Способ движения на "водной подушке" и глиссирующее судно для его осуществления Российский патент 2017 года по МПК B63H5/08 B63H5/125 

Изобретение относится к скоростным водным транспортным средствам. Известны высокоскоростные водные транспортные средства: экранопланы, глиссеры, суда на подводных крыльях, с воздушной каверной и подушкой - все они имеют движители, создающие упор - силу для движения судна, и корпус судна, создающий основную силу сопротивления движению, за исключением серферной доски, движителем которой является бегущая волна прибоя.

Как известно, максимальная скорость водоизмещающего судна стремится к однозначному пределу - при линейном увеличении мощности энергетической установки сопротивление водной среды пропорционально квадрату скорости и более. Поэтому водоизмещающий режим крейсерского движения на скоростных судах не используется, а применяются менее энергозатратные способы и устройства, например суда на воздушной подушке - силовой аналог предлагаемого скоростного судна. Движение корпуса судна на воздушной подушке не перемещает присоединенную вязким трением массу воды, а преодолевает только сопротивление воздуха.

Однако существенными недостатками этих судов считается ограниченная мореходность и эффективность воздушных винтов, большие габариты и парусность судна.

Прототипом настоящего изобретения является патент РФ №2364544, МПК B63H 1/02 - Способ движения судна по воде, который заключается в поднятии судна над поверхностью водоема и его перемещении с помощью водных движителей, которые изготовлены и установлены на судне таким образом, что векторы упоров движителей направлены по вертикали вверх и имеют возможность отклоняться от вертикали.

Прототипом на устройство является тот же патент на группу изобретений, в частности на Скоростное судно для движения по воде на векторах упоров водных движителей, которое содержит корпус, аэродинамический стабилизатор, убирающиеся киль и руль, отсеки машинного отделения, рубку, бак с топливом, двигатель, систему автоматического управления стабилизации судна при качке, воздушную трубу. На судне установлены два и более гребных винта, каждый с карданным механизмом, прикрепленных к корпусу, днищу или бортам судна упорами вертикально вверх и установленных так, что точка приложения суммарного вектора упора находится на вертикальной оси центра тяжести судна.

Несмотря на большую упорную силу гребного винта в более плотной водной среде такие суда с выходом корпуса из воды не нашли практического применения из-за малой горизонтальной скорости движения и сложности управления винтами с наклонными осями вращения.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в том, чтобы создать способ и судно, у которого при движении минимизируется воздушное и гидродинамическое сопротивления, достигается стабильное серфинговое глиссирование уже на малых скоростях даже судов с традиционной формой корпуса, то есть создается устойчивый подъем носовой части судна благодаря функционированию переднего привода движителей как у автомобиля и подъему кормы как при серфинге, что обеспечит экономию топлива и расширение функциональных возможностей путевого управления таким движением.

Технический результат осуществления способа достигается использованием нового принципа движения по воде на «водной подушке», то есть методом поднятия носовой части судна над водной поверхностью с помощью вертикальной компоненты сходящихся векторов упоров носовых водных движителей, создающих подъемную силу, тогда как поднятие кормовой части судна осуществляют «водной подушкой», то есть локальным подъемом уровня воды, который образуется в месте столкновения пересекающихся потоков гребных винтов и обеспечивает непрерывное скольжение и скатывание корпуса судна с такой управляемой волны.

При этом сам эффект «водной подушки» достигается с помощью, по крайней мере, двух водных движителей переднего привода, изготовленных и установленных напротив «скул» его корпуса, у которых векторы их силовых упоров ориентируют под острым углом к поверхности воды и диаметральной плоскости судна так, чтобы вертикальные компоненты упоров приподнимали нос судна, горизонтальные продольные компоненты давали силу тяги, а поперечные, образованные сходящимися потоками воды, пересекающихся под кормой судна, создавали локальную область повышенного давления с выпуклой водной поверхностью, то есть «водной подушкой», по которой скользит корма судна с традиционными органами управления, то есть пером руля и откидной транцевой доской.

При этом величиной и положением «сводной подушки» под днищем судна управляют путем синхронного поворота движителей относительно вертикальной оси, при помощи дистанционного пульта управления этими движителями, установленными в носу судна напротив «скул» его корпуса по схеме «переднего привода» автомобиля.

