Подводное или воздушное судно Российский патент 2018 года по МПК B63H5/00 B64C23/02 

Описание патента на изобретение RU2668780C1

Изобретение относится к гидро- и аэромеханике, а именно к подводным и воздушным судам с роторными движителями.

Известны подводные лодки [Прасолов, С.Н, Амитин, М.Б. Устройство подводных лодок. - М.: Воениздат, 1973. - 311 с.] и дирижабли, содержащие прочный герметичный корпус и движитель, например гребной винт или пропеллер, причем корпус и движитель смонтированы по раздельной схеме один за другим по линии движения и оба погружены в окружающую среду (вода или воздух). Тяговое усилие, создаваемое движителем, передается на корпус, в результате чего судно движется. Основным недостатком такой схемы судна является большое лобовое сопротивление корпуса судна, в первом приближении, пропорциональное квадрату скорости движения судна.

Известно принятое за прототип надводное судно с вихревым движителем [Авторское свидетельство Недоруб С.А., Остроухов Н.Н. Движитель транспортного средства. Патент №1533948, СССР заяв. №4286395/27-11 от 17.07.1987. Публ. 07.01.1990 №1], состоящее из одной или нескольких пар генераторов вихрей, выполненных в виде тел вращения, объем которых обеспечивает плавучесть судна. Корпус судна при этом расположен над водой, так что лобовое сопротивление (при одинаковом водоизмещении) оказывается на несколько порядков меньше, чем у традиционных судов.

Недостатком прототипа является невозможность использования его для подводных и воздушных (дирижаблей) судов.

Целью настоящего изобретения является уменьшение лобового сопротивления и потребляемой мощности подводных судов и дирижаблей с движителями в виде генераторов вихревых пар.

Поставленная цель достигается тем, что в подводном или воздушном (дирижабле) судне, содержащем прочный герметичный корпус и движитель, выполненный в виде генератора вихревой пары, и корпус, и движитель выполнены в форме вложенных друг в друга тонкостенных круговых или эллиптических тороидальных оболочек, причем оболочка движителя является внешней и установлена с возможностью вращения вокруг общей оси торов с угловой скоростью до ωmax=Vmax/а, где Vmax - максимальная крейсерская скорость движения судна, а - радиус поперечного сечения оболочки движителя.

Судно (фиг. 1) содержит корпус - 1, выполненный в форме прочной герметичной оболочки с неподвижно установленным в нем приводным двигателем и движитель - 2, выполненный в виде тороидальной оболочки, эквидистантной оболочке корпуса, располагающейся снаружи последней и кинематически связанной с приводным двигателем.

В качестве приводного двигателя, с точки зрения простейшей кинематической схемы привода, наиболее удобны бироторные двигатели, т.е. двигатели с вращающимися (во взаимно противоположных направлениях) и ротором, и статором вокруг фиксированной относительно корпуса устройства общей оси вращения, например бироторные электрические двигатели постоянного тока или трехфазные асинхронные. Цапфы опорных подшипников вала ротора выполнены в центрах дискообразных опор, которые по внешним периметрам неподвижно закреплены на внутренней поверхности корпуса устройства в виде двух сплошных или не сплошных перегородок корпуса.

Во вращение оболочку движителя приводит статор двигателя. Сцепление статора двигателя и оболочки выполняется известными способами, например посредством шлицевого соединения. Возможен и вариант, при котором секция оболочки движителя, на которую передается вращение статора, является частью приводного двигателя.

Ротор приводного двигателя в описанной кинематической схеме имеет кинематический момент, равный (и противоположный по направлению) кинематическому моменту совокупности «статор - оболочка движителя». Это условие выполнимо, например, посредством установки на вал приводного двигателя балансирующих маховиков, что, при необходимости, увеличивает момент инерции ротора.

Функционирование судна существенно различно в установившемся режиме (при движении с крейсерской скоростью) и в режиме начала движения (разгона) или, шире, вообще в режиме маневрирования.

В установившемся режиме оболочка движителя, вращающаяся с угловой скоростью ω, поддерживает существование в среде (воде или воздухе) тороидального вихря (термика) с завихренностью , где а - радиус поперечного сечения оболочки [Гельмгольц Г. Основы вихревой теории. - Ижевск: изд-во ин-та компьютерных исследований, 2002 - 82 с.]. Вихрь создает в окружающей среде специфическое течение с непрерывным распределением скорости среды (воды или воздуха) [Седов Л.И. Механика сплошной среды. Том 2. М.: Наука, 1970. - 568 с.] от максимальной на поверхности вращающейся тороидальной оболочки Vmaxа до 0 на бесконечности по закону V(r)=Vmaxa/r. Это соответствует постоянству по радиусу завихренности потока, так что во всей области течения, в том числе на поверхности судна, отсутствуют скачки скорости, что обуславливает отсутствие лобового сопротивления, связанного со скоростным напором набегающего потока. Сопротивление, обусловленное вязкостью, близко к таковому у традиционных судов.

