ПОДВОДНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2017 года по МПК B63H1/30 B63H11/09 

Изобретение относится к области судостроения, а именно к подводным движителям, воздействующим непосредственно на воду невращающегося типа, которые могут быть установлены на торпедах, подводных лодках и аппаратах, а также применимо для надводных судов, а также для надводно-подводных судов.

Известен способ и устройство для получения высоких и сверхвысоких давлений в жидкости (см. авт. св. СССР N105011, авторы Юткин Л.А., Гольцова Л.И., опубл.1957 г. а также см. патент РФ N2436647, автор Кортелев А.Я., 2011 г.) путем осуществления внутри объема в любой проводящей или непроводящей жидкости, находящейся в открытом или закрытом сосуде, специально сформированного импульсного электрического (искрового, кистевого или других форм) разряда. КПД данного способа растет при уменьшении активной (т.е. соприкасающейся с жидкостью) площади положительного электрода и одновременном увеличении активной площади отрицательного электрода, а также при условии максимального сокращения фронта импульса напряжения и укорочения длительности импульса тока, и обеспечения импульса тока, близкой к апериодической, кроме этого для облегчения условий электрического пробоя и повышения преобразования электрической энергии в энергию ударной волны осуществляют предварительный разряд, например, в виде электрической короны, при помощи вспомогательного электрода изолированного от основного электрода, при этом полярность напряжения предварительного коронирующего разряда (или полярность напряжения на вспогательном электроде) устанавливают противоположной напряжению основного электрического разряда.

Целью настоящего изобретения является эффективное использование данного способа получения высоких и сверхвысоких давлений для высокоскоростного перемещения плавающих объектов в жидкости.

Известен также электрогидравлический судовой движитель (см. патент СССР N1213645, опубл. 1994 г., автор Вертинский П.А.), содержащий обтекаемую каплеобразную наружную оболочку, на конической части которой расположены пары электродов-разрядников, электрически связанных с многофазным источником напряжения, который осуществляет последовательное формирование разрядов.

Данное техническое решение принято за прототип. К недостатком данного технического решения следует отнести одинаковые активные площади пар электродов-разрядников, что затрудняет получение электрогидравлического эффекта по созданию достаточной ударной волны, кроме того, каплеобразная обтекаемая наружная оболочка не позволяет эффективно воспринимать ударную волну, т.е. она является обтекаемой и для создаваемого давления жидкости в поперечном сечении.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение условий для создания высокого и сверхвысокого давления на противоположных участках обтекаемой наружной оболочки подводного движителя, а также повышение эффективности воздействия высокого и сверхвысокого давления на наружную обтекаемую оболочку подводного движителя для высокоскоростного перемещения в жидкости.

Подводный движитель включает наружную обтекаемую оболочку, группы пар электродов-разрядников, расположенных на наружной обтекаемой оболочке, энергетическую установку по созданию импульсных напряжений между электродами-разрядниками, при этом наружная обтекаемая оболочка подводного движителя выполнена в виде двояковыпуклых симметричных лекально сочлененных сферических, цилиндрических либо конических поверхностей вращения, либо наружная обтекаемая оболочка подводного движителя выполнена в виде усеченного ромбовидного продольного сечения в виде лекально сочлененных симметричных линейных поверхностей, либо наружная обтекаемая оболочка подводного движителя выполнена с продольным сечением в виде двояковыпуклой симметричной линзы чечевичного профиля с переменной кривизной, при этом парные электроды-разрядники размещены симметрично по рабочим поверхностям (рабочие поверхности подводного движителя – поверхности, на которых формируются высокие и сверхвысокие давления при помощи импульсного электрического разряда) наружной обтекаемой оболочки подводного движителя в виде симметричных двумерных массивов, при этом положительные электроды-разрядники выполнены в виде изолированных стержней с оголенными наконечниками, а отрицательные электроды-разрядники выполнены в виде круговых либо многоугольных пластин, изолированных от наружной обтекаемой оболочки подводного движителя. Кроме этого, для облегчения условий электрического пробоя и повышения преобразования электрической энергии в энергию ударной волны по меньшей мере в одном из пары основных электродов-разрядников установлены вспомогательные электроды, изолированные от основных электродов, при этом между вспомогательными и основными рабочими электродами включен источник постоянного или переменного напряжения.