Технический результат изобретения в отношении устройства судна, в частности глиссирующей надувной лодки, достигается тем, что оси вращения гребных винтов подвесных моторов, установленных на поперечной траверсе в носу судна напротив «скул» его корпуса, направлены под острым углом 10-30° к поверхности воды и диаметральной плоскости лодки, так что они пересекаются под ее кормой, снабженной откидной транцевой плитой на поперечных петлях и вертикальным валом пера руля со съемным румпелем их общего ортогонального (взаимо-независимого) управления, заканчивающимся у сиденья рулевого, где закреплена сдвоенная система управления подвесными моторами.

На Фиг. 1 и Фиг. 2 показан горизонтальный план и вид с боку примера осуществления предлагаемого способа на серийной надувной лодке «Фрегат», а на Фиг. 3 - представлено скалярное поле скоростей виртуальной компьютерной симуляции изобретения, которая показывает создание управляемого вектора тяги винтовых движителей «переднего привода».

Для простейшего осуществления предложенного способа серферного глиссирования на бегущей волне «водной подушки» два подвесных мотора 1 и 2 с винтовыми движителями крепятся на концах поперечной траверсы 3, которая снабжена навесным транцем 4, установленным в носовой части серийной надувной лодки 5. Тросовое управление 6 этими моторами выведено на сдвоенный пульт дистанционного управления 7, установленный у сиденья рулевого 8. Оси вращения гребных винтов подвесных моторов 1 и 2, расположенных напротив «скул» 9 корпуса лодки 5, и векторы их упоров F₁, F₂, направлены под острым углом β 10-30° к поверхности воды и к ДП-диаметральной плоскости лодки α, так что пересекаются под ее кормой, снабженной откидной транцевой плитой 10, установленной на горизонтальной поперечной петле 11. В этой плите 10 закреплен и вертикальный вал пера руля 12 со съемным румпелем 13, заканчивающимся у сиденья 8 рулевого.

Бак с топливом, весла и другие вспомогательные устройства на чертеже не показаны.

Перемещение лодки на водной подушке по предлагаемому способу осуществляют в следующей последовательности.

После запуска обоих подвесных моторов 1, 2 и вывода их на номинальную мощность носовая часть надувной лодки 5 приподнимается за счет действия вертикальных компонент f_в их векторов упора F (Фиг. 2) При этом горизонтальные продольные компоненты f_г обеспечивают поступательное движение лодки 5 с нарастающей скоростью.

Поскольку оси вращения винтов и их силовых упоров F₁, F₂ пересекаются под кормой лодки, поэтому там происходит их гидродинамическое сложение в один общий поток с управляемым вектором общей тяги F₀ и локальным повышением давления благодаря оппозитному действию поперечных компонент f_п от упоров F₁, F₂ подвесных двигателей 1 и 2. Этот локальный скачек давления приводит к возникновению соответствующего подъема поверхности воды в данном месте, то есть появлению водной подушки, которая упирается в кормовую часть корпуса лодки 5 и приподнимает ее. Таким образом, вся лодка начинает двигаться над поверхностью воды за исключением кормы, которая глиссирует на синхронно бегущей за ней волне «водной подушки».

Путевое управление движением лодки осуществляют как обычно пером руля 12 с румпелем 13, а управление дифферентом - поворотом в вертикальном направлении транцевой плиты 10, на которой установлена втулка вала румпеля 13 и пера руля 12.

То есть все управление производят ортогональным поворотом румпеля 13 в горизонтальной и вертикальной плоскости, а также сдвоенным пультом управления 7 оборотами подвесных моторов 1 и 2. Кроме того, изменяя разность оборотов этих двигателей можно изменять положение водной подушки относительно корпуса лодки и направление общего вектора тяги F₀. Благодаря этому лодку можно двигать «юзом», то есть с боковой раскаткой, даже при свободном положении пера руля 12 в диаметральной плоскости (ДП).

Аналогичный эффект получают при одинаковых оборотах двигателей за счет их синхронного поворота на поперечной траверсе 3 при помощи дистанционного управления. При этом пузырьки газов «мокрого выхлопа» подвесных моторов 1 и 2 создают в объеме «водной подушки» газовую смазку днища и транцевой плиты 10 лодки 5, что существенно снижает потери на вязкое трение и расход топлива.

Предлагаемый способ позволяет такой лодке выйти на вышеуказанный режим серферного глиссирования буквально на месте, привязанной на швартовом тросе у причальной стенки, то есть с нулевой скоростью движения, и стабильно удерживать безопасный режим глиссирования на более высоких скоростях, чем с кормовыми подвесными моторами такой же мощности, которые делают надувную лодку склонной к самопроизвольному подъему носа и последующему кувырку назад.

