Движитель плавательного средства

Полезная модель относится к конструкциям движителей для надводного и подводного транспорта и может быть использована на пассажирских, транспортных, военных кораблях, подводных лодках, катерах, яхтах и торпедах.
Гребной винт является основным из созданных человеком движителей плавательных средств и позволяет перемещать по водной поверхности морей и океанов, занимающих 70% поверхности Земли, суда с водоизмещением в сотни тысяч тонн. Тем не менее к.п.д. гребного винта недостаточно высок (50-60%) и имеет тенденцию к снижению при увеличении скорости движения. Это происходит вследствие квадратичной зависимости силы сопротивления от скорости, а также вследствие неизбежного отбрасывания части набегающего на винт потока воды в радиальном направлении и эта часть не создает упора для движения судна, а вся ее кинетическая энергия тратится на бесполезную турбулизацию воды и за судном всегда тянется пенная полоса взбаломученной воды, которая сохраняется даже после ухода судна за горизонт.
Известны кольцевые насадки гребных винтов, например, насадка Корта или насадка Шнееклюта (1), позволяющие увеличить немного силу упора, но существенного увеличения к.п.д. в данной конструкции отсутствует.
Известна, принятая в качестве прототипа, конструкция гребного винта с насадкой (2) и с размещенным в насадке гребным винтом, которая образована набором колец с осью симметрии, совпадающей с осью вращения гребного винта, соединенных гребенками между собой и с кормовой частью корпуса судна, при этом каждое кольцо насадки имеет в поперечном сечении профиль подводного крыла или выполнено в виде боковой поверхности усеченного конуса. Данная конструкция создает дополнительный упор для движения судна, но увеличения к.п.д. не обеспечивает.
Целью предложенной конструкции полезной модели является создание более эффективного и экономичного преобразователя механической энергии поворотного рабочего вала судового двигателя в кинетическую энергию движения плавательного средства с к.п.д. более высоким чем у гребного винта.
Поставленная цель достигается в конструкции движителя плавательного средства, включающей поворотный вал и насадку, образованную набором установленных друг за другом параллельных колец, оси которых совпадают с осью симметрии поворотного вала, соединенных гребенками, выполненными в виде полос, размещенных параллельно его оси, при этом каждое кольцо насадки имеет в поперечном сечении профиль подводного крыла или профиль поверхности усеченного конуса, тем, что внутри насадки размещена крыльчатка центробежного насоса, закрепленная на поворотном валу.
Предложенная полезная модель поясняется схематическими чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция движителя (вид сбоку), на фиг. 2 - вид по стрелке А по фиг. 1, на фиг. 3 - поперечный разрез кольца насадки в виде подводного крыла, на фиг. 4 - поперечный разрез кольца насадки в виде боковой поверхности усеченного конуса и на фиг. 5 представлена гребенка для крепления колец насадки.
На поворотном валу 1 судового двигателя (на чертеже не показан) закреплена крыльчатка 2 центробежного насоса, которая расположена внутри насадки, состоящей из колец 3, закрепленных гребенками 4 на кормовой части 5 корпуса судна.
Предложенный движитель работает следующим образом.
Закрепленная на поворотном валу 1 крыльчатка 2 создает при вращении мощный поток воды в радиальных направлениях, который обтекает каждое из колец 3, создавая на каждом кольце подъемную силу Fn (фиг. 3), вектор которой параллелен оси судна и направлен в сторону движения судна. Сумма сил Fn всех колец 3 насадки через гребенки 4 передается корпусу судна, обеспечивая его движение.
Использование движителя плавательного средства предложенной конструкции позволяет значительно уменьшить долю энергии, которая тратилась на бесполезное перемешивание воды, окружающей гребной винт, что увеличивает к.п.д. движителя. К.п.д. предложенного движителя равен произведению к.п.д. крыльчатки 2 центробежного насоса (0,85) и к.п.д. кольцевого подводного крыла 3 (0,85) и может достигать 0,725 Конструкция предложенного движителя может быть существенно упрощена, если кольца 3 изготовить в виде боковой поверхности усеченного конуса (фиг. 5), что упростит изготовление движителя без заметного снижения эффективности ввиду квадратичной зависимости между силой и скоростью. Движитель плавательного средства прост по конструкции и несложен при изготовлении и монтаже, поэтому может быть установлен на судно за 1-2 дня без захода в сухой док.
Литература
1. http://sudostroenie.info/Novosti/24255.htmlустр. для улучшения работы гр. винт.
2. Патент на ПМ №202199 Насадка гребного винта. Бюл. №405.02.2021 г.