ТЕРМИТНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ОБЫЧНОЙ ТОРПЕДЫ ГОЛОДЯЕВА Российский патент 2010 года по МПК F42B19/00 F15D1/10 F15D1/12 

Изобретение относится к области гидродинамики и предназначено для снижения сопротивления турбулентного трения при перемещении тел в жидкой среде.

Известно изобретение, которое относится к области гидродинамики и предназначено для снижения сопротивления турбулентного трения при перемещении тел в жидкой среде.

Изобретение направлено на решение технической задачи, связанной с обеспечением в течение длительного времени высокой эффективности снижения сопротивления трения в широком диапазоне скоростей течения жидкости относительно различных поверхностей без дополнительных энергетических затрат по сравнению с прототипом. Для этого в качестве средства снижения сопротивления трения в потоках жидкости применяют соединения полярно-неполярного строения, например карбо- и гетероцепные полимеры. В качестве устройства служит поверхность, обтекаемая турбулентным потоком, включающая нанесенное на нее искусственное покрытие, которое выполнено в виде мономолекулярного слоя вещества полярно-неполярного строения, например перфторполиэфира или фторакрилата. При этом покрытие нанесено из раствора вещества полярно-неполярного строения, например перфторполиэфира в хладоне или фторакрилата в ацетоне, на предварительно активированную поверхность тела с последующим испарением растворителя. Применение изобретения позволяет уменьшить энергозатраты в развитых системах трубопроводов, а также уменьшить сопротивление при движении спортивных судов и объектов разового применения. [Номер публикации 93025299. Дата публикации 1995.11.27. RU. Заявка 93025299/29. Дата подачи заявки 1993.04.27. Дата публикации заявки 1995.11.27. Номер редакции МПК 6. Основной индекс МПК F15D 1/12. Название «СРЕДСТВО СНИЖЕНИЯ ТРЕНИЯ ТЕЛ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ И УСТРОЙСТВО ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ». Заявитель(и) Центральный научно-исследовательский институт им.акад. А.Н.Крылова, Автор(ы); Денисов Э.П., Григорьев В.Ю., Дорощенко А.В., Михайлова Л.И.,

Чекалова Л.А., Губанов В.А., Тройчанская П.Е. (Аналог).] Недостатки: использование сложных технологий изготовления полимеров, высокая стоимость. Невозможность использования на готовых изделиях (торпедах).

Известен способ замены трения скольжения трением качения объекта, движущегося в жидкой среде, заключающийся в периодическом изменении поперечного сечения объекта в плоскости шпангоутов, отличающийся тем, что придают орбитальное движение частицам смоченной поверхности объекта.

[Номер публикации 96123417. Дата публикации 1999.01.27. RU. Заявка 96123417/28, 1996.12.10. Дата публикации заявки 1999.01.27. Номер редакции МПК 6. Основной индекс МПК F15D 1/12. Основной индекс МПК В63В 1/36. Название «СПОСОБ ЗАМЕНЫ ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ ОБЪЕКТА, ДВИЖУЩЕГОСЯ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ». Заявитель(и) Дзюба А.Ф., Автор(ы): Дзюба А.Ф. Адрес для переписки: 346410 Новочеркасск Ростовской обл., ул.Комитетская 47-7, Дзюба Анатолий Филиппович, (прототип).

Недостатки: сложность выполнения конструкции, из-за этого ее высокая стоимость и низкая надежность. Невозможность использования на готовых изделиях (торпедах).]

Изобретение направлено на решение технической задачи, связанной с обеспечением в течение определенного ограниченного времени высокоэффективного снижения сопротивления трения тела в жидкости в широком диапазоне скоростей и модернизации существующих торпед, без глубокой переделки.

Термитный ускоритель обычных торпед, устройство для снижения сопротивления турбулентного трения торпеды, отличаются тем, что в головной части торпеды располагается корпус из жаропрочной стали со сквозными трубками внутри корпуса вдоль направления движения, причем в корпусе располагается железоалюминиевый термит с запальным устройством, а к корпусу прикреплен кронштейн посредством легкоплавкого сплава металла, а второй кронштейн закреплен на торпеде.

