RU198848U1

RU198848U1 - Amphibious catamaran with electric propellers

Info

Publication number: RU198848U1
Application number: RU2020107792U
Authority: RU
Inventors: Юрий Арсентьевич Чашков; Роман Юрьевич Чашков
Original assignee: Юрий Арсентьевич Чашков; Роман Юрьевич Чашков
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-07-30

Abstract

Полезная модель катамаран-амфибия с воздушными винтами электродвижения имеет корпуса с наклонным форштевнем и прямыми наружными вертикальными бортами, не создающими расходящихся волн, и несимметричные внутренние обводы, от которых волны значительно уменьшаются за счет интерференции между корпусами. Корпуса скреплены двумя соединениями П-образной формы для прохода обломков льдин, причем носовое имеет форму «воздушное крыло с закрылком», а на кормовом соединении установлены опускаемые в воду винт и рули, и еще одно соединение «воздушное крыло с закрылком» установлено между наклонными кормовыми пилонами наверху, где закреплены поворотные насадки с воздушными винтами на осях электродвигателей с питанием от аккумуляторов, расположенных в корпусах. На кормовом соединении корпусов имеется опускаемый водный винт и два руля, что позволяет при остановленных воздушных винтах перемещаться катамарану бесшумно в особых условиях заповедников, при швартовках в стесненных условиях, при малом заряде аккумуляторов, для получения добавочного упора при выходе из воды на ледовое поле. Облегченная кабина устанавливается на площадке, закрепленной на стойках в середине корпусов, которая используется в беспилотном режиме с приборами контроля окружающей среды, мониторинга обстановки в заповедниках, промера глубин фарватеров и решения других задач. Для передвижения в соответствующих условиях плавания в носовой части поднимаются две мачты с парусами, которые в походном положении с завернутыми вокруг них парусами укладываются вдоль корпусов.Устройства крепления на корпусах позволяют грузить/выгружать, крепить катамаран на транспортных средствах, перебрасывать на внешней подвеске вертолетами совместно с экипажем в отдаленные районы выполнения задач. Конструкция сборная, корпуса скрепляются соединениями, на стойки устанавливается кабина или рабочая площадка, что позволяет перевозить катамаран в стандартном 20 фут контейнере.A useful model of an amphibious catamaran with electric propellers has hulls with an inclined stem and straight outer vertical sides that do not create diverging waves, and asymmetrical inner contours, from which waves are significantly reduced due to interference between the hulls. The hulls are fastened with two U-shaped joints for the passage of ice debris, and the bow has the shape of an "air wing with a flap", and a propeller and rudders lowered into the water are installed at the stern connection, and another connection "air wing with a flap" is installed between the inclined aft pylons at the top, where rotary nozzles with propellers are fixed on the axles of electric motors powered by batteries located in the housings. At the aft hull connection there is a lowering water propeller and two rudders, which allows the catamaran to move silently when the propellers are stopped in special conditions of reserves, when mooring in cramped conditions, with a low battery charge, to obtain an additional stop when leaving the water on the ice field. The lightweight cabin is installed on a platform fixed on racks in the middle of the buildings, which is used in unmanned mode with instruments for monitoring the environment, monitoring the situation in nature reserves, measuring the depth of fairways and solving other problems. For movement in appropriate sailing conditions, two masts with sails are raised in the bow, which, in the stowed position with sails wrapped around them, are laid along the hulls. The attachment devices on the hulls allow loading / unloading, attaching the catamaran to vehicles, transferring the catamaran on external sling together with crew to remote areas of the mission. The structure is prefabricated, the hulls are fastened with joints, a cabin or a working platform is installed on the racks, which allows you to transport the catamaran in a standard 20-foot container.

Description

Полезная модель катамаран-амфибия с воздушными винтами электродвижения относится к транспортным средствам амфибийного типа и касается конструирования и проектирования катамаранов с несимметричными обводами корпусов и воздушными винтами с электроприводом от аккумуляторов для движения по воде, снегу, льду и мокрой грунтовой поверхности при уменьшенной силе трения за счет установки воздушных крыльев между корпусами впереди и между пилонами крепления воздушных винтов позади кабины.A useful model of an amphibious catamaran with electric propellers refers to amphibious vehicles and concerns the design and design of catamarans with asymmetric hull contours and battery-powered propellers for movement on water, snow, ice and wet ground surface with a reduced friction force due to installation of air wings between the hulls in front and between the propeller pylons behind the cockpit.

