СУДНО, ДВИЖУЩЕЕСЯ ПО ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ Российский патент 2006 года по МПК B63B1/16 

Настоящее изобретение относится к судну, движущемуся по поверхности воды.

Прорезающие поверхность гребные винты, другими словами, гребные винты, лопасти которых, в то время, когда лодка движется на больших скоростях, находятся попеременно в положении над поверхностью воды и ниже поверхности воды во время вращения гребного винта, хорошо известны для судов, особенно для быстродвижущихся моторных лодок. Прорезающие поверхность гребные винты делают возможным, для конкретного корпуса судна и данной мощности на валу, перемещать лодку с существенно большими скоростями, чем полностью погруженные гребные винты. Эти улучшенные характеристики прорезающего поверхность гребного винта получаются за счет того, что сопротивление, связанное с преобразованием вращательной энергии источника в движущую силу для корпуса, значительно меньше, чем в случае обычных, полностью погруженных гребных винтов.

Для уменьшения гидродинамического сопротивления желательно, чтобы при движении лодки как можно меньше частей ее находилось в воде. Поскольку речь идет о движении лодки, конфигурация ее должна удовлетворять в большей степени тому, чтобы части, которые не влияют непосредственно на передачу мощности воде, должны быть вынесены из водного потока. Поскольку это касается гребных винтов, это достигается, только в случае, если лопасти гребного винта входят в контакт с водой, а втулка гребного винта расположена над поверхностью воды.

В патенте США 3793980 описана система с прорезающими поверхность гребными винтами, посредством которых положение втулки гребного винта регулируется и на больших скоростях она выносится из водного потока и только лопасти винта входят в контакт с водой.

Когда лодка скользит, корпус ее действует на воду с силой, которая отжимает воду вниз и корпус поддерживается водой за счет противоположно направленной силы, так что поверхность контакта корпуса и воды меньше, чем в случае, когда лодка перемещается с малой скоростью. На очень больших скоростях контактная поверхность становится очень малой и смещается дальше всего к корме корпуса. Если корпус выполнен так, что имеет несколько контактных поверхностей, то при скольжении, по крайней мере, одна из них расположена ближе всех к корме корпуса. Если движение лодки подвергается нарушению, вызванному, например, пробегом лодки по волнам на поверхности воды с последующим вращательным движением в вертикальной плоскости, центр вращения часто расположен близко к задней поверхности контакта корпуса и воды. Это движение заставляет прорезающий поверхность гребной винт, который расположен на некотором расстоянии в продольном направлении от задней контактной поверхности, соответственно перемещаться вверх или вниз. Это, в свою очередь, приводит к тому, что при движении размер части гребного винта, которая взаимодействует с водой, изменяется. В некоторых случаях гребной винт может быть полностью приподнят над водой. Вертикальное движение винта по отношению к поверхности воды приводит к прерыванию движения лодки и плохому использованию источника движения лодки.

Когда лодка оборудована соответствующим прорезающим поверхность гребным винтом и движется с относительно малой скоростью, немного превышающей начало диапазона перехода от разгона к скольжению, уровень поверхности воды по отношению к корпусу наибольший непосредственно у кормы корпуса. Это приводит к тому, что гребной винт, расположенный в этом участке, целиком погружается в воду и на этой скорости теряет свою способность прорезать поверхность воды. На малой скорости движения лодки гребной винт также теряет способность прорезать поверхность воды.

В обычных моторных лодках гребной винт, или каждый гребной винт, расположен на некотором расстоянии от проходного сальника приводного вала, то есть того места, где приводной вал выступает из корпуса наружу. Для крепления гребного винта в радиальном направлении обычно используется оборудование привода, за которым непосредственно расположен гребной винт с подшипником, который смонтирован в крепежном элементе, например, в кронштейне для подшипника, который прикреплен к корпусу. Сюда включается также приводной вал от проходного сальника до гребного винта. Эта известная конструкция с подшипником для гребного винта и соответствующими крепежными средствами требует использования множества конструктивных элементов, контактирующих с водным потоком, и является источником сопротивления при движении.

Одной из задач изобретения является создание судна, движущегося по поверхности воды, которое уменьшает прерывистость движения лодки.

Другой задачей изобретения является создание судна, движущегося по поверхности воды, которое уменьшает сопротивление при его движении.

Еще одной задачей изобретения является создание судна, движущегося по поверхности воды, которое обеспечивает эффективное движение с большей скоростью, чем при обычном корпусе с гребным винтом.

Дополнительной задачей изобретения является создание судна, движущегося по поверхности воды, которое упрощает установку оборудования привода для каждого гребного винта.

