ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО НА ДИНАМИЧЕСКОЙ ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ Советский патент 1996 года по МПК B60V1/08 

Изобретение относится к судостроению, а именно к аппаратам на динамической воздушной подушке.

Известны транспортные средства (ТС), использующие при движении динамическую воздушную подушку (ДВП), усиливаемую эффектом близости экрана.

Например, транспортное средство по (1), по которому аппарат имеет две несущие поверхности, расположенные на расстоянии одна за другой, и задняя поверхность смещена вверх на толщину профиля передней несущей поверхности, что обуславливает стабилизацию аппарата над поверхностью.

Экраноплан по (2), где используется для создания статической воздушной подушки (СВП) струя воздуха от винта в кольцевой насадке, подаваемая через канал в несущем крыле с управляемыми створками, а в качестве переднего ограждения крыла используется фартукообразные шарнирно укрепленные на передней кромке крыла поворотные створки, что обеспечивает автоматический переход отСВП к ДВП при увеличении скорости движения.

Известен также аппарат на ДВП (3) катамаранного типа с двумя параллельными корпусами, соединенными средней несущей поверхностью, с хвостовым оперением, соединяющим оба корпуса позади средней несущей поверхности, с боковыми несущими поверхностями, имеющий расположенные у задней кромки средней несущей поверхности закрылки, закрывающие частично пространство в нижней части этой поверхности, двигатель или двигатели, расположенные на передней несущей поверхности впереди средней несущей поверхности с возможностью поворота вокруг горизонтальной поперечной оси, и воздушный поток от винтов подается под среднюю несущую поверхность для создания избыточного давления, а для дополнительного управления и стабилизации положения аппарата над поверхностью и создания аэродинамической подъемной силы под воздушной струей устанавливается изогнутая поворотная несущая поверхность.

Аппарат имеет жесткие с килеватостью боковые корпуса.

Существенным недостатком перечисленных транспортных средств является ограниченная амфибийность, повышенные динамичесмие нагрузки на конструкцию.

С целью снижения динамических нагрузок известно применение в (4) эластичной воздушной подушки в нижней части корпуса (летающей лодки), которая состоит из большого количества продольных эластичных, заполненных воздухом камер, воздухо-водонепроницаемого гибкого покрытия (ограждения) закрывающего камеры и крепящегося плотно к нижней части корпуса, а имеющийся редан делит ВП на переднюю и заднюю части.

Амфибийность аппарата отсутствует.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является экраноплан (5), выбранный в качестве прототипа, который имеет одно или более крыльев и соответствующие боковые скеги, расположенные таким образом, что могут быть образованы одна или несколько напорных воздушных камер между боковыми скегами и крылом или крыльями. Упомянутые боковые скеги образуют либо боковые стабилизаторы у аппаратов с центральным корпусом, либо боковые корпусы у аппаратов катамаранного типа, такой аппарат характеризуется тем, что поддерживающие плавучие камеры располагаются на нижней части центрального корпуса и боковых скегов или боковых корпусов,имеющих вогнутую поверхность для установки одной или двух плавучих камер, причем одна плавучая камера может быть наполнена воздухом, а другая камера спущена.

Недостатком прототипа является недостаточная эффективность динамической воздушной подушки, что ухудшает амфибийные качества на малых скоростях движения и требуется больше энерговооруженности, не обеспечивается достаточная стабилизация аппарата над поверхностью при высокой скорости движения, а также характеризуется наличием динамических нагрузок на конструкцию.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков: улучшение амфибийных качеств, снижение динамических нагрузок и повышение эффективности стабилизации при высокой скорости экономичного крейсерского движения.

Указанная цель достигается тем, что:
Несущее крыло выполнено прямоугольным в плане с размахом, равным 0,8- 1,2 хорды этого крыла и с S-образным профилем, что обеспечивает разгрузку ТС от движительного комплекса, высокое качество на малых относительных высотах движения, максимальный размах крыла диктуется размером ширины шлюзов, а S-образный профиль крыла позволяет уменьшить плечо горизонтального оперения при сохранении достаточной стабилизации и уменьшить длину ТС.

