ГИДРОРЕАКТИВНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ
WATER-JET PROPELLER

Изобретение относится к жидкостным реактивным движителям, в которых реактивная струя создается с помощью насосов и импульсов давления, воздействующих на столб жидкости, преимущественно при воспламенении газовой или паровой смеси. Изобретение может быть использовано на маломерных судах и других плавательных средствах.
Известен гидрореактивный движитель, содержащий водометную трубу, оснащенную входным клапаном, рабочую камеру и камеру сгорания (a.c. CCCP №75588, кл. 65f 6/30, 1949 г.).
Недостатком известного движителя является низкая тяга, развиваемая на всех режимах работы.
Наиболее близким к заявленному является гидрореактивный движитель, содержащий размещенные одна внутри другой и оснащенные входными клапанами водометные трубы, полости которых связаны с рабочими камерами, сообщающимися с камерами сгорания и соединенными между собой эжектирующей трубкой (см. патент РФ №2169101, кл. В63Н 11/09, опубл. 20.06.2001).
Недостатком известного движителя является недостаточно высокая тяга, развиваемая движителем на номинальных и максимальных скоростях движения судна. Это объясняется тем, что на указанных режимах работы эжектирующая трубка, как и на режиме запуска движителя, продолжает отбирать часть воды из рабочих камер, уменьшая тем самым величину импульсов тяги.
При использовании изобретения достигается технический результат, который заключается в повышении тяги движителя.
Указанный результат достигается тем, что в эжектирующей трубке гидрореактивного движителя, содержащего размещенные одна внутри другой и оснащенные входными клапанами водометные трубы, полости которых связаны с рабочими камерами, сообщающимися с камерами сгорания и соединенными между собой эжектирующей трубкой, установлен элемент управления ее проходным сечением, связанный с управляющим устройством, вход которого связан с датчиком скоростного напора набегающего потока.
Указанный результат достигается также тем, что перед входными клапанами водометных труб установлен диффузор, а датчик скоростного напора набегающего потока размещен в полости диффузора.
Указанный результат достигается также тем, что управляющее устройство имеет характеристику порогового элемента с регулируемым пороговым уровнем.
Указанный результат достигается также тем, что в качестве датчика скоростного напора использована трубка скоростного напора, в качестве управляющего устройства использован гидроцилиндр с подпружиненным поршнем, а элемент управления проходным сечением эжектирующей трубки выполнен в виде заслонки.
Указанный результат достигается также тем, что между датчиком скоростного напора набегающего потока и управляющим устройством установлен жидкостный демпфер.
На чертеже показана конструкция предлагаемого устройства. Гидрореактивный движитель содержит водометные трубы 1 и 2, размещенные одна внутри другой. На их входных участках смонтированы индивидуальные входные обратные клапаны 3 и 4. Клапаны 3 и 4 могут быть выполнены (как показано на чертеже) в виде шарнирно установленных поворотных заслонок (поворотных лепестков), причем клапан 3 выполнен с возможностью перекрытия кольцевого входного канала водометной трубы 1, а клапан 4 - с возможностью перекрытия цилиндрического входного канала водометной трубы 2. Полости водометных труб 1 и 2 связаны с рабочими камерами 5 и 6, которые сообщаются с камерами 7 и 8 сгорания. Рабочие камеры 5 и 6 соединены между собой эжектирующей трубкой 9. В эжектирующей трубке 9 установлен элемент 10 управления ее проходным сечением, выполненный, например, в виде заслонки поворотного или шиберного типа (как это показано на чертеже). Элемент 10 управления механически связан с управляющим устройством 11. При выполнении элемента 10 управления в виде заслонки шиберного типа в качестве управляющего устройства 11 может быть использован гидроцилиндр с подпружиненным поршнем 12 (см. чертеж). При этом пружина размещена в подпоршневой полости 13 гидроцилиндра. Подпоршневая полость 13 гидроцилиндра сообщается с окружающей средой, т.е. с окружающей движитель водой. Вход управляющего устройства 11 (в описываемом примере выполнения это надпоршневая полость гидроцилиндра), в свою очередь, связан с датчиком 14 скоростного напора набегающего потока воды. В качестве датчика 14 скоростного напора может быть использована трубка скоростного напора, размещенная, например, на корпусе гидрореактивного движителя и своим входным (заборным) отверстием ориентированная навстречу набегающему (на движитель) потоку среды (воды). В предпочтительной форме выполнения предлагаемого движителя перед входными клапанами 3 и 4 водометных труб 1 и 2 установлен диффузор 15, а датчик 14 скоростного напора набегающего потока размещен в полости диффузора 15. За счет такого размещения датчика 14 повышается точность измерения скоростного напора этим датчиком, а также возрастает его механическая защищенность от внешних воздействий. При таком размещении датчика 14 управляющее устройство 11 целесообразно выполнить с характеристикой порогового элемента с возможностью регулирования порогового уровня (а в частном случае и с управляемым гистерезисом). В описанном гидромеханическом варианте выполнения управляющего устройства 11 пороговая характеристика может быть получена за счет подбора пружины с заданными характеристиками (например, может быть использована пружина типа «хлопающая мембрана» с регулируемыми параметрами).
