ДЕМПФИРУЮЩАЯ СКОЛЬЗЯЩАЯ ГИДРОЛЫЖА ПОЛОВНИКОВА Российский патент 2008 года по МПК B64C35/00 B64C25/52 

Демпфирующая скользящая гидролыжа предназначается для использования на гидросамолетах, скоростных катерах, спортивных судах, аэросанях-амфибиях, судах на воздушной подушке, экранопланах.

Область техники, к которой относится демпфирующая скользящая гидролыжа, - гидроавиация и судостроение.

Раскрытие изобретения

Сущность изобретения, как технического решения, заключается в создании гидролыжи, обеспечивающей демпфирование (амортизацию) ударных нагрузок о водную или иную поверхность (снежную равнину, ледяную поверхность), обеспечивающей подъем гидросамолета или судна на водную поверхность, обеспечивающей их скольжение по водной или иной поверхности, и обеспечивается применением следующих существенных отличительных признаков.

Заявленная гидролыжа по сравнению с демпфирующей, применяемой ранее в технике, длиннее на величину горизонтальной составляющей, обеспечивающей скольжение. Общая длина гидролыжи обуславливается необходимой подъемной силой и может быть соизмерима с длиной объекта, на которой она устанавливается:

- равняется длине поплавка гидросамолета,

- равняется длине корпуса катера.

Заявленная гидролыжа имеет саблевидную форму с выраженной угловой и горизонтальной составляющей, являющимися характерными основными признаками гидролыжи.

Заявленная гидролыжа пустотелая, в сечении имеет килеватность на угловой составляющей и обратную килеватность на верхней поверхности горизонтальной составляющей.

Заявленная гидролыжа безреданная, поверхность горизонтальной составляющей, опирающейся на водную или иную поверхность, плоская, что позволяет объекту взлетать, садиться и двигаться по заснеженной равнине, замершим рекам и озерам.

Реализация заявленного изобретения позволяет достичь следующих технических результатов.

1. Снижение гидродинамического сопротивления и повышение скоростных характеристик объекта.

Гидролыжа, в сущности, является крылом малого удлинения и при движении в водной среде обладает подъемной силой, которая зависит от размера гидролыжи и ее скорости движения. Поэтому ее эффективное применение возможно на скоростных объектах, когда подъемной силы гиролыжи будет достаточно для подъема объекта на поверхность воды. При этом горизонтальная составляющая гидролыжи сглаживает лобовое сопротивление воды и позволяет объекту скользить по водной поверхности с меньшим сопротивлением, чем при движении по воде корпуса объекта, на котором установлены гидролыжи. Как следствие, при скольжении объекта по водной поверхности возрастает скорость его движения.

В этой связи необходимо отметить, что применяемая ранее в гидроавиации прямая гидролыжа типа «Си Дарт» (см. «Полная энциклопедия мировой авиации» / Под ред. Д.Дональд, корпорация «Федоров», русское издание 1977 г., стр.277) не имеет горизонтальной составляющей, вследствие чего данная гидролыжа бороздит водную поверхность, имеет большое гидродинамическое сопротивление и не имеет возможности скользить по водной поверхности.

2. Повышение остойчивости объекта.

Поперечная остойчивость обеспечивается параллельно установленными заявленными гидролыжами на поплавках или корпусе объекта, выполняемого по катамаранной схеме компоновки. Продольная остойчивость повышается с увеличением длины корпуса объекта и соответственно гидролыж. Чем длиннее гидролыжа, тем выше продольная остойчивость.

Кроме того, гидролыжи, особенно их горизонтаная составляющая, играют роль плавающих якорей, повышая тем самым остойчивость.

Вместе с тем при скольжении гидролыжи по водной поверхности силы молекулярного сцепления не дают оторваться гидролыжам от водной поверхности, повышая тем самым остойчивость объекта.

3. Повышение мореходности объекта.

Мореходность находится в прямой зависимости от остойчивости. Чем выше остойчивость, тем выше мореходность.

