RU2178757C2

RU2178757C2 - Aerodynamic craft

Info

Publication number: RU2178757C2
Application number: RU98104895A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Макаров
Original assignee: Макаров Юрий Васильевич
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2002-01-27

Abstract

FIELD: shipbuilding; building sailing vessels of ground-effect craft type used for sports or transport purposes. SUBSTANCE: vessel has surface aerodynamic hull with tail fin and V- shaped rigid wing-sail mounted on it; wing-sail is swung from side to side around delta hinge by means of ropes with drive. Vessel has displacement buoyancy tanks. Surface aerodynamic hull is made in form ground-effect craft low-aspect-ratio wing. Displacement buoyancy tanks are provided with centerboards located on free ends of hull. Hull is provided with mast turnable around alpha hinge. Mast is provided with ring-shaped boom. Alpha hinge is located on wing of aerodynamic hull at distance from vessel CG equal to 5% of wing-hull mean chord. Delta hinge of wing-sail is located along axis of CG, at top of swivel mast. LH and RH surfaces of V- shaped wing-sail are connected with sail control handle by means of ropes and rods; this handle is fitted at the side from pilot's seat. Mast is provided with through cavity and blocks found on its for reeving the wing-sail control ropes. EFFECT: simplified sail control; system; increased running speed of vessel. 13 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования спортивных парусных судов экранопланного типа, которые могут использоваться и в транспортных целях. The invention relates to shipbuilding and for the construction of sports sailing ships of the winged type, which can be used for transportation purposes.

Из патентной литературы известны устройства аэродинамических судов (пат. США кл. 244-16 N 3966143; 3987382, пат. Англии кл. B 7 W 1463397, состоящие из водоизмещающего корпуса с парусами-крыльями, к которым крепится хвостовое оперение. Крылья-паруса имеют поперечное V-образное крыло и снабжены элеронами. The devices of aerodynamic vessels are known from the patent literature (US Pat. Cl. 244-16 N 3966143; 3987382, Pat. England Cl. B 7 W 1463397, consisting of a displacement hull with wing-sails, to which the tail unit is attached. Wings-sails have transverse V-shaped wing and equipped with ailerons.

Прототипом предлагаемого изобретения является аэродинамическое судно, имеющее корпус, на котором установлены хвостовое оперение, сиденье пилота со спинкой и V-образное жесткое крыло-парус, перекладываемое с борта на борт вокруг горизонтального шарнира посредством тросов перекладки с приводом, а также бортовые водоизмещающие плавучести (см. патент США 3800724, кл. В 63 Н 9/04, опубл. 1974). The prototype of the invention is an aerodynamic vessel having a hull on which the tail unit is mounted, a pilot seat with a back and a V-shaped rigid wing-sail, shifted from side to side around the horizontal hinge by means of transfer cables with a drive, as well as airborne displacement buoyancy (see U.S. Patent 3,800,724, CL B 63 H 9/04, publ. 1974).

Однако у такого судна отсутствует вертикальный шарнир крыла-паруса, а профиль корпуса не спрофилирован крылообразным, что снижает аэродинамическое качество и скорость хода судна. However, such a vessel does not have a vertical hinge of the sail-wing, and the hull profile is not profiled wing-shaped, which reduces the aerodynamic quality and speed of the vessel.

Решаемая техническая задача обеспечивает упрощение системы управления парусом и увеличение скорости движения судна. The technical problem to be solved provides a simplification of the sail control system and an increase in the speed of the vessel.