Тороидальный вихрь (термик) вместе с расположенным внутри него судном движется с поступательной скоростью , где d - диаметр общей осевой линии тороидальных оболочек корпуса и движителя.

В режиме начала движения при наборе скорости от 0 до V время формирования тороидального вихря оценивается величиной , где μ - динамическая вязкость среды, ρ - плотность среды, δ - толщина погранслоя.

Мощность, потребная для движения с постоянной скоростью V, , а энергия, для формирования тороидального вихря, . Как показывает сравнение, потребляемая мощность судов с движителями предложенного вида в 107 раз меньше, чем у судов с традиционными движителями.

Источники информации

1. Прасолов, С.Н, Амитин, М.Б. Устройство подводных лодок. - М.: Воениздат, 1973. - 311 с.

2. Авторское свидетельство Недоруб С.А., Остроухов Н.Н. Движитель транспортного средства. Патент №1533948, СССР заяв. №4286395/27-11 от 17.07.1987. Публ. 07,01.1990 №1.

3. Гельмгольц Г. Основы вихревой теории. - Ижевск: изд-во ин-та компьютерных исследований, 2002 - 82 с.

4. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Том 2. М.: Наука, 1970. - 568 с.

Похожие патенты RU2668780C1

название год авторы номер документа
КОЛЬЦЕВОЙ СТАТИЧЕСКИЙ ВЕТРО- И ВОДОДВИЖИТЕЛЬ И УСТРОЙСТВО ВЕТРОЛЕТА, ВОДОЛЕТА И ВОДОХОДА 1994
  • Глазунов Игорь Михайлович
RU2110439C1
СУДНО И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОЛН 2001
  • Поляков В.И.
RU2217342C2
СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА СУДНОМ НА СЖАТОМ ПНЕВМОПОТОКЕ 2022
  • Голубенко Михаил Иванович
RU2819938C2
УСТРОЙСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОГРУЖЁННЫХ СУДОВ 2014
  • Куканков Сергей Николаевич
  • Чупятов Дмитрий Сергеевич
RU2540357C1
ПЛАВУЧЕЕ СРЕДСТВО 2001
  • Красюк В.С.
RU2203825C2
МАЛОШУМНЫЙ САМОДВИЖУЩИЙСЯ ПОДВОДНЫЙ АППАРАТ 2020
  • Горшков Александр Александрович
RU2747689C1
Устройство для снижения заметности кильватерного следа погруженных судов 2021
  • Козлов Валерий Николаевич
  • Бердников Александр Юрьевич
  • Куканков Сергей Николаевич
  • Колесниченко Валерий Владимирович
RU2765391C1
Судно туннельно-скегового типа 2016
  • Дядченко Николай Петрович
RU2606429C1
ПЛАВУЧЕЕ СРЕДСТВО 1990
  • Красюк В.С.
RU2013306C1
СУДОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ С ГОНДОЛОЙ, УСТАНАВЛИВАЕМОЙ ПОД КОРПУСОМ СУДНА 2005
  • Годен Кристиан
RU2372246C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 668 780 C1

Реферат патента 2018 года Подводное или воздушное судно

Изобретение относится к подводным и воздушным судам с роторными движителями. Подводное или воздухоплавательное судно содержит прочный герметичный корпус и движитель, который выполнен в виде генератора вихревой пары. Корпус и движитель выполнены в форме соосных тонкостенных круговых или эллиптических тороидальных оболочек. Оболочка корпуса размещена внутри оболочки движителя, установленной с возможностью вращения вокруг оболочки корпуса с угловой скоростью до ω=Vmax/a, где Vmax - максимальная скорость поступательного движения судна, а - радиус поперечного сечения тороидальной оболочки движителя. Изобретение направлено на уменьшение лобового сопротивления и минимизацию потребляемой мощности в режиме движения с крейсерской скоростью. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 668 780 C1

Подводное или воздухоплавательное судно, содержащее прочный герметичный корпус и движитель, характеризующееся тем, что движитель выполнен в виде генератора вихревой пары, корпус и движитель выполнены в форме соосных тонкостенных круговых или эллиптических тороидальных оболочек, причем оболочка корпуса размещена внутри оболочки движителя, установленной с возможностью вращения вокруг оболочки корпуса с угловой скоростью до ω=Vmax/a, где Vmax - максимальная скорость поступательного движения судна, а - радиус поперечного сечения тороидальной оболочки движителя.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2668780C1

Многороторное тяговое устройство 1988
  • Соловьев Александр Петрович
SU1652185A1
US 0001760692 A1, 27.05.1930
ГИДРОАЭРОДВИЖИТЕЛЬ 1991
  • Дюжев Антон Алексеевич
  • Дюжев Александр Алексеевич
RU2028961C1
US 0004386748 A1, 07.06.1983.

RU 2 668 780 C1

Авторы

Остроухов Николай Николаевич

Чумакова Екатерина Витальевна

Даты

2018-10-02Публикация

2017-06-22Подача