УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2003 года по МПК B60V1/02 B60V1/16 

Изобретение относится к транспортным средствам, использующим экранный эффект.

Для таких систем важным является не только обеспечение высоких аэродинамических качеств транспортного средства, как по устойчивости, так и по управляемости, но и не менее важным является грузоподъемность средства, что главным образом и определяет эффективность его использования. При этом многие из этих характеристик существенно разнятся для одного и того же средства при движении его вблизи экрана и вне его. Так, для экраноплана Х-114 величина аэродинамического качества снижается с К=15 при полете на высоте 0,23 м до К=7,5 при полете вне экрана [1].

Такое качество транспортного средства, как совершенство его по грузоподъемности, во многом определяется оптимальностью его конструктивно-компоновочной схемы. Так, для аппаратов на воздушной подушке обычно его конструкция состоит из платформы с встроенным в нее центробежным вентилятором для подачи воздуха под платформу, причем платформа имеет гибкое надувное ограждение области повышенного давления под платформой [2, 3]. Однако такое техническое решение не дает достаточный запас устойчивости транспортному средству при его движении из-за наличия пневматической связи центральной и периферийных зон области повышенного давления. В результате этого транспортное средство обладает повышенной чувствительностью к неравномерности зазора между экраном и плоскостью кромки гибкого надувного ограждения.

Более повышенной устойчивостью обладает транспортное средство по патенту Франции 1599638 [4] , содержащее корпус, под днищем которого установлено двухрядное ограждение воздушной подушки, включающее в себя внешнее и внутреннее гибкие полотнища из сегментных элементов. Усложнение конструкции ограждения зоны повышенного давления приводит к увеличению массы транспортного средства, к снижению его полезной грузоподъемности, имеются и технологические сложности изготовления такого ограждения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является транспортное средство на воздушной подушке по патенту СССР 608462 [5], взятое за прототип. Основой транспортного средства по источнику [5] является устройство для создания воздушной подушки, которое содержит корпус, образующий полость ресивера, причем полость эта разделена на отсеки, вентиляторную установку, питающую воздухом ресивер, и гибкое ограждение области повышенного давления, закрепленное снизу по периметру корпуса и образованное смежными ячейками цилиндрической формы с замкнутыми юбками внутри них, при этом область повышенного давления разделена замкнутыми юбками на центральную и периферийную, периферийная область и замкнутые юбки пневматически и параллельно сообщены с ресивером, а каждая гибкая ячейка выполнена в виде лепестка, примыкающего с двух сторон к замкнутой юбке.

Основным недостатком такого технического решения устройства для создания воздушной подушки транспортного средства является не только сложность конструктивно-компоновочной схемы гибкого ограждения, но и значительное увеличение массы этого ограждения, а соответственно и массы самого транспортного средства. Более того, гибкое ограждение обычно быстро изнашивается и перестает полноценно выполнять свои функциональные обязанности. Причина быстрого изнашивания ограждения в том, что оно является одновременно и элементами опоры транспортного средства на воздушной подушке, и из-за многочисленных взаимодействий гибкого ограждения с экранами различной природы происходят частые его порывы, да и материал ограждения сам по себе подвержен старению.

Целью изобретения является упрощение конструктивно-компоновочной схемы устройства для создания воздушной подушки транспортного средства, повышение эффективности эксплуатации транспортного средства за счет увеличения его грузоподъемности и обеспечения достаточной устойчивости его движения.

Это достигается тем, что ресивер разделен на две части, для чего в корпусе устройства располагается тело вращения в виде тора, и одна часть ресивера образована внутренней полостью тора, а вторая часть образована внешней поверхностью тора и эквидистантно расположенным к ней тонкостенным ободом, выполненным в виде поверхности, образованной вращением полуокружности относительно оси, параллельной ее диаметру, т.е. торовой поверхностью, причем кольцевая полость, образованная этими поверхностями, поделена на сектора. В результате этого решения нет необходимости применять в конструкции транспортного средства на воздушной подушке гибкого ограждения области повышенного давления. А в качестве опоры транспортного средства на воздушной подушке используется силовой каркас в виде усеченного конуса, вершиной закрепленного на тонкостенном ободе.

