СПОСОБ СОЗДАНИЯ ТЯГИ ГИДРОРЕАКТИВНОГО ДВИЖИТЕЛЯ СУДНА Российский патент 2001 года по МПК B63H11/09 

Изобретение относится к жидкостным реактивным движителям, в которых реактивная струя создается с помощью насосов и импульсов давления, воздействующих на столб жидкости, преимущественно, при воспламенении газовой или паровой смеси.

Предшествующий уровень техники.

Реактивная тяга, создаваемая с помощью импульсов давления газа, может быть существенно более высокой, чем при использовании газа в качестве непрерывной эжектирующей среды, в изобретении по патенту США N 5,598,700.

Использование импульсов давления газа может быть реализовано подобно тому, как это предусмотрено патентом РФ N 2050307.

Наибольший же эффект от использования импульсов давления газа может быть достигнут, если способ создания тяги гидрореактивного движителя судна включает поочередное заполнение по меньшей мере двух рабочих камер двигателя водой за счет скоростного напора ее наружного потока, чередующееся с поочередной подачей в заполненные водой камеры газа под избыточным давлением, и создание импульсов гидрореактивной тяги при поочередном опорожнении рабочих камер, как это предусмотрено изобретением по авторскому свидетельству СССР N 508440.

Однако и в этом случае не реализованы все возможности повышения тяги движителя.

Сущность изобретения
В основу изобретения положена задача создания повышенной импульсной тяги гидрореактивного движителя за счет создания в воде, истекающей из сопла движителя, напора, соответствующего давлению гидроудара.

Для решения этой задачи способ создания тяги гидрореактивного движителя судна, включающий поочередное заполнение, по меньшей мере двух рабочих камер двигателя водой за счет скоростного напора ее наружного потока, чередующееся с поочередной подачей в заполненные водой камеры газа под избыточным давлением, и создание импульсов гидрореактивной тяги при поочередном опорожнении рабочих камер, отличающийся тем, что предусматривает так же, что при подаче в рабочие камеры газа создают гидроудар в заполняющей их воде, для чего избыточное давление газа в процессе его подачи поддерживают прямо пропорциональным, приблизительно, произведению четвертой степени требуемой скорости истечения воды из сопла гидрореактивного движителя на вторую степень - квадрат отношения длительности подачи газа к длине проточной части двигателя по воде, при том что это отношение прямо пропорционально отношению, приблизительно, корня квадратного из избыточного давления подаваемого газа к второй степени - квадрату требуемой скорости истечения воды из сопла гидрореактивного движителя.

При такой скорости истечения напор водяного столба составляет:
H = (V/ Φ )² • 1/2g,
где Φ =0,8-0,9 - безразмерный коэффициент скорости.

Избыточное давление, создаваемое в процессе подачи газа в рабочие камеры, соответствует напору водяного столба.

H₀ = V⁴/g • ( τ/L)² • C,
где H₀ - напор, соответствующий давлению газа в рабочей камере двигателя,
τ - длительность подачи газа в рабочую камеру,
L - длина проточной части двигателя по воде,
C = 0,06-0,12 - безразмерный коэффициент пропорциональности.

Скорость истечения воды из сопла движителя тем больше, чем меньше отношение L/a, где
,
где а₀ - скорость распространения звука в воде,
D - приведенный внутренний диаметр водопровода от рабочей камеры до сопла движителя,
К - объемный модуль воды,
δ - толщина стенки водопровода,
E - модуль упругости материала водопровода.

Предпочтительно, если избыточное давление в рабочих камерах создают с частотой от 1 до 10 Герц.

В зависимости от величины импульсов гидрореактивной тяги и их частоты создается требуемая приведенная тяга движителя.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером его выполнения со ссылками на прилагаемый чертеж, изображающий двигатель с движителем, реализующие патентуемый способ.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Судовой движитель содержит две коаксиальные профилированные трубы: внутреннюю 1 и внешнюю 2. На входе труб расположены общее клапанное устройство 3 и рабочие камеры 4 и 5, сообщенные между собой полостью сопел водяного эжектора 6. Камеры сгорания 7 и 8 соединены обратными клапанами 9, 10 и регулируемым газовоздушным эжектором-смесителем 11 с баллоном 12, заправленным сжиженным газом под давлением. На выходе из камер сгорания 7 и 8 установлены отражатели 13 и 14.

Продувочные трубы 15 и 16 соединены с выхлопной трубой 17 и выполнены с жиклерами 18, 19 и клапан-таранами 20, 21, которые соединены шарнирно-кулисным коромыслом 22 с ротором магнето 23 системы электрозажигания. Последняя имеет свечи зажигания 24 и 25, расположенные в камерах сгорания 7 и 8.

