ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ
WATER-JET PROPELLER

Водометный движитель предназначен для привода быстроходных судов, кораблей, яхт.
Известно, что эффективность водометного движителя зависит от параметров помещенного в неподвижный насадок лопастной системы в виде судового винта постоянного или переменного шага. При возрастании скорости, развиваемой судном, упор водометного движителя снижается, так что движитель работает не в режиме максимального КПД.
Известны способы борьбы с этим явлением - помещение рабочего колеса водометного движителя в конический насадок. Однако этот способ приводит к некоторому снижению КПД, так как сопротивление конического насадка при увеличении скорости судна существенно возрастает по сравнению с цилиндрическим насадком.
Аналогом изобретения является патент РФ №2031051, МПК В63Н 11/08, 11/03, 1/14, 1992 г. Ротор водометного движителя. В конструкции ротора лопастная система размещается на цилиндрической втулке, а площадь входа среды в канал выполнена меньше площади выхода. По мнению автора это приводит к уменьшению скорости реактивной струи, увеличению КПД.
Прототипом изобретения является «Водометный движитель» по патенту РФ №2266231, МПК В63Н, 11/08, 2004 г. Лопасти выполнены с криволинейной линией профиля и расположены на конической втулке, так что площадь на выходе лопастной системы составляет 0,7 площади на входе.
Недостатком этого конструктивного решения является также значительное увеличение потерь от обтекания конической втулки, что приводит к снижению упора, и низкий КПД, но способствует устойчивой работе при захвате воздуха.
Задачей настоящего изобретения является повышение упора движителя и коэффициента полезного действия, а также повышение устойчивости работы при попадании воздуха и в кавитационных режимах.
Поставленная задача решается специальным конструктивным исполнением лопастей рабочего колеса водометного движителя, расположенных на цилиндрической ступице и помещенных в цилиндрический насадок. Особенностью конструкции лопасти является то, что она выполнена с переменным шагом на входе и выходе, при этом шаг лопасти на входе больше шага лопасти на выходе. Такое рабочее колесо помещается в цилиндрический насадок, в котором в зоне концов лопасти расположены неподвижные лопатки, утопленные в корпусе насадка и имеющие противоположное направление по сравнению с лопастями рабочего колеса.
На фиг.1 показан вид водометного движителя. В насадке 1 размещена ступица 2, на которой закреплены лопасти 3. В корпусе цилиндрического насадка расположены неподвижные лопатки 4. Стрелкой показано направление потока.
На фиг.2 показаны профили лопаток в развертке по трем цилиндрам на диаметрах: около ступицы D1, на среднем диаметре D2 и на периферии D3. Хорды профиля получаются несколько искривленными, что обеспечивает обтекание лопасти на оптимальных скоростях с некоторыми углами атаки (2-5°). При профилировании лопасти профиль «надевается» не на прямую хорду, а на ломаную или криволинейную. Сплошными линиями показаны линии профиля лопасти, а штриховыми - линии лопаток в насадке.
Технический результат состоит в том, что специально выполненное профилирование лопасти рабочего колеса обеспечивает более высокий КПД в широком диапазоне скорости судна, что позволяет при той же мощности двигателя развивать большую скорость, так как лопасть обтекается с некоторым углом атаки. Кроме этого, как показали испытания отдельных рабочих колес, такое исполнение имеет лучшие кавитационные характеристики в широком диапазоне скоростей обтекания и незначительные зоны кавитационной эрозии на втулке, а не на лопастях.
Эффект достигается за счет более оптимального обтекания лопаток на всех режимах работы движителя по скорости и за счет лучших кавитационных характеристик сохранять высокие значения тяги в широком диапазоне скоростей.
Водометный движитель работает следующим образом.
Вследствие большего шага на входе, чем на выходной части лопасти, скорость потока на выходе будет увеличиваться, что приводит к увеличению реактивной тяги, а цилиндрический насадок и цилиндрическая втулка позволяют минимизировать потери при их обтекании. В итоге возрастает упор по сравнению с другими вариантами исполнения лопастной системы. Наличие неподвижных лопастей в насадке не позволяет перетеканию потока на концах лопасти и также способствует подавлению кавитации в зазоре между лопастями и насадком.
Водометный движитель предлагаемой конструкции будет иметь расширенный диапазон работы с более высоким значением упора и КПД и устойчиво работать как при захвате воздуха, так и в режимах кавитации.