Хвостовое горизонтальное оперение установлено над несущим крылом на высоте, равной 0,45-0,5 хорды этого крыла, удалено от задней кромки несущего крыла назад на расстоянии не более 0,1 хорды последнего, выполнено с размахом, равным 0,8-1,2 этой хорды, и с площадью, составляющей 0,18-0,23 площади несущего крыла, что при больших углах атаки несущего крыла хвостовое горизонтальное оперение не попадает в зону срыва воздушного потока с крыла и обеспечивает стабилизацию движения ТС.

Движители выполнены с воздушными винтами в кольцевых насадках, смонтированных на силовых спицах, установлены с помощью пилонов перед несущим крылом на расстоянии, равном 1,7-2,2 диаметра воздушного винта под углом 5-15^o к основной плоскости, связаны валопроводом с двигателями и снабжены поворотно-подъемным механизмом, который эксцентрично соединен с вышеуказанными спицами через указанные пилоны, что позволяет рационально направить под несущее крыло основную часть воздушного потока от винтов для создания ДВП.

Закрылки выполнены секционированными, амортизированными и управляемыми, что снижает ударное воздействие от препятствий и волн на закрылки при движении, улучшает поворот ТС на минимальных скоростях.

Наружные оболочки плавучих камер пневмобаллонов выполнены с реданами, причем нижняя кромка плавучей камеры-пневмобаллонов фюзеляжа расположена выше нижних кромок плавучих ка мер-пневмобаллонов боковых скегов, что позволяет снизить динамические нагрузки на конструкцию и гидравлическое сопротивление камер-пневмобаллонов.

Кольцевые насадки снабжены дистанционно управляемыми горизонтальными створками, установленными на задних срезах этих насадок с уменьшением угла установки этих створок вниз от 0 до 10^o, а спицы выполнены с закрепленными на них рулями направления, расположенными внутри этих насадок, что повышает эффективность поддува воздуха под несущее крыло, стабилизацию положения ТС при высоких и управляемость по курсу движения на малых скоростях.

Несущее крыло выполнено с секционированными, амортизируемыми и управляемыми щитками (интерцепторами), установленными снизу на этом крыле в его кормовой части, что позволяет дополнительно регулировать продольную балансировку ТС. Фюзеляж и боковые скеги снизу выполнены плоскими с подъемом по высоте в сторону носа, а боковые скеги с внешней стороны -со скосом под углом 10-15^o, что позволяет возможность движения ТС при выходе из строя камер-пневмобаллонов.

Несущее крыло снабжено дополнительными амортизируемыми щитками, установленными в узлах соединения этого крыла с фюзеляжем и боковыми скегами снизу по его передней кромке, что повышает эффективность ДВП при старте ТС.

Наружная оболочка плавучей камеры пневмобаллона фюзеляжа выполнена в виде ряда продольных надувных секций, соединенных перемычками и имеющими автономный канал подвода воздуха повышенного давления.

Каждая надувная секция выполнена из двух скрепленных между собой продольных перегородок, соединенных с внутренней и наружной оболочками этого пневмобаллона, причем узлы соединения продольных перегородок с вышеупомянутой внутренней оболочкой связаны с днищем фюзеляжа.

Вышеупомянутые варианты конструкции пневмобаллона фюзеляжа позволяют трансформировать (уменьшать модель) пневмобаллон и снижать его аэродинамическое сопротивление при крейсерском движении ТС.

Плавучие камеры-пневмобаллоны боковых скегов выполнены с наклонной внутренней гибкой перегородкой, расположенной на расстоянии, равном 0,4-0,6 длины этих пневмобаллонов в их кормовых частях с возможностью образования килеватости у этих пневмобаллонов, что улучшает путевую устойчивость при движении на воде ТС.