Для предмета, двигающегося в жидкой или газовой среде, идеальной гидродинамической формой для минимального сопротивления движению является каплевидная форма. В реальности торпеда - это капля с очень длинным цилиндрическим корпусом. При движении этого цилиндра в воде возникают турбулентные завихрения. На них тратится большая часть энергии торпеды. Чем дальше от головной части торпеды происходит разрушение ламинарного потока на турбулентные завихрения, тем меньше сопротивление торпеды. Т.к. на создание вихрей требуется много энергии, на корпусе торпеды размещено устройство, искусственно создающее микроскопические пузыри, то образование больших завихрений будет значительно затруднено, т.к. эти микропузыри будут выполнять роль смазки между ламинарным потоком и корпусом торпеды, и отрыв ламинарного потока от корпуса торпеды в большие турбулентные вихри будет сильно смещен в сторону от головной части устройства. Резко возрастает скорость торпеды.

Как известно из физики, если в воде возникают в большом количестве и во всем объеме жидкости газовые пузыри, то удельный вес этой жидкости в этот момент значительно меньше спокойной жидкости. Если удельный вес и плотность жидкости (а они взаимосвязаны) уменьшается, то и сопротивление движению предмета в ней уменьшается.

В термитном ускорителе обычных торпед соединены эти два условия, а именно в головной части торпеды установлен на штанге корпус устройства идеальной гидродинамической формы для данной скорости и плотности жидкости. Его диаметр значительно меньше диаметра торпеды. В корпусе расположен цилиндр сложной геометрической формы, а именно имеет разную толщину по диаметру слоем гидроизоляции цилиндра, изготовленный из железоалюминиевого термита, и покрытый. В передней части этого цилиндра располагается запальное устройство с иницианирующим приводом от устройства (торпеды). В носовой части корпуса располагается сеть отверстий для свободного прохождения воды внутрь корпуса к цилиндру из термита. В хвостовой части корпуса у штанги располагаются специальные щели для выхода кипящей перегретой воды из корпуса. Эти пузырьки сплошным слоем обтекают головную часть торпеды и создают зону пониженной плотности воды, что уже уменьшает общее сопротивление торпеды. При ровном равномерном движении торпеды слой пузырьков пара движется вдоль корпуса торпеды. Каждый пузырек является своеобразным шариком, по которому свободно двигается торпеда, а ламинарный слой жидкости не подвергается непосредственному контакту с торпедой. Момент создания крупных турбулентных вихрей откладывается на более дальнюю часть корпуса, сопротивление уменьшается, и объект-(торпеда) движется быстрее. Перегретый пар очень быстро остывает и конденсируется, превращаясь в воду, и пузыри не поднимаются на поверхность. Движение торпеды не демаскируется.

Термит имеет такие свойства

В 60-х годах прошлого столетия выдающийся русский ученый Н. Н. Бекетов осуществил реакцию взаимодействия между окисью бария и алюминием, и этим, а также дальнейшими своими исследованиями по получению щелочных металлов действием на их соединения металлического алюминия, положил начало новой отрасли металлургии - алюминотермии. Реакции, протекающие по схеме

МО+M1=М1O+М+Q ккал,

где МО - окисел металла и M1 - металл, применяющийся для восстановления (алюминий), были им названы алюминотермическими реакциями, а реакционно-способные смеси окислов металла с другим металлом получили название термитов. В качестве примера можно привести хорошо известную реакцию горения железоалюминиевого термита

Fe₂O₃+2Аl=2Fe+Аl₂O₃+198 ккал.

Алюминотермические реакции нашли большое применение в гражданской промышленности для получения в большом количестве чистых безуглеродистых металлов: хрома, марганца и др.

Железоалюминиевый термит широко применяется для сварки черных металлов (алюминотермическая сварка рельсов). Характерными особенностями, отличающими процесс горения термитов от горения других пиротехнических составов, являются:

1) отсутствие при горении газообразных продуктов реакции, что обусловливает беспламенность горения;

2) высокая температура реакции горения; для большинства применяемых термитов она находится в пределах 2000-2800°С;

3) образование при горении расплавленных огненно-жидких шлаков. Из других качеств следует указать трудность воспламенения термитов (температура самовоспламенения всех алюминиевых термитов выше 800°С, температура самовоспламенения железоалюминиевого термита составляет 1300°С) и большую плотность вследствие применения для их изготовления окислов, имеющих большой удельный вес (например, Fe₂O₃ - уд. вес 5,1).

