ДВИГАТЕЛЬ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
WATER TRANSPORT ENGINE

Изобретение относится к двигателям и может применяться на речном и морском транспорте.
В качестве наиболее близкого аналога двигателя выступают поршневые двигатели внутреннего сгорания, оснащенные механизмом с винтом, используемые для движения водного транспорта, в том числе лодочные моторы.
Основными причинами, препятствующими получению требуемого технического результата, в современных двигателях внутреннего сгорания, используемых для движения водного транспорта, являются:
- неполное преобразование энергии поступательного движения поршня в энергию вращательного движения винта,
- потери энергии вращения винта, затрачиваемые на закручивание водной струи.
Технический результат от применения заявленного изобретения заключается в уменьшении механических потерь при преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное движение коленчатого вала, в упрощении конструкции движущего водный транспорт механизма в повышении безопасности водного транспорта.
Согласно изобретению двигатель состоит из корпуса с неподвижно закрепленным цилиндром, в котором расположен поршень, и коленчатого вала. Корпус выполнен в форме полусферы с горизонтальным основанием. Колено расположено под острым углом к оси вала. Поршень жестко крепится к хомуту, который подвижно закреплен в корпусе. В хомуте подвижно закреплен якорь, соединенный с валом. При этом якорь выполнен в форме полой полусферы, закрепленной в двух диаметрально расположенных соединениях в хомуте над основанием корпуса. Хомут представляет собой внешнюю карданную опору якоря. Один край якоря постоянно касается расположенного на основании корпуса опорного обода, с которым зацеплен зубьями, расположенными радиально на нижней части основания якоря и верхней части опорного обода. Опорный обод расположен горизонтально на роликах корпуса и связан зубьями, расположенными вертикально по внутренней окружности опорного обода, с зубьями регулирующей шестерни, ось которой нижней частью закреплена в основании корпуса. При этом регулирующая шестерня расположена между опорным ободом и валом, с которым также зацеплена зубьями. Вал проходит через корпус вертикально, а его колено проходит сквозь верхнюю часть якоря через отверстие, выполненное вдоль условной оси якоря. Поршень прикреплен к подвижному краю хомута в точке, равноудаленной от обоих креплений хомута с корпусом. Поршень и хомут способны двигаться возвратно-поступательно по участку окружности качания хомута, качая якорь, верхняя часть которого при этом вращает коленчатый вал, а нижняя часть вращает опорный обод, в результате опорный обод вращает регулирующую шестерню, которая вращает вал. К одному из креплений хомута вдоль оси крепления крепится устройство для движения в воде, состоящее из передаточного вала и прикрепленных к нему двух плавников и хвоста. Плавники в форме трапеций прикреплены вершинами по оси вала диаметрально друг другу. Каждый плавник состоит из корпуса, гибкого клапана и креплений клапана к корпусу. Перпендикулярно плоскости расположения плавников вдоль оси вала прикреплен хвост в форме трапеции неправильной формы, выполненный, как и клапаны плавников, из эластичного материала, передаточный вал и корпусы плавников выполнены из металла или иного прочного твердого материала. Передаточный вал крепится к хомуту двигателя внутреннего сгорания по оси крепления хомута таким образом, что плавники располагаются в плоскости хомута, а хвост перпендикулярен плоскости хомута. На водном транспорте двигатель устанавливается так, что передаточный вал занимает вертикальное положение, а двигатель внутреннего сгорания располагается на боку, верхней частью корпуса по ходу движения транспорта, соответственно основание двигателя и хомут занимают вертикальное положение. При работающем двигателе внутреннего сгорания хомут совершает колебательные возвратно-поступательные движения, в результате передаточный вал с плавниками и хвостом также совершают колебательные возвратно-поступательные движения. При движении одного из плавников вперед вода будет проходить через полости корпуса плавника и давить на гибкий клапан, прикрепленный вдоль средней горизонтальной линии корпуса плавника. Клапан под воздействием сопротивления воды будет сгибаться и отгибаться назад, пропуская воду. Другой плавник в это время при движении назад будет толкать воду в направлении, противоположном направлению движения транспорта, двигая транспорт вперед, а хвост при колебательных движениях будет поочередно отклоняться из одной стороны в другую, при этом сгибаясь под воздействием воды, и, совершая волнообразные движения в направлении от основания к концу хвоста, также будет отталкивать воду в направлении, противоположном направлению движения транспорта, двигая транспорт вперед.
