза уменьшит затраты на топливо. В этом случае, а также для запуска двигателя на дизельном топливе, в камере 21 установлены электросвечи. Дизельное топливо поступает по патрубку 30 от топливного насоса. Патрубок 30 проходит к форсунке 29 через центральную часть камеры 27 и патрубок 31, соединяющий камеру 27 с компрессором 18.

Полозья 5 выполнены в виде трех секций (фиг. 4) передней 32, средней 33 и задней 34, соединенных внутренними 35, наружными 36 и донными 37 пластинами из пружинистой стали. Средняя секция 33 может перемещаться перпендикулярно продольной оси экраносаней ЭСК, при этом передняя 32 и задняя 34 секции, находящиеся в зацеплении зубом 38 со средней секцией 33, поворачиваются вокруг своих осей 39 вращения, образуя часть из трех сторон многоугольника, вписывающегося в дугу трассы, по которой скользят полозья 5, и изменяют направление движения экраносаней ЭСК в соответствии с радиусом кривизны этой дуги трассы. Средняя секция 33 жестко соединена с двумя штангами 40, каждая из которых соединена шарниром 41 и 42 соответственно с кронштейном 43 бортовой стенки 4 и со штоком 44 гидравлического (или механического) домкрата 45, корпус которого соединен шарниром 46 с корпусом экраносаней ЭСК.

Каждая секция полоза 5 имеет оголовник 11 с камерой сгорания 21, соединенной газоводом 20 с камерой 47, в которую поступают выхлопные газы сгоревшего топлива в камере 21 под давлением более 30 кг/см². Камера 47 соединена конусными трубочками 48 с подошвой 49 полоза 5, скользящего по колее (желобу) 50 трассы 51. Для уменьшения трения скольжения подошвы 49 полоза 5 колею 50 заполняют слоем смазки, уменьшающей коэффициент трения до 0,001. Колея 50 может быть изготовлена в виде железобетонного желоба 52 с деревянным настилом 53 из железнодорожных шпал, уложенных вдоль колеи 50 (фиг. 16) со смазкой 54 в виде, например, мокрой глины при положительной температуре и в виде снега и льда при отрицательной температуре. Камера сгорания 21 оголовника 11 включается при отрицательных температурах более - 5^oС для улучшения скольжения полозьев 5 по льду (снегу) колеи. При положительной температуре через камеру 21 в камеру 47 поступает от компрессора сжатый воздух, который, проходя через трубочки 48 под подошву 49, уменьшает силу трения полоза 5 о колею 50 трассы 51.

Трасса 51 имеет упорные щиты 55, установленные между колеями 50 под углом к направлению движения экраносаней ЭСК. Щиты 55, изготовленные из железобетона, с тонким гребнем 56 из эластичного материала, направленным в сторону движения ЭСК, перекрывают по высоте поддонное пространство в его сопловой части 3 (фиг. 13) и препятствуют проходу воздуха и газов, выходящих из труб движителей 12, создавая повышенное давление сжатого воздуха и газов на поддонные поверхности 2, увеличивая тем самым на 20-30% силу тяги и подъемную силу экраносаней ЭСК. Кроме того щиты 55 уменьшают скорость выдувания газами экраносаней ЭСК грунта трассы 50. В вершине угла каждого десятого щита 55 установлен уголковый отражатель 57, предназначенный для определения скорости и направления движения экраносаней ЭСК с помощью доплеровского излучателя 58 электромагнитных импульсов, установленного в носовой части дна 2. В кормовой части дна 2 установлена аппарель 59, откидывающаяся на грунт трассы 51 для погрузки контейнеров в грузовой отсек 60 с помощью автопогрузчиков. Для размещения кают пассажиров, ресторанов, кинотеатра, спортивного и концертного залов, а также подсобных помещений и помещений для команды и обслуживающего персонала экраносаней ЭСК предназначены шесть палуб 61.

Топливо для двигателей размещается в танке 62. Мастерские, склады и служебные помещения - в отсеке 63.

Эксплуатация основных устройств экраносаней заключается в следующем.

Подготовка экраносаней ЭСК к старту включает запуск компрессоров 18, запуск двигателей-оголовников 11 на рейсовый режим, установку передних рулей высоты 6 с необходимым зазором над упорными щитами 55, а задних рулей высоты 7 до концов полозьев 5. В результате этих действий под дном экраносаней ЭСК образуется воздушная подушка, уменьшающая давление этих полозьев 5 на колеи 50 в такой мере, что сила тяги, развиваемая двигателями и движителями, превысит силу трения полозьев 5 о колеи 50, и экраносани ЭСК начнут движение по трассе 51 с ускорением, обусловленным тем, что двигатели 11 будут переключены на форсированный режим, достаточный для уменьшения до минимума давления полозьев 5 на трассу 51, а рули 6 и 7 займут горизонтальное положение, соответствующее минимальному аэродинамическому сопротивлению, встречному скоростному напору воздуха. Разгону экраносаней ЭСК будет содействовать также спуск трассы с экранодрома, расположенного на возвышенной части местности.