За счет скольжения на гидролыжах по водной или иной поверхности увеличивается скорость движения объекта, его экономичность, а подъем объекта над водной поверхностью, увеличение клиренса, позволяет преодолевать большую величину волны, что характеризует большую мореходность.

Применение заявленной гидролыжи на гидросамолетах увеличивает взлетно-посадочные характеристики. И, как следствие, повышает мореходность. Свойство гидролыжи как плавающих якорей гасит вертикальные волновые колебания, чем повышает мореходность.

4. Снижение ударных нагрузок на объект.

Гидролыжи при посадке гидросамолета, оборудованного ими, на водную или иную поверхность за счет скольжения, плавного погружения и за счет амортизации гидравлических стоек крепления первыми воспринимают ударные нагрузки, демпфируют их, снижая их воздействие на корпус гидросамолета.

Также снижается волновая ударная сила, воспринимаемая гидролыжами, которая на угловой составляющей гидролыжи разделяется на вертикальную, которая идет на создание подъемной силы и частично гасится - демпфируется гидравлическими стойками, и на силу, которая распространяется вдоль лыжи и гасится скольжением.

5. Применение гидролыжи расширяет область использования объекта. Он может двигаться не только по водной поверхности, но и по заснеженным равнинам, замерзшим рекам и озерам.

Уровень техники

Демпфирующая скользящая гидролыжа представляет собой удлиненную лыжу, соизмеримую с длиной корпуса объекта, на котором она устанавливается, имеет саблевидную форму с выраженной угловой и горизонтальной составляющими, имеет в сечении прямую килеватность на угловой составляющей и обратную килеватность на горизонтальной составляющей. Внутри гидролыжа пустотелая.

Гидролыжи, как конструктивные устройства, применялись в основном в гидроавиации для обеспечения взлета и посадки. Так, в США в 1952 году был построен опытный сверхзвуковой истребитель «Си Дарт», оборудованный гидролыжами. В СССР в 1961 году приступили к созданию экранопланов. Один из них, в частности экраноплан «Орленок», был оборудован демпфирующей гидролыжей (А.Г.Братухин. Морская авиация России. Машиностроение. 1996 г.).

Наиболее близкой по своему функциональному назначению к заявленному изобретению является гидролыжа самолета «Си Дарт», которая рассматривается в качестве прототипа (Д.Дональд. Полная энциклопедия мировой авиации. Корпорация «Федоров», русское издание, 1997 г.). Гидролыжа «Си Дарт» представляет собой короткую лыжу относительно длины корпуса самолета, на котором она устанавливается, имеет прямолинейную форму, установленную под углом к водной поверхности, имеет прямую килеватность по всей длине, в сечении - цельно-металлический уголок, имеет в задней части редан и колесную тележку.

Основные недостатки гидролыжи «Си Дарт» заключаются:

- во-первых, в том, что гидролыжа короткая и не в состоянии поднять полностью самолет над водной поверхностью.

- Во-вторых, при глиссировании, которое осуществляется на реданах лыж и хвостовой части самолета, реданы фактически бороздят водную поверхность, вызывая большое гидродинамическое сопротивление.

- В-третьих, при глиссировании на реданах в силу отсутствия скольжения возникают большие вибрационные нагрузки.

- В-четвертых, в следствие того, что самолет не может быть полностью поднят при глиссировании над водной поверхностью, крыло и элероны подвержены разрушительному воздействию брызгового потока от реданов гидролыжи.

Заявленная гидролыжа в силу большей ее длины, соизмеримой с длиной корпуса объекта, на котором она устанавливается, когда центр тяжести объекта находится в центральной части гидролыжи, способна поднять объект над поверхностью воды при достижении скорости подъема, что позволяет объекту скользить на гидролыжах с минимальным гидродинамическим сопротивлением.

