ПЛАВАТЕЛЬНОЕ СРЕДСТВО КОВАЛЁВА И.С.
FLOATING CRAFT OF KOVALEV IS

Изобретение относится к устройствам для перемещения по водной поверхности - плавательным средствам - и может найти применение в кораблестроении.
Известно плавательное средство, в котором двигателем является человек, крутящий с помощью педалей горизонтальный вал, кинематически связанный с движителем - гребным винтом (японский журнал Kazi, №1, 1993 год). Недостатком данного плавательного средства является малая мощность двигателя - мускульной системы человека.
Известно принятое в качестве прототипа плавательное средство (авт. св. СССР №1743990 А1, МПК B63H 1/36, бюл. №24 за 1992 год), в котором силовой механизм (двигатель) кинематически связан с движителем - лопастью, которая совершает колебательные движения в плоскости, перпендикулярной оси плавательного средства, создавая тяговую силу. При этом кинетическая энергия вращения рабочего вала силового механизма (двигателя) преобразуется в кинетическую энергию поступательного движения плавательного средства. Недостатком прототипа является необходимость использования жидкого топлива, если силовой механизм выполнен в виде двигателя внутреннего сгорания, или использования аккумуляторов, если силовой механизм выполнен в виде электромотора. Недостатками прототипа также являются загрязнение окружающей среды продуктами сгорания топлива, шумовое воздействие на окружающую среду.
Целью изобретения является обеспечение возможности использования для работы двигателя, кинематически связанного с движителем, энергии поверхностных волн различного происхождения - ветровых волн, волн зыби, а также энергии течений.
Поставленная цель достигается в конструкции плавательного средства, снабженного двигателем, кинематически связанным с движителем, тем, что двигатель выполнен в виде ротора с вертикальным поворотным валом, снабженного горизонтальными и вертикальными лопатками, для которых плоскость невозмущенной поверхности воды является плоскостью симметрии.
Плавательное средство состоит из закрепленной на транце 1 корпуса плавательного средства рамы 2 с втулками 3 и 4. В подшипниках 5 и 6 рамы 2 установлен ротор 7 с поворотным валом 8, снабженный вертикальными 9 и горизонтальными 10 лопатками, а поворотный вал 8 через повышающую число оборотов угловую зубчатую передачу 11 кинематически связан с рабочим валом 12 движителя, например гребного винта 13. Рама 2 снабжена румпелем 14.
Предложенное изобретение работает следующим образом. Для своего перемещения по водной поверхности предложенное плавательное средство использует кинетическую энергию ветровых поверхностных волн, волн зыби, а также поверхностных течений в реках, озерах, морях и океанах.
При контакте волны с ротором 7 происходит поперечное обтекание водой вертикальных 9 и горизонтальных 10 лопаток с возникновением на их поверхностях сил, приводящих во вращение ротор 7 и его поворотный вал 8. При выполнении лопаток 9 и 10 с закругленной передней кромкой и заостренной задней кромкой (фиг.1 и 2) ротор 7 всегда вращается в направлении от заостренной кромки лопаток 9 и 10 к их закругленной кромке.
В объеме волны движение частиц воды происходит по замкнутым траекториям, в которых можно выделить четыре характерных участка:
- горизонтальное поступательное течение вблизи гребня волны,
- горизонтальное возвратное течение вблизи подошвы волны,
- вертикальное опускное течение в передней части волны,
- вертикальное подъемное течение в задней части волны.
Размещение лопаток 9 и 10 симметрично плоскости уровня невозмущенной воды позволяет
- вертикальным лопаткам 9 воспринимать кинетическую энергию прямого горизонтального течения у вершины волны и обратного горизонтального течения у подошвы волны, при этом обтекание вертикальных лопаток 9 будет поперечным с возникновением на их поверхности сил, вращающих ротор 7 и его поворотный вал 8,
- горизонтальным лопаткам 10 воспринимать кинетическую энергию частиц воды вертикального опускного течения в передней части волны и вертикального подъемного течения в задней части волны при поперечном обтекании лопаток 10 и возникновением на их поверхности сил, вращающих ротор 7 и его поворотный вал 8.
В результате на любом участке траектории движения частиц воды в объеме волны реализуется передача кинетической энергии волны лопаткам 9 и 10 ротора 7 и вращение поворотного вала 8, которое через кинематическую связь - угловую зубчатую пару 11 - передается валу 12 движителя, например гребного винта 13, обеспечивающего перемещение плавательного средства по водной поверхности. Ротор 7, обладая свойствами маховика, сохраняет свое вращение после окончания взаимодействия с волной до подхода следующей волны. В итоге вращение ротора 7 происходит непрерывно и однонаправлено.
При взаимодействии ротора 7 с поверхностным течением кинетическая энергия горизонтального потока воспринимается вертикальными лопатками 9, а кинетическая энергия вертикальных отклонений потока и его завихрений воспринимается горизонтальными лопатками 10. Вращение ротора 7 происходит также непрерывно и однонаправлено.
Ротор 7 диаметром 110 см и высотой 50 см испытывался на волнах высотой до 10-12 см и на стационарном течении со скоростью потока до 1 метра в секунду. Испытания проводились для трех конструктивных вариантов ротора 7:
- ротор только с вертикальными лопатками 9,
- ротор только с горизонтальными лопатками 10,
- ротор с вертикальными и горизонтальными лопатками 9 и 10.
Во всех вариантах было получено непрерывное однонаправленное вращение ротора 7 со скоростью до 15 оборотов в минуту. Проведение испытаний снято на видеокамеру.
Румпель 14 позволяет поворачивать раму 2 с ротором 7, валом 8 и водяным движителем - гребным винтом 13 - относительно продольной оси плавательного средства. Поворот рамы 2 румпелем 14 во втулке 3 в горизонтальной плоскости позволяет осуществлять повороты и развороты плавательного средства, а поворот рамы 2 в вертикальной плоскости во втулке 4 позволяет поднимать раму 2 при приближении к пологому берегу для предупреждения повреждения движителя 13 например гребного винта о дно.
В предложенной конструкции плавательного средства в качестве движителя 13 может быть использован не только гребной винт, но и другие известные типы движителей - гребное колесо, крыльчатый движитель, плавниковый движитель, водометный движитель и др.
Преимуществами предложенного плавательного средства являются отсутствие необходимости использования источников энергии - органического топлива, электроэнергии, абсолютная экологическая чистота и бесшумность, что делает его использование предпочтительным по отношению к обитателям водной среды, которые так же имеют право на комфортные условия существования, как и наземные жители.