ДВИЖИТЕЛЬ ПЛАВУЧЕГО СРЕДСТВА Российский патент 1999 года по МПК B63H1/04 

Предлагаемое изобретение относится к области судостроения, конкретнее к движителям плавучих средств, позволяющим снизить энергозатраты при создании тяги.

Известен движитель плавучего средства (см. патент Германии N 114798, публ. 08.11.1900), содержащий сквозной канал, имеющий форму щели и расположенный вблизи корпуса плавучего средства, установленный в сквозном канале по крайней мере один пластинчатый ротор, привод ротора, причем ротор не менее чем на половину углублен в полость одной из стенок канала, а ометаемая ротором поверхность и противоположная стенка сквозного канала имеют зазор. Это устройство принято в качестве прототипа.

Как следует из описания к данному изобретению, при увеличении зазора, образующегося между ометаемой ротором поверхностью и противоположной стенкой канала, от нуля до удвоенной высоты выступающей из плоскости в канал части ометаемой поверхности ротором тяга движителя увеличивается на 80 - 100%. При дальнейшем увеличении относительной величины зазора повышение тяги движителя не ощущалось.

Целью данного изобретения является снижение энергозатрат при создании тяги движителем.

Решение этой цели достигается тем, что в движителе плавучего средства, содержащем сквозной канал, имеющий форму щели, и расположенном вблизи корпуса плавучего средства, установленный в сквозном канале по крайней мере один пластинчатый ротор, привод ротора, причем ротор не менее чем на половину углублен в полость одной из стенок канала, а ометаемая ротором поверхность и противоположная стенка сквозного канала имеют зазор, площадь входного отверстия сквозного канала выполнена больше 1,2 площади выходного отверстия канала, а в корневом сечении пластин ротора выполнены вырезы, ширина которых от оси ротора не более 0,85 радиуса ометаемой поверхности ротором.

Число лопастей ротора выбирают из условия

где n - число лопастей ротора;
a - высота лопасти;
R - радиус ометаемой поверхности ротором.

На противоположных стенках сквозного канала установлены по крайней мере два симметричных ротора, причем расстояние между стенками сквозного канала в районе установки роторов не менее 2,4 высоты выступающей из плоскости в канал части ометаемой поверхности ротором.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где дано:
на фиг.1 - продольный разрез плавучего средства;
на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1;
на фиг.3 - сечение Б-Б по фиг.2;
на фиг.4 - сечение Б-Б (вариант) по фиг.2.

Плавучее средство содержит корпус 1 и движитель 2, установленный вблизи корпуса 1. Движитель 2 может быть установлен как в носовой части, так и в корме корпуса 1 или совместно, как показано на фиг. 1 и 2. Движитель 2 образует сквозной канал 3, имеющий форму щели, который сообщается с окружающей средой посредством отверстий. Движитель 2 установлен на корпусе 1 со стороны одного из отверстий с зазором, образующим верхнюю и нижнюю щели. Площадь входного отверстия сквозного канала 3 выполнена больше 1,2 площади выходного отверстия. В канале 3 устанавливают пластинчатые роторы 4 для создания потока в канале 3 с реверсом посредством привода (на чертежах не указан). Каждый ротор 4 имеет пластинчатые лопасти 5, которые могут быть различной конфигурации: плоские (как показано на фиг. 4 и 5), S-образные, лопатообразные и т.п. В корневом сечении пластин 5 выполнены вырезы, ширина которых от оси ротора 4 не более 0,85 радиуса R ометаемой поверхности ротором 4. Число n лопастей 5 на каждом роторе 4 может быть два и более, причем число n выбирают из условия

где a - высота лопасти 5 от радиуса R до кромки выреза (фиг. 3 и 4). На противоположных стенках сквозного канала 3 могут быть установлены два симметричных ротора 4, причем расстояние H между стенками канала 3 в районе установки роторов 4 не менее 2,4 высоты h выступающей из плоскости в канал 3 части ометаемой поверхности ротором 4 (фиг.1).

Стрелками на чертежах показаны направления набегающего потока и потока внутри канала 3, а также направление вращения роторов 4.

