Волновой движитель плавсредства Советский патент 1993 года по МПК B63H19/02 

Фиг/

Изобретение относится, главным образом, к устройствам приведения в движение различных плавающих объектов за счет энергии волн - механических колебаний гфиповерхностного слоя водной и иной среды.

Чтобы с большей эффективностью использовать энергию боковых волн, когда по ширине пластины (плавника) укладывается больше полудлины волны (длина волны - расстояние между двумя соседними гребнями) либо когда зона перегиба между гребнем и впадиной волны приходится на среднюю по ширине пластины часть, пластина (плавник) в направлении своей ширины (перпендикулярной направлению тяги движителя) выполнена из связанных с основой отдельных секций либо с расчленяющи.- ми продольными прорезями.

Для еще более полного использования энергии волн предлагаемый движитель снабжен элементами кинематической связи зоны задней кромки пластины с подвижным (приводным) элементом энергетической либо силовой установки, например с якорем электрогенератора, заряжающего аккумуляторную батарею. Упомянутая связь может содержать преобразователь возвратно-поступательного (качательного) движения во вращательное (якоря).

На фиг,1 представлено плавательное средство, например яхта, с основным движителем в виде гребного винта и дополни- тельным (при неработоспособности основного, превращающимся в основной) в виде предлагаемого, главным образом, волнового; на фиг,2 и 3 - схема работы предложенного движителя соответственно при подъеме и спадении гребня волны; на фиг.4 - вид А на фиг.З, многосекционный (по ширине) движитель; на фиг.5 - вид Б на фиг.4; на фиг.6 - связь пластины (плавника) с энёр- госиловой установкой.

Согласно фиг.1 на плавательном средстве (яхте и т.п.) 1 кроме основного движителя в виде гребного винта 2, приводимого во вращение имеющейся на борту силовой установкой (экологически чистым электромотором, питающимся от аккумуляторной батареи), установлено несколько предлагаемых, волновых. Один движитель 3 виден на борту в зоне носовой части средства 1, а- другой - в его кормовой части, над гребным винтом 2.

Волновой движитель содержит пластину-плавник 4 (например, из металла либо пластмассы) и упоры-задатчики (ограничители) 5 и 6 формы и величины ее изгиба, Упомянутые элементы консольно закреплены в основе 7, зафиксированной на корме

плавсредства 1, причем так и в таком месте, что полностью погружены в приповерхност- ный слой, в частности, водной среды, волнение поверхности 8 которой в

рассматриваемый момент отсутствует.

Упоры-ограничители 5 и б имеют форму, похожую на клинок сабли. Пластина 4 выполнена податливой в направлении от одного упор-задатчика к другому.

Согласно моменту, изображенному на фиг.2, движитель взаимодействует с нарастающим (набегающим) гребнем 9 волны, распространяющейся в направлении движения 10 плавсредства. Эффективность

движения мало изменится и при встречной волне (равен что/корпус плавсредства 1 будет несколько ослаблять эффективность кормового движителя), поскольку горизонтальный перенос воды на длине Я , равной

длине волны отсутствует. Каждая частица воды поверхностного волнующегося слоя лишь описывает круговую траекторию в вертикальной плоскости волны, радиус этих орбит быстро уменьшается с глубиной,

стремясь к нулю. Отсюда можно принять, что на стадии формирования (роста, высоты) гребня 9 частицы воды лишь поднимаются в направлении 11, а на обратной стадии опускаются в направлении 12. Эффект видимосо поверхностного движения волны (гребня) 9, в частности, в направлении 10 обусловлен поднятием впереди лежащих частиц воды и опусканием ранее поднятых.

Согласно фиг.З гребень 9 волны уходит

вперед и в зоне пластины 4 частицы воды опускаются в направлении 12 со скоростью V8. Они отжимают пластину 4 от верхнего упора-задатчика 5 и прижимают к нижнему 6. Далее под действием динамического нзпора на отклоненную от исходного положения 13 на угол А пластину 4, они создают усилие тяги 14, передающееся основе 7 и плавсредству 1.

