СУДОВОЙ ВОЗДУШНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС
SHIP AIR PROPULSION COMPLEX

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания судовых воздушных движителей, которые часто работают в условиях скошенного в горизонтальной плоскости потока.
Известен судовой воздушный движитель, включающий направляющую насадку, внутри которой расположено на валу лопастное рабочее колесо (Воздушный движитель ВНД1, Рекламный проспект ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова», 1990 г.) - прототип.
Однако при работе движительного комплекса в скошенном в горизонтальной плоскости внешнем потоке, направленном под углом к продольной оси насадки на лопастях рабочего колеса, при прохождении ими верхнего и нижнего вертикального положения, углы атаки относительно потока существенно отличаются от таковых значений в случае, когда скос потока отсутствует. При этом, если в верхнем положении лопасти угол атаки, например, возрастает на некоторую величину, то в ее нижнем положении этот угол уменьшается на ту же величину. В результате, при больших углах скоса внешнего потока углы атаки лопастей в верхнем или нижнем положениях (в зависимости от направления вращения рабочего колеса) превышают значение, при котором происходит отрыв потока на лопасти и резкое падение ее подъемной силы, сопровождаемое потерей напора и тяги движителя в целом, а также резким снижением КПД последнего.
Кроме того, в верхнем и нижнем положениях лопасти рабочего колеса происходит изменение напора во взаимно противоположных направлениях, что приводит к такому негативному явлению, как вибрация рабочего колеса.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение работы судового воздушного движительного комплекса в условиях скошенного в горизонтальной плоскости потока путем повышения его КПД за счет снижения потерь напора и соответственно тяги, а также уменьшения вибрации рабочего колеса.
Для этого у судового воздушного движительного комплекса, включающего направляющую насадку и соосно расположенное на приводном валу внутри насадки лопастное рабочее колесо, по изобретению во входном участке направляющей насадки размещена спрямляющая круговая решетка, состоящая из плоских равномерно расположенных по кругу радиальных лопаток с симметричным профилем, образованным цилиндрическими сечениями, в количестве, кратном двум, не менее восьми. Лопатки прикреплены своими корневыми концами к ступице решетки, а периферийными - к корпусу насадки, и установлены так, что хорды их профилей параллельны продольной оси направляющей насадки, причем пара противоположно направленных в круговой решетке лопаток расположена по вертикали. Длина хорд профилей составляет величину, равную 0,8-1,5 расстояния между профилями по длине окружности в в цилиндрическом сечении решетки на радиусе, равном среднеарифметическому значению между корневым и периферийным радиусами.
Размещение во входном участке насадки круговой решетки с равномерно расположенными по кругу плоскими радиальными лопатками с симметричным профилем позволяет, взаимодействуя с набегающим под углом скоса потоком, произвести спрямление потока и придать ему направление перед рабочим колесом, практически параллельное продольной оси направляющей насадки, обеспечив набегание потока на лопасти рабочего колеса под таким углом атаки, при котором создается безотрывный режим работы его лопастей.
Выполнение спрямляющей решетки из лопаток с симметричным профилем обеспечивает малые потери на аэродинамическое сопротивление.
Выбор числа лопаток в количестве, кратном двум, и не менее восьми с длиной хорд, равной 0,8-1,5 расстояния между профилями по длине окружности в цилиндрическом сечении решетки на радиусе, равном среднеарифметическому значению расстояния между корневым и периферийным радиусами, обеспечивает более равномерное выравнивание поля осевых скоростей по площади гидравлического сечения направляющей насадки, а расположение по вертикали двух противоположно направленных в спрямляющей решетке лопаток обеспечивает выравнивание углов атаки на лопастях рабочего колеса в наиболее уязвимых при скошенном потоке областях рабочего сечения направляющей насадки в части отрыва потока, а именно при верхнем и нижнем положениях лопастей рабочего колеса, где углы атаки на лопастях превышают значение, при котором происходит отрыв потока на лопасти и резкое падение ее подъемной силы, а также вибрация рабочего колеса.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг.1 приведен общий вид судового воздушного движительного комплекса, расположенного на верхней палубе судна, а на фиг.2 - вид А на фиг.1.
Судовой воздушный движительный комплекс (фиг.1) содержит направляющую насадку 1, внутри которой расположено установленное на приводном валу 2 рабочее колесо 3 с лопастями 4. Во входном участке направляющей насадки 1 размещена спрямляющая круговая решетка 5 из плоских и равномерно расположенных по кругу радиальных профилированных лопаток 6, имеющих в сечении симметричный профиль (фиг.2), число которых не менее восьми, но кратное двум. Лопатки 6 прикреплены своими корневыми концами к ступице 7 круговой решетки 5, а периферийными концами - к корпусу направляющей насадки 1, и расположены относительно направления потока в направляющей насадке 1 так, что хорды (фиг.2) их профилей параллельны продольной оси насадки 1. Длина хорд профилей лопаток 6 (фиг.2) равна 0,8-1,5 расстояния между профилями по длине окружности в цилиндрическом сечении решетки на радиусе, равном среднеарифметическому значению расстояния между корневым и периферийным радиусами. Движительный комплекс расположен на верхней палубе 8 судна. При этом направляющая насадка 1 установлена, например, на стойках 9, закрепленных на верхней палубе 8 судна, а круговая решетка 5 может быть прикреплена непосредственно к направляющей насадке 1 или установлена с помощью автономного крепления.
Устройство работает следующим образом.
Скошенный в горизонтальном направлении внешний поток воздуха, набегающий на круговую решетку 5 под углом к ее продольной оси, проходя через решетку, направляется на лопасти 4 рабочего колеса 3. Профилированные лопатки 6, взаимодействуя с проходящим между ними набегающим потоком, выравнивают его поле скоростей и придают ему направление, близкое к направлению продольной оси направляющей насадки 1. Причем наилучшее выравнивание поля скоростей и направления потока обеспечивается при числе радиальных лопаток 6 в круговой решетке 5, равной не менее восьми, но это число должно быть кратным двум.
В результате действия круговой решетки 5 выровненный поток воздуха набегает на лопасти 4 рабочего колеса 3 в направлении, практически параллельном продольной оси направляющей насадки 1 и без угла атаки, и благодаря чему на лопастях 4 рабочего колеса 3 устраняются явления отрыва потока и изменения упоров на его диаметрально противоположно расположенных лопастях 4. Вследствие этого уменьшаются потери напора и, соответственно, тяги рабочего колеса 3, а также устраняется его вибрация на всех режимах работы. В результате повышается КПД судового воздушного движительного комплекса в целом.