Указанная техническая задача решается следующим образом. Надводный аэродинамический корпус судна выполнен в виде экранопланного крыла малого удлинения, а бортовые водоизмещающие плавучести снабжены швертами и расположены на свободных концах этого корпуса, который выполнен с поворотной вокруг вертикального шарнира мачтой с кольцеообразным гиком, при этом вертикальный шарнир мачты расположен на крыле-корпусе на расстоянии от центра тяжести судна, равном ±5% от средней хорды крыла-корпуса, причем горизонтальный шарнир вышеуказанного крыла-паруса расположен по оси его центра тяжести и размещен на вершине поворотной мачты, а левая и правая поверхности V-образного крыла-паруса соединены тросами и тягами с ручкой перекладки паруса, установленной сбоку от сиденья пилота, кроме того, мачта выполнена со сквозной полостью и снабжена блоками на ее вершине для проводки через них тросов перекладки крыла паруса. The specified technical problem is solved as follows. The surface aerodynamic hull of the vessel is made in the form of a winged wing of small elongation, and the airborne displacement buoyancy is equipped with daggers and is located at the free ends of this hull, which is made with a mast with a ring-shaped boom rotatable around a vertical hinge, while the vertical hinge of the mast is located at a distance from the wing-hull from the center of gravity of the vessel, equal to ± 5% of the average chord of the wing-hull, and the horizontal hinge of the above wing-sail is located along the axis of its center of gravity and on the top of the swivel mast, and the left and right surfaces of the V-shaped wing-sail are connected by cables and rods to the sail shift handle mounted to the side of the pilot's seat, in addition, the mast is made with a through cavity and is equipped with blocks on its top for conducting cables through them shifting wing sail.

На фиг. 1 показан боковой вид одноместного аэродинамического судна;
на фиг. 2 то же, вид сверху;
на фиг. 3 то же, вид спереди;
на фиг. 4 изображен боковой вид одноместного судна на буерном шасси;
на фиг. 5 показаны план скоростей и векторная схема, поясняющая принцип движения судна в процессе разгона;
на фиг. 6 и 7 показано судно на коньках спереди и сбоку;
на фиг. 8 дана схема управления крылом-парусом судна;
на фиг. 9, 10 и 11 изображено тридцатиместное пассажирское аэродинамического судно в трех проекциях;
на фиг. 12 показана схема управления крылом парусом в двух проекциях;
на фиг. 13 изображена общая система управления судном и крылом-парусом.In FIG. 1 shows a side view of a single aerodynamic vessel;
in FIG. 2 same, top view;
in FIG. 3 the same, front view;
in FIG. 4 shows a side view of a single-seater vessel on an ice carrier;
in FIG. 5 shows a speed plan and a vector diagram explaining the principle of vessel motion during acceleration;
in FIG. 6 and 7 show the ship on skates front and side;
in FIG. 8 shows the control circuit of the wing-sail of the vessel;
in FIG. 9, 10 and 11 depict a thirty-passenger passenger aerodynamic vessel in three projections;
in FIG. 12 shows a sail wing control circuit in two projections;
in FIG. 13 depicts a general ship and sail control system.

Аэродинамическое судно состоит из надводного аэродинамического корпуса 1, выполненного в виде экранопланного крыла малого удлинения, на котором в передней части расположена одно- или многоместная кабина 2 экипажа. Сиденье 3 пилота расположено в районе центра тяжести судна (фиг. 1). В кормовой части крыла - корпуса расположен воздушный киль 4 с рулем поворота 5 хвостового оперения и водный киль 6 с водным рулем 7. The aerodynamic vessel consists of a surface aerodynamic body 1, made in the form of a winged wing of small elongation, on which in the front there is a single or multi-seat crew cabin 2. Seat 3 of the pilot is located in the region of the center of gravity of the vessel (Fig. 1). In the aft part of the wing - hull there is an air keel 4 with a rudder 5 of the tail unit and a water keel 6 with a water rudder 7.

Управление рулями поворота пилот производит при помощи педалей 8. The pilot controls the rudders using pedals 8.

Крыло-корпус 1 имеет дугообразную переднюю кромку при виде спереди. Задняя кромка этого крыла расположена в одной (горизонтальной) плоскости и в плане она имеет вид параболы (полуокружности) или имеет элипсовидную форму. Крыло-корпус 1 имеет аэродинамический профиль (например, Р-3), а его осевое центральное сечение имеет установочный угол 7-9^o.The wing-housing 1 has an arched leading edge when viewed from the front. The trailing edge of this wing is located in one (horizontal) plane and in plan view it has the appearance of a parabola (semicircle) or has an ellipsoidal shape. The wing-housing 1 has an aerodynamic profile (for example, P-3), and its axial central section has an installation angle of 7-9 ^o .

