ГРЕБНОЙ ВИНТ "МАКАРОВ" Российский патент 1996 года по МПК B63H1/26 

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в конструкциях гребных винтов, применяющихся в качестве движителей на водном транспорте различного назначения.

Известна конструкция гребного винта, в которой выступы на лопастях волнообразные и концентричные относительно оси вращения винта и имеют прямоугольное или треугольное поперечное сечение, постоянное по всей ширине лопасти (Патент США N 1424672, кл. B 63 H 1/26, 1922) [1]
Такая конструкция не позволяет использовать кинетическую энергию радиальной составляющей струи жидкости, т.к. выступы с указанными поперечными сечениями представляют собой абсолютное препятствие для этой составляющей, вследствие чего она гасится, не продуцируя дополнительного реактивного усилия. Кроме того, сами выступы продуцируют дополнительное сопротивление вращению, которое возрастает пропорционально квадрату скорости вращения винта. Вследствие сказанного, потенциальная возможность увеличения КПД движителя не используется, а сам КПД уменьшается за счет повышенного сопротивления вращению.

Ближайшим техническим решением к заявленному по технической сущности и достигаемому результату является гребной винт с лопастями, у которых нагнетающая поверхность выполнена с волнообразными выступами, концентрично относительно оси вращения винта и имеющими переменное сечение в направлении от передней к задней кромке лопасти, расстояние между выступами 0,1 0,9 шага винта, высота выступов монотонно увеличивается по направлению к задней кромке лопасти до величины, составляющей 0,1 0,5 шага винта, форма выступов образована двумя сопрягаемыми поверхностями, одна из которых перпендикулярна плоскости вращения винта, а другая образована радиусом кривизны, равным 0,1 0,9 шага винта. [2]
Такая конструкция позволяет увеличить КПД движителя.

Однако, возможность такого увеличения используется не полностью, т.к. радиальная составляющая струи жидкости скатывается с нагнетающей поверхности лопасти не под прямым, а под острым углом к касательной в каждой точке той поверхности, образующей волнообразный выступ, которая перпендикулярна плоскости вращения винта. Недоиспользование кинетической энергии радиальной составляющей, в данном случае, обуславливается значением конуса указанного острого угла, величина которого меньше единицы.

Цель изобретения повышение КПД движителя.

Для достижения поставленной цели в заявленном техническом решении волнообразные выступы выполнены неконцентрично, а по кривым, отклоняющимся от концентричных линий по задней кромке лопасти на 0,0 0,8 шага винта "Макаров". Выступы берут свое начало не от передней кромки лопасти, а от точки пересечения концентричных линий с диагональю, соединяющей основание задней кромки лопасти с точкой сопряжения передней и верхней кромки лопасти. Выступы не заканчиваются на линии задней кромки лопасти, а имеют вылет за ее пределы, возрастающей в радиальном направлении от 0,0 0,1 до 0,9 1,5 шага винта.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 изображена нагнетающая поверхность П лопасти с выполненными на ней волнообразными выступами 4 и схемой движения частиц жидкости: радиальным А, касательным В и их равнодействующим С направлениями.

На фиг. 2 представлено сечение лопасти Ж-Ж.

На фиг. 3 сечение лопасти в радиальном направлении по линии задней кромки лопасти Б-Б с высотой h волнообразных выступов и расстоянием L между ними, радиусом кривизны r одной из поверхностей, образующей волнообразный выступ.

На фиг. 4 представлен объемный вид лопасти с волнообразными выступами, образованными сопрягаемыми поверхностями 5 и 6.

Лопасть состоит:
1 передняя кромка /ДР₁/;
2 верхняя кромка ;
3 задняя кромка с вылетом выступов;
П нагнетающая поверхность;
4 волнообразные выступы высотой h и расстоянием L;
5 поверхность, образующая волнообразный выступ, перпендикулярная плоскость вращения винта, имеющая радиус кривизны R;
6 поверхность, образующая волнообразный выступ, имеющий радиус кривизны r;
P₁P11

...P₄P14 линии, концентричные относительно оси вращения винта;
M₁N₁ M₄N₄ кривые, образующие кромку волнообразного выступа, имеющие радиус кривизны R, отклоняющиеся от концентричных линий по задней кромке лопасти на 0,0 0,8 шага винта "Макаров";
EP₁ линия /диагональ/, соединяющая основание Е задней кромки 3 с точкой P₁ сопряжения передней 1 и верхней 2 кромок лопасти;
M₁ M₄ точки начала волнообразных выступов точки пересечения диагонали EP₁ с концентрическими линиями P₁P11...P₄P14.

