СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ТЯГИ ДЛЯ СУДОВ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ И ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2015 года по МПК B60V1/14 

Изобретение относится к производству судов на воздушной подушке и к летательным аппаратам, в частности к способу создания движителей по воде, в воздухе, в полетах реактивных и ракетных двигателей, и может быть использовано для любого назначения: военных АВВП, транспортных, спортивных, амфибийных вездеходов на воздушной подушке (АВВП); к аэронопланам, глиссерным и т.д.

При работе различного судна по своим классам и характеристикам общим недостатком известных устройств является их ограниченная скоростная характеристика в движении, где основные движители (гребные винты, хвостовые горизонтальные стабилизаторы с рулем высоты и триером, установленным в крыльевых устройствах, и т.д.) малоэффективны.

Работа таких судов в основном основана на движителях, например за счет увеличения числа оборотов выходного вала двигателя. Судно на воздушной подушке набирает скорость и выходит из зоны действия «экранного эффекта» и совершает движение, например, водного режима.

Можно привести слова Н.Е. Жуковского из его теоремы: «Силовое воздействие потока на обтекаемый им профиль определяется создаваемой вокруг этого профиля циркуляцией скорости. Иными словами, для того, чтобы поток оказывал силовое воздействие на обтекаемый им профиль, вокруг этого профиля обязательно должна существовать циркуляция».

Известно средство передвижения на воздушной подушке, содержащее корпус с жестким плоским днищем с гибким ограждением, воздушной подушкой, включающим боковые скеги, передний и задний гибкие элементы, и с жесткими бортами, двигатель, движительную и нагнетательную установки с механизмом их привода и системой управления и надувной борт, закрепленный на жестких бортах корпуса по периметру судна. Внешние края боковых скегов амфибийного судна закреплены на надувном борту, а внутренние края - на днище корпуса судна. Амфибийное судно выполнено с центральным скегом, нагнетательная установка выполнена с рулевым устройством, регулирующим нагнетание воздуха в камеры. Амфибийное судно выполнено с управляющими заслонками, размещенными в нагнетательное установке. Скеги выполнены с протекторами. Корпус амфибийного судна выполнен разъемным. Днище корпуса амфибийного судна выполнено плоским, а его носовая часть выполнена наклонной под углом атаки относительно горизонта. Движительная установка амфибийного судна выполнена в виде толкающего воздушного винта в кольцевой насадке, за которым установлены горизонтальные и вертикальные аэродинамические рули. За воздушным винтом в кольцевой насадке жестко закреплена прямоугольная рама, на которой расположены вертикальные и горизонтальные рули. Горизонтальные и вертикальные рули выполнены составными, имеющими, например, неподвижную и отклоняющие части. Нагнетательная установка выполнена с возможностью получения его крутящего момента силового двигателя посредством клиноременной передачи (патент RU 2126773, кл. B60V 3/08,1999).

В известном изобретении движитель не может увеличить выше заранее заданные скоростные характеристики при движении, например, амфибийного судна, когда используется только мощность толкающего воздушного винта в кольцевой насадке, а также при использовании и наличии других вспомогательных устройств судна. Это связано с сопротивлением при движении судна по воде или в воздухе, что приводит к потере тяги. Таким образом, не всегда предоставляется возможность увеличить скорость из-за ограниченного ресурса применения и не позволяет развивать больших скоростей, т.е. вне зоны действия экранного эффекта. Недостатком также является отсутствие дополнительных средств создания позади движителя завесы атмосферы в виде туманного облака, смешения жидкости и воздуха, плотность атмосферы которой необходимо увеличить, что уменьшает его скоростные характеристики в целом. Струи выходящего воздуха из кольцевого насадка не встречают «завесу стены» из более плотного состава атмосферы для дополнительной возможности - отталкивания судна в направлении движения, что снижает тягу судна в целом.

Обычно струи воздуха от воздушных винтов используют для избыточного давления на днище судна, что на малых скоростях обеспечивает аэродинамическую разгрузку и уменьшение осадка судна. Для предложенного изобретения стоит несколько другая отличительная постановка задачи.

Известно, что дистанция движения или взлета зависит от конструктивных особенностей и назначения различных судов: их параметра, гидродинамического сопротивления и т.д.

Известно также амфибийное судно на воздушной подушке, содержащее корпус с гибким ограждением воздушной подушки, включающим боковые скеги, передний и задний гибкие элементы, и с жесткими бортами, двигатель, движительную и нагнетательную установки с механизмом их привода в виде толкающего воздушного винта в кольцевой насадке и системой управления, надувной борт, закрепленный на жестких бортах корпуса по периметру судна (патент RU 2349475, кл. B60V 3/08, 2008).

