ГРЕБНОЙ ВИНТ КОНСТРУКЦИИ КАЛАШНИКОВА
SCREW PROPELLER OF KALASHNIKOV'S DESIGN

Область техники
Изобретение относится к технике движителей для надводного и подводного транспорта, может быть использовано на пассажирских, транспортных, военных кораблях, подводных лодках, катерах, яхтах и торпедах.
Уровень техники
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является гребной винт патента Российской Федерации под номером RU 2108265 С1. За счет ступицы, содержащей лопасти выпукло-вогнутого сечения с винтовой поверхностью, чашеобразной формы, у которых угол наклона к оси винта монотонно уменьшается по мере удаления от оси, при этом винтовая поверхность лопастей имеет форму параболы. Вращение этого винта позволяет повысить тягу за счет принудительного направления захваченной лопастями воды вдоль оси винта. Недостатками этого гребного винта являются расширяющие рассеянные струи во внешнее пространство, не в полной мере вовлечена дополнительная масса воды и присоединения потоков созданного центробежной силой, что снижает эффективность тяги, и вследствие этого низкий КПД.
Раскрытие изобретения
Изобретение предназначено для решения технической задачи повышения тяги винта. Технический результат достигается за счет того, что гребной винт фиг.1 содержит 1 ступицу с присоединенными к ней 5 верхними кромками лопастей, лопасти 4 выпукло-вогнутого сечения с винтовой поверхностью, монотонно уменьшающиеся по мере удаления от оси. Нижние 6 кромки лопастей монолитно соединены с 2 полым усеченным конусом, в начале которого 3 водозаборник, в самом начале водозаборника по окружности размещены 7 водозаборные лопатки, которые направляют воду на 4 лопасти. Турбулентный возмущенный поток, который вырывается из водозаборника, лопатки своими задними краями перенаправляют опять на лопасти, так как при вращении создают козырек, вырывающийся поток, сталкиваясь с препятствием, сбрасывается опять на лопасти. Винт может быть на судне как внутри корпуса судна, так и внешним - фиг.1, вне корпуса со 1 ступицей, как у многих гребных винтов. Каждая из этих 4 лопастей имеет некий криволинейный профиль, образованный засасывающей и нагнетающей поверхностями, а также входящей и выходящей кромками. Лопасть выпукло-вогнутая и, равномерно по спирали закручиваясь, сужается, если это касается усеченного конуса фиг.1, или не сужается, если это касается цилиндра, гидродинамическими и прочностными характеристиками. Лопасти имеют 5 верхнюю кромку и 6 нижнюю кромку. Линия, соединяющая крайние, наиболее удаленные точки входящей и выходящей кромок, образует засасывающую и нагнетающую поверхности. Достоинствами этих лопастей является то, что их профиль обеспечивает достаточно равномерное распределение давления по засасывающей и нагнетающей поверхностям лопасти при достаточно малом профильном сопротивлении, а также то, что они имеют уменьшенный пик разрежения на входящей кромке благодаря наличию закругления верхней кромки и закрученной лопасти внутри конуса винта. Профиль лопасти выполнен таким, что линия, образующая засасывающую поверхность, имеет от входящей кромки до выходящей кромки постоянную кривизну. Линия, образующая нагнетающую поверхность, имеет вогнутый участок лопасти и выпуклый участок снаружи. Благодаря вогнутой кривизне нагнетающей поверхности лопастей и выпуклой снаружи между лопастями образуется минимум пространства, которое принуждает поток направляться в заданном направлении и не дает воде рассеиваться, что значительно увеличивает мощность потока. Устройство лопастей винта, проходящих через всю длину, позволяет использовать их особенность в направлении, нагнетании, фокусирования потока и способствует улучшению гидродинамических характеристик винта. Согласно настоящему изобретению лопасть гидродвижителя имеет входящую кромку и выходящую кромку, а также нагнетающую и выпуклую засасывающую поверхности. Участок линии, образующей засасывающую поверхность, выполнен выпуклым и криволинейным. Благодаря существенному смещению точки перегиба линии, образующей нагнетающую поверхность к выходящей кромке, удалось добиться увеличения кривизны вогнутого участка нагнетающей поверхности и соответственно увеличения пика положительного давления в передней части лопасти. Наличие пика положительного давления на нагнетающей поверхности позволяет при сохранении заданной нагнетающей силы лопасти уменьшить сопротивление засасывающей поверхности и соответственно величину разрежения на этой поверхности, а значит, увеличивается и скорость обтекания. Соотношение кривизны засасывающей и нагнетающей поверхностей в районе входящей кромки определяет величину угла безударного входа для заданной величины нагнетающей силы и позволяет добиться отсутствия пиков разрежения в районе входящей кромки для заданного режима работы гидравлического движителя.
