Инновации и изобретения Гибридный волновой движитель (HYBRID WAVE DRIVER): Новая амфибия

Огромные пространства поверхности нашей планеты до сих пор остаются труднодоступными, но именно там находятся природные ресурсы, потребление которых имеет возрастающее значение в мировой экономике. Тюменская область одна из таких территорий, где труднопроходимость и наличие природных ресурсов, в том числе мировых запасов углеводородных и других ресурсов, являются базовыми в понимании необходимости освоения этих ресурсов. С ростом добычи этих ресурсов возрастает и роль транспорта для их доставки и перевозки людей и грузов. Особенности ландшафта и климата, а также требования экологических норм ограничивают развитие инфраструктуры, что значительно увеличивает стоимость перевозок, а порой делает их невозможными. Возникает острая необходимость в амфибиях, способных обходиться без дорог и мостов. Такие амфибии создаются на базе гусеничных болотоходов, вездеходов на шинах низкого давления, аэросаней, снегоходов, аппаратов на воздушной подушке, опытных образцов шагоходов, шнекоходов и других, но при круглогодичной эксплуатации в экстремальных условиях труднодоступных регионов они оказываются недостаточно эффективными. Мы беседуем с разработчиком новой концепции совершенствования транспорта на воздушной подушке, конструктором, создателем оригинальной стратегии развития внедорожного транспорта в России Василием Васильевичем Медведевым.

— В чем заключается основной недостаток транспортных средств на воздушной подушке и как с этими проблемами справились разработчики проекта?

— Основной недостаток существующих транспортных средств на воздушной подушке связан с тем, что для их передвижения требуется дополнительный воздушно-винтовой движитель большой энерговооружённости (до 80% от общей потребляемой мощности), который резко ухудшает их конкурентоспособность с иными видами транспорта.

Второй немаловажной проблемой этого вида транспортных средств является плохая управляемость на склонах и при порывах ветра. Это обусловлено  постоянно действующей аэродинамической разгрузкой на поверхность.

Третья проблема — непреодолимость вертикальных препятствий, оврагов и большого волнения на море. Эффективность воздушной подушки тем больше, чем ближе судно к опорной поверхности. С увеличением высоты парения возрастает утечка больших масс воздуха из подушки, а мощность, необходимая для поддержания судна в режиме парения, растет.

Следовательно, с позиции рентабельности применение воздушного винта в транспортных средствах на воздушной подушке в сочетании с постоянной аэродинамической разгрузкой неприемлемо. Достичь приемлемой эффективности их с воздушным винтом невозможно!

Необходим альтернативный универсальный движитель, свободный от этих недостатков, но суммирующий их достоинства.

И эти проблемы нам удалось полностью решить в нашей разработке.

— Каким образом стало возможным общеизвестные проблемы транспорта на воздушной подушке решить в конкретном случае и в чем, по мнению специалистов, новизна подходов, делающих ваше «детище» привлекательным для массового потребителя?

— Во-первых, мы создали гибридный волновой движитель, работающий по принципам, отличным от применяемых в современных средствах на воздушных подушках. Специалисты понимают, как важно при новой разработке учесть и найти технические решения по тем проблемам, которые ранее считались не решаемыми. Нам это удалось. Гибридный волновой движитель нашей разработки адекватно сообщает корпусу упор на любых профилях поверхностей различных сред и их комбинаций во всём диапазоне скоростей, а также: имеет подвеску на амортизаторах; создаёт оперативно регулируемую аэродинамическую разгрузку; полностью не зависит от метеоусловий; переходит из одной среды в другую без предварительной подготовки.

Новизна концепции состоит в расчленении воздушной подушки на секции, а также — подаче потока воздуха в секции дискретно. Вследствие этого реализуется волновое колебание секций относительно их вертикальной оси. Поворотные связи между ними обеспечивают горизонтальное их смещение при подаче потока воздуха по заданному алгоритму. Амфибийное транспортное средство на гибридном волновом движителе может передвигаться вперед, назад, боком, по диагонали, вращаться на месте, повторять рельеф поверхности.

Оригинальная схема движителя обеспечивает: высокий уровень безопасности движения за счет повышенной маневренности и остойчивости; безопасное аварийное торможение на твердом грунте; уменьшение потребности в приводной мощности в несколько раз, вследствие повышения КПД системы.

Способность преодолевать препятствия: рвы, овраги на суше и большое волнение на море, поскольку контактная поверхность движителя способна копировать рельеф препятствий и волн без существенных потерь нагнетаемого воздуха.

Способность преодолевать склоны — свойство, которое имеет важное значение для амфибий, обусловленное тем, что 80% поверхности элементов воздушной подушки находятся в постоянном контакте с поверхностью, поэтому скольжение на склонах исключено.

— В чем состоят особенности гибридного волнового движителя вашей конструкции?

— Гибридный волновой движитель является по своей сути амфибийным транспортным средством. Главной особенностью является то, что мы нашли оригинальное решение при создании движителя.  Наш комплекс устроен из определенного количества пружинных соплообразных секций, объединенных между собой жесткими поворотными связями в параллельные ряды, прикрепленных к корпусу амфибии. Для обеспечения горизонтального перемещения амфибии в каждую секцию по индивидуальному пневмопроводу от компрессора через ресивер нагнетается дискретно, импульсно поток воздуха. Дискретный алгоритм работы секций обеспечивают индивидуальные клапана, управляемые электронной системой – программатором.

