Движительный комплекс надводного судна с подвесным двигателем
PROPULSION SYSTEM FOR SURFACE VESSEL WITH OUTBOARD ENGINE

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса обеспечения безопасности эксплуатации движительного комплекса надводного судна, использующего подвесной двигатель, с сохранением эффективности его работы.
Известен движительный комплекс надводного судна, содержащий установленный на гребном валу гребной винт и систему концентрично расположенных защитных кольцевых направляющих насадок, прикрепленных через монтажную плиту к противокавитационной плите и к корпусу редуктора гребного винта, предназначенных для защиты гребного винта от попадания посторонних предметов. Одна из указанных секций состоит из одной кольцевой насадки, имеющей диаметр, меньший диаметра гребного винта, и размещена перед гребным винтом. Вторая секция состоит из двух расположенных друг за другом вдоль оси кольцевых насадок, установлена охватывающей гребной винт радиально и размещена в районе диска гребного винта. Первая секция соединена со второй с помощью расположенных по окружности кольцевой насадки распорок в виде ребер, которые при этом образуют первую секцию защитного ограждения гребного винта от попадания в него инородных тел в воде. Кольцевые насадки второй секции также соединены друг с другом посредством аналогичных распорок, которые вместе с упомянутыми кольцевыми насадками образуют вторую секцию защитного ограждения гребного винта (Патент RU №2429160 от 20.09.2011 г.) - прототип.
Однако в известном устройстве не обеспечивается достаточное повышение упора гребного винта и тяги движительного комплекса судна. Защитное ограждение гребного винта в виде кольцевых профилированных направляющих кольцевых насадок и расположенных на них по периметру протяженных продольных распорок увеличивает сопротивление движению судна и в результате тяга движительного комплекса падает и надводное судно не развивает необходимой скорости, адекватной объему потребляемого двигателем топлива. Кроме того, из-за отсутствия защитного ограждения за гребным винтом существует вероятность попадания в область работающего гребного винта инородных предметов, или в местах отдыха людей есть опасность нанесения травмы находящемуся в воде человеку. И наконец, поскольку для подвесных моторов судна различного диапазона мощностей расстояние от противокавитационной плиты до оси гребного винта отличается, то соосность направляющей насадки и гребного винта в этом случае не будет обеспечиваться, что будет являться препятствием для использования направляющих насадок гребных винтов подвесных моторов одного диапазона мощностей с указанными моторами другого диапазона мощностей.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности движительного комплекса надводного судна с подвесным двигателем за счет снижения сопротивления его защитного ограждения с одновременным исключением падения упора гребного винта и тяги движительного комплекса, за счет повышения эффективности защиты от возможного попадания в область работы гребного винта инородных тел в воде, а также обеспечения возможности использования направляющих насадок выбранного определенного диаметра с гребными винтами подвесных моторов разного диапазона мощностей и имеющими различную продольную протяженность.
Для этого у известного движительного комплекса надводного судна с подвесным двигателем, содержащем закрепленный на валу лопастной движитель в виде гребного винта, оснащенного двумя секциями защитного ограждения, прикрепленными через монтажную плиту к противокавитационной плите двигателя и к редуктору гребного винта, одна из которых, состоящая из одной кольцевой направляющей насадки, имеющей диаметр, меньший диаметра гребного винта, размещена перед гребным винтом и соединена со второй секцией, состоящей из кольцевой направляющей насадки, охватывающей гребной винт радиально и размещенной ниже по потоку в районе диска гребного винта, посредством расположенных по окружности кольцевых насадок распорок, которые при этом совместно с упомянутой кольцевой насадкой меньшего диаметра образуют первую секцию защитного ограждения гребного винта от попадания в него инородных тел в воде, а с другой кольцевой насадкой образуют вторую секцию защитного ограждения, по изобретению вторая секция защитного ограждения выполнена в виде охватывающей гребной винт протяженной кольцевой профилированной направляющей насадки, расположенной относительно гребного винта вдоль его оси так, что ее входное сечение отстоит от диска гребного винта вверх по потоку на расстоянии не менее 0,14 диаметра гребного винта. Насадка спрофилирована таким образом, что внутренняя сторона практически плоская и установлена кривизной наружу, а хорда профиля насадки ориентирована под углом 1-3 градуса к оси гребного винта. При этом в состав движительного комплекса введен установленный на корпусе кольцевой направляющей насадки и расположенный за гребным винтом круговой лопастной спрямляющий аппарат, содержащий лопатки, размещенные по кругу корпуса направляющей насадки, и расположенное осесимметрично с гребным винтом круговое кольцо диаметром не менее 0,4 диаметра гребного винта, на котором замыкаются лопатки. Лопатки установлены в направляющей насадке под углом 70-75 градусов к оси гребного винта и с выходящей за пределы плоскости среза насадки задней кромкой, лопатки имеют в плане форму параллелограмма, имеющего косые углы. Причем профиль лопаток имеет длину не более 0,22 диаметра гребного винта, и их задние кромки при этом соответственно располагаются также постепенно выходящими за пределы уровня среза кольцевой направляющей насадки в радиальном направлении, и образуют острый угол с основанием лопатки, принадлежащем образующей упомянутого кругового кольца. Передняя кромка кругового кольца при этом отстоит от диска гребного винта на величину в 0,35-0,45 диаметра гребного винта. Число лопаток спрямляющего аппарата превышает число лопастей гребного винта по меньшей мере на одну единицу для снижения нестационарных сил на лопастной частоте.