На фиг. 13 показана схема движения струй воздуха и газов, выходящих из труб 12 в поддонное пространство 15, перегороженное упорными щитами 55. Эти щиты в несколько раз уменьшат площадь поперечного сечения поддонного пространства, свободного для прохода воздуха и газов, выходящих из труб движителей 12, в результате чего на 20 - 30% повышается сила тяги и подъемная сила ЭСК по сравнению с той, которая была бы при отсутствии этих щитов. Направление щитов под углом к продольной оси экраносаней ЭСК (фиг. 14) отклоняет направление движения струй воздуха и газов к осевой части трассы, увеличивая давление на дно 2 в стыке плоскостей 2 у осевой линии дна. Этому отклонению соответствует (содействует) наклон плоскостей 2 от осевой линии к полозьям 5. Используя данное свойство, корпусу экраносаней ЭСК придан вид шестиугольника с максимально допустимым расстоянием (при учете других факторов) между углами, образующими нос и корму экраносаней ЭСК.

Полозьям 5 экраносаней ЭСК придана возможность вписываться в дугообразные колеи 50 с радиусом кривизны "P". С этой целью полозья 5 экраносаней ЭСК составлены из трех секций, и средняя секция 33 с помощью двух домкратов 45 перемещается на расстояние ± Δ , равное смещению середины полоза относительно прямой, соединяющей оси вращения крайних секций 32 и 34. При этом средняя секция при своем смещении поворачивает две крайние секции 32 и 34 вокруг осей их вращения, установленных на расстоянии "D" друг от друга, и все секции полоза 5 вписываются в дугу колеи 50 радиуса P=D²:8Δ. Например, на фиг. 4 расстояние D= 80 мм, расстояние Δ=3 мм и радиус P=270 мм, т.е. менее чем в 2 раза превышающий длину экраносаней ЭСК, изображенных на фиг. 3 в том же масштабе, что и фиг. 4. Такой минимальный радиус движения экраносаней ЭСК является показателем их хорошей маневренности при соответствующей скорости этому радиусу изменения направления движения и при повороте воздушных рулей 8 и 9 курса, а также при выключении половины двигателей 11, расположенных на внутренней стороне экраносаней ЭСК относительно центра радиуса поворота колеи 50. Поворот экраносаней ЭСК во время движения над водной, снежной, ледяной или болотистой поверхностью вне трассы 51 производится с помощью тех же устройств, что и при движении экраносаней ЭСК по колее 50 трассы 51. Во время поворота рулями 6 и 7 высоты придаются углы наклона, создающие наклон экраносаней ЭСК в сторону поворота. Такой же наклон придается экраносаням ЭСК при их движении по колеям трассы за счет того, что наружная колея 50 трассы 51 сооружается выше внутренней колеи 50 в зависимости от допустимой скорости прохождения данного поворота трассы с тем, чтобы центробежная сила движения экраносаней ЭСК компенсировалась центростремительной силой наклона экраносаней ЭСК, создаваемого наклоном трассы в сторону центра радиуса ее кривизны.

Торможение экраносаней ЭСК производится путем выключения соответствующей части двигателей 11, в результате чего уменьшаются аэродинамическая подъемная сила и сила тяги и одновременно увеличивается нагрузка на полозья 5, в соответствии с этим увеличивается и сила трения полозьев 5 о грунт. Торможение может быть усилено разворотом кормовых рулей курса 9 в разные стороны, затем носовых рулей 8 в разные стороны, а также наклоном вниз носового руля высоты 6 и вверх кормового руля высоты 7.

Управление движением экраносаней ЭСК производится компьютером, определяющим и реализующим допустимые углы поворота рулей 6, 7, 8 и 9 и смещения секций 33 полоза 5 в зависимости от скорости движения экраносаней ЭСК и команды капитана, вводящего в компьютер свое решение о скорости движения экраносаней ЭСК и режима работы двигателей 11. При этом скорость движения экраносаней ЭСК определяется допплеровским датчиком 58 и автоматически вводится в компьютер. Датчиком 58 определяется также радиус поворота трассы 51 путем сравнения направлений от двух-трех угловых отражателей 57, установленных на оси трассы 51. Чем круче поворот трассы 51, тем чаще устанавливаются на ней уголковые отражатели 57.