Заявленная гидролыжа, имея плавный переход от угловой составляющей к горизонтальной, позволяет гасить ударные волновые и посадочные нагрузки, сглаживая их и направляя вдоль горизонтальной составляющей, что позволяет не только снизить гидродинамическое сопротивление, но и снизить вибрационные нагрузки.

Подъем гидросамолета над водной поверхностью, а также снижение брызгового потока за счет скольжения гидролыжи позволяет избежать разрушительного воздействия брызгового потока на крыло и на элементы механизации крыла.

Применение скользящей гидролыжи на гидросамолетах при снижении гидродинамического сопротивления, повышении скоростного режима, снижении волновых и посадочных нагрузок за счет скольжения позволяет улучшить взлетно-посадочные характеристики гидросамолета.

Заявленная гидролыжа в силу большей ее длины снижает рысканье объекта по курсу, а свойство лыж как плавающих якорей, а также за счет сил молекулярного сцепления снижает рысканье по тангажу, гасит пикирующие и кобрирующие моменты, чем повышает остойчивость и мореходность объекта, на котором они устанавливаются.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 изображен гидросамолет-амфибия - сверхзвуковой истребитель США «Си Дарт» однолодочной компоновки (см. Д.Дональд. Полная энциклопедия мировой авиации. Корпорация «Федоров», русское издание, 1997 г.), на котором установлена гидролыжа, взятая в качестве прототипа к заявленной в качестве изобретения - демпфирующей скользящей гидролыжи.

Гидролыжа «Си Дарт» выполнена в виде прямолинейной конструкции, в сечении представляет цельнометаллический уголок, который образует прямую килеватность. В задней части гидролыжи выполнен редан, а сверху установлена колесная тележка, которая откидывется при транспортирвке самолета по суше. Гидролыжа крепится к корпусу лодки-фюзеляжа на трех гидравлических опорах, одна опора в передней части гидролыжи и две опоры в задней части. На взлетном режиме с ростом скорости движения гидролыжа приподнимает переднюю часть фюзеляжа и самолет выходит на режим глиссирования на реданах гидролыжи и фюзеляжа, который выполнен в его задней части. Поперечная остойчивость обеспечивается глиссирующим крылом, продольная - корпусом лодки-фюзеляжа и гидролыжей.

В полете гидролыжа убирается в фюзеляж, чем обеспечивается снижение аэродинамического сопротивления.

При посадке гидролыжа выпускается и демпфирует (амортизирует) как посадочные, так и волновые ударные нагрузки.

На фиг.2 изображен поплавковый гидросамолет катамаранной схемы компоновки - Морской спасатель «Буревестник», который оборудован демпфирующими скользящими гиролыжами. Две основные опорные гидролыжи устанавливаются на поплавках и одна передняя в носовой части фюзеляжа.

Заявленная гидролыжа имеет саблевидную форму с выраженной угловой и горизонтальной составляющей, имеет прямую килеватность на угловой составляющей и обратную килеватность на горизонтальной составляющей. Внутри лыжа пустотелая.

Заявленная гидролыжа длиннее демпфирующей гидролыжи «Си Дарт» на величину горизонтальной составляющей, обеспечивающей скольжение. Общая длина демпфирующей скользящей гидролыжи обуславливается необходимой подъемной силой и соизмерима с длиной поплавка.

Крепится скользящая гидролыжа к поплавку или к корпусу фюзеляжа в носовой части - с помощью шарнира, а в задней части - с помощью телескопической гидравлической стойки.

В полете гидролыжи убираются в корпус поплавка или фюзеляжа. Передняя демпфирующая скользящая гидролыжа обладает всеми свойствами заявленной гидролыжи и предназначена не только для обеспечения подъема гидросамолета на водную поверхность и его скольжения по ней, но и для гашения возникающих пикирующих и кобрирующих моментов.

На фиг.3 показана установка демпфирующей скользящей гидролыжи на поплавке.