Недостатком данного амфибийного судна на воздушной подушке является его ограниченность скоростной характеристикой в движении, так как движительная установка судна выполнена только в виде толкающего воздушного винта, размещенного в кольцевой насадке, за которым установлены горизонтальные и вертикальные аэродинамические рули. Нагнетательная установка выполнена с возможностью получению ею крутящего момента силового двигателя посредством клиноременной передачи. В связи с этим в известном изобретении была поставлена конкретная задача - от опрокидывающего момента при большой скорости, в носовой части судна ввести на оси шарнирно крыло, выполненное разрезным, и эти части проходят в центре оси вращения. Однако, как и в аналоге, развивать и увеличивать скорость движителя в атмосферной среде в движении не представляется возможным из-за необходимости только мощности самого двигателя, крутящегося момента двигателя, ограниченного ресурсом при его изготовлении.

Из уровня техники известны: амфибийные судна на воздушной подушке, взлетно-посадочные устройства экранолетов, экраноплан и другие летательные аппараты и суда снегового типа.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении, например, экранолета высокими летно-техническими характеристиками за счет уменьшения лобового сопротивления, обеспечения малого радиуса инерции, малой взлетной и посадочной скорости, достаточной устойчивостью при взлете и высокой маневренностью на плаву. Кроме того, они имеют остойчивость и повышение мореходности на плаву, в том числе при сильном ветре и волнении. Однако в нем также не предусмотрен дополнительный способ использования движителя, и оно малоэффективно по сравнению с предложенным изобретением. Работа всех их не предусматривает и не учитывает существенный признак, такой как создание увеличения значений большой плотности (завесы) атмосферы за движителем, а именно завесы атмосферы в виде туманного облака, плотность которой намного превышает плотность самой атмосферы при движении судна в пространстве.

Задача изобретения - увеличение скоростной тяги, обеспечивающей возможность насыщения воздуха в искусственно организованном восходящем воздушном течении воздуха в движительной установке при повышении экономичности и надежности.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе увеличения тяги для судов на воздушной подушке и летательных аппаратов, содержащих корпус с гибким ограждением воздушной подушки, включающим боковые скеги, передний и задний гибкие элементы, и с жесткими бортами, двигатель, движительную и нагнетательную установки с механизмом их привода в виде толкающего воздушного винта в кольцевой насадке и системой управления, надувной борт, закрепленный на жестких бортах корпуса по периметру судна, по периметру кольцевой насадки дополнительно размещают верховую пустотелую кольцевую трубу с отверстиями, расположенными соосно с ними в кольцевой насадке, отверстия которой соединены с соплами инжектируемой среды и под давлением подают микродисперсную жидкость в зону воздушного винта по ходу движения выходящего воздушного потока, причем верховую трубу соединяют гибким трубопроводом с повышенными характеристиками на истирание и с источником инжектируемой среды, подачу которой производят по команде с пульта управления, при этом позади движителя образуется завеса атмосферы в виде туманного облака, плотность которой несколько больше, чем плотность воздуха.

Кроме того, сопла инжектируемой среды со стороны воздушного винта выполнены съемными с возможностью изменения и фиксации их длины.

Технический результат достигнут упрощением конструкции движителя амфибии, и увеличить тягу судов на воздушной подушке, степени ее защищенности и нахождения способа увеличить скорость перемещения значительно больше, искусственно организовав в пределах движителя подачу под давлением источника инжектируемой среды (жидкости). Это расширяет область применения во многих областях техники, отмеченной автором выше. Это повысило ее скорость и маневренность при движении, например, в военных АВВП и других судов, сопутствующей перечисленному экономичностью. Такие суда способны преодолеть любое препятствие на воде, на суше и воздухе. Здесь только должны быть предусмотрены конструкции от перегрузок, которые поглощают энергию разгона и ее замедления (в описании не раскрывается, так как это отдельная постановка задачи).

Реализация отличительных признаков способа изобретения обуславливает появление важных новых свойств объекта: благодаря тому, что в качестве средства распыления активной среды в виде жидкости, в движительной установку она поступает из накопительной емкости в нагнетательную установку дополнительного движителя, оснащенной пустотелым кольцевым трубопроводом с множеством отверстий верховой трубы, расположенными соосно с отверстиям в кольцевой насадке для микродисперсной жидкости, через сопла инжектируемой среды в зону воздушного винта без завихрений, создавая затем область завесы атмосферы, что резко повышает плотность атмосферы. Это снижает потери тяги судна в движении, вызывая резкое ускорение судна, что весьма гибко можно регулировать в движении любого судна, и в заданное время движения изменять его ход от максимального до минимального, с последующей остановкой. Кроме того, простота заключается в его широком использовании в практике перечисленных судов.

Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявляемому изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема судна на воздушной подушке, вид сбоку; на фиг.2 - вид на судно сверху; на фиг.3 - совмещенное изображение вида в нос (а) с видом на корму (б) судна; на фиг.4 - «узел» 1 на фиг.1, как одно целое устройство кольцевого корпуса с дополнительным движителем, поперечный разрез в уменьшенном виде.

Способ увеличения тяги для судов на воздушной подушке и летательных аппаратов содержит корпус 1, гибкие боковые скеги 2, носовую оконечность 3 судна, кормовую оконечность 4 судна, носовое (переднее) 5 гибкое ограждение ВП, кормовое (заднее) 6 гибкое ограждение ВП, съемный тент 7, движительную установку 8, нагнетательную установку 9 ВП, надувной борт 10, центральный скег 11, протекторы 12, линии соединений секций корпуса 13, 14, винт движительной установки (маршевый вентилятор) 15, вертикальный руль 16, горизонтальный руль 17, прямоугольную раму 18, двигатель 19. Нагнетательная установка 9 выполнена с рулевым устройством, регулирующим нагнетание воздуха в камеры (не показаны). Движительная установка 8 судна выполнена в виде воздушного винта 15 вентиляторного типа в кольцевом насадке 20 за воздушным винтом 15, за которым установлены вертикальные 17 и горизонтальные 16 аэродинамические рули.

Корпус кольцевого насадка 20 имеет сверху дополнительный движитель 21 по периметру в виде кольцевой пустотелой трубы 22 с отверстиями 23, размещенными соосно отверстиям в кольцевой насадке 20 в сторону вентилятора 15. Отверстия 23 имеют сопла 24 для инжектируемой среды и выполнены съемными с возможностью изменения и фиксации их длины, для подачи в пределах движителя распыленной активной среды жидкости под давлением. Таким образом, движительная установка 8 содержит дополнительный движитель 21, состоящий, можно сказать, из струйного сепарационного устройства, выполняющего роль смешения воздуха с мелкодисперсной жидкостью, внутри кольцевого насадка 20, обеспечивающего на выходе создание активной области завесы атмосферы в виде туманного облака, обладающей значительной повышенной плотностью по отношению к самой атмосфере. Отверстия 23 с соплами 24 обеспечивают равномерное по окружности распыление жидкости в сторону вентилятора 15 при смешивании с потоком воздуха, создавая своего рода большую площадь области завесы атмосферы «стенка облака», соизмеримую с площадью сечения струи выходящего воздуха при движении судна. На судне (жесткого корпуса) на открытой (или закрытой) площадке размещена емкость 25 с компрессором 26 для подачи жидкости под высоким давлением через гибкий трубопровод 27, подключенный к пустотелой кольцевой трубе 2. Гибкий трубопровод 27 выполнен с повышенной характеристикой на истирание изготовлен из современных материалов.

Количество одновременно работающих сопел (распылителей) 24 кольцевого приемного пустотелого трубопровода 22 определяют на стадии проектирования, исходя из пропускной способности гибкого трубопровода 27.

Маневрирование компрессора или насоса 26 производят по команде с пульта управления (не показаны).

Предлагаемый способ при движении судна по воде и в воздухе позволит не менее чем в 2 раза увеличить его скорость. Это значительно повышает эффективность скоростной тяги в течение меньшего времени разгона, благодаря которому смешивается выходящая струя воздуха с зоной распыления активной инжектируемой среды жидкости, даже в случаях кратковременного включения движителя с пульта управления. Это также уменьшает дальность и время в пути для различных амфибийных и воздушных судов.

Способ увеличения тяги для судов на воздушной подушке и летательных аппаратов осуществляется следующим образом.