По концам крыла-корпуса установлены бортовые опоры - водоизмещающие плавучести, выполненные в виде поплавков 9 со швертами 10. Шверты пристыкованы к боковой грани поплавка 9 под углом 90-60^o к горизонтальной плоскости. К концевым частям крыла-корпуса крепятся концевые аэродинамические поверхности 11.At the ends of the wing-hull mounted side supports - displacement buoyancy, made in the form of floats 9 with dowels 10. The dowels are docked to the side of the float 9 at an angle of 90-60 ^o to the horizontal plane. The end aerodynamic surfaces 11 are attached to the end parts of the wing-body.

Аэродинамическое судно вместо поплавков может иметь буерное шасси. В этом случае по концам крыла-корпуса 1 в хвостовой части (вместо водного киля 6) устанавливают колеса 12 для движения по грунту или коньки (показаны на фиг. 6 и 7) для движения по льду. Движение аэродинамического судна на буерном шасси не отличается от обычной колесной яхты (буера). По продольной оси крыла-корпуса 1 на расстоянии ±5% его средней аэродинамической хорды от центра тяжести судна установлена поворотная мачта 3. Мачта установлена на вертикальной трубчатой стойке 14, закрепленной фланцем 15 на силовом наборе крыла-корпуса 1. Мачта 13 поворачивается на стойке 14 на угол 180^o в обоих направлениях. Вращение мачты 13 на трубе стойки 14 обеспечивает вертикальный шарнир 16 и хвостовая часть 17 мачты 13, пропущенная вовнутрь стойки. К мачте 13 с помощью кронштейна 18 жестко закреплен блок или кольцеобразный в плане гик 19. Гик выполнен из тонкостенной трубы. Верхний конец мачты 13 имеет кронштейн 20, выполненный в виде удобообтекаемого удлиненного сектора. Кронштейн 20 имеет две грани 21, на ребре которых имеются два шарнира 22 с горизонтальной осью вращения.An aerodynamic vessel instead of floats may have a buoy chassis. In this case, at the ends of the wing-hull 1 in the tail part (instead of the water keel 6), wheels 12 are installed for movement on the ground or skates (shown in Figs. 6 and 7) for movement on ice. The movement of an aerodynamic vessel on a buoy chassis is no different from a conventional wheeled yacht (buoy). A swivel mast 3 is installed along the longitudinal axis of the wing-hull 1 at a distance of ± 5% of its average aerodynamic chord from the ship’s center of gravity. The mast is mounted on a vertical tubular strut 14 mounted by a flange 15 on the power set of the wing-hull 1. The mast 13 is rotated on the strut 14 at an angle of 180 ^o in both directions. The rotation of the mast 13 on the pipe rack 14 provides a vertical hinge 16 and the tail portion 17 of the mast 13, skipped inside the rack. Using the bracket 18, a block or a ring-shaped boom 19 is rigidly fixed to the mast 13. The boom is made of a thin-walled pipe. The upper end of the mast 13 has a bracket 20, made in the form of a streamlined elongated sector. The bracket 20 has two faces 21, on the edge of which there are two hinges 22 with a horizontal axis of rotation.

Кронштейн 20 сварен из тонкого стального листа и приварен к трубе мачты 13. Шарниры 22 разнесены на расстояние, равное расстоянию между лонжеронами 23 V-образного жесткого крыла-паруса 24. На лонжероне 23 крыла закреплены две проушины 25. Крыло-парус имеет поперечный угол V. По оси крыла-паруса 24 расположены ответные части шарниров 22. Крыло-парус 24 имеет аэродинамический профиль и конструкцию, традиционную для крыльев легких самолетов и планеров. Оно может быть выполнено из стеклопластика. The bracket 20 is welded from a thin steel sheet and welded to the mast pipe 13. The hinges 22 are spaced at a distance equal to the distance between the side members 23 of the V-shaped rigid wing-sail 24. Two eyelets 25 are fixed on the wing spar 23. The wing-sail has a transverse angle V On the axis of the wing-sail 24 are the counterparts of the hinges 22. The wing-sail 24 has an aerodynamic profile and design, traditional for the wings of light aircraft and gliders. It can be made of fiberglass.