В двигателе в отличие от других водных двигателей согласно изобретению не имеется винта, используется устройство двигателя внутреннего сгорания с наклонно-якорным механизмом и хомутом. Хомут 7, цилиндр 1-1 и поршень 6 имеют изогнутую форму, при которой их оси образуют участки окружности. Использование хомута 7 и изогнутых поршня 6 и цилиндра 1-1 позволяет устранить «боковую силу». Энергия возвратно-поступательного движения поршня, жестко прикрепленного к хомуту, без преобразования передается на жестко прикрепленный к хомуту передаточный вал с плавниками и хвостом, что позволяет максимально использовать энергию внутреннего сгорания, сообщаемую поршню.
Наличие конструктивных элементов
1. Корпус 1 в виде полусферы, по бокам полусферы расположены два отверстия под крепления хомута 7, по окружности основания расположены несколько (три и более) роликов 8 под опорный обод 3, в верхней и нижней частях корпуса 1 по центру имеются вертикальные круглые отверстия для вала 5.
2. Якорь 2 с расположенным по центру вертикально отверстием под вал 5, двумя диаметрально расположенными в нижней части отверстиями под крепления хомута 7, с радиально расположенными зубьями снизу по окружности якоря 2.
3. Опорный обод 3 с зубьями, расположенными на верхней части обода, радиально (для зацепления с зубьями якоря 2) и с зубьями, расположенными по внутренней окружности обода 3 вертикально (для зацепления с зубьями регулирующей шестерни 4).
4. Регулирующая шестерня 4, состоящая из двух шестерен - верхней малой и нижней большой, жестко скрепленных по оси.
5. Коленчатый вал 5 с коленом, расположенным под острым углом к оси вала, с зубьями в нижней части вала 5-1, расположенными продольно оси вала.
6. Хомут 7 с двумя диаметрально расположенными и обращенными наружу креплениями (для закрепления в корпусе 1) и двумя диаметрально расположенными и обращенными внутрь креплениями якоря 2.
7. Поршень 6 в виде полого закрытого изогнутого цилиндра, ось которого представляет участок окружности.
8. Камера сгорания в форме изогнутого цилиндра 1-1, ось которого представляет участок окружности, закрытого сверху головкой цилиндра.
9. Передаточный вал в виде прямого стержня.
10. Плавник в виде трапеции, вершиной прикрепленной вдоль оси передаточного вала, состоящий из корпуса 10 с полостями и прикрепленного с помощью креплений 10-1 вдоль его срединной линии клапана 11, аналогичной корпусу трапециевидной формы.
11. Хвост в виде трапеции неправильной формы, прикрепленной вершиной вдоль оси передаточного вала.
Наличие связи между элементами
Якорь 2 крепится в хомуте 7, одет верхней частью на колено вала 5, зубья нижней части якоря 2 входят в зацепление с опорным ободом 3.
Вал 5 проходит сквозь верхнее и нижнее вертикальные отверстия корпуса 1, колено проходит через якорь 2, зубьями зацеплен с регулирующей шестерней 4 (с ее нижней большой шестерней).
Регулирующая шестерня 4 соединяет опорный обод 3 и коленчатый вал 5 - зубья малой шестерни постоянно зацеплены с зубьями опорного обода 3, зубья большой шестерни постоянно зацеплены с зубьями коленчатого вала 5.
Поршень 6 находится в цилиндре 1-1, крепится к хомуту 7.
Хомут 7 крепится к корпусу 1, в хомуте закреплен якорь 2.
Передаточный вал 9 соединен с хомутом 7 вдоль оси крепления хомута.
Корпусы плавников 10 и хвост 12 прикреплены к передаточному валу 9 вдоль его оси.
Взаимное расположение элементов
Якорь 2 расположен в хомуте 7 над опорным ободом 3 и одним краем основания (нижним) всегда касается опорного обода 3, при этом противоположный верхний край основания якоря 2 находится на максимальном расстоянии от опорного обода 3.
Коленчатый вал 5 проходит сквозь верхнее и нижнее вертикальные отверстия корпуса 1, колено проходит через отверстие якоря 2.
Опорный обод 3 расположен под якорем 2, в проекции якоря 2, часть зубьев опорного обода 3 всегда находится в зацеплении с частью зубьев нижнего края якоря 2.
Регулирующая шестерня 4 расположена параллельно основанию корпуса 1, между опорным ободом 3 и коленчатым валом 5.