Одним из недостатков железоалюминиевого термита следует считать малую текучесть и быстрое затвердевание образующихся при его горении шлаков. Порошкообразный железоалюминиевый термит имеет гравиметрическую плотность 1,8-2,0, спрессованный (с добавкой нескольких процентов цементатора) - 3-3,4. На прессах большой мощности, позволяющих осуществить давления порядка 3000-6000 кг/см², термит хорошо прессуется и без добавки цементатора; спрессованный термит имеет большую механическую прочность. Для изготовления термита берут железную окалину и порошок алюминия грубо измельченные (сито №8-10); присутствие пыли не допускается, так как наличие ее сильно ускоряет процесс горения термита. Образцы термита обычного измельчения без запрессовки весом в 1 кг сгорают за 15-20 сек; те же образцы, но спрессованные под давлением 200 кг/см², сгорают за 35-50 сек. По сообщению А.П.Горлова, термитный брикет весом в 1 кг, имеющий форму цилиндра высотой 15,5 см и диаметром 5,5 см, сгорает за 40 сек. По его же сообщению 50 г термита проплавляют лист железа толщиной в 2 мм в течение нескольких секунд. Чистый железоалюминиевый термит, не содержащий добавок, невзрывчат, не чувствителен к прострелу пулей и весьма мало чувствителен как к механическим, так и к тепловым воздействиям. Воспламенение железоалюминиевого термита нельзя осуществить ни при помощи спичек, ни от стопина, ни от обычных воспламенительных составов. Для воспламенения порошкообразного термита предложено неколько различных смесей. Все они содержат в качестве горючего магниевый порошок или тонкоизмельченную алюминиевую пудру. Воспламенительные смеси:

SiO₂ - 55%

Магния - 45%

MnO₂ - 68%

Алюминиевого порошка - 7,5%

Алюминиевой пудры - 7,5%

Магниевого порошка - 17%

ВаO₂ - 88%

Магния - 12%

Кроме того, для воспламенения порошкообразного термита можно применять обычные осветительные составы. Кроме того, для воспламенения порошкообразного термита можно применять обычные осветительные составы. Спрессованный термит воспламеняется значительно труднее порошкообразного; для его воспламенения применяют переходные составы, содержащие 40-60% термита.)

На чертеже изображено устройство в разрезе (общий вид).

Статика

Устройство для снижения сопротивления турбулентного трения торпеды отличается тем, что в головной части торпеды располагается корпус из жаропрочной стали со сквозными трубками внутри корпуса вдоль направления движения, причем в корпусе располагается железоалюминиевый термит с запальным устройством, а к корпусу прикреплен кронштейн посредством легкоплавкого сплава металла, а второй кронштейн закреплен на торпеде.

Работа

Устройство (1) для снижения сопротивления турбулентного трения торпеды (2), отличается тем, что в головной части (4) торпеды (1) располагается корпус (5) из жаропрочной стали (6) со сквозными трубками (7) внутри корпуса (5) вдоль направления движения (8), причем в корпусе (5) располагается железоалюминиевый термит (9) с запальным устройством (10), а к корпусу (5) прикреплен кронштейн (11) посредством легкоплавкого сплава металла (12), а второй (13) кронштейн закреплен на торпеде (1).

Для предмета, двигающегося в жидкой или газовой среде, идеальной формой для минимального сопротивления движению является каплевидная форма. В реальности торпеда (2) - это капля с очень длинным цилиндрическим корпусом. При движении этого цилиндра в воде возникают турбулентные завихрения 14. На них тратится большая часть энергии торпеды. Чем дальше от головной части торпеды происходит разрушение ламинарного потока 15 на турбулентные завихрения 14, тем меньше сопротивление торпеды. На корпусе торпеды (2) размещается устройство, искусственно создающее микроскопические пузырьки 16, то образование больших завихрений будет значительно затруднено, т.к. эти микропузырьки 16 будут выполнять роль смазки между ламинарным потоком 15 и корпусом торпеды, и отрыв ламинарного потока от корпуса торпеды (2) в большие турбулентные вихри 14 будет сильно смещен в сторону от головной части устройства 1. Резко возрастает скорость устройства - (торпеды) 1.