Глиссирующее судно, реализующее способ движения на «водной подушке», также может быть легко изготовлено путем доработки существующих судов таким «передним приводом», в частности серийных катеров и спортивных глиссеров.

Изобретение вполне осуществимо при современном уровне техники и производственных возможностей. Его использование приведет к появлению нового вида маневренных и высокоскоростных транспортных средств на основе оригинального способа движения по воде, которое автор предлагает назвать «водная подушка» в противоположность широко известной «воздушной подушке».

Изобретение относится к скоростным водным транспортным средствам. Движение судна на «водной подушке» осуществляется поднятием судна над поверхностью воды и его перемещением с помощью двух водных движителей (гребных винтов), установленных на судне таким образом, чтобы векторы упоров движителей были отклонены от вертикали и направления движения судна. При этом векторы силовых упоров движителей, установленных в носу судна напротив скул его корпуса по схеме переднего привода, ориентируют под острым углом к поверхности воды и диаметральной плоскости судна так, чтобы вертикальные компоненты упоров приподнимали нос судна, горизонтальные продольные компоненты давали поступательную силу тяги, а поперечные - создавали сходящиеся потоки воды, пересекающиеся под кормой судна с образованием локальной области повышенного давления. «Водная подушка» характеризуется выпуклой водной поверхностью, обеспечивающей серфинговое скольжение кормы судна по синхронно бегущей волне «водной подушки», относительно которой дифферент и положение кормы судна задают управляемой транцевой плитой и пером руля. Достигается устойчивое серфинговое глиссирование на малых и больших скоростях, маневренность. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ движения на «водной подушке», заключающийся в поднятии судна над поверхностью воды и его перемещении с помощью водных движителей, установленных на судне таким образом, чтобы векторы упоров движителей были отклонены от вертикали и направления движения судна, отличающийся тем, что векторы силовых упоров по крайней мере двух движителей, установленных в носу судна напротив скул его корпуса по схеме переднего привода, ориентируют под острым углом к поверхности воды и диаметральной плоскости судна так, чтобы вертикальные компоненты упоров приподнимали нос судна, горизонтальные продольные компоненты давали поступательную силу тяги, а поперечные - создавали сходящиеся потоки воды, пересекающиеся под кормой судна с образованием локальной области повышенного давления и появлением над ней «водной подушки», характеризующейся выпуклой водной поверхностью, обеспечивающей серфинговое скольжение кормы судна по синхронно бегущей волне «водной подушки», относительно которой дифферент и положение кормы судна задают управляемой транцевой плитой и пером руля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что путевое управление движением судна с частичным бортовым смещением или раскаткой лагом осуществляют при жесткой фиксации движителей, управляемых вектором тяги от суммарного потока движителей путем относительного изменения их мощности посредством сдвоенной системы управления оборотами этих движителей.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величиной и положением «водной подушки» под днищем судна управляют путем синхронного поворота движителей относительно вертикальной оси, при помощи дистанционного пульта управления этими движителями, установленными в носу судна напротив скул его корпуса по схеме переднего привода автомобиля.

4. Глиссирующее судно для осуществления способа движения на «водной подушке», включающее корпус с отсеками плавучести, убирающийся румпель с пером руля, сидения экипажа, бак с топливом и по крайней мере два движителя в виде подвесных моторов со своей системой управления, отличающееся тем, что подвесные моторы установлены на поперечной траверсе в носу судна напротив скул его корпуса так, что оси вращения гребных винтов направлены под острым углом к поверхности воды и диаметральной плоскости продольного сечения корпуса судна с обеспечением пересечения этих осей под его кормой, на нижней кромке которой на поперечных горизонтальных петлях установлена откидная транцевая плита, снабженная вертикальным валом пера руля со съемным румпелем их общего ортогонального управления, дополненного и системой дистанционного управления подвесными моторами.

5. Глиссирующее судно по п.4, отличающееся тем, что оно выполнено в виде надувной лодки, включающей средства плавучести в форме герметичных надувных отсеков, у которых передний снабжен навесным транцем с поперечной траверсой и подвесными моторами переднего привода, установленными напротив скул его корпуса так, что оси вращения гребных винтов направлены под острым углом 10-30 градусов к поверхности воды и диаметральной плоскости продольного сечения лодки с обеспечением пересечения этих осей под ее днищем у кормовых отсеков плавучести, снабженных поперечным транцем с горизонтальными петлями откидной транцевой плиты с вертикальным валом пера руля и съемным румпелем, заканчивающимся у сиденья рулевого, где закреплена сдвоенная система дистанционного управления подвесными моторами.