На шарнире 22 крыло-парус 24 может отклоняться в правую и левую стороны. Его крайние положения фиксируются установкой нижней поверхности крыла-паруса 24 на грани 21 сектора, причем профиль поверхности грани 21 и нижней поверхности крыла-паруса 24 выполнены идентичными. On the hinge 22, the wing-sail 24 can deviate to the right and left sides. Its extreme positions are fixed by installing the lower surface of the wing-sail 24 on the edge 21 of the sector, and the surface profile of the edge 21 and the lower surface of the wing-sail 24 are identical.

Фиксация крыла-паруса 24 осуществляется с помощью троса 26, закрепленного концами на проушинах 25. Длина троса 26 регулируется с помощью тандера (на чертеже не показан). Трос 26 пропущен через блоки 27 и при отклонениях крыла-паруса 24 перегибаются через эти блоки 27, проходя внутри трубчатой мачты 13 и трубчатой стойки, а затем он пропускается через блоки 28, закрепленные на корпусе 1 судна. Проушины 25 входят в пазы на гранях 21, когда крыло-парус лежит на грани. (Паз не показан. ) Трос 26 закреплен на барабане 29 и уложен в его паз. Барабан установлен на кронштейне 30, который закреплен на полу кабины 2 пилота перед его сиденьем. Fixing the wing-sail 24 is carried out using a cable 26, fixed by the ends on the eyes 25. The length of the cable 26 is adjusted using a tandem (not shown). The cable 26 is passed through the blocks 27 and with deviations of the wing-sail 24 are bent through these blocks 27, passing inside the tubular mast 13 and the tubular stand, and then it passes through the blocks 28, mounted on the hull 1 of the vessel. The eyes 25 enter the grooves on the faces 21 when the wing-sail lies on the edge. (The groove is not shown.) The cable 26 is mounted on the drum 29 and laid in its groove. The drum is mounted on the bracket 30, which is mounted on the floor of the cockpit 2 of the pilot in front of his seat.

На барабане жестко закреплены ручки 31 и 32. При расположении левой ручки 32 в вертикальном положении (правая ручка 31 лежит на полу) парус находится в положении А и судно идет при ветре с левого борта. Рабочее направление ветра для данного положения паруса показывает стрелка на ручке, установленной вертикально. Таким образом, пилот по ручке, установленной вертикально, знает положение крыла-паруса (левое или правое). Handles 31 and 32 are rigidly fixed to the drum. When the left handle 32 is in an upright position (the right handle 31 lies on the floor), the sail is in position A and the ship is sailing from the port side in wind. The working wind direction for a given sail position is indicated by an arrow on a handle mounted vertically. Thus, the pilot, using the handle mounted vertically, knows the position of the wing-sail (left or right).

Для фиксации барабана (крыла-паруса) в рабочем положении (зафиксированном правом или зафиксированном левом) служит фиксатор 33, штифт которого входит в отверстие 34. Оно выполнено сквозным и проходит через кронштейн 30 и через барабан 29. Перед перекладкой паруса ручкой фиксатора 33 штифт вынимают из отверстия и освобождают барабан 29. To fix the drum (wing-sail) in the working position (fixed by the right or fixed by the left), the latch 33 is used, the pin of which enters the hole 34. It is made through and passes through the bracket 30 and through the drum 29. Before shifting the sail with the handle of the latch 33, the pin is removed from the hole and release the drum 29.

Для управления многоместным судном в кабине пилота установлено штурвальное колесо 35, имеющее фиксатор и стрелку-индикатор положения паруса. Фиксатор и индикатор положения паруса не показаны. Колесо 35 расположено между сиденьями пилотов. To control a multi-seat vessel, a control wheel 35 is installed in the cockpit, which has a latch and an arrow indicating the position of the sail. The latch and sail position indicator are not shown. Wheel 35 is located between the seats of the pilots.

Для управления по крену и по высоте на многоместном судне установлена ручка 36 пилота, которой управляют элеронами 37, установленными на аэродинамических шайбах 11, и рулем высоты 38, установленным на стабилизаторе 39. Система аэродинамического управления многоместным судном является типичной для самолетов и экранолетов. И управление судном является идентичным для данного класса летательных аппаратов (самолетов, экранолетов). To control the roll and height, a pilot handle 36 is installed on the multi-seat vessel, which is controlled by ailerons 37 mounted on the aerodynamic washers 11 and a rudder 38 mounted on the stabilizer 39. The aerodynamic control system of a multi-seat vessel is typical of aircraft and ekranolets. And the control of the vessel is identical for this class of aircraft (aircraft, ekranoletov).