Имеется патент РФ 2106279 на катамаран с несимметричными обводами корпусов, форма которых позволяла двигаться с повышенной скоростью при меньших затратах мощности, но такой катамаран может двигаться только по воде и не является амфибией.There is a RF patent 2106279 for a catamaran with asymmetric hull contours, the shape of which made it possible to move at an increased speed with less power consumption, but such a catamaran can only move through water and is not amphibious.

Известен катамаран-амфибия И-1, КБ "Термоплан" 1995 г., содержащий корпуса, связанные между собой соединительным мостом с рубкой, за которой расположены 2 двигателя внутреннего сгорания, вращающие воздушные винты. Симметричная форма корпусов этого катамарана требует повышенной мощности для преодоления волнового сопротивления на воде. Для движения по снегу на корпус крепились лыжи, поэтому такая компоновка катамарана не позволяла перемещаться по воде и снегу или льду без переоборудования. Кроме этого двигатели внутреннего сгорания используют легковоспламеняющиеся жидкости, загрязняют окружающую среду и требуют значительных затрат на техобслуживание.Known amphibious catamaran I-1, KB "Thermoplane" 1995, containing hulls connected to each other by a connecting bridge with a wheelhouse, behind which are 2 internal combustion engines rotating propellers. The symmetrical shape of the hulls of this catamaran requires increased power to overcome the wave drag on the water. For movement on snow, skis were attached to the hull, so this layout of the catamaran did not allow moving on water and snow or ice without re-equipment. In addition, combustion engines use flammable liquids, pollute the environment and require significant maintenance costs.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является эффективная, безопасная, экологически чистая эксплуатация катамарана-амфибии в разных условиях движения без переоборудования, снижение затрат на техобслуживание.The technical task of the proposed utility model is an efficient, safe, environmentally friendly operation of an amphibious catamaran in different driving conditions without re-equipment, and a reduction in maintenance costs.

Технический результат заключается в повышении эффективности эксплуатации катамарана-амфибии, возможности движения по различным твердым поверхностям, а также использования воздушных винтов с электроприводом от аккумуляторов. Такая конструкция снижает затраты на эксплуатацию и техобслуживание устройства.The technical result consists in increasing the operational efficiency of the amphibious catamaran, the ability to move on various hard surfaces, as well as the use of propellers with electric drive from batteries. This design reduces the operating and maintenance costs of the device.

Технический результат достигается использованием корпусов с прямолинейными наружными поверхностями и несимметричными выпуклыми обводами внутрь к оси катамарана для снижения волнового сопротивления, применением горизонтальных соединений корпусов с формой «воздушное крыло с закрылком» и воздушных винтов с электродвигателями с питанием от аккумуляторов, не требующих значительных затрат на техобслуживание.The technical result is achieved by using hulls with rectilinear outer surfaces and asymmetric convex contours inward to the axis of the catamaran to reduce wave drag, using horizontal hull connections with the shape of an "air wing with a flap" and propellers with electric motors powered by batteries, which do not require significant maintenance costs ...