Лопасть гребного винта работает следующим образом: на нагнетающей поверхности лопасти направление наименьшего сопротивления скатыванию частиц жидкости определяется равнодействующей С от радиального А и касательного Е усилий. Встречая на своем пути кривизну r волнообразного выступа частица отклоняется от нагнетающей поверхности, создавая дополнительное реактивное усилие, приводящее к дополнительному эффекту "толкания" судна. Радиус кривизны R поверхности 5 изменяется таким образом, что равнодействующая С всегда остается перпендикулярной к касательной в каждой данной точке этой поверхности. Радиус кривизны поверхности 6 изменяется таким образом, что на конце вылета волнообразного выступа вблизи точек N₁N₄ отклонение частиц жидкости осуществляется практически до горизонтального направления, сообразуясь со словесной формулой "строго-назад". Характер изменения обоих радиусов кривизны позволяет наиболее полно использовать кинетическую энергию радиальной составляющей струи жидкости. Кроме того, частицы жидкости, скатившиеся с нагнетающей поверхности, еще обладают достаточно высокой кинетической энергией, которая "улавливается" вылетами волнообразных выступов, создавая дополнительное реактивное усилие по сравнению с прототипной конструкцией. Поскольку волнообразные выступы располагаются, по крайней мере, на половине площади нагнетающей поверхности, то суммарное реактивное полезное усилие, по мнению экспертов, возрастает на 4-5%
По грубой оценке это равносильно такому же количеству сэкономленного горючего при одновременном повышении скорости доставки грузов. ЫЫЫ2

Использование: изобретение относится к области судостроения и может использоваться в конструкциях гребных винтов, применяющихся в качестве двигателей на водном транспорте различного назначения. Сущность изобретения: нагнетающая поверхность П лопасти гребного винта выполнена с волнообразными выступами 4, высота которых монотонно увеличивается к задней кромке 3 лопасти до величины 0,1 ... 0,5 шага винта "Макаров". Форма выступов 4 образована двумя сопрягаемыми поверхностями 5 и 6. Поверхность 5 перпендикулярна плоскости вращения винта "Макаров", а поверхность 6 образована радиусом кривизны, изменяющимся в пределах 0,1 ... 0,9 шага винта. Выступы 4 расположены по кривым М₁N₁ ... M₄N₄ и начинаются от условных точек пересечения выступов с диагональю ЕР₁, соединяющей основание задней кромки 3 лопасти с точкой сопряжения передней 1 и верхней 2 кромок лопасти, кривые M₁N₁ ... M₄N₄ отклонены от концентричных линий по задней 3 кромке лопасти на 0,0 ... 0,8 шага винта. Выступы 4 имеют вылет за пределы задней 3 кромки лопасти, возрастающий в радиальном направлении от 0,0 ... 0,1 до 0,9 ... 1,5 шага винта. 4 ил.

Гребной винт, содержащий лопасти, нагнетательная поверхность которых выполнена с волнообразными выступами, расстояние между которыми равно 0,1 - 0,9 шага винта, а высота выступов монотонно увеличивается в задней кромке лопасти до максимальной величины, составляющей 0,1 0,5 шага винта, причем у каждого выступа поверхность, обращенная к концу лопасти, перпендикулярна плоскости вращения винта, а поверхность, обращенная к центру лопасти, выполнена криволинейной с радиусом кривизны, равным 0,1 0,9 шага винта, отличающийся тем, что упомянутые волнообразные выступы выполнены по кривым, отклоняющимся от концентричных линий по задней кромке лопасти на 0,0 0,8 шага винта, с началом этих кривых в точках пересечения концентричных линий с линией, соединяющей основание задней кромки лопасти с точкой сопряжения передней и верхней кромок лопасти, при этом длина указанных волнообразных выступов возрастает в радиальном направлении от 0,0 0,1 до 0,9 1,5 шага винта.