Вышеупомянутые реданы спрофилированы в поперечном сечении по форме треугольника с основанием, равным 2-4 его высоты, при этом реданы размещены на наружных оболочках вышеуказанных пневмобаллонов симметрично относительно продольных осей этих пневмобаллонов и с шагом, равным 10-20 высотам этих реданов.

Вышеупомянутые реданы размещены под углом 30-45^o к диаметральной плоскости, который вершиной ориентирован в сторону носа.

Вышеупомянутые стороны треугольника размещены под углом, равномерно уменьшающимся от 30-45^o в кормовой части вышеуказанных пневмобаллонов до 15^o в их носовой части.

Применение реданов на пневмобаллонах с указанными выше параметрами снижает гидродинамическое сопротивление на 30-50% и истирание наружной оболочки пневмобаллонов.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с выявленными аналогами, в том числе с прототипом, показывает, что, несмотря на известность отдельных решений (наличие фюзеляжа с хвостовым горизонтальным оперением и несущим крылом, плавучих камер пневмобаллонов в нижней части фюзеляжа и боковых скегов, расположение воздушных винтов впереди крыла с возможностью поддува воздуха под него, использование закрылков и передних щитков крыла в качестве ограждения ДВП), отличие предлагаемого технического решения заключается в совокупности ( взаимосвязи) перечисленных усиленных признаков, позволяющих создать с повышенными амфибийными свойствами и меньшими динамическими нагрузками, необходимой стабилизацией при высокой скорости движения более экологически чистое и приспособленное для круглогодичной эксплуатации ТС, необходимое в настоящий момент в условиях труднопроходимых районов (в том числе болотистые равнинные участки бездорожья Сибири, Севера и т.п.).

На фиг. 1 схематично показано транспортное средство на ДВП; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг.3 то же, вид спереди; на фиг.4 то же, вид сбоку с опущенными закрылками, интерцепторами и передними щитками; на фиг.5 то же, вид сверху; на фиг.6- схематическое сечение пневмобаллона фюзеляжа с реданами и полозом; на фиг.7 сечение правого бокового пневмобаллона с реданами и полозом; на фиг.8 разрез правого пневмобаллона в хвостовой части (вариант); на фиг. 9 -схематическое сечение пневмобаллона фюзеляжа с рядом продольных надувных секций (вариант); на фиг.10 трансформированное сечение пневмобаллона фюзеляжа по фиг.9 (реданы и полоз не показаны) на фиг.11 - сечение пневмобаллона фюзеляжа с рядом продольных сдвоенных гибких перегородок (вариант); на фиг. 12 трансформированное сечение пневмобаллона фюзеляжа по фиг.11; на фиг.13 вид на реданы и полоз и сечение А-А.

Транспортное средство на динамической воздушной подушке содержит фюзеляж 1 (фиг. 1-3), киль с рулем направления 2, хвостовое горизонтальное оперение (стабилизатор) с рулем продольной балансировки 3, несущее крыло 4 с закрылками 5 и щитками (интерцептерами)6, боковые скеги 7.

На нижних частях боковых скег 7 и фюзеляжа 1 крепятся сменные плавучие камеры-пневмобаллоны 6 и 9 с реданами 10 (фиг.1,3,6,7,13), примыкающими к продольным полозам 11 и 12 (фиг.3,6,7) На крыло 4 установлены двигатели 13, соединенные через валопроводы 14 с движителями (воздушные винты в кольцевых насадках) 15, установленными под углом 5-15^oк основной плоскости и соединенными эксцентрично через силовые спицы насадок и пилоны поворотно-подъемного механизма 16 с фюзеляжем 1.

Кольцевые насадки снабжены для дополнительного отклонения воздушного потока от винтов дистанционно управляемыми горизонтальными створками 17, установленными на задних срезах насадок с уменьшением угла установки этих створок сверху вниз от 0 до 10^o, а внутри насадок на вертикальных спицах установлены дополнительные рули направления 18.