Обозначения на фиг.1

1. Гидролыжа «Си Дарт»

2. Передняя опорная стойка

3. Задние опорные стойки

4. Редан гидролыжи

5. Колесная тележка

6. Редан фюзеляжный

Обозначения на фиг.2

1. Демпфирующая скользящая гидролыжа

2. Горизонтальная составляющая гидролыжи

3. Угловая составляющая гидролыжи

4. Гидравлическая стойка гидролыжи

5. Обратная килеватность на верхней поверхности горизонтальной составляющей гидролыжи

6. Килеватность на угловой составляющей гидролыжи

7. Шарнирное соединение гидролыжи с поплавком

8. Передняя гидролыжа,

Обозначения на фиг.3

а) Установка гидролыжи на поплавке

1. Демпфирующая скользящая гидролыжа

2. Горизонтальная составляющая гидролыжи

3. Угловая составляющая гидролыжи

4. Гидравлическая стойка гидролыжи

5. Обратная килеватность верхней поверхности горизонтальной составляющей гидролыжи

6. Килеватность на угловой составляющей гидролыжи

7. Шарнирное соединение гидролыжи с поплавком

9. Поплавок

б) Вид сверху на гидролыжу

1. Демпфирующая скользящая гидролыжа

4. Гидравлическая стойка гидролыжи

7. Шарнирное соединение гидролыжи с поплавком

в) Сечение I-I угловой составляющей гидролыжи

6. Килеватность угловой составляющей гидролыжи

12. Нижняя поверхность угловой составляющей гидролыжи

г) Сечение II-II горизонтальной составляющей гидролыжи

5. Обратная килеватность верхней поверхности горизонтальной составляющей гидролыжи

10. Нижняя поверхность горизонтальной составляющей гидролыжи

11. Верхняя поверхность горизонтальной составляющей гидролыжи

Осуществление изобретения

В качестве примера, подтверждающего осуществление изобретения, его жизнеспособность, приводится в перечне прилагаемых к заявке документов, в разделе другой документ, выдержка из письма Таганрогского научно-технического комплекса им. Г.М.Бериева, свидетельствующего о жизнеспособности гидросамолета катамаранной схемы компоновки - Морского спасателя «Буревестник», на котором впервые была применена демпфирующая скользящая гидролыжа, как один из существенных конструктивных признаков.

- Заявленная гидролыжа, как и любая другая гидролыжа, является крылом малого удлинения, поэтому подъемная сила гидролыжи объясняется разностью давлений на ее верхней и нижней поверхностях. Это свойство особенно проявляется на горизонтальной составляющей гидролыжи. Кроме того, сила напора набегающей волны на угловую составляющую гидролыжи разделяется на силу сопротивления движению и вертикальную подъемную силу. Наличие этой подъемной силы подтверждается расчетами профессора Шашина В.М. (Шашин В.М. Гидромеханика морских летательных аппаратов, МАИ, 1997 г.). Общая подъемная сила гидролыжи зависит в основном от ее размеров и скорости движения по водной поверхности. Поэтому технический результат подъема на водную поверхность объекта, на котором установлены заявленные гидролыжи, возможен на скоростных объектах (гидросамолетах, скоростных катерах).

- Технический результат снижения гидродинамического сопротивления объекта, на котором устанавливаются гидролыжи, достигается за счет подъема объекта на водную поверхность, в связи с чем снижается смачиваемая поверхность объекта и его скольжение на гидролыжах по поверхности, в отличие от демпфирующей лыжи типа «Си Дарт», которая при глиссировании бороздит водную поверхность за счет большего угла атаки к поверхности.

Кроме того, плавный переход угловой составляющей в горизонтальную составляющую заявленной гидролыжи не возмущает ламинарный водный поток, обтекающий гидролыжу, в отличие от гидролыжи типа «Си Дарт», которая своим реданом превращает водный поток в турбулентный. Поэтому скользящая гидролыжа имеет меньшее гидродинамическое сопротивление, чем гидролыжа типа «Си Дарт».