1
2
1
2
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен вид винта в разрезе с одной лопастью и водозаборными лопатками, всасывающий диаметр винта больше, чем выталкивающий, меньший по диаметру, количество лопастей и водозаборных лопаток распределяются по окружности конуса произвольно, в разумных пределах. На фиг.2 изображен вид профиля лопасти выпукло-вогнутого сечения с винтовой поверхностью, монотонно уменьшающиеся по мере удаления от оси, если это касается формы винта усеченного конуса, при этом винтовая поверхность лопастей выпукло-вогнутая и, равномерно по спирали закручиваясь на 180 градусов, сужается. Линия, соединяющая крайние, наиболее удаленные точки входящей и выходящей, называется хордой сечения и является осью абсцисс, от которой отсчитываются по перпендикуляру к хорде ординаты линий t max, образующая засасывающую поверхность, и t max, образующая проталкивающую поверхность. Длина хорды обозначается как А в долях. Таким образом, все длины лопасти определяются по хорде в долях В и С, а все толщины - ординатами в долях t max и t max. Достоинством этой лопасти является то, что ее профиль обеспечивает достаточно равномерное распределение давления по засасывающей и проталкивающей поверхностями при достаточно малом профильном сопротивлении, а также то, что лопасть имеет уменьшенный пик разрежения на входящей кромке благодаря наличию плавного загиба на входящей верхней 9 кромке и нижней 8 кромке, а также закрученной винтовой поверхности. На фиг.3 изображена водозаборная лопатка, которая размещена по окружности водозаборника под произвольном углом и закреплена ее нижним краем 10 за поверхность винта. Верхняя загнутая 11 кромка образует засасывающую поверхностью, где кривизна засасывающей поверхности обозначается в ее самом широком месте как t max, лопатки с одинаковой, произвольной высотой, с загнутыми верхними кромками. Совокупность четырех элементов устройства, а именно: усеченного конуса, где всасывающий диаметр конуса больше, чем выталкивающий, водозаборника, оригинальных лопастей с малым пространством между внешними и внутренними засасывающими и проталкивающими поверхностями и водозаборных лопаток, обеспечивают технический результат по существенному увеличению КПД и мощности потока. Винт может быть на судне как внутри корпуса судна, так и внешним - фиг.1, вне корпуса со ступицей, как у многих гребных винтов. Профиль лопастей винта, проходящих через всю длину конуса, позволяет использовать их особенность в направлении, нагнетании, фокусирования потока и способствует улучшению гидродинамических характеристик винта. Согласно настоящему изобретению лопасть гидродвижителя имеет входящую кромку и выходящую кромку, а также нагнетающую и выпуклую засасывающую поверхности. Участок линии, образующей засасывающую поверхность, выполнен выпуклым и криволинейным. Благодаря существенному смещению точки перегиба линии, образующей нагнетающую поверхность, к выходящей кромке удалось добиться увеличения кривизны вогнутого участка нагнетающей поверхности и соответственно увеличения пика положительного давления в передней части лопасти. Наличие пика положительного давления на нагнетающей поверхности позволяет при сохранении заданной нагнетающей силы лопасти уменьшить сопротивление засасывающей поверхности и соответственно величину разрежения на этой поверхности, а значит, увеличивается и скорость обтекания. Соотношение кривизны засасывающей и нагнетающей поверхностей в районе входящей кромки определяет величину угла безударного входа для заданной величины нагнетающей силы и позволяет добиться отсутствия пиков разрежения в районе входящей кромки для заданного режима работы движителя. Устройство работает следующим образом. Гребной винт фиг.1, состоящий из удлиненного, усеченного 2 конуса, который при вращении 1 ступицы вращается. При вращении винта водозаборные 7 лопатки отбрасывают воду на 4 лопасти, которые закреплены за 1 ступицу, лопасти подхватывают поток и, всасывая, направляют его в вдоль конуса из большего диаметра винта в меньший. В элементе водозаборника возмущенный турбулентный поток, вырывающийся наружу, скидывается опять на лопасти лопатками и потоком, создающимся их вращением. Эксплуатация винта, описанного выше, способствует формированию тяги и весьма повышает эффективность мощности от присоединения потоков лопастями в единый поток, вырывающийся через более узкий диаметр винта.
Перечень чертежей
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - винт в разрезе, с одной лопастью и водозаборными лопатками;
на фиг.2 - сечение лопасти согласно изобретению;
на фиг.3 - водозаборная лопатка согласно изобретению.
Осуществление изобретения
Изобретение относится к судостроению и используется в качестве движителя судна, подруливающих устройств и винтовых колонок. Практически винт может быть использован при строительстве от больших судов типа танкеров, лихтеров, подводных лодок и т.д. и до малогабаритных плавающих средств. Винт можно изготовить монолитно, выплавив из металла с гидрофобным покрытием, либо собрать из отдельных, составных частей. Устройство винта осуществляется следующим образом. Берется 2 усеченный конус, на него крепятся 4 лопасти, которые закрепляются за 1 ступицу, в 3 водозаборнике по окружности крепятся 7 водозаборные лопатки. При вращении ступицы все элементы устройства вращаются вместе, как одно целое.