Эти и другие задачи изобретения достигаются посредством судна, движущегося по поверхности воды, имеющего корпус и снабженного двумя гребными винтами, которые пересекают поверхность воды при глиссировании судна и расположены так, что лопасти гребного винта или их части взаимодействуют с водой, в котором корпус снабжен утолщением и двумя обтекателями, причем обтекатели по существу вытянуты в продольном направлении корпуса, при этом наружная форма каждого обтекателя выполнена с концевой частью с концевой кромкой, которая расположена поперек продольному направлению обтекателя, причем для судна на каждом обтекателе образована задняя опорная поверхность, при этом задняя опорная поверхность состоит из самой погруженной вниз части обтекателя, расположенной непосредственно впереди концевой кромки, причем каждый гребной винт расположен непосредственно за соответствующей концевой кромкой, а часть гребного винта в радиальном направлении выступает за ограничительные поверхности соответствующего обтекателя, причем передняя опорная поверхность образована на утолщении. Таким образом, судно поддерживается водой, протекающей по обтекателям, на которые действуют силы, поднимающие корпус.

Расположение каждого гребного винта непосредственно за кормой у задней кромки кормовой части обтекателя приводит к тому, что гребной винт располагается близко к поверхности, которая на высоких скоростях является опорной и, при вращательном движении лодки при наклоне лодки, например, когда лодка бежит по волнам, вызывает только малые вертикальные перемещения гребного винта. В результате этого движения лопастей гребного винта по отношению к поверхности воды будут малы и перерывы в движении лодки также будут малы.

Расположение каждого винта непосредственно за кормой соответственно у концевой кромки задней части соответствующего обтекателя означает, что собственно только лопасти винта вступают в контакт с водным потоком, даже на относительно малых скоростях, когда лодка движется со скоростью над нижней границей диапазона от начала перемещения до скольжения.

Согласно одному варианту осуществления изобретения гребной винт, благодаря его размеру и расположению, прорезающий поверхность на скоростях перемещения, по крайней мере, имеет относительно высокие скорости перемещения.

Согласно изобретению каждый гребной винт состоит из диска, который по периметру и задней поверхностью граничит с водой и имеет относительно острые кромки. Эти кромки делают возможным эффективное отделение водного потока от гребного винта.

Концевая кромка каждого обтекателя делает возможным эффективное отделение водного потока от обтекателя.

Вблизи гребного винта обтекатель имеет поперечное сечение, которое по крайней мере, частично имеет форму полукруга, центр которого в радиальном направлении по существу совпадает с центром гребного винта. Радиус полукруга по существу такой же, как и радиус воображаемого круга, который при вращении гребного винта образуется участком, где лопасти гребного винта стыкуются с его диском.

Результатом является то, что на практике, поверхность воды, протекающей далее, покидая поверхность обтекателя, касается только внешней поверхности диска.

Предпочтительно, каждый гребной винт по отношению к лопастям гребного винта выполнен с относительно большим диском, при этом диск имеет по своей окружности ограничительную поверхность, которая имеет форму цилиндра, причем диск имеет заднюю ограничительную поверхность, при этом стык между задней ограничительной поверхностью и периферийной ограничительной поверхностью выполнен в виде острой кромки диска.

Еще более предпочтительно гребные винты расположены на расстоянии друг от друга в поперечном направлении корпуса, причем они расположены таким образом, что при движении судна шаговый угол лопастей гребного винта может быть выбран индивидуальным для каждого гребного винта.

Кроме того, согласно изобретению проходной сальник приводного вала через корпус может быть расположен непосредственно рядом с диском гребного винта, что упрощает установку гребного винта, т.к. исключает требование установки дополнительного подшипника и сопутствующей крепежной конструкции на внешней стороне корпуса.

Другие преимущества и особенности изобретения изложены в последующем описании различных вариантов осуществления изобретения, приведенных только в качестве неограничивающих примеров и представленных на прилагаемых чертежах, на которых изображено:

Фиг.1 - вид в перспективе сбоку и частично снизу моторной лодки, имеющей устройство корпуса с гребным винтом в соответствии с изобретением;

Фиг.2 - вид в перспективе под углом со стороны кормы и частично снизу моторной лодки, имеющей устройство корпуса с гребным винтом в соответствии с изобретением;

Фиг.3 - вид в перспективе со стороны кормы и частично снизу моторной лодки, имеющей устройство корпуса с гребным винтом в соответствии с изобретением;

Фиг.4 - укрупненный вид задней части моторной лодки, представленной на Фиг.1;

Фиг.5 - поперечное сечение по линии V-V на Фиг.3 устройства корпуса с гребным винтом согласно изобретению;

Фиг.6 - поперечное сечение по линии V-V на Фиг.3 устройства корпуса с гребным винтом согласно изобретению.