Цилиндр 1-1 и поршень 6 расположены на участке окружности, проходящей через центр хомута 7, по которой хомут совершает максимальные по амплитуде колебания.
Хомут 7 имеет две пары креплений - крепления к корпусу 1 и крепления якоря 2, оси которых (пар креплений) перпендикулярны друг другу, при этом поршень 6 закреплен над одним из креплений якоря в точке, совершающей максимальные по амплитуде возвратно-поступательные (качательные) движения.
Передаточный вал 9 прикреплен вдоль оси крепления хомута 7 в корпусе 1.
Корпусы плавников 10 прикреплены вдоль оси передаточного вала 9 диаметрально друг другу в плоскости расположения хомута 7.
Хвост 12 прикреплен вдоль оси передаточного вала 9 перпендикулярно корпусам плавников 10.
Форма выполнения элемента (элементов) или устройства в целом, - геометрическая.
Форма двигателя в целом - расположенная на боку полусфера с идущим от нее вертикально вниз валом, к концу которого прикреплены трапециевидные плавники и хвост.
1. Корпус 1 в виде полусферы, по бокам полусферы расположены два отверстия под крепления хомута 7, по окружности основания расположены несколько (три и более) роликов 12 под опорный обод 3, в верхней и нижней частях корпуса 1 по центру имеются вертикальные круглые отверстия для вала 5.
2. Якорь 2 в виде полой полусферы с расположенным по центру вертикально отверстием под вал 5, двумя диаметрально расположенными в нижней части отверстиями под крепления хомута 7, с зубьями, расположенными снизу по окружности якоря 2, радиально.
3. Опорный обод 3 с зубьями, расположенными на верхней части обода, радиалыю (для зацепления с зубьями якоря 2) и с зубьями, расположенными по внутренней окружности обода 3 вертикально (для зацепления с зубьями регулирующей шестерни 4).
4. Регулирующая шестерня 4, состоящая из двух шестерен - верхней малой и нижней большой, жестко скрепленных по оси.
5. Коленчатый вал 5 с коленом, расположенным под острым углом к оси вала.
6. Хомут 7 с двумя диаметрально расположенными и обращенными наружу креплениями (для закрепления в корпусе 1) и двумя диаметрально расположенными и обращенными внутрь креплениями якоря 2.
7. Поршень 6 в виде полого закрытого изогнутого цилиндра, ось которого представляет участок окружности. Камера сгорания в форме изогнутого цилиндра 1-1, ось которого представляет участок окружности, закрытого сверху головкой цилиндра.
8. Камера сгорания в форме изогнутого цилиндра 1-1, ось которого представляет участок окружности, закрытого сверху головкой цилиндра.
9. Передаточный вал в виде прямого стержня.
10. Плавник в виде трапеции, вершиной прикрепленной вдоль оси передаточного вала, состоящий из корпуса 10 с полостями и прикрепленного с помощью креплений 10-1 вдоль его срединной линии клапана 11 аналогичной корпусу трапециевидной формы.
11. Хвост в виде трапеции неправильной формы, прикрепленной вершиной вдоль оси передаточного вала.
Форма выполнения связи между элементами двигателя
Якорь 2 связан с хомутом 7 посредством креплений хомута, проходящих через два нижние отверстия якоря.
Вал 5 связан с корпусом 1 через вертикальные отверстия корпуса.
Опорный обод 3 лежит на роликах 8, связан с якорем 2 и регулирующей шестерней 4 через зубчатое зацепление.
Регулирующая шестерня 4 закреплена в корпусе 1 на валу шестерни; связана с опорным ободом 3 и с коленчатым валом 5 через зубчатое зацепление.
Поршень 6 жестко связан с хомутом 7.
Хомут 7 связан с корпусом 1 посредством креплений хомута, проходящих через два отверстия в корпусе.
Передаточный вал 9 прикреплен вдоль оси крепления хомута 7 в корпусе 1.
Корпусы плавников 10 прикреплены вершинами вдоль оси передаточного вала 9 диаметрально друг другу в плоскости расположения хомута 7.
Хвост 12 прикреплен вдоль оси передаточного вала 9 перпендикулярно корпусам плавников 10.
Параметры и другие характеристики элемента (элементов) и их взаимосвязь
Радиус якоря 2 превышает радиус опорного обода 3 и соотносится с ним как гипотенуза с катетом в прямоугольном треугольнике, т.е. равен корню квадратному из суммы квадратов радиуса основания якоря и высоты от плоскости верхней части опорного обода 3 до центра основания якоря 2.