Для выхода на акваторию из бухты для подруливания, движения с малой скоростью или в штиль на многоместном судне установлен вспомогательный двигатель с воздушным или гребным винтом 40, расположенным на дейдвуде в кормовой части судна. For access to the water area from the bay for taxiing, low-speed propulsion or in calm calm, an auxiliary engine with a propeller or propeller 40 located on the stern in the stern of the vessel is installed on a multi-seat vessel.

Аэродинамическое судно эксплуатируется следующим образом. The aerodynamic vessel is operated as follows.

Перед началом движения пилот устанавливает крыло-парус 24 с правой стороны мачты 23 (в положение А фиг. 3), если ветер с левого борта судна; или в положение Б, если ветер справа (фиг. 5), в этом случае правая ручка 31 расположена в верхнем положении перед сиденьем пилота. Before starting the movement, the pilot sets the wing-sail 24 on the right side of the mast 23 (in position A of Fig. 3), if the wind is from the port side of the vessel; or to position B, if the wind is on the right (Fig. 5), in this case, the right handle 31 is located in the upper position in front of the pilot's seat.

После этого пилот, взявшись руками за гик 19 или штурвальное колесо 35, доворачивает крыло-парус 24 до наивыгоднейшего угла атаки крыла относительно ветра (6-10^o). Судно начинает разбег. Скорость его увеличивается, что приводит к увеличению вымпельной скорости ветра (V_вымп.)
Увеличенная вымпельная скорость вызывает повышение скорости судна, что, в свою очередь, увеличивает скорость вымпельного ветра (диаграмма фиг. 5). В процессе разгона пилот устанавливает с помощью гика 19 (колеса 35) крыло-парус 24 на наивыгоднейший угол атаки и поддерживает направление движения судна с помощью воздушного 5 и водного 6 рулей, управляя и ручкой управления 36 (на многоместном судне). Таким образом, пилот разгоняет судно до скорости 65-80 км/ч. При этом вектор скорости вымпельного ветра направлен практически по продольной оси крыла-корпуса, так как крыло-корпус 1 имеет несущую площадь 15-20 м², то при нагрузке 15-20 кг/м² крыло-корпус 1 обеспечивает подъемную силу, равную массе судна. Поплавки 9 судна выходят из воды, и оно совершает движение в режиме экранного полета, что соответствует ватерлинии В. Л. 2. (шверты сохраняют контакт с водой).After that, the pilot, holding hands on the boom 19 or the steering wheel 35, turns the wing-sail 24 to the most favorable angle of attack of the wing relative to the wind (6-10 ^o ). The ship begins to take off. Its speed increases, which leads to an increase in pennant wind speed (V _penn. )
Increased pennant speed causes an increase in the speed of the vessel, which, in turn, increases the speed of the pennant wind (diagram of Fig. 5). During acceleration, the pilot sets with wing boom 19 (wheel 35) the wing-sail 24 at the most favorable angle of attack and supports the direction of movement of the vessel with the help of air 5 and water 6 rudders, controlling the control stick 36 (on a multi-seat ship). Thus, the pilot accelerates the ship to a speed of 65-80 km / h. In this case, the pennant wind velocity vector is directed almost along the longitudinal axis of the wing-hull, since the wing-hull 1 has a bearing area of 15-20 m ² , then with a load of 15-20 kg / m ^{2, the} wing-hull 1 provides a lifting force equal to the mass vessel. The vessel’s floats 9 emerge from the water, and it moves in a screen flight mode, which corresponds to the water line of V. L. 2. (the dowels maintain contact with water).

Для парирования сноса шверты 10 все время находятся в воде. В случае их выхода из воды происходит дрейф судна, падает тяга крыла-паруса 24 и уменьшается подъемная сила крыла-корпуса 1 судна. To counter the demolition, the daggers 10 are always in the water. In the case of their exit from the water, the ship drifts, the thrust of the wing-sail 24 falls, and the lifting force of the wing-hull 1 of the vessel decreases.

