ПЛАВНИКОВЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК B63H1/37 

Изобретение относится к судовым движителям с рабочим органом в виде прямоугольного или стреловидного колеблющегося крыла и предназначено для повышения пропульсивных характеристик движителя на малоскоростных режимах движения судна с таким движителем.

Известно устройство для создания силы тяги колеблющимся в жидкости жестким крылом с симметричным профилем. Амплитуда угловых колебаний крыла определяется в основном жесткостью пружинных упоров-ограничителей, а также величиной линейной амплитуды и частоты колебаний крыла. Величина создаваемой таким движителем силы тяги определяется кинематическими параметрами колеблющегося крыла и его гидродинамическими характеристиками, определяемыми величиной мгновенного угла атаки.

Известно, что наиболее высокий коэффициент силы тяги колеблющегося крыла достигается при малых скоростях плавания, когда величина относительной поступи λ_p движителя невелика. При этом максимальные углы атаки крыла, как правило, достигают закритической величины, при которой появляется отрыв потока с носка крыла, что существенно ухудшает гидродинамическое качество крыла и пропульсивные характеристики движителя.

Предотвратить отрыв потока можно путем обеспечения безударного обтекания крыла за счет как механизации передней кромки (выдвижной предкрылок), так и путем отсоса части потока с напорной поверхности крыла вблизи его передней кромки. В случае гармонических колебаний крыла с большой амплитудой для описания течения вблизи носка профиля правомерным является применение квазистационарного подхода.

При ненулевых углах атаки крыла и отсосе через щель, расположенную на напорной стороне крыла вблизи его передней кромки, тангенциальная скорость жидкости на передней кромке с учетом направления будет равна
v_t = v_o - v_q, где v_o - скорость создаваемая набегающим потоком, и она пропорциональна углу атаки крыла α, v_q - скорость, создаваемая отсосом и пропорциональная величине Q/2π r, где Q - расход жидкости через щель отсоса, r - расстояние от щели до передней кромки.

Для безударного обтекания крыла необходимо, чтобы вблизи передней кромки выполнялось условие v_t = 0. В течение той части периода колебаний, когда на напорной стороне крыла увеличиваются угол атаки α до максимального в момент прохождения колеблющимся крылом нейтрального положения и скорость v_t, в связи с чем необходимо увеличить и величину v_q. Поэтому при отсосе с постоянным расходом жидкости (величину которого в связи с инерционностью гидравлических насосов трудно изменять дважды в течение периода колебаний крыла) необходимо, чтобы с увеличением α уменьшалось расстояние r, т.е. место расположения щели должно приближаться к передней кромке крыла. И наоборот, с уменьшением угла атаки величина v_q должна уменьшаться, т.е. должно увеличиваться упомянутое выше расстояние r.

Известен машущий плавниковый движитель, содержащий в форме крыла малого удлинения плавник из эластичного материала, наполняемый текучей средой с переменным давлением, внутри которого параллельно передней его кромке установлен жесткий двояковогнутый лонжерон коробчатой формы, соединенный с приводным рычагом. Вблизи вогнутых полок лонжерона плавник выполнен с эластичными пластинами, образующими вместе с вогнутыми полками лонжерона вблизи верхней и нижней поверхностей плавника несколько не сообщающихся между собой параллельных камер, которые заполнены текучей средой с переменным давлением. Камеры через полости рычага сообщены с насосом текучей среды. Такая конструкция позволяет попеременно подавать давление в полость на одной или другой стороне крыла, изменяя таким образом кривизну линий профиля крыла в нужном направлении, что позволяет изменять картину обтекания профиля крыла и его гидродинамические характеристики. Однако при больших углах атаки на таком крыле будет наблюдаться отрыв потока вблизи передней кромки, что будет приводить к снижению пропульсивных характеристик движителя.

Цель изобретения - повышение средней за период колебания крыла силы тяги плавникового движителя за счет улучшения обтекания профиля крыла на закритических углах атаки путем предотвращения отрыва потока с носка профиля крыла с помощью управляемого щелевого отсоса вблизи передней кромки крыла.