- Технический результат повышения поперечной остойчивости объекта осуществляется параллельно установленными гидролыжами на поплавках или корпусе объекта, выполненного по катамаранной схеме компоновки.

Осуществление увеличения продольной остойчивости достигается увеличением длины гидролыжи. Чем длиннее гидролыжа, тем выше продольная остойчивость. Так как заявленная гидролыжа длиннее гидролыжи типа «Си Дарт», то она обеспечивает большую продольную остойчивость.

Кроме того, заявленная гидролыжа, особенно ее горизонтальная составляющая, играет роль плавающего якоря при ее движении (колебании) в вертикальной плоскости, повышая тем самым остойчивость объекта. Вместе с тем, при скольжении гидролыжи по водной поверхности силы молекулярного сцепления не дают оторваться гидролыжам от водной поверхности, повышая остойчивость объекта.

- Повышение мореходности объекта как технического результата осуществляется повышением остойчивости его, так как мореходность находится в прямой зависимости от остойчивости. Подъем объекта над водной поверхностью при использовании гидролыжи увеличивает клиренс между объектом и водной поверхностью, позволяет объекту преодолевать большую волну, что характеризует большую мореходность. Применение демпфирующей скользящей гидролыжи на гидросамолетах при снижении гидродинамического сопротивления, повышения скоростного режима, снижения волновых и посадочных ударных нагрузок позволяет улучшить взлетно-посадочные характеристики, а следовательно и мореходность гидросамолетов.

- Технический результат снижения ударных нагрузок на объект, оборудованный гидролыжами, осуществляется за счет скольжения, плавного погружения гидролыжи, за счет амортизации гидравлических стоек. Волновые ударные силы, воспринимаемые гидролыжами, на угловой составляющей разделяются на вертикальную силу, которая частично гасится (демпфируется) гидравлическими стойками, и на силу, которая распространяется вдоль лыжи и гасится скольжением.

- Заявленная гидролыжа на горизонтальной составляющей имеет плоскую поверхность, поэтому может быть использована как обычная снежная лыжа. Этим обосновывается расширение области использования объекта, оборудованного такими гидролыжами. Объект может двигаться на гидролыжах не только по водной поверхности, но и по заснеженной равнине, замерзшим рекам и озерам.

Реализация промышленного производства заявленной демпфирующей скользящей гидролыжи, с точки зрения технологии, не составляет трудностей, так как технология ее производства ничем не отличается от обычной гидролыжи.

В статическом состоянии объекта на плаву выпущенные гидролыжи играют роль плавающих якорей, гася волновые колебания. При причаливании к берегу лыжи играют роль гидравлических опор, опираясь ими на дно акватории.

Изобретение относится к гидросамолетам. Убирающаяся гидролыжа (1) прикреплена к поплавку в носовой части с помощью шарнира (7), а в задней части - с помощью телескопической гидравлической стойки (4). Длина гидролыжи (1) равна длине поплавка гидросамолета. При этом гидролыжа (1) имеет саблевидную форму с килеватой угловой составляющей (3) и горизонтальной составляющей (2). Нижняя поверхность горизонтальной составляющей (2) является плоской, без реданов, внутри гидролыжа является пустотелой. Техническое решение направлено на снижение сопротивления воды, использование гидролыж после посадки на воду в качестве плавучих якорей, снижение ударных нагрузок при посадке, возможность движения по ледяной или заснеженной поверхности. 6 ил.

Демпфирующая скользящая гидролыжа, убирающаяся в полете, имеющая крепление к поплавку в носовой части с помощью шарнира, а в задней части с помощью телескопической гидравлической стойки, отличающаяся тем, что длина гидролыжи равна длине поплавка гидросамолета, при этом гидролыжа имеет саблевидную форму с килеватой угловой составляющей и горизонтальной составляющей, нижняя поверхность горизонтальной составляющей является плоской, без реданов, внутри гидролыжа является пустотелой.