Как известно из физики, если в воде возникают в большом количестве и во всем объеме жидкости газовые пузыри, то удельный вес этой жидкости в этот момент значительно меньше спокойной жидкости. Если удельный вес и плотность жидкости (а они взаимосвязаны) уменьшается, то и сопротивление движению предмета в ней уменьшается.

В одном устройстве (1) торпеды 2 соединены эти два условия, а именно, в головной части торпеды установлен на штанге корпус 5 устройства 1 идеальной гидродинамической формы для данной скорости и плотности жидкости. Его диаметр значительно меньше диаметра торпеды (2). В корпусе 5 расположен цилиндр 17 сложной геометрической формы, а именно, имеет разную толщину по диаметру слоем гидроизоляции 18 цилиндра 17, изготовленный из железоалюминиевого термита 9, и покрытый. В передней части 19 этого цилиндра 17 располагается запальное устройство 10 с иницианирующим приводом от торпеды (2). В носовой части корпуса 5 располагается сеть отверстий 20 для свободного прохождения воды 21 внутрь корпуса 5 к цилиндру из термита 17. В хвостовой части корпуса 22 у штанги 23 располагаются специальные щели 24 для выхода кипящей перегретой воды 25 из корпуса 5.

После выхода торпеды (2) из пускового аппарата (на чертеже не показан) торпеда (2) дает команду на воспламенение цилиндра 17 из термита 18.

Энергии горения термита 18 хватает для моментального прогрева воды внутри корпуса 5 до интенсивного кипения во всем внутреннем объеме. Перегретый пар в виде небольших пузырьков выдавливается в щели 24 в хвостовой части корпуса 5. Таким образом, за корпусом 5 создается небольшая турбулентная зона вихрей, заполненная пузырьками с паром. Эти пузырьки сплошным слоем обтекают головную часть устройства (торпеды) 1, и создают зону пониженной плотности воды, что уже уменьшает общее сопротивление устройства (торпеды) 1. При ровном равномерном движении торпеды (2) слой пузырьков пара движется вдоль корпуса устройства (1) торпеды (2). Каждый пузырек является своеобразным шариком, по которому свободно двигается корпус торпеды, а ламинарный слой жидкости не подвергается непосредственному контакту с корпусом торпеды (2). Значит, создание крупных турбулентных вихрей 13 откладывается на более дальнюю часть корпуса торпеды (2), и она движется быстрее. Перегретый пар очень быстро остывает и конденсируется, превращаясь в воду, и пузыри не поднимаются на поверхность и не демаскируют положение торпеды. После выгорания термита и отделения расплавлением легкоплавкого металла кронштейна от торпеды «Термитного ускорителя обычной торпеды Голодяева» у обычной торпеды включается устройство самонаведения на цель.

Технико-экономическое обоснование

Устройство обладает простотой изготовления и эксплуатации, очень дешева в изготовлении и превосходит прототип по экономическим и техническим показателям, т.к. для ее использования не нужна кардинальная переделка существующих торпед.

ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ

1 устройство для снижения сопротивления турбулентного трения торпеды

2 торпеда

4 головная часть

5 корпус

6 жаропрочная сталь

7 сквозные трубки

8 направление движения устройства 1 (торпеды)

9 железоалюминиевый термит

10 запальное устройство

11 кронштейн

12 сплав металла

13 второй конец кронштейна 11

14 турбулентные завихрения

15 ламинарный поток

16 микроскопические пузыри

17 цилиндр

18 слой гидроизоляции

19 передняя части цилиндра 17

20 отверстия

21 вода

22 хвостовая часть корпуса 5

23 штанга

24 щель

25 перегретая вода

Изобретение относится к гидродинамике. В головной части торпеды располагается корпус из жаропрочной стали. Корпус содержит внутренние сквозные трубки, расположенные вдоль направления движения. В корпусе располагается железоалюминиевый термит с запальным устройством. Торпеда соединена с корпусом кронштейном. Достигается снижение сопротивления трения торпеды в жидкости. 1 ил.

Устройство для снижения сопротивления турбулентного трения торпеды, отличающееся тем, что в головной части торпеды располагается корпус из жаропрочной стали со сквозными трубками внутри корпуса вдоль направления движения, причем в корпусе располагается железоалюминиевый термит с запальным устройством, а к корпусу прикреплен кронштейн посредством легкоплавкого сплава металла, а второй конец кронштейна закреплен на торпеде.