СУДНО НА ДИСКО-КРЫЛЬЯХ Российский патент 2009 года по МПК B63B1/28 

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при строительстве судов с гидродинамическими силами поддержания и свободно вращающимися дисками (крыльями). Сущность изобретения заключается в увеличении подъемной силы диско-крыльев и уменьшении потерь за счет увеличения частоты вращения дисков

Изобретение относится к судостроению, в частности к скоростным судам на частично погруженных свободно вращающихся в подшипниках дисках (крыльях) V-образной формы в поперечном сечении и установленных под углом атаки α к набегающему потоку. Конструкция такого судна описана в патенте США №4061104 А (МПК В63В), опубликованном 06.12.1977.

Недостатком судна со свободно вращающимися дисками является малая величина гидродинамической подъемной силы из-за срыва циркуляционного потока по причине очень малой величины относительного удлинения λ диско-крыльев и недостаточной частоты вращения дисков. В самом деле, длина l смоченной поверхности диско-крыла всегда меньше его ширины b, то есть . Срыв циркуляционного потока приводит к тому, что судно с вращающимися дисками глиссирует, то есть, во-первых, гидродинамические силы поддержания действуют лишь на нижние поверхности дисков и, во-вторых, увеличиваются волновое и брызгообразующее сопротивления.

Сохранение циркуляционного потока возможно благодаря увеличению частоты вращения дисков до такой величины, чтобы смоченный пограничный слой жидкости поддерживал вязкостными силами вихревой поток. Для этого необходимо сделать приводы от лопаток с винтовыми поверхностями, которые возможны, например, на валах, которые соосно закреплены с каждым диском. Винтовые лопатки являются элементами лопастей гребного винта. В набегающем потоке лопатки работают в турбинном режиме и отдают энергию вращения круглым дискам.

На фиг.1 показан главный вид судна на диско-крыльях с лопатками. На фиг.2 - разрез по А-А; на фиг.3 - разрез по Б-Б; на фиг.4 - сечение по В-В.

На чертежах обозначены: 1 - корпус судна; 2 - диски (крылья); 3 - полуоси; 4 - лопатки; 5 - ребра с верхней разряженной стороны диска; 6 - ребра с нижней напорной стороны диска; 7 - вал; 8 - фланец вала.

b - ширина диско-крыла;

l - длина диско-крыла;

l₁ - расстояние от торца диска до плоскости вращения лопаток вала;

β - угол наклона диска;

α - угол атаки;

φ - шаговый угол турбинной лопатки;

e_c - стрелка прогиба диска;

h - высота ребра;

T - погружение диска.

Судно на диско-крыльях (фиг.1 и фиг.2) имеет корпус 1, к которому жестко прикреплены четыре полуоси 3 так, чтобы диски 2 (фиг.3), установленные на подшипниках, образовали углы атаки α (фиг.4) и углы наклона β. К торцам дисков 2 соосно прикреплены фланцы 8 валов 7, на которых установлены винтовые лопатки 4 с шаговым углом φ=(20…45)град. Если диски (крылья) устанавливаются по углу атаки α, то винтовые лопатки по шаговому углу φ, который состоит из угла атаки лопатки и угла поступи, учитывающего проскальзывание лопатки. Расстояние l₁ плоскости вращения лопаток до торца диска должно быть не меньше четырех его толщин, так как при меньших значениях l₁ происходит нарушение обтекания потока. Точные значения шаговых углов зависят от скорости судна и размеров лопаток и могут быть определены модельными испытаниями. Количество лопаток должно быть не менее 6 исходя из условия, что хотя бы одна из вращающихся лопаток постоянно находилась в потоке жидкости.

При начальном движении судна на диско-крыльях в режиме плавания, сопротивление воды будет большим, чем у равного судна на классических подводных крыльях, так как диски в погруженном состоянии имеют худшие гидродинамические параметры: большую площадь и большее лобовое сечение. При увеличении скорости судна на диско-крыльях и выходе корпуса с полуосями из воды в режиме «горба», частично погруженные диски благодаря лопаткам начинают вращаться, образуя бегущую смоченную поверхность, что приводит к образованию устойчивого циркуляционного потока вокруг смоченной поверхности диска (фиг.4) и увеличению гидродинамической подъемной силы. Величина подъемной силы от лопаток очень мала, так как лопатки вращаются в «попятном» режиме. Их назначение создавать дополнительный крутящий момент дискам для образования вокруг их смоченной части устойчивого вихря. Поэтому турбинные лопатки можно изготовлять приближенного профиля (цилиндрическими или плоскими) и из упругого материала, например, резины.

Если на судах с подводными крыльями используются гидравлически гладкие крылья, то на судах с диско-крыльями диски должны быть шероховатыми или с радиально расположенными ребрами 5 и 6 (фиг.1 и 2) для увлечения жидкости и лучшего образования циркуляционного потока. Высота ребер h должна быть не более стрелки прогиба диска e_c, чтобы не нарушать формы вихря.

Вращающиеся диско-крылья с упругими лопатками позволят судну преодолевать малые препятствия в виде затопленной древесины и прочих плавающих предметов, так как при встрече с препятствиями упругие лопатки будут деформироваться без поломок. Кроме этого судно на диско-крыльях и упругими лопатками можно выкатывать на заранее подготовленный берег для отстоя и ремонта.

Изобретение относится к судостроению и касается создания судов на частично погруженных в воду и свободно вращающихся дисках (крыльях). Диски (крылья) судна установлены с углами атаки и имеют V-образную форму в поперечном сечении. Лопатки закреплены на валу, который соосно соединен с торцом диска и имеет такую длину, что расстояние между плоскостью вращения лопаток и торцом диска равно не менее, чем четырем толщинам дисков (крыльев). Целесообразно диски выполнять гидравлически шероховатыми или с радиально расположенными ребрами. Изобретение позволяет увеличить гидродинамическую подъемную силу дисков (крыльев) и уменьшить гидродинамические потери при ходе судна. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Судно на частично погруженных свободно вращающихся в подшипниках дисках (крыльях), установленных с углами атаки и имеющих V-образную форму в поперечном сечении, отличающееся тем, что лопатки закреплены на валу, который соосно соединен с торцом диска и имеет такую длину, что расстояние между плоскостью вращения лопаток и торцом диска равно не менее чем четырем толщинам дисков (крыльев).

2. Судно по п.1, отличающееся тем, что диски выполняются гидравлически шероховатыми или с радиально расположенными ребрами.