В местах соединения крыла 4 с фюзеляжем 1 и боковыми скегами 7 снизу по его передней кромке установлены дополнительные амортизируемые щитки 19 и 20 (фиг.4,5).

Боковые пневмобаллоны 8 могут быть выполнены с наклонной внутренней гибкой перегородкой 21 (фиг.6), расположенной на 0,4-0,6 длины пневмобаллонов в их кормовой части, разделяющей объем пневмобаллонов на две сообщающиеся части и образующей килеватость пневмобаллонов.

Наружная оболочка пневмобаллона 9 фюзеляжа 1 может быть выполнена в виде ряда продольных надувных секций 22 (фиг.9) соединенных перемычками и имеющих автономный канал подвода воздуха повышенного давления, или каждая надувная секция выполнена из двух скрепленных между собой продольных перегородок 23 (фиг. 11), соединенных с внутренней и наружной оболочками этого пневмобаллона, а узлы соединения продольных перегородок с внутренней оболочкой связаны с днищем фюзеляжа 1
Приведенные ниже оптимальные соотношения размеров и углов, обеспечивающих достижение поставленной цели изобретения, обоснованы результатами испытаний буксируемой модели и опытного натурного образца и применительно к нему имеют конкретные значения.

Несущее крыло, выполненное прямоугольной формы с размахом 1,0 хорды В этого крыла и S-образным профилем, позволяет за счет ДВП (P_изб 50-60 кг/м²) разгрузить и поднять при движении на высоту (100-200 мм) ТC весом 2,5 т (8 пассажиров и водитель).

Хвостовое горизонтальное оперение установлено над несущим крылом на высоте 0,45 хорды этого крыла удалено от задней кромки несущего крыла на расстояние 0,0076 хорды последнего, выполнено с размахом 1,0 этой хорды и с площадью 0,2 площади несущего крыла
Воздушные винты установлены перед несущим крылом на расстоянии 1,85 диаметра воздушного винта (Д=1100мм) под углом 8^o к основной плоскости.

Управляемые горизонтальные створки насадок (от установочного угла верхней створки в 8^o дополнительно отклоняются до 35^o, а при крейсерской скорости до 20-25^o к основной плоскости) установлены с уменьшением угла установки этих створок сверху вниз через 2^o до 8^o (установочные углы створок сверху вниз: верхняя -8^o, последующие 6,4,2,0^o).

Закрылки крыла в эксплуатационном режиме устанавливаются под углом 5^o 7^o30^o к основной плоскости.

Скос плоскости во внешние стороны на боковых скегах выполнен под углом 12^o.

Реданы выполнены треугольной формы с высотой h = 7+3-2

Вариант расположения реданов с равномерно уменьшающимся углом от 30-45^o в кормовой части до 15^o в носовой части пневмобаллонов уменьшает брызгообразование, но нетехнологичен и более трудоемкий в изготовлении.

На опытном натурном образце ТС на ДВП достигнута крейсерская скорость 120 км/ч и необходимая стабилизация его, подтверждаемая результатами испытаний и буксируемой модели.

От вращения винтов основная часть воздушного потока отклоняемая дополнительно створками 17, направляется в напорную воздушную камеру, ограниченную крылом 4 с опущенными закрылками 5 и боковыми скегами 7 с пневмобаллонами 8, создает избыточное под крылом 4 давление, которое позволяет обеспечить подъем и движение ТС.

По мере набора скорости движения ТС увеличению подъемной силы крыла 4 начинает способствовать набегающий поток воздуха и усиливающее действие эффекта близости экрана.

Однако на всех скоростях движения ТС определяющим является поток воздуха, создаваемый воздушными винтами. Это обеспечивает ТС эффективную стабилизацию положения относительно поверхности (экрана)
Управление горизонтальной стабилизацией положения ТС осуществляется соответствующими отклонениями закрылков 5 и створок 17, а дополнительно рулями продольной балансировки 3 и щитками (интерцепторами) 6.