На иллюстрационных примерах применения данного изобретения показаны варианты исполнения и применения подводного движителя. На чертежах изображено:

на фиг. 1 - принципиальная схема действующих сил на наружную обтекаемую оболочку подводного движителя, F1 - сила сопротивления движению, F2 - движущая сила, F3 - сила электрогидроудара;

на фиг. 2 - пример размещения кругового двумерного массива парных электродов-разрядников на верхней и нижней рабочих обтекаемых наружных поверхностях для высокоманевренного подводного дискового аппарата с наружной оболочкой в виде симметричных лекально сочлененных сферических и конических поверхностей вращения;

на фиг. 3 - пример поперечного сечения высокоманевренного подводного дискового аппарата с наружной оболочкой в виде симметричных лекально сочлененных сферических и конических поверхностей вращения;

на фиг. 4 - пример компоновки подводной лодки с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения (вид сбоку);

на фиг. 5 - пример компоновки подводной лодки с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения (вид сверху, вид снизу);

на фиг. 6 - пример компоновки подводной лодки с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения (вид с рабочей стороны движителя);

на фиг. 7 - пример компоновки подводной лодки с возможностью реверсивного движения с двумя подводными движителями с рабочей носовой и кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения (вид сбоку);

на фиг. 8 - пример компоновки подводной лодки с возможностью реверсивного движения с двумя подводными движителями с рабочей носовой и кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения (вид сверху, вид снизу);

на фиг. 9 - пример компоновки подводной лодки с возможностью реверсивного движения с двумя подводными движителями с рабочей носовой и кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения (вид с рабочей стороны движителя);

на фиг. 10 - пример компоновки подводной лодки с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения на носовой части подводного движителя и в виде двояковыпуклых симметричных цилиндрических поверхностей вращения на кормовой части подводного движителя (вид сбоку);

на фиг. 11 - пример компоновки подводной лодки с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения на носовой части подводного движителя и в виде двояковыпуклых симметричных цилиндрических поверхностей вращения на кормовой части подводного движителя (вид сверху, вид снизу);

на фиг. 12 - пример компоновки подводной лодки с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения на носовой части подводного движителя и в виде двояковыпуклых симметричных цилиндрических поверхностей вращения на кормовой части подводного движителя (вид с рабочей стороны движителя);

на фиг. 13 - пример компоновки подводной лодки с возможностью реверсивного движения с двумя подводными движителями с рабочей носовой и кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных цилиндрических поверхностей вращения (вид сбоку);

на фиг. 14 - пример компоновки подводной лодки с возможностью реверсивного движения с двумя подводными движителями с рабочей носовой и кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных цилиндрических поверхностей вращения (вид сверху, вид снизу);

на фиг. 15 - пример компоновки подводной лодки с возможностью реверсивного движения с двумя подводными движителями с рабочей носовой и кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных цилиндрических поверхностей вращения (вид с рабочей стороны движителя);

на фиг. 16 - пример компоновки надводного судна с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью, с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных цилиндрических поверхностей вращения (вид сбоку);

на фиг. 17 - пример компоновки надводного судна с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью, с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных цилиндрических поверхностей вращения (вид сверху);

на фиг. 18 - пример компоновки надводного судна с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью, с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных цилиндрических поверхностей вращения (вид с рабочей стороны движителя);

на фиг. 19 - пример компоновки надводно-подводного аппарата с одним подводным движителем с рабочей кормовой частью, с наружной обтекаемой оболочкой с носовой частью в виде двояковыпуклой симметричной линзы чечевичного профиля с переменной кривизной и задней (кормовой) частью в виде двояковыпуклой симметричной цилиндрической линзы (вид сбоку в надводном положении);

на фиг. 20 - пример компоновки надводно-подводного аппарата с одним подводным движителем с рабочей кормовой частью, с наружной обтекаемой оболочкой с носовой частью в виде двояковыпуклой симметричной линзы чечевичного профиля с переменной кривизной и задней (кормовой) частью в виде двояковыпуклой симметричной цилиндрической линзы (вид сбоку в подводном положении);

на фиг. 21 - пример компоновки надводно-подводного аппарата с одним подводным движителем с рабочей кормовой частью, с наружной обтекаемой оболочкой с носовой частью в виде двояковыпуклой симметричной линзы чечевичного профиля с переменной кривизной и задней (кормовой) частью в виде двояковыпуклой симметричной цилиндрической линзы (вид сверху);