При движении любого судна для приведения основной движительной установки 8 в работу дополнительный движитель 21, который включает в себя пустотелую трубу 22 с гибким трубопроводом 27, подключает напорную линию компрессора или насоса. Затем в гибкий трубопровод 27 пускают под давлением активную среду микродисперсной жидкости, которая поступает в отверстия 23, далее в сопла 24, т.е. образуется флотация (процесс разделения на мелкие частицы), постоянно смешиваясь с воздушным потоком вентилятора 15, двигателя 19. Этим самым значительно повышается эффект повышения плотности получаемой среды завесы атмосферы в виде туманного облака за движущим судном на коротком участке разгона на воде или в воздухе, уменьшая дальность и время в пути, и мало будет зависеть от природных условий работы, а точнее при условиях ясной безветренной погоды. Новая предложенная идея дополнительного движителя 21 предварительно прошла подтверждение при использовании эксперимента на модели при движении судна с вентилятором, что обоснованно легло в основу с представленной в описании заявки компоновки. Расход через дополнительный движитель распределяется соотношением сечений рабочих сопел, организованным давлением подачи жидкости из емкости компрессором или насосом, способствует улучшению рабочей характеристики дополнительного движителя.

Таким образом, скоростная характеристика данного судна резко меняется в момент работы предложенного способа движителя в большую сторону, скорость которого может увеличиться не менее чем в 2 раза. Судно дополнительно, в таких случаях, может иметь характер его «маскировки» в движении из-за образовавшегося туманного облака за ним, видимость маршрута при движении его теряется, т.е. скрывается за туманным облаком при большой скорости движения судна, область применения имеет довольно широкое применение, например, для военных АВВП.

Известные судна изготавливаются в заводских условиях с применением обычного оборудования и известных конструктивных материалов с дополнительным предложенным движителем 21 по увеличению тяги.

Эффективность совмещенной работы движителей 8 и 21 достигается тем, что за нагнетательной установкой резко увеличивается (возрастает) плотность воздушного потока (завеса атмосферы), вызывая резкое увеличение скорости и движения судна, что способствует уменьшению дальности и времени пути амфибийных судов на воздушной подушке и летательных аппаратов. Таким образом, происходит объединение в одном технологическом цикле задач оптимального скоростного движителя, а также маневренность судна. Уменьшается энергопотребление судна, что позволяет увеличить массу полезной нагрузки.

Изобретение относится к способу создания движителей по воде, в воздухе и может быть использовано для амфибийных вездеходов на воздушной подушке (ВП); к аэронопланам. Способ увеличения тяги для судов на ВП. Судно содержит корпус с гибким ограждением ВП, включающий боковые скеги, передний и задний гибкие элементы, и с жесткими бортами, двигатель, движительную и нагнетательную установки с механизмом их привода в виде толкающего воздушного винта в кольцевой насадке, систему управления, надувной борт, закрепленный на жестких бортах корпуса по периметру судна. Для увеличения тяги по периметру кольцевой насадки дополнительно размещают верховую пустотелую кольцевую трубу с отверстиями, расположенными соосно с ними в кольцевой насадке. Отверстия соединены с соплами инжектируемой среды. Под давлением подают микродисперсную жидкость в зону воздушного винта по ходу движения выходящего воздушного потока. Верховую трубу соединяют гибким трубопроводом с повышенными характеристиками на истирание и соединяют с источником инжектируемой среды, подачу которой производят по команде с пульта управления. При этом позади движителя образуется завеса атмосферы в виде туманного облака, плотность которой несколько больше, чем плотность самого воздуха. Достигается упрощение конструкции движителя, увеличение тяги. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ увеличения тяги для судов на воздушной подушке и летательных аппаратов, содержащих корпус с гибким ограждением воздушной подушки, включающих боковые скеги, передний и задний гибкие элементы, и с жесткими бортами, двигатель, движительную и нагнетательную установки с механизмом их привода в виде толкающего воздушного винта в кольцевой насадке и систему управления, надувной борт, закрепленный на жестких бортах корпуса по периметру судна, отличающийся тем, что с целью увеличения скоростной тяги, обеспечивающей возможность насыщения воздуха в искусственно организованном восходящем воздушном течении воздуха в движительной установке при повышении экономичности и надежности по периметру кольцевой насадки дополнительно размещают верховую пустотелую кольцевую трубу с отверстиями, расположенными соосно с ними в кольцевой насадке, отверстия которой соединены с соплами инжектируемой среды, и под давлением подают микродисперсную жидкость в зону воздушного винта по ходу движения выходящего воздушного потока, причем верховую трубу соединяют гибким трубопроводом с повышенными характеристиками на истирание и соединяют с источником инжектируемой среды, подачу которой производят по команде с пульта управления, при этом позади движителя образуется завеса атмосферы в виде туманного облака, плотность которой несколько больше, чем плотность самого воздуха.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сопла инжектируемой среды со стороны воздушного винта выполнены съемными с возможностью изменения и фиксации их длины.