С учетом ранееприведенных обоснований максимальное значение скорости установившегося движения предложенного движителя может быть оценено по формуле

ч

и W ctg | cos a.

Исходя из параметров реальных волн, средиююскорость Vg вертикальных перемещений частиц воды можно принять близкой к 1,0 м/с (скорость перемещения гребня волны в направлении 10 не более 10 м/с). Тогда скорость установившегося дрейфа плавсредства 1 под действием волн составит порядка 11 м/с при « 10°, что, с учетом дарового характера энергии волн, вполне приемлемо. При этом площадь S пластин 4

всех установленные на плавсредстве волновых движителей сказывается лишь на мощности движителя, т.е. на скорости разгона, на стабильности курса и т.п.

Согласно фиг.4 и 5 пластина 4 движите- ля по ширине разделена прорезью 15 на две секции 16 и 17. Напротив (сверху и снизу) каждой секции имеются свои упоры-ограничители 5 и 6. Полезность такого разделения видна из фиг.5. Здесь волны бегут в направ- лении 18, пересекающем направление движения (вектора тяги 14) плавсредства 1. Изображен такой момент, когда частицы воды гребня 9 волны отжимают секцию 16 пластины 4 к верхнему упору 5, а частицы воды во впадине 19 волны - секцию 17 к нижнему упору 6. При этом усилие создается обеими секциями 16 и 17 пластины 4, так как в отсутствие прорези 15 оно было бы в рассматриваемый момент близким к нуле- вому (с учетом того, что заделка пластины в опоре 7 ограничивает ее деформируемость в направлении ширины).

Согласно фиг.6 на концах задатчиков 5 и 6 установлены электрогенераторы 20 и 21, якоря которых через преобразователи возвратно-вращательного движения во вращательное гибкими тягами (тросами) 22 и 23 связаны с колеблющимся концом пластины 4. В принципе, если генераторы через вы- прямители переменного (пульсирующего) тока заряжают аккумуляторные батареи, то преобразователей движения не требуется. В приведенной схеме более полного использования энергии волны (в момент пере- кидки пластины от одного упора к другому) за счет попутной выработки электроэнергии, например, валы энергетических (либо силовых) установок 20 и 21 в одном направлении вращаются через трос 22 либо 23 удаляющимся концом пластины 4, в при обратном его ходе (приближении) - пружиной, закрученной при удалении конца и на- ходящейся на валу энергосиловой установки.

В принципе, энергосиловые установки могут быть размещены на основе 7 либо внутри плавсредства 1. Для сохранения прежнего принципа тросовой связи с колеблющейся пластиной 4 на концах упор&В -за- датчиков 5 и б можно установить направляющие (в виде вращающихся блоков и т.п.).

Формула изобретения

1. Волновой движитель плавсредствэ, содержащий пластину, прикрепленную к корпусу плавсредства с возможностью колебания и взаимодействия с ограничителями, которые установлены по обе стороны пластины под углом к ней, отличающий- с я тем, что, с целью повышения его надежности, ограничители выполнены в виде кон- сольно закрепленных плавно изогнутых планок, угол наклона концевых участков которых к пластине больше угла наклона носовых участков.

2. Движитель по п. t, отличающий - с я тем, что он снабжен электрогенераторами, установленными на концах ограничите- . лей, якори которых кинематически связаны с хвостовой кромкой пластины.

MA

Использование: относится к судостроению и направлено на повышение надежности, эффективности движителей преимущественно волновых. Сущность изобретения: движитель содержит пластину 4, закрепленную на корпусе плавсредства 1 передней(по ходу движения) кромкой и выполненную с возможностью колебания, при этом по обе стороны плоскости пластины установлены зафиксированные относительно зоны ее закрепления упоры-задатчики (ограничители) 5 и 6 величины и формы изгиба пластины. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

/5 Q

tt.

ФигА