на фиг. 22 - пример компоновки надводно-подводного аппарата с одним подводным движителем с рабочей кормовой частью, с наружной обтекаемой оболочкой с носовой частью в виде двояковыпуклой симметричной линзы чечевичного профиля с переменной кривизной и задней (кормовой) частью в виде двояковыпуклой симметричной цилиндрической линзы (вид с рабочей стороны движителя);

на фиг. 23 - пример компоновки торпеды с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения (вид сбоку);

на фиг. 24 - пример компоновки торпеды с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения (вид сверху, вид снизу);

на фиг. 25 - пример компоновки торпеды с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения (вид с рабочей стороны движителя);

на фиг. 26 - пример компоновки торпеды с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения на носовой части подводного движителя и в виде двояковыпуклых симметричных цилиндрических поверхностей вращения на кормовой части подводного движителя (вид сбоку);

на фиг. 27 - пример компоновки торпеды с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения на носовой части подводного движителя и в виде двояковыпуклых симметричных цилиндрических поверхностей вращения на кормовой части подводного движителя (вид сверху, вид снизу);

на фиг. 28 - пример компоновки торпеды с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой в виде двояковыпуклых симметричных конических поверхностей вращения на носовой части подводного движителя и в виде двояковыпуклых симметричных цилиндрических поверхностей вращения на кормовой части подводного движителя (вид с рабочей стороны движителя);

Вариант высокоманевренного подводного дискового аппарата 1 включает наружную обтекаемую оболочку 2, которая одновременно является наружной оболочкой подводного движителя, группы пар электродов-разрядников 3, 4, расположенных на наружной обтекаемой оболочке 2, энергетическую установку по созданию импульсных напряжений между электродами-разрядниками 3, 4, при этом наружная обтекаемая оболочка 2 выполнена в виде симметричных лекально сочлененных сферических и конических поверхностей вращения, при этом парные электроды-разрядники 3, 4 размещены по симметричным верхней и нижней сферическим и коническим поверхностям вращения наружной обтекаемой оболочки 2 в виде симметричных двумерных круговых массивов, при этом положительные электроды-разрядники 3 выполнены в виде изолированных стержней с оголенными наконечниками, а отрицательные электроды-разрядники 4 выполнены в виде круговых пластин, изолированных от наружной обтекаемой оболочки 2.

Вариант подводной лодки 5 включает обтекаемый цилиндрический корпус 6, с рубкой 7, энергетическую установку по созданию импульсных напряжений, два подводных движителя с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой 8 в виде двояковыпуклых симметричных лекально сочлененных конических поверхностей вращения. На верхней и нижней рабочей кормовой части наружной обтекаемой оболочки 8 каждого подводного движителя размещен симметричный двумерный массив пар электродов-разрядников 3, 4, при этом положительные электроды-разрядники 3 выполнены в виде изолированных стержней с оголенными наконечниками, а отрицательные электроды-разрядники 4 выполнены в виде круговых пластин, изолированных от наружной обтекаемой оболочки 8.

Вариант подводной лодки 9 с возможностью реверсивного движения включает обтекаемый цилиндрический корпус 6, с рубкой 7, энергетическую установку по созданию импульсных напряжений, два подводных движителя с рабочей носовой и кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой 10 в виде двояковыпуклых симметричных лекально сочлененных конических поверхностей вращения. На верхней и нижней рабочей носовой и кормовой части наружной обтекаемой оболочки 10 каждого подводного движителя размещен симметричный двумерный массив пар электродов-разрядников 3, 4, при этом положительные электроды-разрядники 3 выполнены в виде изолированных стержней с оголенными наконечниками, а отрицательные электроды-разрядники 4 выполнены в виде круговых пластин, изолированных от наружной обтекаемой оболочки 10.

Вариант подводной лодки 11 включает обтекаемый цилиндрический корпус 6, с рубкой 7, энергетическую установку по созданию импульсных напряжений, два подводных движителя с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой 12, в виде двояковыпуклых симметричных лекально сочлененных конических поверхностей вращения на носовой части подводного движителя и цилиндрических поверхностей вращения на кормовой части подводного движителя. На верхней и нижней рабочей кормовой части наружной обтекаемой оболочки 12 каждого подводного движителя размещен симметричный двумерный массив пар электродов-разрядников 3, 4, при этом положительные электроды-разрядники 3 выполнены в виде изолированных стержней с оголенными наконечниками, а отрицательные электроды-разрядники 4 выполнены в виде круговых пластин, изолированных от наружной обтекаемой оболочки 12.