Корпуса имеют форму обводов в плане плоско-выпуклого крыловидного профиля и расположены зеркально симметрично друг другу выпуклыми частями внутрь к оси катамарана, при этом наружные поверхности корпусов прямолинейны, параллельны друг другу и траектории движения, не создают расходящихся волн, а несимметричные внутренние обводы уменьшают волновое сопротивление и высоту расходящихся волн между корпусами за счет интерференции, в результате чего поток воды проходит между ними без образования гребня, что приводит к значительному снижению волнового сопротивления по сравнению с катамаранами с симметричными обводами корпусов. Днище корпусов имеет форму лыжи с окантовкой в носовой и кормовой частях для движения по твердой поверхности, а носовая оконечность корпусов имеет скос в корму, достаточный для выхода из воды на берег, на ледовое поле, преодоления преград в соответствие с высотой корпуса. Корпуса разделены на водонепроницаемые отсеки, носовые заполнены монтажной пеной для предотвращения затопления при пробоинах, средние используются для аккумуляторов и балласта, кормовые для хранения имущества и инструментов.The hulls have the shape of contours in terms of a plane-convex wing-shaped profile and are arranged mirror-symmetrically to each other with convex parts inward to the catamaran axis, while the outer surfaces of the hulls are rectilinear, parallel to each other and the trajectory of movement, do not create diverging waves, and asymmetric inner contours reduce the wave resistance and the height of the diverging waves between the hulls due to interference, as a result of which the water flow passes between them without the formation of a ridge, which leads to a significant decrease in wave resistance compared to catamarans with symmetric hull contours. The bottom of the hulls has the shape of a ski with edging in the bow and stern for movement on a hard surface, and the bow end of the hulls has a slope to the stern, sufficient to get out of the water to the shore, to the ice field, to overcome obstacles in accordance with the height of the hull. The hulls are divided into watertight compartments, the bow ones are filled with foam to prevent flooding in case of holes, the middle ones are used for batteries and ballast, the aft ones are used for storing property and tools.

Корпуса в носовой части имеют горизонтальное П-образное соединение, высота которого достаточна для прохода под ним плавающих льдин, небольших торосов и препятствий на земной поверхности. Горизонтальная часть соединения имеет форму «воздушное крыло с закрылком», что позволяет при движении регулировать подъемную силу, а значит и трение корпуса в носовой части.The hulls in the bow have a horizontal U-shaped connection, the height of which is sufficient for the passage of floating ice floes, small hummocks and obstacles on the earth's surface under it. The horizontal part of the joint has the shape of an "air wing with a flap", which makes it possible to regulate the lift force during movement, and hence the friction of the hull in the bow.

На корме на П-образном соединении корпусов крепятся опускаемые в воду два пера руля и в центре винт с элдвигателем для движения по воде при скрытном перемещении, швартовках в стесненных условиях и при эконом ходе.At the stern, at the U-shaped connection of the hulls, two rudder rudders lowered into the water are attached and in the center a propeller with an electric motor for movement through the water with covert movement, mooring in cramped conditions and with economy travel.

В центральной части корпусов установлена на пилонах площадка, как основной элемент жесткости конструкции катамарана. Для эксплуатации в беспилотном режиме на ней устанавливаются органы управления движением и оборудование в соответствии с задачами: фотосъемка окружающей местности, промер глубин рек и водоемов, определение степени загрязнения водоемов, доставка снабжения, площадка для посадки дронов и т.п..In the central part of the hulls, a platform is installed on pylons, as the main element of rigidity of the catamaran structure. For operation in unmanned mode, it is equipped with traffic controls and equipment in accordance with the tasks: photographing the surrounding area, measuring the depths of rivers and reservoirs, determining the degree of pollution of reservoirs, supplying supplies, landing site for drones, etc.

Кабина обтекаемой формы не является силовым элементом конструкции, поэтому имеет облегченный вес, крепится на площадке, имеет пассажирский или грузопассажирский варианты. В корме установлены наклонные назад пилоны, соединенные наверху под поворотными насадками горизонтальной консолью в форме «воздушное крыло с закрылком», что позволяет регулировать подъемную силу, а значит силу трения кормовой части корпусов.The streamlined cab is not a structural element of the structure, therefore it has a light weight, is mounted on the site, has a passenger or cargo-passenger options. In the stern there are pylons inclined backwards, connected at the top under the rotary nozzles by a horizontal console in the form of an "air wing with a flap", which allows to regulate the lift force, and hence the friction force of the stern part of the hulls.

