Судовой движитель
SHIP PROPULSION

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано на плавсредствах, относящихся к маломерному, подводному и крупнотоннажному флоту речного, прибрежного и неограниченного океанского плавания.
Известен плавниковый движитель [1], в котором для предотвращения срыва потока с носка крыла путем отсоса части потока с напорной поверхности крыла вблизи его передней кромки. В этом движителе, как и в предлагаемом изобретении, для создания тяги используется машущее крыло, однако вместо профилированной коробки для предотвращения срыва потока с кромки крыла используется гидравлический насос, отсасывающий жидкость с поверхности крыла через щели, расположенные в передней части крыла.
Известен корабль с плавниковым движителем [2], в котором в качестве движителя используется плавник, состоящий из последовательности гибких полосовых поверхностей. В этом движителе отсутствуют механизмы компенсации вихрей, срывающихся с гибких полосовых поверхностей, что уменьшает его КПД.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является судовой движитель [3]. Описанное устройство принято за прототип изобретения. В этом устройстве для создания реактивного потока используется коробка с цилиндром и поршнем, расположенная ниже ватерлинии судна, однако вместо плавника используется поршень. Это исключает появление вихрей, срывающихся с кромки крыла, но не позволяет получить высокий КПД, что и является основным недостатком этого изобретения.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение судового движителя с более высоким КПД по сравнению с известными плавниковыми движителями без включения в состав движителя активных элементов для предотвращения образования вихрей. Такие элементы снижают КПД, поскольку часть мощности движительно-рулевой установки тратится на работу этих элементов.
Технический результат достигается путем использования насадки в виде коробки, расположенной ниже ватерлинии судна, у которой отсутствуют две грани, расположенные перпендикулярно движению судна, а все остальные грани выполнены в виде выгнутых во внешние стороны крыльев. Внутри насадки расположены два крыла вертикально или одно крыло горизонтально. Боковые кромки каждого крыла выполнены по отношению к прилегающим граням насадки с зазором, а зазор между поверхностью каждого крыла и прилегающими гранями насадки регулируется динамически посредством движительно-рулевого комплекса.
Сущность изобретения заключается в том, что для гашения образующихся на кромках машущих крыльев вихрей используются грани насадки, имеющие профиль крыла. В крайних положениях машущее крыло сближается с ограничивающей поверхностью (гранью насадки в случае одного крыла, и гранью или другим крылом в случае двух крыльев), где сначала происходит ускоренный выброс жидкости с образованием тонкой реактивной струи, затем создается разрежение с быстрым затягиванием струи жидкости под угловую полость между крылом и ограничивающей поверхностью. В оптимальном гидродинамическом режиме выброс реактивной струи раскручивает спутный поток из фазы движения машущего крыла от среднего до крайнего положения, и последующий импульс с затягиванием потока порождает интенсивный противоположно направленный вихрь, действие которого нейтрализуется образующимся спутным вихрем в фазах от крайнего до среднего положения машущего крыла.
Сущность заявленного устройства поясняется Фиг. 1 и Фиг. 2, на которых оно представлено в разных проекциях.
На Фиг. 1 (А) и Фиг. 1 (Б) представлен судовой движитель с одним горизонтально расположенным машущим крылом в проекции вид сбоку (А) и вид сверху (Б) соответственно, а на Фиг. 2 (А) и Фиг. 2 (Б) представлен судовой движитель с двумя вертикально расположенными машущими крыльями в проекциях вид сбоку (А) и вид сзади (Б) соответственно, где:
1 - насадка, грани которой имеют профиль крыла, предназначенная для предотвращения индуктивного вихреобразования на концевых кромках машущего крыла.
2 - машущее крыло внутри насадки.
3 - профилированная боковая грань насадки, имеющая внутреннюю поверхность с щелью при концевой кромке машущего крыла, и специальную форму для выравнивания гидродинамического давления с целью предотвращения срывов потока и паразитного вихреобразования внутри и вовне насадки.
4 - ограничивающие поверхности насадки, форма которых оптимизируется для достижения наибольшей эффективности реактивных выбросов жидкости из под приближающегося машущего крыла, с последующим безотрывным затягиванием потока в образующуюся клиновидную полость в фазе отворота и отхода машущего крыла. Критерием оптимизации является контроль взаимной компенсации вихревых разрывов на границах струйных течений со спутными вихревыми потоками их средних положений машущего крыла.
5 - штоки линейных электродвигателей или кривошипно-шатунного механизма на продольной оси.
6 - перо руля, которое устанавливается в ускоряемом потоке за горизонтальным машущем крылом. В случае пары симметричных вертикальных плавников, направление потока за движителем и управление курсом судна может выполняться с помощью асимметричного сдвига вертикальных фаз машущих крыльев по правому и левому бортам.
7 - кормовой подзор, который обеспечивает стабилизацию и горизонтальное выравнивание набегающего потока в условиях качки судна на волнении.
Как видно из Фиг. 1 и Фиг. 2, для компенсации образования вихрей на кромке крыла используются грани насадки, имеющие форму крыла, которая приводит к образованию вихря, направленного в противоположную сторону, и для образования этого вихря не тратится энергия движителя, поскольку грани насадки являются неподвижными относительно корпуса судна.
Предлагаемое изобретение реализуется с использованием механических приводов, размещаемых в кормовой оконечности судна над движительно-рулевым комплексом, а также с использованием линейных электродвигателей, размещаемых в боковых гранях насадки. Оптимизация перемещения машущего крыла производится в два этапа.
На первом этапе оптимизируются кинематические параметры перемещений машущего крыла для получения необходимого потока с учетом синусоидального шага со скольжением для заданной скорости судна.
На втором этапе оптимизируется форма гидродинамических профилей машущего крыла и граней насадки, с последующей проработкой вариантов динамического формирования клиновидных полостей в крайних положения машущего крыла. При построении движителя из двух вертикально расположенных машущих крыльев, клиновидная полость для ускорения струйных потоков будет создаваться при сближении этих крыльев, а отсутствие продольной переборки между ними позволит задействовать такой движитель в качестве активного руля с управляемым вектором тяги.
Список использованных источников
1. Каян В.П., Довгий С.А., Лебедь А.Г., Лифанов И.К., Цыганюк А.И. «Плавниковый движитель». Патент №2025405.
2. Храмушин В.Н. «Корабль с плавниковым движителем». Патент №2360831.
3. Бабичев А.И. «Судовой движитель». Патент SU 121048 А1.