На фиг.1 изображена моторная лодка 1 с корпусом 2 и двумя гребными винтами 3. Два гребных винта 3, прорезающих поверхность, вращаются в противоположные стороны, и приводные валы каждого из них расположены по существу в продольном направлении лодки 1. Корпус 2 снабжен двумя обтекателями 4. Каждый обтекатель 4 имеет сглаженную форму и вытянут в продольном направлении корпуса 2. Каждый обтекатель 4 имеет переднюю часть 5, форма которой плавно вписывается в корпус 2. Каждая передняя часть 5 в продольном направлении располагается приблизительно в центре корпуса 2 и в поперечном направлении между центром корпуса 2 и бортом. Каждый обтекатель 4 продолжен до концевой части 6, которая находится перед гребным винтом 3 очень близко к нему. В передней части корпус 2 имеет форму в виде утолщения 7, где корпус 2 является более глубоким, чем где-либо в других его местах.

На фиг.2 изображена лодка 1, которая на больших скоростях поддерживается водой, протекающей под относительно маленькими несущими поверхностями. В связи с этим контактная поверхность является поверхностью на корпусе 2, которая находится в прямом контакте с протекающей водой, и на которую действуют силы, которые поднимают корпус 2. На больших скоростях, две задние опорные поверхности 8, образующиеся на лодке 1 в данном варианте реализации, заштрихованные на Фиг.2, состоят из той части поверхности каждого обтекателя 4, которая продолжается от задней стенки 6 вперед на относительно короткое расстояние. Передняя опорная поверхность образуется на утолщении 7 корпуса.

На фиг.3 показано, что каждый гребной винт имеет относительно большой диск 9, который представляет собой по существу круглую пластину.

На фиг.4 показан диск 9, имеющий по своей периферии ограничительную поверхность 10, которая образует цилиндр и длина образующей которой по существу соответствует толщине пластины, которая образует диск 9. Несколько лопастей 11 гребного винта, в данном случае шестнадцать, выступают в радиальном направлении за периферию ограничительной поверхности 10.

На фиг.5 показано, что диск 9 имеет заднюю ограничительную плоскость 12, которая простирается по существу в радиальном направлении и составляет с ограничительной периферийной поверхностью 10 по существу прямой угол. На стыке между задней ограничительной поверхностью 12 и периферийной ограничительной поверхностью 10 сформирована относительно острая кромка 13. Кромка 13 позволяет эффективно отделять поток воды от гребного винта 3.

Поперечное сечение каждого обтекателя 4, по крайней мере, их концевая часть 6, является полукруглой. Близко к концевой части 6 радиус поперечного сечения по существу соответственно внешнему радиусу диска 9, и центр этого сечения по существу совпадает с центром гребного винта в радиальном направлении. На концевой части 6 каждого из обтекателей 4 сформирована торцевая поверхность 14, которая по существу параллельна диску гребного винта. Торцевая поверхность 14 и внешняя поверхность, находящаяся перед торцевой поверхностью 14, образуют друг с другом относительно острую концевую кромку 15. Эта концевая кромка 15 позволяет эффективно отделить поток воды от обтекателя 4. Расстояние между концевой кромкой 15 и гребным винтом 3 минимально, насколько это возможно практически. В любом случае, оно существенно меньше, чем длина каждой лопасти 11 гребного винта.

На фиг.6 показано влияние на движение предлагаемого устройства в соответствии с изобретением. Поток воды изображен линиями под лодкой 1. Поскольку радиус поперечного сечения обтекателя 4 вблизи концевой части 6 по существу соответствует внешнему радиусу диска 9, а гребной винт 3 расположен непосредственно на корме за концевой частью 6, поверхность потока воды на больших скоростях находится в области, где лопасти 11 гребного винта стыкуются с периферийной ограничительной поверхностью 10 диска 9.

Если на высоких скоростях имеет место вертикальное движение лодки 1, вызванное, например, тем, что лодка 1 движется по волнам, вращение будет иметь место по существу относительно горизонтальной оси, в поперечном направлении, расположенной на участках задних опорных поверхностях. Так как каждый гребной винт 3 расположен сразу за соответствующей опорной поверхностью 8, и очень близко к центру вращения, то вращательное движение приведет только к малым вертикальным перемещениям гребного винта 3.

На Фиг.5 показано, как часть гребного винта 3 расположена в углублении 16 корпуса 2. В соответствии с изобретением проходной сальник 18 приводного вала 17 через корпус 2 расположен непосредственно за диском 9 гребного винта, что упрощает монтаж гребного винта 3, т.к. исключает требование установки дополнительного подшипника и связанных с ним крепежных элементов к корпусу 2.