Длина вала 5 превышает высоту корпуса 1, колено расположено к оси вала под углом, равным углу, образуемому основанием якоря 2 и основанием корпуса 1.
Радиусы малой и большой шестерен регулирующей шестерни 4 должны быть таковы, чтобы обеспечивать равенство величины отношения скорости вращения опорного обода 3 к скорости вращения коленчатого вала 5 и величины отношения разницы длин радиусов основания якоря 2 и опорного обода 3 к длине радиуса опорного обода 3 (например, если длины радиусов основания якоря 2 и опорного обода 3 соотносятся как 5 к 4, их разница составляет 1, соответственно скорости вращения опорного обода 3 и коленчатого вала 5 должны соотноситься как 1 к 4, что и должна обеспечить расположенная между ними регулирующая шестерня 4).
Большинство элементов устройства могут быть выполнены из металлов и иных прочных жестких материалов, за исключением клапанов плавников 11 и хвоста 12, для выполнения которых требуется эластичный упругий материал.
Перечень чертежей
Фигура 1 - двигатель водный, вид спереди.
Фигура 2 - двигатель водный, вид сбоку.
Фигура 3 - двигатель водный, вид сверху.
Двигатель может быть построен исходя из общих принципов двигателестроения и уровня современной техники, т.к. не имеет каких-либо конструктивных элементов, изготовление которых требовало бы применения специальных технологий.
Двигатель действует следующим образом: при нахождении поршня 6 в верхнем положении происходит процесс воспламенения газовой смеси (процесс сгорания), сила давления газов действует на головку поршня 6, хомут 7, якорь 2, края которых также находятся в верхнем положении, в результате чего данные элементы начинают поступательное движение вниз по относительно вертикальному участку окружности, к крайнему нижнему положению, диаметрально противоположный край якоря 2 и хомута 7 начинает двигаться в противоположном направлении - к крайней верхней точке, при этом место зацепления нижнего края якоря 2 с опорным ободом 3 начинает последовательно перемещаться по опорному ободу 3, в направлении к опускающимся краям хомута и якоря, например, по движению часовой стрелки; при этом верхняя часть якоря 2 начинает перемещаться также в направлении движения часовой стрелки и увлекает за собой продетое сквозь нее колено коленчатого вала 5, вращая коленчатый вал 5. При достижении крайнего нижнего положения поршня 6 происходит выпуск отработавших газов через клапан 6-1 и канал хомута 7, после этого верхняя часть якоря 2, вал 5 продолжают движение по инерции и место зацепления нижнего края якоря 2 с опорным ободом 3 последовательно перемещается в направлении движения часовой стрелки к диаметрально противоположной точке, при этом хомут с поршнем 6 и закрепленным под поршнем краем якоря начинают подниматься, при достижении поршнем 6 крайнего верхнего положения завершается процесс сжатия (если двигатель двухтактный), после чего повторяется вышеописанный процесс сгорания газовой смеси; либо завершается процесс выпуска (если двигатель четырехтактный), после чего по инерции следуют процессы впуска газовой смеси, ее сжатия и повторяется вышеописанный процесс сгорания газовой смеси. При этом в случае вращения вала 5 по часовой стрелке происходит одновременное вращение регулирующей шестерни 4 в противоположном направлении, и движение опорного обода 3 в этом же направлении, но с гораздо меньшей скоростью, обеспечивающей неперемещение основания якоря в горизонтальном направлении относительно корпуса. При колебаниях хомута 7, сообщаемых через передаточный вал 9 корпусам плавников 10 и хвосту 12, один из плавников двигается вперед, а вода проходит через полости корпуса плавника и давит на гибкий клапан 11, прикрепленный вдоль средней горизонтальной линии корпуса плавника. Клапан 11 под воздействием сопротивления воды сгибается вдоль средней горизонтальной линии и краями отгибается назад, пропуская воду. Другой плавник в это время при движении назад будет толкать воду в направлении, противоположном направлению движения транспорта, двигая транспорт вперед, а хвост 12 при колебательных движениях будет поочередно отклоняться из одной стороны в другую, при этом сгибаясь под воздействием воды, и, совершая волнообразные движения в направлении от основания к концу хвоста, также будет отталкивать воду в направлении, противоположном направлению движения транспорта, двигая транспорт вперед.