аэросани-амфибия

Формула изобретения

1. Аэросани-амфибия, содержащие корпус-лодку, винт, приводимый двигателем, рулевое устройство, тормоза, отличающиеся тем, что тянущие соосные винты установлены под отрицательным углом атаки к набегающему воздушному потоку.

2. Аэросани-амфибия по п.1, отличающиеся тем, что соосные винты оборудованы автоматами перекоса и механизмом общего и дифференциального шагов.

3. Аэросани-амфибия по п.1, отличающиеся тем, что для движения по снегу установлены на сменных балках лыжные опоры, а по воде - вместо балок установлены поплавки.

4. Аэросани-амфибии по п.1, отличающиеся тем, что для торможения используется реверс тяги винтов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортным средствам, в частности к устройствам, предназначенным для движения как по снежной, так и по водной поверхностям.

Известны аэросани, состоящие из корпуса, лыжных опор и двигателя, установленным на его валу толкающим пропеллером (Н.И. Евстюшин. Развитие аэросанного транспорта в СССР, Академия наук СССР, Москва, 1959 г.) - [1].

Известны аэросани-амфибия также с толкающим пропеллером, у которых плоскокилеватое днище выполнено с лыжеобразным срезом килеватой части по всей длине корпуса (Авторское свидетельство N 279353, СССР, кл. 63 K 22, МКИ B 60 T 3/00) - [2].

Известны аэросани-амфибии в виде плоскокилеватой лодки, на которой движителем также является толкающий пропеллер (Большая советская энциклопедия. Изд. III, M., 1970 г., стр. 461; Авторское свидетельство N 212082, СССР, B 63 B 1/22) - [3].

Указанные аэросани-амфибии [2], [3] имеют также рулевое устройство в виде отклоняющихся пластин и тормоза [1].

К недостаткам этих амфибий можно отнести:

- низкую топливную эффективность;

- низкую эффективность рулей.

1. Топливная эффективность определяется величиной мощности, потребляемой винтом. Известно, что для получения одной и той же тяги винт с большим диаметром потребляет меньше энергии. При скоростях движения V ~ 0 справедлива формула H.Е. Жуковского

T = (33,25NД)^2/3,

где Т - тяга винта;

N - мощность двигателя;

D - диаметр винта;

, - коэффициенты, учитывающие потери мощности в приводе винта (Вертолеты, Расчет и проектирование 1, Аэродинамика, M.Л. Милль и др., 1966 г., стр. 38) - [4].

При больших скоростях движения зависимость более сложная, но увеличение (в определенных пределах) диаметра также ведет к уменьшению потребляемой мощности.

В конструкциях указанных аэросаней и амфибий применение пропеллера большого диаметра затруднено, так как тяга пропеллера создает пикирующий момент, который прямо пропорционален радиусу пропеллера. Наличие большого пикирующего момента затрудняет глиссирование лодки на редане и увеличивает нагрузки на передние опорные поверхности. Для парирования момента в конструкциях аэросаней и амфибий передние опорные поверхности выносят далеко вперед от центра массы, что увеличивает габариты и вес устройства.

2. Рулевое управление известных устройств осуществляется подвижными пластинами, отклоняющими поток воды или снега. Эффективность таких рулей зависит от скорости движения устройства и резко снижается при уменьшении скорости. Кроме того, в процессе движения не исключаются повреждения пластин твердыми предметами, встречающимися на дорожной трассе.

Техническим эффектом от применения изобретения является:

- повышение топливной эффективности и проходимости;

- повышение эффективности управления.

Это достигается следующим:

1. Применением в качестве движителя тянущих соосных винтов, установленных под отрицательным углом атаки T_y = Tcos. к набегающему потоку. Компоновка амфибий с величинами углов атаки, близкими к -45, обеспечивает как применение винтов большого диаметра, так и совмещение оси винтов с точкой приложения равнодействующей сил реакции "земли", что позволяет уменьшить потребляемую винтом мощность и уменьшить до 0 пикирующий момент от его тяги.

Несмотря на то, что движущей силой наклонного винта является только горизонтальная составляющая тяги KПД = (T_x+T_y)V/N, увеличение КПД достигается как снижением индуктивных скоростей, так и снижением сопротивления движению от действия вертикальной составляющей

Если для пропеллера

КПД = T ^o V/N,

то для винтов с наклонной осью



где - коэффициент сопротивления движению, пропорциональный весу амфибии;

V - скорость движения амфибии;

N - мощность, потребляемая винтом.