Использование: изобретение относится к транспорту и касается конструирования скоростных транспортных средств для перевозки пассажиров и грузов по наземным и водным маршрутам. Сущность группы изобретений, состоящей из экраносаней и трассы для их движения, состоит в том, что у экраносаней, имеющих корпус, последний выполнен по форме шестиугольника, вытянутого от носа к корме в виде аэродинамического крыла с вертикальными боковыми стенками и полозьями, создающими поддонное пространство аэродинамического подъемника вторичного прямоточного воздушно-реактивного двигателя и движителя с сопловым сечением, образованным плоскостями дна, наклонными от его осевой линии к полозьям и от носа и кормы экраносаней к сопловому сечению, в котором оканчиваются трубы прямоточных воздушно-реактивных двигателей и движителей, проложенные от носовой части крыши корпуса экраносаней и соединенные в своей средней части с газоводом реактивного двигателя-оголовника, полоз состоит из трех взаимосвязанных секций, вписывающихся в дугообразную колею трассы, изменяющую направление движения экраносаней с минимальным радиусом кривизны, только в два раза большим длины корпуса экраносаней, крыша корпуса экраносаней соединена с его дном обтекателями в виде носовых и кормовых рулей высоты и имеет капитанский мостик, носовые и кормовые рули курса, в корпусе экраносаней размещены также несколько палуб для пассажиров, команды и обслуживающего персонала, танки для топлива, грузовые отсеки, склады и мастерские, причем полозья экраносаней выполнены с возможностью скольжения по колеям трассы, оборудованной упорными щитами и уголковыми отражателями, во время движения по твердому грунту. Колеи трассы образованы железобетонным желобом, выложенным деревянным брусом, покрытым смазкой. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Экраносани, имеющие корпус, отличающиеся тем, что корпус выполнен по форме шестиугольника, вытянутого от носа к корме в виде аэродинамического крыла с вертикальными боковыми стенками и полозьями, создающими поддонное пространство аэродинамического подъемника вторичного прямоточного воздушно-реактивного двигателя и движителя с сопловым сечением, образованным плоскостями дна, наклонными от его осевой линии к полозьям и от носа и кормы экраносаней к сопловому сечению, в котором оканчиваются трубы прямоточных воздушно-реактивных двигателей и движителей, проложенные от носовой части с газоводом реактивного двигателя-оголовника, полоз состоит из трех взаимосвязанных секций, вписывающихся в дугообразную колею трассы, изменяющую направление движения экраносаней с минимальным радиусом кривизны, только в 2 раза больше длины корпуса экраносаней, крыша корпуса экраносаней соединена с его дном обтекателями в виде носовых и кормовых рулей высоты и имеет капитанский мостик, носовые и кормовые рули курса, в корпусе экраносаней размещены также несколько палуб для пассажиров, команды и обслуживающего персонала, танки для топлива, грузовые отсеки, склады и мастерские, причем полозья экраносаней выполнены с возможностью скольжения по колеям трассы, оборудованной упорными щитами и уголковыми отражателями, во время движения по твердому грунту. 2. Экраносани по п.1, отличающиеся тем, что они имеют реактивные двигатели в виде оголовника сферической формы, в центральной части которого образована сферическая камера сгорания, изготовленная из жаропрочного материала, между которыми и корпусом оголовника установлена термоизолирующая прокладка, вокруг камеры сгорания сферическими поверхностями образованы камеры для сжатого воздуха с термоизолирующей прокладкой на наружной поверхности этих камер, с поясами, соединяющими внутренние и наружные поверхности камер, камеры со сжатым воздухом соединены коническими трубками с камерой сгорания, в которой установлены форсунки для впрыскивания топлива и электросвечи для его зажигания. 3. Экраносани по п.1, отличающиеся тем, что они имеют первичные прямоточные воздушно-реактивные движители в виде воздухозаборной трубы, идущей от носовой части крыши и вставленной с кольцевым зазором в трубу, идущую в сопловую часть поддонного пространства, при этом к кольцевому зазору подсоединен газовод, идущий от камеры сгорания оголовника, а кольцевой зазор имеет сужение и расширение к концу воздухозаборной трубы, от которой идет труба с меньшим диаметром у кольцевого зазора и большим у сопловой части поддонного пространства. 4. Экраносани по п.1, отличающиеся тем, что они имеют полозья, состоящие из передней, средней и задней секций, средняя секция соединена с двумя штангами, верхний конец каждой штанги соединен шарнирно с боковой стенкой корпуса экраносаней, а нижний конец штанги соединен шарниром со штоком домкрата, корпус которого соединен шарниром с корпусом экраносаней, передняя и задняя секции полоза соединены вертикальными осями с нижней частью боковой стенки корпуса экраносаней, средняя секция находится в зацеплении с передней и задней секциями с помощью зуба этих секций, а также соединена с этими секциями упругими боковыми и донными пластинами, закрепленными на передней смежной секции и перекрывающими зазор с задней смежной секцией, секции полоза имеют камеры, соединенные газоводом с оголовником и конусными трубочками с нижней плоскостью полоза. 5. Трасса для движения экраносаней с колеями для скольжения полозьев экраносаней, отличающаяся тем, что она проложена по твердому грунту, колеи образованы железобетонным желобом, выложенным деревянным брусом, покрытым смазкой, например, в виде мокрой глины летом, и льдом и снегом зимой, уменьшающей силу трения полоза о брус, между колеями установлены под тупым углом к оси трассы упорные щиты, выполненные из бетона с эластичной верхней кромкой, эти щиты обращены вершиной угла в сторону носа экраносаней с наклоном в направлении движения экраносаней и с высотой, обеспечивающей касание эластичной верхней кромкой щита дна экраносаней в его сопловой части.