На чертеже показано устройство для создания воздушной подушки транспортного средства, продольное сечение в диаметральной плоскости.

Устройство состоит из корпуса 1, выполненного в виде стакана, имеющего тонкостенный цилиндрический участок вблизи его дна, которое является силовой платформой, и участок 2 в виде тонкостенного обода, образованного вращением полуокружности относительно оси, параллельной ее диаметру, причем оба участка стенки стакана плавно сопряжены друг с другом. Эквидистантно внутренней поверхности обода 2 внутри корпуса устройства расположен тор 3. При этом кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью обода 2 и внешней поверхностью тора 3, поделен радиально установленными пластинами 4 на сектора. Внутри корпуса на решетке 5, установленной, например, на торе 3, закреплен двигатель 6 вентилятора 7. Снаружи обода 2 прикреплен жесткий усеченный конус 8. Причем, плоскость, образованная основанием конуса 8, расположена ниже по оси устройства относительно плоскости, образованной срезом обода 2. Для забора воздуха вентилятором 7, в цилиндрической части корпуса 1 выполнены окна 9. Полезная нагрузка может располагаться на силовой платформе корпуса 1. При этом лопасти вентилятора 7 могут менять угол атаки в зависимости от режима работы транспортного средства.

Устройство работает следующим образом.

В результате запуска вентилятора 7 через окна 9 в ресивер поступает воздух, который разделяется на два потока, один из которых поступает в кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью обода 2 и внешней поверхностью тора 3, а другой поток поступает в полость, образованную внутренней поверхностью тора 3. В результате работы вентилятора 7 в корпусе 1 создается избыточное давление по отношению к давлению окружающей среды, за счет чего и создается подъемная сила. Поток воздуха, проходящий по кольцевому зазору, на выходе из канала, встречаясь с потоком, проходящим через канал, сформированный внутренней поверхностью тора, тормозится, и, взаимодействуя с ним, в зоне опорного конуса 8 создает вихревые течения наподобие торнадо.

Повышенное полное давление потока I по сравнению с полным давлением потока II обусловлено тем, что поток I формируется потоком воздуха, срывающимся с концов лопаток центробежного вентилятора, которые имеют наибольшую скорость переносного движения. В результате такого технического решения устройства для создания воздушной подушки транспортного средства центральная и периферийная части области повышенного давления не имеют пневматической связи, а образованный кольцевой вихрь выполняет функции ограждения зоны повышенного давления. Это позволяет не только отказаться от использования в конструкции транспортного средства дефицитной юбки, которая на подобных транспортных средствах ограждает зону повышенного давления и которая быстро изнашивается, но и увеличить клиренс аппарата на воздушной подушке примерно в пять раз по сравнению с аналогами.

Разбиение воздушного тракта, образованного внутренней поверхностью обода 2 и внешней поверхностью тора 3 перегородками 4 на сектора с угловым шагом между ними в 1,5-5^o, позволяет повысить устойчивость движения транспортного средства на воздушной подушке.

Тем самым транспортное средство может эксплуатироваться на любой подстилающей поверхности: болотной или водной, снежной или пустынной, с ледяным или снежным покровом.

Проведенные испытания модели предлагаемого устройства для создания воздушной подушки транспортного средства с диаметром внешнего обода в 400 мм, оснащенного двигателем в 200 Вт, на вал которого был установлен многолопастной винт с диаметром в 250 мм, показали высокую эффективность его работы. Так, при ненагруженном состоянии на номинальном режиме его работы обеспечивалось висение над полом с величиной зазора в 70 мм. При загрузке модели грузом в 100 Н модель проседала до 40 мм.