Вариант подводной лодки 13 с возможностью реверсивного движения включает обтекаемый цилиндрический корпус 6, с рубкой 7, энергетическую установку по созданию импульсных напряжений, два подводных движителя с рабочей носовой и кормовой частью в виде пары симметричных крыльев с наружной обтекаемой оболочкой 14 в виде двояковыпуклых симметричных лекально сочлененных цилиндрических поверхностей вращения. На верхней и нижней рабочей носовой и кормовой части наружной обтекаемой оболочки 14 каждого подводного движителя размещен симметричный двумерный массив пар электродов-разрядников 3, 4, при этом положительные электроды-разрядники 3 выполнены в виде изолированных стержней с оголенными наконечниками, а отрицательные электроды-разрядники 4 выполнены в виде круговых пластин, изолированных от наружной обтекаемой оболочки 14.

Вариант быстроходного надводного судна 15 включает обтекаемый корпус 16, в подводной части имеющий продольное сечение в виде чечевичного профиля переменной кривизны, два подводных движителя 17 с рабочей кормовой частью с наружной обтекаемой оболочкой 18 в виде двояковыпуклых симметричных лекально сочлененных цилиндрических поверхностей вращения. При этом подводные движители 17 расположены вертикально в кормовой части судна 15 симметрично на консолях 19. На симметричных боковых поверхностях рабочей кормовой части наружной обтекаемой оболочки 18 каждого подводного движителя размещен симметричный двумерный массив пар электродов-разрядников 3, 4, при этом положительные электроды-разрядники 3 выполнены в виде изолированных стержней с оголенными наконечниками, а отрицательные электроды-разрядники 4 выполнены в виде круговых пластин, изолированных от наружной обтекаемой оболочки 18.

Вариант быстроходного надводно-подводного судна 20 включает обтекаемый корпус 21, выполненный заодно с корпусом подводного движителя 22, расположенного килеобразно, с рабочей кормовой частью с наружной обтекаемой оболочкой 23 в носовой части в виде двояковыпуклой симметричной линзы чечевичного профиля с переменной кривизной и задней (кормовой) частью в виде двояковыпуклой симметричной цилиндрической линзы. На симметричных боковых поверхностях рабочей кормовой части наружной обтекаемой оболочки 23 подводного движителя размещен симметричный двумерный массив пар электродов-разрядников 3, 4, при этом положительные электроды-разрядники 3 выполнены в виде изолированных стержней с оголенными наконечниками, а отрицательные электроды-разрядники 4 выполнены в виде круговых пластин, изолированных от наружной обтекаемой оболочки 23.

Вариант исполнения торпеды 24 включает обтекаемый корпус снаряда 25 с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев 26 с наружной обтекаемой оболочкой 27 в виде двояковыпуклых симметричных лекально сочлененных конических поверхностей вращения. На верхней и нижней рабочей кормовой части наружной обтекаемой оболочки 27 каждого подводного движителя размещен симметричный двумерный массив пар электродов-разрядников 3, 4, при этом положительные электроды-разрядники 3 выполнены в виде изолированных стержней с оголенными наконечниками, а отрицательные электроды-разрядники 4 выполнены в виде круговых пластин, изолированных от наружной обтекаемой оболочки 27.

Вариант исполнения торпеды 28 включает обтекаемый корпус снаряда 25 с двумя подводными движителями с рабочей кормовой частью в виде пары симметричных крыльев 29 с наружной обтекаемой оболочкой 30 в виде двояковыпуклых симметричных лекально сочлененных конических поверхностей вращения на носовой части подводного движителя и цилиндрических поверхностей вращения на кормовой части подводного движителя. На верхней и нижней рабочей кормовой части наружной обтекаемой оболочки 30 каждого подводного движителя размещен симметричный двумерный массив пар электродов-разрядников 3, 4, при этом положительные электроды-разрядники 3 выполнены в виде изолированных стержней с оголенными наконечниками, а отрицательные электроды-разрядники 4 выполнены в виде круговых пластин, изолированных от наружной обтекаемой оболочки 30.

