ВИХРЕВОЙ ДВИЖИТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК B63H11/10 

Изобретение относится к судостроению, в частности к двигателям.

Известен ряд движителей, принцип работы которых основан на нагнетании рабочего потока по водоводу, раскручивании образующегося при этом вихревого потока с дальнейшей подачей распрямленного потока в выходное сопло движителя для создания тягового усилия (а. с. N 1279910, кл. В 63 Е 11/10, 1983).

Существенные недостатки известных устройств - недостаточно высокие тяговые усилия из-за больших потерь энергии рабочего потока и конструктивная загроможденность.

Этих недостатков лишен вихревой движитель, который по наибольшему числу общих существенных признаков и выбран в качестве прототипа. Образование эффективного вихря в вихревой камере позволяет вытягивать рабочий поток от нагнетателя и направлять его в выходной канал, а также высокую степень выравнивания скорости потока на выходе из движителя, что позволяет существенно повысить тяговые усилия движителя. К достоинствам следует отнести также его конструктивную простоту.

Однако в устройстве-прототипе отсутствует возможность присоединения дополнительных (пассивных) масс рабочего потока, необходимых для еще большего усиления тяги.

Цель изобретения - увеличение тяги за счет присоединения дополнительных масс среды к рабочему потоку и выравнивания суммарного потока по скорости на выходе из движителя.

Указанная цель достигается за счет того, что в вихревом движителе на входе туннельного канала расположен нагнетатель рабочего потока, за которым установлено центральное тело, состоящее из трех функциональных частей, верхняя из которых выполнена в виде гиперболоида вращения. Торообразная вихревая камера образована средней частью центрального тела и стенкой туннельного канала, площадь поперечного сечения входного отверстия которой равна площади поперечного сечения входного сопла движителя. Выходной канал образован поверхностью нижней части центрального тела и стенкой туннельного канала. На наружной поверхности торообразной вихревой камеры выполнено кольцевое отверстие для подсоса пассивной среды. Профиль средней части центрального тела выполнен по спирали Архимеда, а нижняя часть центрального тела выполнена в виде конуса.

На фиг. 1 приведен движитель-прототип, разрез; на фиг. 2 - предлагаемый вихревой движитель; на фиг. 3 - график распределения скоростей потока текучей среды по сечениям движителя-прототипа; на фиг. 4 - то же, для предлагаемого вихревого движителя.

Движитель содержит туннельный канал 1 для прохождения активного потока рабочей среды, в котором перед входным соплом 2 установлен нагнетатель 3, центральное тело 4, состоящее из трех функциональных частей: верхней 5, выполненной в виде гиперболоида вращения, средней 6, выполненной по спирали Архимеда, и нижней 7, выполненной в виде конуса. Движитель содержит торообразную вихревую рабочую камеру 8, образованную средней частью 6 центрального тела 4 и стенкой туннельного канала 1. Площадь поперечного сечения входного щелевого отверстия вихревой камеры 8 равна площади поперечного сечения входного сопла 2 движителя. На наружной поверхности торообразной вихревой камеры 8 выполнено кольцевое отверстие для подсоса пассивной среды. Поверхностью нижней части 7 центрального тела 4 и стенкой туннельного канала 1 образован выходной канал 9, выполненный в виде диффузора.

Движитель работает следующим образом.

Поток активной среды от нагнетателя 3 поступает через входное сопло 2 и кольцевую щель в торообразную вихревую камеру 8, внутренняя поверхность которой представляет собой поверхность Коанда, которая способствует вытягиванию активного потока. Затем поток закручивается в вихрь с зоной разрежения в центре и большой кинетической энергией на периферии, что позволяет вихрю вытягивать активный рабочий поток от нагнетателя, а также захватывать дополнительную массу пассивного потока в кольцевом отверстии вихревой камеры 8, где активный и пассивный потоки смешиваются. Одна часть смешанного потока поступает в выходной канал-диффузор 9, который линейно расширяется от сечения S₃ до S₄. На протяжении этого пути поток плавно расширяется, и его давление также плавно выравнивается до давления, близкого к давлению окружающей среды. Другая часть потока вновь возвращается в зону пониженного давления на поверхности Коанда, образуя непрерывно вращающийся вихрь.

Положительный эффект от использования заявляемого вихревого движителя состоит в том, что он обладает большой по сравнению с прототипом силой тяги (на 15-20% ). Это обусловлено постоянным приращиванием дополнительных масс, интенсивным перемешиванием активного и пассивного потоков в вихревой камере за счет воздействия зон пониженного давления в центре вихря и на поверхности Коанда расположенной за кольцевой щелью с сечением S₁. При этом за счет выходного канала-диффузора от его сечения S₃ до S₄ смешенный поток плавно расширяется и на выходе из движителя в сечении S₄ имеет выравненную структуру скоростей, как и прототип.

Использование: в судостроении. Сущность изобретения: вихревой движитель содержит туннельный канал со входным соплом, перед которым установлен нагнетатель, центральное тело, состоящее из трех функциональных частей: носовой, выполненной в виде гиперболоида вращения, средней, выполненной по спирали Архимеда, и кормовой, выполненной в виде конуса. Площадь поперечного сечения входного отверстия камеры равна площади поперечного сечения водоприемного отверстия. Вихревая камера выполнена торообразной и образована средней частью центрального тела и стенкой туннельного канала. На нагружной поверхности вихревой камеры выполнено кольцевое отверстие. 4 ил.

ВИХРЕВОЙ ДВИЖИТЕЛЬ, содержащий туннельный канал с водоприемным отверстием, выходным соплом и нагнетателем рабочего потока, за которым установлено центральное тело, а также вихревую камеру, отличающийся тем, что, с целью повышения тяги движителя, носовая часть центрального тела выполнена в виде гиперболоида вращения, профиль средней части центрального тела выполнен по спирали Архимеда, а кормовая часть центрального тела - в виде конуса, при этом вихревая камера выполнена торообразной и образована средней частью центрального тела и стенкой туннельного канала, причем площадь поперечного сечения входного отверстия камеры равна площади поперечного сечения водоприемного отверстия, при этом выходное сопло образовано поверхностью кормовой части центрального тела и стенкой туннельного канала, причем на наружной поверхности торообразной вихревой камеры выполнено кольцевое отверстие для подсоса рабочей среды.