Если сравнить эти результаты с судном на воздушной подушке "БАРС", то для модели при втрое большем отстоянии от подстилающей поверхности, чем для "БАРСА", модель расходовала энергии в 50 раз меньше. При нагружении грузом в 60 Н модель обеспечивала висение в сравнении с "БАРСОМ" примерно в пять раз выше.

Таким образом, предлагаемое устройство для создания воздушной подушки транспортного средства по сравнению с аналогами менее энергоемко, обеспечивает повышенную устойчивость движения транспортного средства, имеет более простую конструктивно-компоновочную схему.

Источники информации
1. Journal of Aircraft V.15., 18, 1978, р.511.

2. Авт. свид. СССР 539796, кл. В 60 V 3/08, 1976 г., Бюлл. 47.

3. Авт. свид. СССР 539797, кл. В 60 V 3/08, 1976 г., Бюлл. 47.

4. Патент Франции 1599638, кл. В 60 V 1/00, опубл. 31.08.70.

5. Транспортное средство на воздушной подушке. Описание изобретения к патенту СССР 608462, опубл. 25.05.78, Бюлл. 19.

Изобретение относится к транспортным средствам на воздушной подушке и касается устройств для ее формирования. Устройство для создания воздушной подушки транспортного средства имеет корпус, внутри которого сформирован ресивер повышенного давления, вентиляторную установку для питания воздухом ресивера и систему ограждения зоны повышенного давления. Ресивер разделен на отсеки. Корпус устройства выполнен в виде стакана, имеющего цилиндрический участок с воздуховпускными окнами вблизи его дна. Дно является силовой платформой устройства. Цилиндрический участок корпуса плавно сопряжен с тонкостенным ободом, образованным вращением полуокружности относительно оси, параллельной диаметру полуокружности. Эквидистантно внутренней поверхности обода внутри корпуса расположен тор. Кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью обода и поверхностью тора, поделен радиально установленными пластинами на одинаковые сектора, одинаковый шаг которых может быть равен 1,5-5^o. Нагнетательный вентилятор установлен внутри корпуса. На наружной поверхности обода закреплена опора, выполненная в виде усеченного конуса. Плоскость, образованная основанием конуса, расположена ниже, по оси устройства, чем плоскость, образованная срезом обода. Кольцевой зазор может располагаться по направлению потока воздуха, срывающегося с лопаток вентилятора. Лопатки могут иметь изменяемый угол атаки. Технический результат реализации изобретения заключается в упрощении конструкции устройств и в повышении эффективности эксплуатации транспортного средства путем увеличения его грузоподъемности и обеспечения достаточной устойчивости его движения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для создания воздушной подушки транспортного средства, содержащее корпус, внутри которого сформирован ресивер повышенного давления, разделенный на отсеки, вентиляторную установку, питающую воздухом ресивер, систему ограждения зоны повышенного давления, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции устройства и повышения эффективности эксплуатации средства на воздушной подушке корпус устройства выполнен в виде стакана, имеющего цилиндрический участок с воздуховпускными окнами вблизи его дна, которое является силовой платформой устройства, а цилиндричекий участок корпуса плавно сопряжен с тонкостенным ободом, образованным вращением полуокружности относительно оси, параллельной диаметру полуокружности, а эквидистантно внутренней поверхности обода внутри корпуса расположен тор, причем кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью обода и поверхностью тора, поделен на одинаковые сектора радиально установленными пластинами, причем внутри корпуса установлен нагнетательный вентилятор, а на наружной поверхности обода закреплена опора, выполненная в виде усеченного конуса, и плоскость, образованная основанием конуса, расположена ниже, по оси устройства, плоскости, образованной срезом обода. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вход в кольцевой зазор, образованный тором и внутренней поверхностью обода, расположен по направлению потока воздуха, срывающегося с лопаток нагнетательного вентилятора, а сами лопатки имеют возможность изменения угла атаки в зависимости от режима работы транспортного средства. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевой зазор поделен на сектора с одинаковым шагом в 1,5-5^o.