При движении обратным курсом пилот снимает барабан 24 с фиксатора 33, переставляет крыло-парус 24 на другую сторону, фиксирует его и осуществляет движение в указанном выше порядке. Маневрирование в процессе движения пилот производит рулями 5 и 6 с помощью педалей и ручки управления, а гиком он управляет крылом-парусом 24. Благодаря незначительной высоте мачты, равной 0,9-1,2 м, предложенное устройство паруса 24 создает незначительный момент крена, который парируется частично подъемной силой крыла-паруса, которая направлена не горизонтально, а под углом 30-45^o вверх. Парирует крен, в основном, момент от перемещения центра давления в сторону, противоположную подветренному крылу-корпусу 24 (фиг. 5). За счет его косого обдува вымпельным ветром центр давления (Ц. Д. ) смещается в сторону, противоположную крену, и выравнивает крыло-корпус 1 над водой. Площадь крыла-паруса 24 для указанного судна (фиг. 1) достаточна, если она равна 4-5 м² при размахе крыла-корпуса до 6 м. На многоместном судне крен парируют с помощью элеронов. А заданную высоту судна выдерживают с помощью руля высоты.When moving in the opposite direction, the pilot removes the drum 24 from the latch 33, rearranges the wing-sail 24 on the other side, fixes it and carries out the movement in the above order. The pilot maneuvers during the movement with rudders 5 and 6 using pedals and a control knob, while the boom controls the wing-sail 24. Due to the insignificant mast height of 0.9-1.2 m, the proposed sail device 24 creates an insignificant heeling moment. which is parried partially by the lifting force of the wing-sail, which is directed not horizontally, but at an angle of 30-45 ^o up. The roll counters, basically, the moment from the displacement of the center of pressure in the direction opposite to the leeward wing-body 24 (Fig. 5). Due to its oblique blowing with a pennant wind, the center of pressure (C. D.) shifts in the direction opposite to the heel and aligns the wing-body 1 above the water. The area of the sail-wing 24 for the specified vessel (Fig. 1) is sufficient if it is 4-5 m ² with a wingspan of the hull up to 6 m. A predetermined height of the vessel is maintained using the elevator.

Движение судна на буерном шасси (колесном или на коньках) происходит таким же образом, как и на поплавках 9. Аэродинамическая разгрузка в этом случае происходит до тех пор, пока существует контакт колес или коньков с опорной поверхностью. При подлете судна возникает его дрейф, и исчезает тяга крыла-паруса 24. The movement of the vessel on the drill chassis (wheeled or on ice skates) occurs in the same manner as on the floats 9. Aerodynamic unloading in this case occurs as long as there is contact of the wheels or skates with the supporting surface. When the vessel approaches, its drift occurs, and the thrust of the wing-sail 24 disappears.

Предложенное аэродинамическое судно имеет большое аэродинамическое качество, которое может достигать 20-25 единиц при движении на минимальном удалении от экрана (от поверхности воды), тогда как лучшее парусное вооружение имеет аэродинамическое качество 5-7, а качество всего судна в этом случае - 2-3 единицы. The proposed aerodynamic vessel has a large aerodynamic quality, which can reach 20-25 units when moving at a minimum distance from the screen (from the surface of the water), while the best sailing weaponry has an aerodynamic quality of 5-7, and the quality of the entire vessel in this case is 2- 3 units.

Claims

An aerodynamic vessel containing a surface aerodynamic body on which a tail unit and a V-shaped rigid wing-sail are mounted, flip from side to side around a horizontal hinge by means of cables with a drive, as well as airborne displacement buoyancy, characterized in that the surface aerodynamic body is made in winged wing of small elongation, and side supports - displacement buoyancy equipped with daggers located on the free ends of this body, which is made with a rotary wok y of the vertical hinge of the mast with an annular boom, while the vertical hinge of the mast is located on the hull wing at a distance from the center of gravity of the vessel, equal to ± 5% of the average chord of the wing-hull, and the horizontal hinge of the above wing-sail is located along the axis of its center of gravity and placed on top of the rotary mast, and the left and right surfaces of the V-shaped wing-sail are connected by cables and rods to the sail shift handle mounted on the side of the pilot's seat, in addition, the mast is made with a through cavity and equipped with locks on its top for wiring the mast of the wing-sail shifting cables through the mast.