Кроме того, лопатки в продольном сечении имеют симметричный или крыловидный профиль.
При этом крепление защитных профилированных направляющих насадок к противокавитационной плите двигателя выполнено с возможностью регулировки положения кольцевых направляющих насадок по высоте от места их крепления для обеспечения совмещения их оси с осью гребного винта.
Выполнение охватывающей гребной винт второй секции направляющих насадок в виде протяженной кольцевой профилированной направляющей насадки, расположенной относительно гребного винта так, что ее входное сечение расположено перед гребным винтом на расстоянии не менее 0,14 его диаметра, 0,14 диаметра гребного винта, насадка спрофилирована таким образом, что внутренняя сторона практически плоская и установлена кривизной наружу, а хорда профиля насадки ориентирована под углом 1-3 градуса к оси гребного винта позволяет повысить тягу движительного комплекса.
Кроме того, протяженная кольцевая профилированная направляющая насадка одновременно выполняет функцию защитного ограждения гребного винта, повышая эффективность защиты от попадания в область работающего гребного винта инородных тел и предметов в воде. Одновременно она уменьшает сопротивление продольных ребер, по сравнению с известным устройством, за счет исключения обтекания с большими скоростями части ребер, расположенных в известном устройстве между насадками второй секции ограждения.
Введением в состав движительного комплекса спрямляющего поток аппарата, размещенного за гребным винтом и состоящего из расположенных по окружности и закрепленных на корпусе кольцевой направляющей насадки профилированных направляющих лопаток, установленных под углом к оси гребного винта, равном 70-75 градусам, осуществляется раскручивание потока воды и частичное его выпрямление, что обеспечивает преобразование части вращательной энергии потока в поступательную, увеличивая тем самым пропульсивный коэффициент (КПД) гребного винта. Кроме того, спрямляющий аппарат дополнительно выполняет также функцию защитного ограждения гребного винта от попадания в него извне инородных предметов и тел в воде.
Число лопаток спрямляющего аппарата превышает число лопастей гребного винта по меньшей мере на одну единицу для снижения нестационарных сил на лопастной частоте.
Поскольку для подвесных моторов судна различного диапазона мощности отстояние оси гребного винта от противокавитационной плиты будет отличаться, то для совмещения оси защитных направляющих насадок с осью гребного винта крепление профилированных направляющих насадок к противокавитационной плите двигателя выполнено с возможностью регулировки положения направляющих насадок по высоте.
Размещение направляющих лопаток с отстоянием от диска гребного винта передней кромки кольца замыкания лопаток, составляющим 0,35-0,45 диаметра гребного винта, и их выполнение и установка с постепенно выходящими своими задними кромками за пределы среза кольцевой направляющей насадки в радиальном направлении, отсчитываемом от нее в сторону кругового кольца, на котором они имеют наибольший выход по потоку от среза упомянутой насадки, обеспечивает возможность установки гребных винтов с увеличенной продольной протяженностью.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого движительного комплекса надводного судна с подвесным двигателем и на фиг. 2 - вид сбоку на движительный комплекс на фиг. 1.
Движительный комплекс содержит закрепленный на валу (на рисунке не показано) лопастной движитель в виде гребного винта 1, оснащенного двумя секциями защитных насадок 2 и 3 в виде концентрично расположенных кольцевых направляющих насадок (фиг. 1, 2), прикрепленных через монтажную плиту 4 к противокавитационной плите 5 двигателя и к редуктору гребного винта (на рисунке не показаны). Одна из секций защитных насадок 2 состоит из одной кольцевой направляющей насадки 2, имеющей диаметр, меньший диаметра гребного винта 1, и размещена она перед гребным винтом 1 и соединена со второй секцией 3 защитных насадок, размещенной ниже по потоку в районе диска гребного винта 1, посредством расположенных по окружности профилированной кольцевой насадки 2 распорок 6. Указанные распорки 6 совместно с упомянутой кольцевой направляющей насадкой 2 образуют первую секцию защитного ограждения гребного винта 1 от попадания в него инородных тел и предметов в воде. Другая секция защитного ограждения, установленная охватывающей гребной винт 1 радиально, одновременно образует вторую секцию защитного ограждения 3 и выполнена она в виде протяженной кольцевой профилированной направляющей насадки 3, расположенной относительно гребного винта 1 вдоль его оси так, что ее входное сечение отстоит от диска гребного винта 1 вверх по потоку на расстоянии не менее 0,14 диаметра гребного винта.