Размещение каждого гребного винта 3 непосредственно позади соответствующего обтекателя 4 в вертикальной плоскости приводит к тому, что гребной винт может прорезать поверхность даже, по крайней мере, на относительно высоких скоростях перемещения лодки 1. Фактически каждый гребной винт 3 достаточно много вносит в это.

Моторная лодка 1 в описанном примере реализации снабжена двумя гребными винтами 3, расположенными на расстоянии друг от друга в поперечном направлении корпуса 2. Они расположены так, что при движении моторной лодки 1 угол начального корпуса лопастей 11 гребного винта может быть выбран для каждого гребного винта 3 индивидуально. В результате управление по курсу лодкой 1 может осуществляться без руля. Отсутствие руля уменьшает количество элементов, которые контактируют с водой во время движения лодки 1 и, таким образом, уменьшают сопротивление при движение лодки 1.

Лопасти 11 на каждом гребном винте 3 предпочтительно расположены так, что их угол начального конуса может быть изменен во время движения для согласования со скоростью, с которой движется лодка для более эффективного расхода мощности двигателя на лодке 1.

Настоящее изобретение относится к судостроению и касается создания судов, движущихся по поверхности воды. Судно имеет корпус и снабжено двумя гребными винтами, которые пересекают поверхность воды при глиссировании судна и расположены так, что лопасти гребного винта или их части взаимодействуют с водой. Корпус снабжен утолщением и двумя обтекателями. Обтекатели по существу вытянуты в продольном направлении корпуса. Наружная форма каждого обтекателя выполнена с концевой частью с концевой кромкой, которая расположена поперек продольного направления обтекателя. Для судна на каждом обтекателе образована задняя опорная поверхность. Задняя опорная поверхность состоит из самой погруженной вниз части обтекателя, расположенной непосредственно впереди концевой кромки. Каждый гребной винт расположен непосредственно за соответствующей концевой кромкой, а часть гребного винта в радиальном направлении выступает за ограничительные поверхности соответствующего обтекателя. Передняя опорная поверхность образована на утолщении. Каждый обтекатель может иметь вблизи соответствующего гребного винта поперечное сечение, которое, по крайней мере, частично имеет форму полукруга. Радиус круга, который образован поперечным сечением обтекателя, примыкающим к гребному винту, может быть таким же, как радиус воображаемого круга, который при вращении гребного винта образован участком, где лопасти гребного винта стыкуются с диском гребного винта. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении эксплуатационных качеств судна. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Судно (1), движущееся по поверхности воды, имеющее корпус и снабженное двумя гребными винтами (3), которые пересекают поверхность воды при глиссировании судна и расположены так, что лопасти (11) гребного винта или их части взаимодействуют с водой, отличающееся тем, что корпус (2) снабжен утолщением (7) и двумя обтекателями (4), причем обтекатели (4), по существу, вытянуты в продольном направлении корпуса (2), при этом наружная форма каждого обтекателя (4) выполнена с концевой частью (6) с концевой кромкой (15), которая расположена поперек продольного направления обтекателя (4), причем для судна (1) на каждом обтекателе образована задняя опорная поверхность (8), при этом задняя опорная поверхность состоит из самой погруженной вниз части обтекателя (4), расположенной непосредственно впереди концевой кромки (15), причем каждый гребной винт (3) расположен непосредственно за соответствующей концевой кромкой (15), а часть гребного винта в радиальном направлении выступает за ограничительные поверхности соответствующего обтекателя (4), причем передняя опорная поверхность образована на утолщении (7).2. Судно по п.1, отличающееся тем, что каждый обтекатель (4) имеет вблизи соответствующего гребного винта (3) поперечное сечение, которое, по крайней мере, частично имеет форму полукруга.3. Судно по п.2, отличающееся тем, что радиус круга, который образован поперечным сечением обтекателя (4), примыкающим к гребному винту (3), такой же, как радиус воображаемого круга, который при вращении гребного винта (3) образован участком, где лопасти (11) гребного винта стыкуются с диском (9) гребного винта.4. Судно по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что каждый гребной винт (3) по отношению к лопастям (11) гребного винта выполнен с относительно большим диском (9), при этом диск (9) имеет по своей окружности ограничительную поверхность (10), которая имеет форму цилиндра, а диск (9) имеет заднюю ограничительную поверхность (12), причем стык между задней ограничительной поверхностью и периферийной ограничительной поверхностью (10) выполнен в виде острой кромки (13) диска.5. Судно по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что гребные винты (3) расположены на расстоянии друг от друга в поперечном направлении корпуса (2), причем они расположены таким образом, что при движении судна (1) шаговый угол лопастей (11) гребного винта может быть выбран индивидуальным для каждого гребного винта (3).6. Судно по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что проходной сальник (18) приводного вала (17) через корпус (2) расположен непосредственно около диска (9) гребного винта.