При использовании в качестве датчика 14 - трубки скоростного напора, в качестве управляющего устройства 11 - гидроцилиндра с подпружиненным поршнем, а в качестве элемента 10 управления проходным сечением эжектирующей трубки 10 - механической заслонки между датчиком 14 и управляющим устройством 11 (в разрыв связывающей их гидравлической линии) целесообразно установить жидкостный демпфер 16 (на чертеже показан пунктиром).
В частном случае связь между датчиком 14 и управляющим устройством 11 может быть выполнена не гидравлической, а электрической. В этом случае используют датчик 14 с электрическим выходом, а в качестве управляющего устройства используют соленоид с подпружиненным штоком.
Камеры 7 и 8 сгорания посредством трубопроводов с установленными в них впускными клапанами 17 и 18 сообщаются с устройством 19 подготовки горючей смеси. Рабочие камеры 5 и 6 оснащены также продувочными трубами 20 и 21, которые посредством выпускных клапанов 22 и 23 сообщаются с выхлопным устройством 24. В стенках камер 7 и 8 сгорания установлены свечи 25 и 26, электрически связанные с системой 27 зажигания. Штоки впускных клапанов 17 и 18, а также штоки выпускных клапанов 22 и 23 шарнирно связаны с коромыслом 28, рычаг которого связан с соленоидом 29 и с контактным устройством 30, которое электрически связано с системой 27 зажигания. Система 31 управления связана с системой 27 зажигания и с соленоидом 29. Цепи питания устройств 27, 29 и 31 не показаны.
На выходе камер 7 и 8 сгорания установлены отражатели 32 и 33.
Гидрореактивный движитель с помощью устройства 34 подвески устанавливается на судне 35 в положении, показанном на чертеже, так, чтобы при работе водометные трубы 1 и 2 были полностью погружены в воду.
Гидрореактивный движитель работает следующим образом.
Рассмотрим запуск гидрореактивного движителя и начальный период работы гидрореактивного движителя.