Высота кормовых пилонов достаточна, чтобы набегающий воздушный поток меньше экранировался обтекаемой кабиной, а жесткость обеспечивается креплением на корпусах и соединением консолью наверху. На пилонах сверху установлены обтекаемые поворотные насадки для аэродинамического управления маневрами катамарана. Воздушные винты крепятся на осях реверсивных электродвигателей регулируемой частотой оборотов с питанием от аккумуляторов, размещаемых в средней части корпусов с соблюдением эксплуатационной посадки катамарана.The height of the aft pylons is sufficient so that the incoming air flow is less screened by the streamlined cockpit, and the rigidity is provided by the attachment to the hulls and the connection by the console at the top. Streamlined rotary nozzles for aerodynamic control of the catamaran's maneuvers are installed on top of the pylons. The propellers are mounted on the axles of reversible electric motors with variable speed and powered by batteries, located in the middle of the hulls in compliance with the operational landing of the catamaran.

Изменение положения закрылков позволяет регулировать общую силу трения катамарана при скоростном движении, а для торможения достаточно поднять закрылки вверх, при этом корпус будет прижиматься набегающим потоком воздуха вниз, увеличивая силу трения корпусов и катамаран быстро остановится.Changing the position of the flaps allows you to adjust the total friction force of the catamaran during high-speed movement, and for braking it is enough to raise the flaps up, while the hull will be pressed down by the incoming air flow downward, increasing the friction force of the hulls and the catamaran will quickly stop.

Экипаж, для экономии заряда аккумуляторов или аварийного движения по воде, гладкому льду или насту, может устанавливать в носу 2 мачты с парусами, которые разворачиваются в разные стороны, чтобы не закрывать обзор впереди кабины. В походном положении мачты с закрученными парусами крепятся вдоль корпусов.The crew, to save battery power or emergency movement on water, smooth ice or crust, can install 2 masts in the bow with sails that unfold in different directions so as not to block the view in front of the cabin. In the stowed position, the masts with twisted sails are attached along the hulls.

На корпусах катамарана есть специальные устройства для его погрузки/выгрузки, крепления при перевозке и возможности доставки на внешней подвеске вертолета в отдаленные районы работы и обратно.On the hulls of the catamaran there are special devices for its loading / unloading, fastening during transportation and the possibility of delivery on the external sling of the helicopter to remote areas of operation and back.

Устройство катамарана-амфибии показано на Рис. 1 и 2The device of the amphibious catamaran is shown in Fig. 1 and 2

1. Корпуса катамарана1. Hulls of the catamaran

2. П-образное носовое соединение с горизонтальным элементом «крыло с закрылком».2. U-shaped bow connection with the horizontal wing-flap element.

3. Кабина экипажа (при необходимости) или рабочая площадка3. Crew cab (if necessary) or work platform

4. Носовые герметичные отсеки, заполнены пеной.4. Nasal sealed compartments, filled with foam.

5. Средние отсеки для аккумуляторов и балласта5. Middle bays for batteries and ballast

6. Кормовые отсеки для хранения инструментов и вещей6. Aft compartments for storing tools and things

7. П-образное кормовое соединение для крепления водяного винта и рулей (на рис 2 не показано)7. U-shaped aft connection for attaching the water propeller and rudders (not shown in Fig. 2)

8. Пилоны для воздушных винтов8. Pylons for propellers

9. Верхнее соединение пилонов «крыло с закрылком» (консоль)9. Upper connection of pylons "wing with flap" (console)

10. Элдвигатели привода винтов на стойке10. Eldmotors of drive screws on the rack

11. Воздушные винты11. Propellers

12. Направляющие поворотные насадки12. Rotary nozzles

13. Винт с электроприводом для движения по воде на кормовом соединении (не показан)13. Electric propeller for water propulsion at aft connection (not shown)

14. Рули для улучшения маневренности на кормовом соединении (не показаны)14. Rudders to improve maneuverability at the stern connection (not shown)

15. Две носовые мачты с парусом (не показаны)15. Two bow masts with sail (not shown)

16. Места крепления для внешней подвески вертолета или погрузки на транспортное средство (не показаны).16. Attachment points for external suspension of a helicopter or loading onto a vehicle (not shown).