Эффективное управление по курсу на малых скоростях осуществляется увеличением тяги винта по соответствующему борту и дополнительными вертикальными рулями 18, а на крейсерском режиме движения, в основном, рулем направления 2 совместно с дополнительными вертикальными рулями 18.

При старте в зависимости от рода и состояния поверхности, для повышения эффективности разгрузки ТС в пневмобаллонах 8 и 9 регулируется воздушное давление, передние дополнительные амортизируемые щитки 19 и 20 открываются реверсируемым от закрылков 5 воздушным потоком, а при наборе скорости движения закрываются набегающим потоком воздуха.

Для дополнительного снижения аэрогидродинамического сопротивления ТС на ДВП пневмобаллон 9 может трансформироваться по форме (уменьшать высоту, модель) (фиг. 10,12) за счет перераспределения подачи воздуха в ряд продольных секций 22 и 23 и стравливания из основной полости пневмобаллона 9.

Для улучшения возможности старта ТС на ДВП при волнении на воде может поворачиваться и подниматься одновременно движительный комплекс 15 через поворотно- подъемный механизм 16.

Транспортное средство на динамической воздушной подушке с указанными выше параметрами конструкции, подтвержденными результатами испытаний буксируемой модели и натурного образца, позволяет обеспечить амфибийность движения, снижение динамических нагрузок, стабилизацию положений над поверхностью с высокой скоростью экономичного крейсерского движения.

ТС на ДВП по сравнению с судами на подводных крыльях и статической воздушной подушке имеет преимущество в производительности за счет в 2 раза большей скорости движения при практически равных гидродинамических и пропульсивных качествах, а также за счет возможности круглогодичной эксплуатации.

ТС на ДВП является более экологически чистым и оказывает незначительное воздействие на поверхность из-за малой удельной нагрузки от воздушной подушки и мягких пневмобаллонов.

Цель-улучшение амфибийных качеств, повышение эффективности стабилизации транспортного средства при высокой скорости экономичного крейсерского движения. Сущность изобретения: транспортное средство содержит фюзеляж 1 с хвостовым горизонтальным оперением и несущим крылом 4 с закрылками 5 и расположенными на нем двигателями 13, соединенными c движителями 15. С торцов крыла 4 смонтированы боковые скеги 7, нижние части которых и фюзеляжа 1 образованы плавающими камерами - пневмобаллонами 8 и 9. Крыло 4 выполнено прямоугольным в плане с размахом, равным 0,8-1,2 хорды этого крыла 4 и с S-образным профилем, а параметры хвостового горизонтального оперения и мест его установки выполнены зависящими от хорды и площади крыла 4. Движители 15 выполнены с воздушными винтами в кольцевых насадках с управляемыми горизонтальными створками, установлены через пилоны перед крылом 4 на расстоянии 1,7-2,2 диаметра винта под углом, соединены валопроводами 14 с двигателями 13 и снабжены поворотно-подъемным механизмом. Закрылки 5 крыла 4 выполнены секционированными, амортизируемыми и управляемыми, а пневмобаллоны 8 и 9 - с реданами с определенной геометрией и расположением, при этом-нижняя кромка пневмобаллона 9 фюзеляжа 1 расположена выше нижних кромок пневмобаллонов 8 скегов 7. Наружная оболочка пневмобаллона 9 выполнена в виде ряда продольных надувных секций, соединенных перемычками и имеющих автономный канал подвода воздуха повышенного давления. 10 з.п.ф-лы, 13ил.