В состав движительного комплекса входит установленный на корпусе кольцевой профилированной направляющей насадки 3 второй секции защитного ограждения и расположенный за гребным винтом 1 круговой спрямляющий аппарат 7, 8. Он состоит из размещенных по кругу корпуса направляющей насадки 3 защитного ограждения лопаток 7, имеющих в плане форму параллелограмма, и расположенного осесимметрично с гребным винтом кругового кольца 8 диаметром не менее 0,4 диаметра гребного винта 1, на котором жестко замыкаются лопатки 7, которые установлены в направляющей насадке 3 под углом 70-75 градусов к оси гребного винта 1 и с выходящей за пределы плоскости среза насадки 3 задней кромкой. Лопатки 7 имеют в плане форму параллелограмма, имеющего косые углы. Профили лопаток 7 имеют длину не более 0,22 диаметра гребного винта 1. Круговое кольцо 8 спрямляющего аппарата расположено вдоль оси движителя с отстоянием его передней кромки от диска гребного винта 1, составляющим 0,35-0,45 диаметра гребного винта. Задние кромки замыкающихся таким образом на круговом кольце 8 лопаток 7 располагаются постепенно выходящими за пределы уровня среза кольцевой направляющей насадки 3 в направлении от нее в сторону кругового кольца 8 и образуют с ее образующей острый угол. Число лопаток 7 спрямляющего аппарата превышает число лопастей гребного винта 1 по меньшей мере на одну единицу, для снижения нестационарных сил на лопастной частоте.
Наряду с этим лопатки 7 в продольном сечении имеют симметричный или крыловидный профиль.
При этом крепление защитных профилированных направляющих насадок 2 и 3 к противокавитационной плите 5 двигателя выполнено с возможностью регулировки положения кольцевых направляющих насадок 2, 3 по высоте от места их крепления для обеспечения совмещения их оси с осью гребного винта 1.
Предлагаемый движительный комплекс надводного судна с подвесным двигателем функционирует следующим образом.
При движении в воде надводного судна с подвесным двигателем поток воды, создаваемый гребным винтом 1, несколько закручиваясь и ускоряясь внутри протяженной кольцевой профилированной направляющей насадки 3, подходит к спрямляющему аппарату и проходит на его лопатки 7, которые, раскручивая поток в противоположном направлении закрутки, частично выпрямляют его, что обеспечивает преобразование части вращательной энергии потока в поступательную с некоторым увеличением тяги. В результате этого повышается КПД движителя. Расположение направляющих лопаток 7 с постепенно выходящими за пределы уровня среза профилированной направляющей насадки 3 в радиальном направлении от упомянутой насадки в сторону оси насадки позволяет использовать движительный комплекс с гребными винтами, имеющими различные продольные габариты.
Поскольку число лопаток 7 спрямляющего аппарата превышает число лопастей гребного винта 1 по меньшей мере на одну единицу, снижаются нестационарные силы на лопастной частоте. Кроме того, спрямляющий аппарат дополнительно выполняет также функцию защитного ограждения гребного винта 1 от попадания в него извне инородных предметов и тел в воде, в том числе и на заднем ходу.
Вторая секция направляющих насадок, выполненная в виде протяженной кольцевой профилированной направляющей насадки 3, спрофилирована и установлена таким образом, что практически не изменяет режим работы гребного винта 1, одновременно выполняя функцию защитного ограждения гребного винта в районе его диска и ниже по потоку В результате этого снижается сопротивление движительного комплекса, имевшее место при использовании в районе диска гребного винта и ниже по потоку (по прототипу) насадки, состоящей из двух установленных друг за другом частей, соединенных протяженными продольными распорками в виде ребер, расположенных по окружности кольцевой насадки 3, которые образовывали вторую секцию защитного ограждения гребного винта, и повышается тяга и КПД гребного винта и движителя в целом.
Предлагаемый движительный комплекс надводного судна с подвесным двигателем обладает пониженным сопротивлением его защитного ограждения, одновременно обеспечивает исключение падения упора гребного винта и тяги судна, обладает повышенной эффективностью защиты от возможного попадания в область работы гребного винта инородных тел и людей в воде, а также обеспечивает возможность использования направляющих насадок выбранного определенного диаметра с гребными винтами подвесных моторов разного диапазона мощностей и имеющими различную продольную протяженность.