При отсутствии движения воды относительно гидрореактивного движителя (это может иметь место на стоянке (на швартовых) при неподвижной воде или при дрейфе судна 35 по течению) входные клапаны 3 и 4 открыты и в водометных трубах 1 и 2 первоначально устанавливается одинаковый уровень воды. Скоростной напор на входе датчика 14 отсутствует, давление в надпоршневой полости управляющего устройства 11 недостаточно велико для того, чтобы поршень 12 мог преодолеть усилие пружины. Заслонка 10 находится в положении, при котором проходное сечение эжектирующей трубки 9 полностью открыто. Предположим, что в начальный момент времени коромысло 28 находится в таком положении, когда клапаны 17 и 22 открыты, а клапаны 18 и 23 закрыты. В камеру 7 сгорания поступает горючая смесь, например газовоздушная. После заполнения камеры 7 сгорания горючей смесью соленоид 29 перемещает коромысло 28 в такое положение, при котором клапаны 17 и 22 закрываются, а в контактном устройстве 30 замыкаются контакты. Система 27 зажигания по сигналу от контактного устройства 30 подает импульс зажигания на свечу 25. Происходит сгорание смеси в камере 7. Продукты сгорания, расширяясь, выбрасываются в рабочую камеру 5 и, при закрытых клапанах 17 и 22, вытесняют находящийся в камере 5 столб воды в водометную трубу 2. Входной обратный клапан 4 под давлением выбрасываемой воды закрывается, и она истекает из водометной трубы 2, создавая гидрореактивную тягу, обеспечивающую начальное движение судна 35 (при условии, что швартовые отданы). При этом часть вытесняемой из камеры 5 воды через эжектирующую трубку 9 поступает в рабочую камеру 6, повышая в ней уровень воды и ускоряя ее заполнение. Одновременно благодаря движению судна 35 уровень воды в рабочей камере 6 повышается за счет ее поступления через входной обратный клапан 3, что приводит к дополнительному подсасыванию воды из камеры 5 через эжектирующую трубку 9. Воздух (или продукты сгорания от предыдущего цикла) вытесняется из рабочей камеры 6 через открытый выпускной клапан 23 в выхлопное устройство 24. В процессе заполнения рабочей камеры 6 водой клапаны 17 и 22 закрыты, а клапаны 18 и 23 открыты; полость камеры 8 сгорания и свободная от воды часть рабочей камеры 6 заполняются горючей смесью. В рабочую камеру 6 продолжает поступать вода, в результате чего в камере 6 и в камере 8 сгорания происходит сжатие горючей смеси. Система 27 зажигания по сигналу от блока 31 производит поджиг горючей смеси в камере 8 сгорания. Газы из камеры сгорания 8, отбрасываясь от отражателя 33, попадают в рабочую камеру 6, выталкивая воду через водометную трубу 1 и создавая тягу (которая повышается за счет гидроудара в водометной трубе 1), после чего начинается новый цикл работы двигателя.
С ростом скорости движения судна увеличивается скоростной напор набегающего потока, в результате чего вода, попадая попеременно в продувочные трубы 20 и 21, воздействует на выпускные клапаны 22 и 23 таким образом, что происходит перебрасывание коромысла 28 из одного положения в другое без участия соленоида 29 (в этом режиме работы он отключается).
По мере роста скорости движения судна 35 в воде (хода судна) скоростной напор в полости диффузора 15 и на входе датчика 14 возрастает. Соответственно повышается давление в надпоршневой полости управляющего устройства 11 (гидроцилиндра).
Управляющее устройство 11 может иметь как плавную (характеристика типа гладкая кривая), так и ступенчатую (пороговая характеристика) зависимость величины перемещения элемента управления 10 (заслонки) от величины скоростного напора на входе датчика 14.
Как уже указывалось, управляющее устройство 11 с пороговой характеристикой (предпочтительно с регулируемым значением указанного порога) целесообразно использовать в том случае, когда датчик 14 скоростного напора размещен в полости диффузора 15, где при работе движителя имеют место значительные уровни пульсаций скоростного напора, которые могут вызвать нежелательные колебания элемента управления 10 (заслонки). Настройка порога срабатывания управляющего устройства 11 позволит исключить указанные нежелательные явления. При превышении давлением в надпоршневой полости указанного порогового значения происходит скачкообразное перемещение поршня 12 в нижнее (см. чертеж) положение, что приводит к полному перекрытию заслонкой элемента 10 проходного сечения эжектирующей трубки 9. Пороговое значение подбирается так, что скачкообразное перемещение поршня 12 происходит при достижении судном 35 некоторой наперед заданной скорости. При наличие дополнительного жидкостного демпфера 16 в линии, связывающей трубку скоростного напора с управляющим устройством 11 (гидроцилиндром), нежелательное влияние пульсаций давления на работу этого устройства будет снижено в еще большей степени.
Управляющее устройство 11 с плавной характеристикой целесообразно использовать при размещении датчика 14 в зоне с незначительными уровнями пульсаций скоростного напора, например на наружной поверхности элементов движителя, находящихся при его работе ниже ватерлинии. В этом случае перекрытие проходного сечения эжектирующей трубки 9 (а следовательно, и повышение тяги движителя) происходит плавно по мере увеличения скорости движения судна 35 в воде (хода судна).