ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ С КРЫЛЬЧАТЫМ ОБТЕКАТЕЛЕМ
WINGER-CIRCULATED WATER JETTER

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания водометных движителей всех типов судов и кораблей.
Известен легконагруженный водометный движитель с коротким водоводом и спрямляющим аппаратом (патент №2537351, МПК В63Н 11/00, 07.05.2013), который содержит рабочее колесо, спрямляющий аппарат, водовод, выполненный в виде кольцевого крыла с цилиндрической или конической внутренней поверхностью, и центральное тело, образованное носовым обтекателем, ступицей рабочего колеса, ступицей спрямляющего аппарата и обтекателем ступицы спрямляющего аппарата.
Недостатком упомянутого водометного движителя является наличие спрямляющего аппарата, установка которого и приводит к ухудшению виброакустических характеристик движителя по следующим причинам:
- высокие уровни шума, обусловленные динамическими нестационарными силами, возникающими при взаимодействии вращающихся лопастей рабочего колеса с неподвижными лопастями спрямляющего аппарата;
- установка спрямляющего аппарата, приводит к увеличению массы водометного движителя, что негативно сказывается на характеристиках судна или корабля, связанных с переизлучением корпуса в низкочастотном диапазоне.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран указанный легконагруженный водометный движитель, поскольку он наиболее близок к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Вместе с тем он имеет ряд недостатков, к которым следует отнести повышенные массогабаритные и виброакустические характеристики.
Задачей изобретения является:
- улучшение акустических характеристик водометного движителя;
- снижение массогабаритных характеристик;
- сохранение к.п.д. движителя.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в водометном движителе с крыльчатым обтекателем, содержащем водовод, выполненный в виде осесимметричной профилированной кольцевой насадки, внутри которой соосно размещено установленное на валу рабочее колесо, имеющем ступицу с закрепленными на ней лопастями, имеются следующие отличия: что за рабочим колесом устанавливается крыльчатый обтекатель, состоящий из ступицы и лопастной системы малого диаметра, число лопастей в лопастной системе малого диаметра равно числу лопастей рабочего колеса, диаметр лопастной системы крыльчатого обтекателя составляет 0,7 от диаметра рабочего колеса, форма и шаговые углы лопастей крыльчатого обтекателя определяются в зависимости от геометрии рабочего колеса и неоднородности натекающего потока, чтобы обеспечить утилизацию энергии закрученной струи за лопастями рабочего колеса.
Водометный движитель представляет собой водовод, выполненный в виде осесимметричной профилированной кольцевой насадки, внутри которой соосно размещено установленное на валу рабочее колесо, имеющее ступицу с закрепленными к ней лопастями, в водометный движитель за рабочим колесом вместо спрямляющего аппарата устанавливается крыльчатый обтекатель, состоящий из ступицы и лопастной системы малого диаметра.
Число лопастей в лопастной системе малого диаметра крыльчатого обтекателя равно числу лопастей рабочего колеса. Лопасти обтекателя полностью находятся внутри водовода. Диаметр лопастной системы крыльчатого обтекателя составляет 0,7 от диаметра рабочего колеса.
Форма и шаговые углы лопастей крыльчатого обтекателя определяются в зависимости от геометрии рабочего колеса и неоднородности натекающего потока, чтобы обеспечить утилизацию энергии закрученной струи за лопастями рабочего колеса.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежом, на котором изображен вариант исполнения водометного движителя с крыльчатым обтекателем.
На Фиг. 1 представлена схема водометного движителя с крыльчатым обтекателем.
Водометный движитель имеет водовод (1) в виде осесимметричной кольцевой насадки. Внутри водовода (1) соосно размещено установленное на валу (2) рабочее колесо, имеющее ступицу (3), на которой прикреплены лопасти (4). К кормовому срезу ступицы (3) прикреплен крыльчатый обтекатель, имеющий ступицу (5) и лопастную систему малого диаметра (6) (Фиг. 1).
Эффективность работы водометного движителя с крыльчатым обтекателем объясняется следующим образом.
По формуле - установка крыльчатого обтекателя, состоящего из ступицы (5) и лопастной системы малого диаметра (6).
Вал (2) двигателя приводит во вращение рабочее колесо со ступицей (3) и лопастями (4) вместе со ступицей (5) крыльчатого обтекателя и его лопастями (6). В данной компоновке лопасти рабочего колеса (4) и лопастной системы (6) крыльчатого обтекателя вращаются с одинаковой частотой. А число лопастей в лопастной системе (6) равно числу лопастей рабочего колеса (4). Поэтому между лопастной системой (6) и лопастями (4) не образуется динамических нестационарных сил, негативно влияющих на акустическое излучение движителя. Поскольку лопасти крыльчатого обтекателя в лопастной системе (6) на 25% короче лопастей традиционного спрямляющего аппарата, а число лопастей спрямляющего аппарата обычно больше числа лопастей рабочего колеса (4), то сам крыльчатый обтекатель имеет меньшие массогабаритные характеристики по сравнению со спрямляющим аппаратом. Таким образом, общее акустическое излучение движителя снизится, включая характеристики, связанные с переизлучением корпуса в низкочастотном диапазоне. В совокупности все это приводит к улучшению акустических характеристик водометного движителя с сохранением его к.п.д.
Предлагаемое техническое решение водометного движителя с крыльчатым обтекателем основано на результатах расчетных (численных) исследований.
Были проведены расчетные (численные) исследования предлагаемого водометного движителя и водометного движителя прототипа. При сравнении результатов численного моделирования работы водометного движителя со спрямляющим аппаратом, и результатов численного моделирования работы водометного движителя с крыльчатым обтекателем (таблица 1), подтверждено улучшение акустических и массогабаритных характеристик водометного движителя с крыльчатым обтекателем по сравнению с прототипом, имеющим в составе спрямляющий аппарат.
Таким образом, за счет замены спрямляющего аппарата на крыльчатый обтекатель, предлагаемый водометный движитель позволяет обеспечить улучшение акустических характеристик при одновременном сохранении к.п.д., и как следствие - скорости движения судна, а также снижение массогабаритных характеристик, что выгодно отличает его от прототипа.