Газ, поступающий из баллона 12, смешивается в эжекторе-смесителе 11 с воздухом в заданном отношении и поступают в камеру сгорания 7, где топливная смесь воспламеняется свечой зажигания 24. Продукты сгорания выбрасываются в рабочую камеру 4 и при закрытом клапан-таране 20 вытесняют находящийся в рабочей камере 4 столб воды через внутреннюю профилированную трубу 1, создавая тем самым импульс реактивной тяги. При этом центральная часть клапанного устройства 3 перекрывает сечение трубы 1. Выходящие из камеры 7 продукты сгорания дожигаются и накаляют отражатель 13, а часть воды, вытесняемой из рабочей камеры 4, при помощи эжектора 6 поступает в рабочую камеру 5, ускоряя ее заполнение совместно с подсасыванием воды через открытую периферийную часть клапанного устройства 3. При этом используется скоростной напор воды при движении судна.

В это время камера сгорания 8 заполняется топливной смесью, а рабочая камера 5 - водой. Продукты сгорания предыдущего цикла удаляются через продувочную трубу 16, открытый клапан-таран 21 и выхлопную трубу 17.

По заполнении рабочей камеры 5 вода поступает в продувочную трубу 16 и закрывает клапан-таран 21. При этом часть воды через жиклер 19 разбрызгивается на раскаленный в предыдущем цикле отражатель 14 и, превращаясь в пар, совместно с движущимся вверх в рабочей камере водяным поршнем сжимает топливную смесь в камере сгорания 8. В момент закрытия клапана-тарана 21 на контакты свечи зажигания 25 подается высокое напряжение от магнето 23. Топливная смесь в камере, сгорания 8 воспламеняется, а в первом рабочем контуре начинается продувка и заполнение рабочей камеры 4 водой и камеры сгорания 7 топливной смесью.

Синхронная работа клапан-таранов 20 и 21 совместно с системой электросжигания 5 обеспечивает последовательное повторение рабочих циклов в обоих рабочих контурах.

Таким образом происходит поочередное заполнение по меньшей мере двух рабочих камер 4 и 5 двигателя водой за счет скоростного напора ее наружного потока, чередующееся с поочередной подачей в заполненные водой камеры газа под избыточным давлением, и создание импульсов гидрореактивной тяги при поочередном опорожнении рабочих камер с частотой от 1 до 10 Герц. При подаче в рабочие камеры 4 и 5 газа создают гидроудар в заполняющей их воде. Избыточное давление газа в процессе его подачи поддерживают прямо пропорциональным, приблизительно, произведению четвертой степени требуемой скорости истечения воды из сопел труб 1 и 2 на вторую степень - квадрат отношения длительности подачи газа к длине проточной части двигателя по воде. Это отношение прямо пропорционально отношению, приблизительно, корня квадратного из избыточного давления подаваемого газа к второй степени - квадрату скорости истечения воды из сопел труб 1 и 2, как это показано в разделе "Сущность изобретения".

Изобретение относится к судостроению, в частности к средствам создания тяги гидрореактивного движителя судна. Способ создания тяги гидрореактивного движителя судна включает поочередное заполнение по меньшей мере двух рабочих камер водой за счет скоростного напора ее наружного потока, заполнение чередуется с поочередной подачей в заполненные водой камеры газа под избыточным давлением. При поочередном опорожнении рабочих камер создаются импульсы гидрореактивной тяги. При подаче в рабочие камеры газа создают гидроудар в заполняющей их воде. Избыточное давление газа в процессе его подачи поддерживают прямо пропорциональным произведению четвертой степени требуемой скорости истечения воды из сопла гидрореактивного движителя на вторую степень отношения длительности подачи газа к длине проточной части двигателя по воде. Это отношение прямо пропорционально отношению корня квадратного из избыточного давления подаваемого газа к второй степени требуемой скорости истечения воды из сопла. Достигается повышение импульсной тяги гидрореактивного движителя. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ создания тяги гидрореактивного движителя судна, включающий поочередное заполнение, по меньшей мере, двух рабочих камер двигателя водой за счет скоростного напора ее наружного потока, чередующееся с поочередной подачей в заполненные водой камеры газа под избыточным давлением, и создание импульсов гидрореактивной тяги при поочередном опорожнении рабочих камер, отличающийся тем, что при подаче в рабочие камеры газа создают гидроудар в заполняющей их воде, для чего избыточное давление газа в процессе его подачи поддерживают прямопропорциональным приблизительно произведению четвертой степени требуемой скорости истечения воды из сопла гидрореактивного движителя на вторую степень - квадрат отношения длительности подачи газа к длине проточной части двигателя по воде, при том, что это отношение прямопропорционально отношению приблизительно корня квадратного из избыточного давления подаваемого газа к второй степени - квадрату требуемой скорости истечения воды из сопла гидрореактивного движителя. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что избыточное давление газа в рабочих камерах создают с частотой от 1 до 10 Гц.