Поставленная цель достигается тем, что в плавниковом движителе (ПД), содержащем в качестве рабочего органа колеблющееся жесткое крыло, соединенное с приводным рычагом движителя с помощью упругих упоров и содержащее в передней части двущелевое устройство для отсоса жидкости, крыло состоит из лонжерона круглого поперечного сечения, который жестко закреплен на конце приводного рычага ПД и содержит расположенные симметрично продольной оси рычага щели, соединенные с идущими вдоль лонжерона каналами, которые через полость приводного рычага соединены с гидравлическим насосом (генератором разрежения), находящимся в корпусе транспортного средства, на котором установлен плавниковый движитель, а также из профилированной оболочки, содержащей расположенные вдоль размаха крыла симметрично продольной оси профиля вблизи его носка продольные прорези, ширина которых прямо пропорциональна величине максимального угла отклонения крыла относительно приводного рычага и величине радиуса лонжерона. Профилированная оболочка имеет возможность поворота вокруг продольной оси лонжерона с перекрытием одной из щелей лонжерона, находящийся на напорной стороне крыла.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что место расположения на крыле ПД щели, через которую производится отсос жидкости с постоянным расходом, с увеличением угла поворота крыла относительно приводного рычага ПД перемещается по напорной поверхности крыла в сторону его передней кромки, что обеспечивается конструкцией предлагаемого устройства, т.е. заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии устройства критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показано крыло ПД, план; на фиг.2 - размещение в лонжероне каналов и щелей; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг.5 - расположение элементов ПД, когда угол отклонения крыла относительно рычага максимален; на фиг.6 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.7 - разрез Г-Г на фиг.2; на фиг.8 - разрез Д-Д на фиг.2.

Плавниковый движитель состоит из приводного рычага 1, лонжерона 2, профилированной оболочки крыла 3, пружинных упоров 4 (фиг.3). В лонжероне 2 имеются щели 5, соединенные с каналами 6, которые выходят в полость рычага 1 (фиг. 5). Профилированная оболочка 3 имеет вблизи носка профиля ряд симметрично расположенных продольных прорезей 7 (фиг.4), жесткость оболочки обеспечивается боковыми нервюрами 8, продольной стенкой 9 и полунервюрами 10 (фиг.2). Фиксация оболочки относительно лонжерона производится упором 11 с пружиной 12 (фиг.5).

Устройство работает следующим образом. Рычаг 1 совершает угловые или линейные (вдоль оси, перпендикулярной направлению движения транспортного средства) возвратно-поступательные перемещения. Профилированная оболочка крыла 3 (симметричной формы) под действием силы гидродинамического напора, которая пропорциональна квадрату величины действительной скорости набегающего потока, совершает некоторые угловые колебания вокруг оси лонжерона 2, расположенного в передней части крыла. Максимальная амплитуда отклонения крыла относительно рычага 1 определяется жесткостью пружинных упоров 4.

Когда крыло 3 находится относительно рычага 1 в нейтральном положении (фиг.3, поперечная скорость крыла v_y = 0), осевые линии щелей 5 совпадают с дальними от носка крыла краями прорезей 7 и производится отсос с обеих сторон профиля крыла 3. При движении крыла 3 вниз (фиг.5) угол отклонения крыла относительно рычага постоянно увеличивается до максимального при прохождении нейтральной оси поперечных колебаний. При этом угол атаки также увеличивается до максимального. С момента начала поворота крыла относительно рычага (а значит, и вокруг оси лонжерона) верхняя щель 5 на лонжероне 2 перекрывается оболочкой крыла 3 и отсос через нее не производится. Нижняя щель 5 на лонжероне 2 с увеличением угла поворота крыла 3 относительно рычага 1 будет перемещаться вдоль линии профиля крыла 3 к носку крыла в пределах ширины прорези 7, что будет удовлетворять условию уменьшения расстояния r от места отсоса до носка профиля при увеличении угла атаки профиля.

Использование: для повышения пропульсивных характеристик судовых движителей в виде крыла. Сущность изобретения: плавниковый движитель содержит крыло с жесткой профилированной оболочкой, внутри которой размещен лонжерон, а также приводной рычаг. Лонжерон выполнен круглого поперечного сечения и жестко соединен с приводным рычагом. Крыло гидравлически связано посредством каналов, выполненных в лонжероне и приводном рычаге, с насосом для отсоса жидкости с его поверхности. Профилированная оболочка выполнена с возможностью поворота вокруг продольной оси лонжерона и перекрытия каналов лонжерона. 8 ил.

ПЛАВНИКОВЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ, содержащий крыло с жесткой профилированной оболочкой, внутри которой размещен лонжерон, а также приводной рычаг, отличающийся тем, что упомянутый лонжерон выполнен круглого поперечного сечения и жестко соединен с приводным рычагом, при этом указанное крыло гидравлически связано посредством каналов, выполненных в лонжероне и приводном рычаге, с насосом для отсоса жидкости с его поверхности, причем упомянутая профилированная оболочка выполнена с возможностью поворота вокруг продольной оси лонжерона и перекрытия каналов лонжерона.