Кроме этого на всех вариантах аппаратов могут быть предусмотрены горизонтальные рули 31, горизонтальные крылья курсовой устойчивости 32, вертикальные рули 33, а также дополнительные винтовые движители 34. Расчеты показывают, что при создании высоких и сверхвысоких давлений на рабочих поверхностях наружной обтекаемой оболочки приведенных примеров исполнения подводных движителей результирующая движущая сила может превышать силу сопротивления движению многократно, что позволит осуществлять высокоскоростное перемещение в жидкости.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к подводным движителям, воздействующим непосредственно на воду, не вращающегося типа. Варианты выполнения подводных движителей, каждый из которых включает наружную обтекаемую оболочку, группы пар электродов-разрядников, энергетическую установку по созданию импульсных напряжений между электродами-разрядниками. В первом варианте наружная обтекаемая оболочка подводного движителя выполнена в виде двояковыпуклых симметричных лекально сочлененных сферических, цилиндрических либо конических поверхностей вращения. Во втором варианте наружная обтекаемая оболочка подводного движителя выполнена с продольным сечением в виде двояковыпуклой симметричной линзы чечевичного профиля с переменной кривизной. В третьем варианте наружная обтекаемая оболочка подводного движителя выполнена усеченного ромбовидного продольного сечения в виде лекально сочлененных симметричных линейчатых поверхностей. Достигается повышение эффективности воздействия высокого и сверхвысокого давления на наружную обтекаемую оболочку подводного движителя. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 28 ил.

1. Подводный движитель, включающий наружную обтекаемую оболочку, группы пар электродов-разрядников, расположенных на наружной обтекаемой оболочке, энергетическую установку по созданию импульсных напряжений между электродами-разрядниками, отличающийся тем, что наружная обтекаемая оболочка подводного движителя выполнена в виде двояковыпуклых симметричных лекально сочлененных сферических, цилиндрических либо конических поверхностей вращения, при этом парные электроды-разрядники размещены симметрично по рабочим поверхностям (рабочие поверхности подводного движителя – поверхности, на которых формируются высокие и сверхвысокие давления при помощи импульсного электрического разряда) наружной обтекаемой оболочки подводного движителя в виде симметричных, двумерных массивов, при этом положительные электроды-разрядники выполнены в виде изолированных стержней с оголенными наконечниками, а отрицательные электроды-разрядники выполнены в виде круговых либо многоугольных пластин, изолированных от наружной обтекаемой оболочки подводного движителя.

2. Подводный движитель, включающий наружную обтекаемую оболочку, группы пар электродов-разрядников, расположенных на наружной обтекаемой оболочке, энергетическую установку по созданию импульсных напряжений между электродами-разрядниками, отличающийся тем, что наружная обтекаемая оболочка подводного движителя выполнена с продольным сечением в виде двояковыпуклой симметричной линзы чечевичного профиля с переменной кривизной, при этом парные электроды-разрядники размещены симметрично по рабочим поверхностям (рабочие поверхности подводного движителя – поверхности, на которых формируются высокие и сверхвысокие давления при помощи импульсного электрического разряда) наружной обтекаемой оболочки подводного движителя в виде симметричных двумерных массивов, при этом положительные электроды-разрядники выполнены в виде изолированных стержней с оголенными наконечниками, а отрицательные электроды-разрядники выполнены в виде круговых либо многоугольных пластин, изолированных от наружной обтекаемой оболочки подводного движителя.

3. Подводный движитель, включающий наружную обтекаемую оболочку, группы пар электродов-разрядников, расположенных на наружной обтекаемой оболочке, энергетическую установку по созданию импульсных напряжений между электродами-разрядниками, отличающийся тем, что наружная обтекаемая оболочка подводного движителя выполнена усеченного ромбовидного продольного сечения в виде лекально сочлененных симметричных линейчатых поверхностей, при этом парные электроды-разрядники размещены симметрично по рабочим поверхностям (рабочие поверхности подводного движителя – поверхности, на которых формируются высокие и сверхвысокие давления при помощи импульсного электрического разряда) наружной обтекаемой оболочки подводного движителя в виде симметричных двумерных массивов, при этом положительные электроды-разрядники выполнены в виде изолированных стержней с оголенными наконечниками, а отрицательные электроды-разрядники выполнены в виде круговых либо многоугольных пластин, изолированных от наружной обтекаемой оболочки подводного движителя.

4. Подводный движитель по любому из пп.1, 2, 3, отличающийся тем, что по меньшей мере в одном из пары основных электродов-разрядников установлены вспомогательные электроды, изолированные от основных электродов, при этом между вспомогательными и основными рабочими электродами включен источник постоянного или переменного напряжения.