1. Транспортное средство на динамической воздушной полушке, содержащее фюзеляж с хвостовым горизонтальным оперением и прикрепленное к этому фюзеляжу несущее крыло с закрылками и расположенными на нем двигателями, связанными с движителями, причем с торцов этого крыла смонтированы боковые скеги, нижние части которых и фюзеляжа выполнены с плавучими камерами пневмобаллонами, отличающееся тем, что, с целью улучшения амфибийных качеств, снижения динамических нагрузок и повышения эффективности стабилизации при высокой скорости экономичного крейсерского движения, несущее крыло выполнено прямоугольным в плане с размахом, равным 0,8-1,2 хорды этого крыла, и с S-образным профилем, а хвостовое горизонтальное оперение установлено над несущим крылом на высоте, равной 0,45-0,5 хорды этого крыла, удалено от задней кромки несущего крыла назад на расстояние не более 0,1 хорды последнего, выполнено с размахом, равным 0,8-1,2 этой хорды, и с площадью, составляющей 0,18-0,23 площади несущего крыла, при этом движители выполнены с воздушными винтами в кольцевых насадках, смонтированных на силовых спицах, установленых с помощью пилонов перед несущим крылом на расстоянии, равном 1,7-2,2 диаметра воздушного винта, пол углом 5-15^o к основной плоскости, связаны валопроводом с двигателями и снабжены поворотноподъемным механизмом, который эксцентрично соединен с вышеуказанными спицами через указанные пилоны, при этом закрылки выполнены секционированными, амортизированными и управляемыми, а наружные оболочки плавучих камер пневмобаллонов с реданами, причем нижняя кромка плавучей камеры пневмобаллона фюзеляжа расположена выше нижних кромок плавучих камер пневмобаллонов боковых скегов. 2. Средство по п.1, отличающееся тем, что, кольцевые насадки снабжены дистанционно управляемыми горизонтальными створками, установленными на задних срезах кольцевых насадок с уменьшением угла установки этих створок сверху вниз от 0 до 10^o, а спицы выполнены с закрепленными на них рулями направления, расположенными внутри кольцевых насадок. 3. Средство по п.1, отличающееся тем, что несущее крыло выполнено с секционированными, амортизируемыми и управляемыми щитками, установленными снизу на этом крыле в его кормовой части. 4. Средство по п.1, отличающееся тем, что фюзеляж и боковые скеги снизу выполнены плоскими с подъемом по высоте в сторону носа, а боковые скеги с внешней стороны со скосом под углом 10-15^o. 5. Средство по п.1, отличающееся тем, что несущее крыло снабжено дополнительными амортизируемыми щитками, установленными в узлах соединения этого крыла с фюзеляжем и боковыми скегами снизу по его передней кромке. 6. Средство по п.1, отличающееся тем, что наружная оболочка плавучей камеры пневмобаллона фюзеляжа выполнена в виде ряда продольных надувных секций, соединенных перемычками и имеющих автономный канал подвода воздуха повышенного давления. 7. Средство по пп.1 и 6, отличающееся тем, что каждая надувная секция выполнена из двух скрепленных между собой продольных перегородок, соединенных с внутренней и наружной оболочками этого пневмобаллона, причем узлы соединения продольных перегородок с вышеупомянутой внутренней оболочкой связаны с днищем фюзеляжа. 8. Средство по п.1, отличающееся тем, что плавучие камеры-пневмобаллоны боковых скегов выполнены с наклонной внутренней гибкой перегородкой, расположенной на расстоянии, равном 0,4-0,6 длины этих пневмобаллонов в их кормовых частях, с возможностью образования килеватости у этих пневмобаллонов. 9. Средство по пп.1, 6 8, отличающееся тем, что вышеупомянутые реданы спрофилированы в поперечном сечении по форме треугольника с основанием, равным 2-4 его высотам, при этом реданы размещены на наружных оболочках вышеуказанных пневмобаллонов симметрично относительно продольных осей этих пневмобаллонов и с шагом, равным 10-20 высотам этих реданов. 10. Средство по пп.1, 6 9, отличающееся тем, что вышеупомянутые реданы размещены под углом 30-45^o к диаметральной плоскости, который вершиной ориентирован в сторону носа. 11. Средство по пп.1, 6 9, отличающееся тем, что вышеупомянутые стороны треугольного редана размещены под углом, равномерно уменьшающимся от 30-45^o в кормовой части вышеуказанных пневмобаллонов до 15^o в их носовой части.