2. Рулевое управление амфибией осуществляется применением на устройстве соосных несущих винтов с автоматами перекоса и механизмом общего и дифференциального шага (МОДШ), идентичными примененным на вертолете Ка-26 (А.Ф. Вахитов. Вертолет Ка-26, М., Транспорт, 1973 г.) - [5].

Такая конструкция управления винтом позволяет изменять направление вектора тяги и крутящий момент винтов соответствующим управлением дифференциальным и циклическим шагом винтов. Изменением направления векторов тяги и крутящего момента обеспечивается рулевое управление амфибией.

Возможность реализации изобретения поясняется на примере технического решения устройства с углом атаки углов T_x = Tsin, = -45^o.

На фиг. 1 изображены виды на устройство сбоку и сверху. Винт изображен схематически, а на виде сверху условно не показан. На фиг. 2 изображен вид спереди. Линиями наложенного контура показаны контуры поплавков. На фиг. 3 приведены графики КПД движителя - наклонного воздушного винта, рассчитанные для движения по снегу аэросаней со следующими данными: масса = 1200 кг; = 0,1 и 0,2; V = 0...100 км/ч; C²S = 1,2 м^o; Д = 5 м; = -45^o. Для сравнения показан график КПД пропеллера аэросаней ОСГА-6, приведенный в [1] - стр. 167.

Корпус 1, включающий в себя кабину для пассажиров и водителя, мотоотсек с двигателем 2 и багажник, опирается на две разнесенные по бортам балки 3 с лыжными опорами 4. В целях облегчения поворота носовые лыжи имеют округления боковых кромок подошв.

Для движения по воде вместо балок с лыжными опорами устанавливаются поплавки 5, имеющие по два редана 6. Двигатель 2 посредством фрикционной муфты, входящей в состав двигателя, и трансмиссионного вала 7 соединен с редуктором 8. На соосных правого и левого вращения валах редуктора установлены соответствующие соосные винты 9, автоматы перекоса и механизм общего и дифференциального шага (МОДШ), которые на фигурах не изображены, но конструкции которых описаны в [4] - стр. 56 - 58 и 58 - 65. Редуктор установлен таким образом, что оси его валов либо совпадают, либо проходят вблизи точки приложения равнодействующей сил реакции "земли", а угол атаки винтов = -45.

После запуска двигателя 2 водитель с помощью фрикционной муфты приводит во вращение винты 9 и, увеличивая шаг винтов и мощность двигателя, увеличивает тягу винтов, что позволяет разогнать амфибию до крейсерской скорости и двигаться с этой скоростью.

Путевое управление осуществляется как азимутальным изменением направления вектора тяги винтов (циклическое изменение шага винтов автоматом перекоса), так и дифференциальным изменением крутящего момента винтов с помощью МОДШ. Последнее увеличивает поворачивающий момент, действующий на корпус амфибии и одновременно уменьшает кренящий момент от действия боковой составляющей тяги. С помощью автомата перекоса водитель может изменять направление вектора тяги также и в вертикальной плоскости, что применяется для облегчения переезда амфибий через препятствия, а также для предотвращения повреждения лопастей кустарником и т.д. Так как линия действия вектора тяги в установившемся движении проходит вблизи точки приложения равнодействующей сил реакции "земли", то отсутствует постоянно действующий пикирующий и другие моменты, а возможность управления уравновесить крутящие моменты винтов позволяет амфибии дрейфовать на воде с работающими винтами при тяге, равной 0.

Для торможения амфибии используется реверс тяги.

Как показывают расчеты (фиг. 3), разница КПД движителя (наклонного винта) предложенного варианта амфибии и КПД пропеллера известных аэросаней ОСГА-6 тем больше, чем больше сопротивление движению () и меньше скорость. Так, на скорости 20 км/ч при = 0,2 КПД наклонного винта превышает КПД пропеллера на 48%. Это говорит о большей проходимости устройства с наклонным винтом, чем с пропеллером.

Технико-экономический эффект от применения амфибии по сравнению с известными ожидается следующий:

- более высокая топливная эффективность;

- более высокая проходимость и маневренность.

Эти свойства амфибий позволяют организовать на Крайнем Севере и тундровых районах как регулярное транспортное сообщение, так и транспортное обеспечение различных экспедиций.