Движитель 2 плавучего средства работает следующим образом. Для создания движения плавучего средства роторы 4 вращают, как показано стрелками на фиг. 1, посредством приводов (на чертежах не показаны). При вращении роторы 4 создают поток в каналах 3 посредством забора воды из окружающей среды через входные отверстия и выброса ее через выходные отверстия. В результате каждый движитель 2 создает тягу, приводящую в движение плавучее средство. Как показали эксперименты, проводимые в Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете (СПбГМТУ), целесообразно площадь входного отверстия сквозного канала 3 выполнять более 1,2 площади выходного отверстия. Это позволяет более эффективно использовать канал 3 при создании тяги, а следовательно, снижает энергозатраты.

Также целесообразно в корневом сечении пластин 5 выполнить вырезы, ширина которых от оси ротора 4 не более 0,85 радиуса R ометаемой поверхности ротором 4. Как показали эксперименты в гидродинамической трубе СПбГМТУ, при вращении роторов 4 с увеличением ширины вырезов в лопастях 5 происходило увеличение удельной тяги движителя 2 (т.е. отношение тяги движителя 2 к мощности, затрачиваемой на вращение роторов 4). Это объясняется тем, что при вращении ротора 4 лопасть 5 проходит как снаружи от стенки канала 3, создавая тягу движителя 2, так и внутри ниши стенки, где реализуются только затраты энергии на преодоление гидравлического сопротивления в нише, которая имеет минимальный зазор к ометаемой поверхности ротором 4. Кроме того, при выполнении вырезов в лопастях 5 осуществляется перетекание воды через них, уменьшая тем самым подпор, что снижает существенно энергозатраты на вращение ротора 4.

В дополнение к этому, как показали эксперименты в СПбГМТУ, целесообразно число n лопастей 5 выбирать из условия

При увеличении числа n эффективность начинает резко падать. Это вызвано тем, что при большем числе n происходит взаимовлияние лопастей 5 друг на друга при вращении ротора 4, приводящее к снижению эффективности движителя 2.

Следует отметить, что при установке двух симметричных роторов 4 на противоположных стенках сквозного канала 3 с расстоянием H между стенками сквозного канала 3 в районе установки роторов 4 не менее 2,4 высоты h, выступающей из плоскости в канал 3 части ометаемой поверхности ротором 4, может быть еще больше повышена эффективность предлагаемого движителя 2. Как показали эксперименты в СПбГМТУ, движитель 2 с двумя симметричными роторами 4 эффективен с отношения h/H ≥ 2,4 по сравнению с прототипом, где это отношение при одном роторе 4 h/H ≥ 3. Причем тяга, создаваемая двумя симметричными роторами 4, больше, чем удвоенная величина тяги одиночного ротора 4 при одинаковых энергозатратах. Это вызвано тем, что при вращении двух симметричных роторов 4 повышается влияние эжекции, а также снижается влияние противоположной стенки канала 3 для каждого ротора 4, что повышает эффективность движителя 2 по сравнению с прототипом.

В результате при равных основных геометрических и кинематических параметрах предложенный движитель плавучего средства позволяет получать необходимую тягу для движения при меньших затратах энергии по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к судостроению, в частности к движителям плавучих средств. Движитель плавучего средства содержит сквозной канал, имеющий форму щели и расположенный вблизи корпуса плавучего средства, установленный в сквозном канале по крайней мере один пластинчатый ротор, привод ротора. Ротор не менее чем на половину углублен в полость одной из стенок канала, а ометаемая ротором поверхность и противоположная стенка сквозного канала имеют зазор. Площадь входного отверстия сквозного канала выполнена больше 1,2 площади выходного отверстия. В корневом сечении пластин ротора выполнены вырезы, ширина которых от оси ротора не более 0,85 радиуса ометаемой поверхности ротором. Достигается снижение энергозатрат при создании тяги движителем. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Движитель плавучего средства, содержащий сквозной канал, имеющий форму щели и расположенный вблизи корпуса плавучего средства, установленный в сквозном канале по крайней мере один пластинчатый ротор, привод ротора, причем ротор не менее чем на половину углублен в полость одной из стенок канала, а ометаемая ротором поверхность и противоположная стенка сквозного канала имеют зазор, отличающийся тем, что площадь входного отверстия сквозного канала выполнена больше 1,2 площади выходного отверстия канала, а в корневом сечении пластин ротора выполнены вырезы, ширина которых от оси ротора не более 0,85 радиуса ометаемой поверхности ротором. 2. Движитель по п.1, отличающийся тем, что число лопастей ротора выбрано из условия

где n - число лопастей ротора;
a - высота лопасти;
R - радиус ометаемой поверхности ротором.