Некоторые варианты эксплуатации катамарана-амфибии. На воде катамаран в водоизмещающем состоянии, закрылки в нейтральном положении для меньшего воздушного сопротивления, рули в воде. Запускаются воздушные винты, начинается движение и при достижении определенной скорости носовой, а затем кормовой закрылки начинают опускать вниз для уменьшения сопротивления. Скорость движения регулируется оборотами винтов. На высокой скорости, чтобы не потерять устойчивость на курсе, важно не допускать отрыва корпуса от поверхности, поэтому углы установки закрылков будут зависеть как от самой скорости, так и от нагрузки в носовой/кормовой частях катамарана, условий плавания - волнение. Для безопасного движения по скользкой поверхности гладкого льда или по твердому насту для устойчивого движения закрылки необходимо поднять, окантовка на днищах врежется в поверхность и для уверенных поворотов на высокой скорости применять кормовые рули, прижимая их к поверхности движения на стороне поворота. При движении по снегу, рыхлому льду или мокрой поверхности для уменьшения давления (силы трения) закрылки опускаются вниз, для избегания заносов использовать рули соответствующей стороны поворота, прижимая к поверхности, увеличивать силу торможения у соответствующего корпуса, что улучшает поворотливость, даже без использования воздушных насадок. На воде для движения без воздушных винтов дополнительный водяной винт с кормового соединения опускается в воду. Это применяется при пониженном уровне заряда батарей, для проведения на малой скорости мониторинга, швартовки в стесненных условиях, «бесшумного» движения в особых условиях заповедников, скрытого перемещения и т.п. В этом случае можно использовать рули.Some options for the operation of the amphibious catamaran. On the water, the catamaran is displacement, the flaps are in neutral for less air resistance, the rudders are in the water. The propellers are launched, movement begins and when a certain speed is reached, the bow and then the stern flaps begin to lower down to reduce drag. The movement speed is regulated by the turns of the screws. At high speed, in order not to lose stability on the course, it is important not to allow the hull to come off the surface, so the angles of the flaps will depend on both the speed itself and the load in the bow / stern of the catamaran, and the sailing conditions - excitement. For safe movement on a slippery surface of smooth ice or on a solid crust for stable movement, the flaps must be raised, the edging on the bottoms will cut into the surface and for confident turns at high speed use aft rudders, pressing them to the surface of movement on the side of the turn. When driving on snow, loose ice or wet surfaces, to reduce pressure (frictional force), the flaps are lowered; to avoid skids, use the rudders of the corresponding side of the turn, pressing against the surface, increase the braking force of the corresponding body, which improves turnability, even without using air nozzles ... On water, for propeller-free propulsion, an additional water propeller from the stern connection is lowered into the water. This is used when the battery charge is low, for monitoring at low speed, mooring in confined conditions, "silent" movement in special conditions of reserves, hidden movement, etc. In this case, you can use the rudders.

Для штатного торможения катамарана закрылки кормового крыла поднимаются вверх, сила потока прижимает кормовую часть вниз, катамаран остановится быстрее, чем в свободном движении. Эффективность действия кормового крыла выше носового за счет воздушного потока от винтов. Для уменьшения времени для остановки ПОСЛЕ кормового закрылка поднимается носовой и в результате весь катамаран обоими корпусами прижмется вниз к поверхности и быстро остановится. НЕЛЬЗЯ ПЕРВЫМ поднимать закрылок носового крыла, т.к. в этом случае возможен переворот вперед через нос.For standard braking of the catamaran, the aft wing flaps rise up, the force of the flow presses the aft part down, the catamaran will stop faster than in free movement. The efficiency of the stern wing is higher than the bow due to the air flow from the propellers. To reduce the time to stop AFTER the stern flap, the bow rises and as a result the entire catamaran with both hulls will press down to the surface and quickly stop. DO NOT raise the nose wing flap FIRST, because in this case, a forward turn through the nose is possible.