Вставка. На рис.1. представлена принципиальная схема амфибийного транспортного средства на гибридном волновом движителе.

— В чем заключаются основные принципы вашей разработки?

— Принцип действия гибридного волнового движителя транспортного средства-амфибии при перемещении на горизонтальной ровной поверхности показывает, что при подаче потока воздуха в первую секцию давление в ней повышается. При этом сопло секции поднимается над поверхностью, сбрасывая избыток давления в атмосферу, конусная пружина несколько сжимается и деформируется вправо, а поворотная связь между первой и второй секциями поворачивается по часовой стрелке.

При прекращении подачи воздуха в первую секцию и одновременном начале подачи воздуха во вторую секцию сопло первой секции под воздействием пружины опускается на поверхность, а сопло второй секции поднимается, как и в случае с первой секцией до того, при этом поворотная связь между первой и второй секциями поворачивается против часовой стрелки, поворотная связь между второй и третьей секциями поворачивается по часовой стрелке.

В итоге происходит смещение первой секции на определенную величину ʌ. При прекращении подачи воздуха во вторую секцию и одновременном начале подачи воздуха в третью секцию происходит процесс, аналогичный предыдущему. После повторения этого процесса секциями всего ряда движителя произойдет его полное разовое перемещение по горизонтали на величину ʌ , а деформация пружин прекратится после смещения, также на величину ʌ основания транспортного средства. Все просто и гениально.

Порядок (направление движения) и частоту подачи потока воздуха (скорость перемещения) в секции регулируют приводные клапаны, управляемые электронным программатором, а напором подаваемого воздуха (увеличением мощности компрессора, путем увеличения оборотов двигателя) регулируется амплитуда колебаний секций (проходимость препятствий).

Повышение частоты открывания клапанов приведет, соответственно, к увеличению циклов в заданный промежуток времени и увеличению скорости перемещения транспортного средства. Теоретически частоту открывания клапанов на достаточно ровной поверхности возможно довести до колебаний в вибрационном режиме. На пересеченной местности необходима невысокая частота открывания клапанов, а большая амплитуда колебаний секций — для преодоления препятствий. Такой режим достигается увеличением до максимума оборотов двигателя и параметров компрессора.

 

— Какие перспективы открывает использование гибридного волнового движителя (HYBRID WAVE DRIVER)?

— Это перспективное направление в промышленности — широкомасштабное производство транспортных средств амфибий с применением новых технологий и материалов. Новая конструкция не потребует огромного времени и средств на опытно-конструкторские работы, так как по её отдельным модулям и узлам имеется достаточно информации и разработок в мире. Применение альтернативного движителя допускает большое разнообразие модификаций новой амфибии, которые будут востребованы газовыми и нефтяными компаниями, геологами и МЧС, лесниками и охотниками и др., а также населением труднодоступных регионов, для транспортных, специальных, хозяйственных и спортивных целей.

Амфибийные транспортные средства, реализованные в практическую конструкцию на основе предлагаемой инновации, — это реальная альтернатива известным аппаратам внедорожной эксплуатации. В качестве аналога вездехода повышенной проходимости транспортное средство на гибридном волновом движителе будет наиболее эффективно при круглогодичной эксплуатации в экстремальных климатических условиях труднодоступных регионов. Занимая свободную нишу на рынке внедорожных амфибийных транспортных средств, новая амфибия обеспечит высокий гарантированный спрос при серийном производстве.

— Спасибо за возможность услышать исчерпывающие ответы.

Вопросы подготовил: V. Ige

Рис. 1. Основные узлы и системы транспортного средства на гибридном волновом движителе

 

1 – Приводной двигатель внутреннего сгорания;

2 – Нагнетательный компрессор;

3 – Коллективный пневмопровод с ресивером;

4 – Индивидуальные пневмопроводы;

5 – Клапаны приводные;

6 – Программатор электронный управления клапанами приводными;

7 – Акселератор изменения мощности двигателя.

Рис. 2. Конструкция гибридного волнового движителя

 

1 – Пружинная секция гибридного волнового движителя;

2 – Жесткое крепление верхнего торца секции;

3 – Открытое сопло секции;

4 – Жесткая поворотная связь;

5 – Пенорезиновый наполнитель межсекционных полостей;

6 – Эластичная защитная подошва движителя.

 

Пружинные секции гибридного волнового движителя несут три основные функции: 1. пропуск нагнетаемого воздуха под днище транспортного средства с целью обеспечения повышенного давления под ним, тем самым, создания статической воздушной подушки, 2. создание дискретного горизонтального смещения элементов движителя, а следовательно, движителя вцелом, 3. обеспечение корпусу амортизации колебаний движителя, уменьшение вибраций

 

Конструкция гибридного волнового движителя амфибийного транспортного средства представлена на рис.2. Основу движителя составляют пружинные секции (1), в форме полого усеченного конуса, верхний открытый торец которого крепится жестко в месте крепления (2) к корпусу снизу продольными параллельными рядами. Нижние открытые торцы секций (3) являются фактически соплами, соединенными между собой жесткими поворотными связями (4). Образованная объединенными секциями поверхность снабжена эластичной защитной подошвой (6), при этом сопла секций сообщаются с атмосферой, а межсекционные полости залиты герметичной пенорезиной.