Система управления движением (контроллер) позволяет использовать разные схемы подключения батарей, использовать оба воздушных винта одновременно или один при установившемся равномерном движении с малым потреблением энергии, или вращать эддвигатель водяного винта. На стоянке при сильном ветре винты будут вращать электродвигатели как генераторы для подзарядки аккумуляторов, (такие ветра не редкость в районах Арктики). Возможные характеристики Катамарана-Амфибии на 5 человек: Корпуса композитные, 4-5 герметичных отсеков, носовой заполнен монтажной пеной, средние для аккумуляторов и балласта, кормовой для инструментов и вещей.The motion control system (controller) allows you to use different schemes for connecting batteries, use both propellers at the same time or one with a steady steady motion with low energy consumption, or rotate the water propeller motor. When parked in strong winds, the propellers will rotate the electric motors as generators to recharge the batteries (such winds are not uncommon in the Arctic regions). Possible characteristics of the Amphibian Catamaran for 5 people: Composite hulls, 4-5 sealed compartments, the bow is filled with polyurethane foam, medium for batteries and ballast, aft for tools and things.

1. Длина понтонов 5 м-6 м1. Length of pontoons 5 m-6 m

2. Ширина понтона 0.5-0.6 м2. The width of the pontoon is 0.5-0.6 m

3. Высота понтона 0.6 м при КВЛ 0.4-0.5 м3. Pontoon height 0.6 m at design waterline 0.4-0.5 m

4. Водоизмещение около 2 т (вес устройства)4. Displacement of about 2 tons (device weight)

5. Грузоподъемность 500 кг (2 чел + 300 кг, или 5 чел. с амуницией, термокостюмы, инструменты/аппаратура для работы)5. Loading capacity 500 kg (2 persons + 300 kg, or 5 persons with ammunition, thermal suits, tools / equipment for work)

6. Вес корпусов: 600-800 кг6. Body weight: 600-800 kg

7. Вес движителей (элдвиг + винты + возд насадки) 100-150 кг7. Weight of propellers (eldvig + propellers + air nozzle) 100-150 kg

8. Дополнительный для воды винт с элдвигателем 20-30 кг8. Additional screw for water with electric motor 20-30 kg

9. Аккумуляторы - остаток грузоподъемности для автономности 200-300 км9. Batteries - the remainder of the carrying capacity for autonomy of 200-300 km

10. Две мачты с парусами на носовой части понтонов 50 кг.10. Two masts with sails on the bow of the pontoons 50 kg.

Claims

1. Amphibious catamaran with propellers of electric propulsion from accumulators, consisting of hulls, hull mountings and a cockpit, characterized in that the hulls have inclined stems, straight outer vertical sides that do not create diverging waves, and asymmetric inner contours, from which diverging waves between hulls are reduced in height due to interference, while the hulls are connected by two U-shaped mounts, and the bow has the form of an "air wing with a flap", and a propeller and rudders lowered into the water are installed on the stern connection, and another connection in the form of " an air wing with a flap "is installed between the inclined aft pylons in the upper part, below the attachment areas for rotary nozzles with propellers on the axles of electric motors powered by batteries located in the hulls.

2. Amphibious catamaran according to claim 1, characterized in that the joints of the U-shaped hulls have a height above the waterline, sufficient for the passage between the hulls of small floating pieces of ice or objects on the surface, while the horizontal part of the bow connection has the shape of "air wing with a flap ”, with the possibility of raising or lowering the flap at an angle of up to 90 degrees, and on the aft connection for navigation on water there are a descending water propeller with an electric motor powered by batteries and two rudders.

3. Amphibious catamaran according to claim 1, characterized in that the inclined pylons in the upper part have a connection in the form of an "air wing with a flap" with the possibility of raising or lowering the flap at an angle of up to 90 degrees.

4. Amphibious catamaran according to claim 1, characterized in that streamlined pylons inclined in the stern are installed in the aft part of the hulls, on the upper platform of which there are rotary nozzles for maneuvering, inside which propellers rotate on the axes of electric motors powered by batteries.

5. Amphibious catamaran according to claim 1, characterized in that the cockpit for the crew is installed on the site, fixed on longitudinal struts on the hulls, on which the unmanned version of the equipment is located for photography, environmental research, monitoring the state of protected areas, measuring depths ...

6. Amphibious catamaran according to claim 1, characterized in that for movement under appropriate surface conditions to save battery charge or in emergency mode, in the bow of the hulls there are two masts with sails, which in the stowed position are folded around the masts and attached along the hulls.