МОТОРНОЕ СУДНО
MOTOR SHIP

Настоящее изобретение относится к области судостроения и может найти применение в качестве водоизмещающего судна.
3
Известен морской катер “Кариока”, содержащий корпус с остроскулыми обводами и широким плоским транцем, внутри которого размещен кокпит, каюта со спальными диванами, моторный отсек с двумя энергетическими установками, внутренний пост управления. Водоизмещение 4 м, длина 8,75 м, ширина 3,05 м, мощность энергетической установки 2×210 л.с., максимальная скорость 58 км/час, расход топлива при 3/4 максимальной скорости 62 л/час. (Х.Баадер. Разъездные, туристские и спортивные катера, пер. с немецкого. Л.: Судостроение, 1976, с.129-130).
Недостатками известного морского катера “Кариока” являются малая автономность плавания, ограниченное время работы энергетической установки, большой расход топлива, загрязнение окружающей среды выхлопными газами.
Указанные недостатки обусловлены малым водоизмещением, ограниченным запасом топлива, конструкцией энергетической установки.
3
Известен также туристский катер “Эксплорадор”, содержащий корпус с круглоскулыми обводами и острой носовой оконечностью, внутри которого размещены две каюты, моторное отделение, энергетическая установка в форме двух бензиновых двигателей, имеющих общий редуктор с передаточным отношением 2:1, наружную рубку управления. Водоизмещение 7,8 м, длина 14,2 м, ширина 3,2 м, осадка 0,9 м, высота борта 1,7 м, мощность энергетической установки 2×100 л.с., максимальная скорость 32 км/час, расход топлива при 3/4 максимальной скорости 32 л/час. (там же, с.137-141).
Известный туристский катер “Эксплорадор”, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.
Недостатки известного туристского катера “Эксплорадор”, принятого за прототип, те же.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией энергетической установки, ограниченным запасом топлива.
Целью настоящего изобретения является повышение технических и эксплуатационных характеристик моторного судна.
Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что энергетическая установка, общий редуктор заменены энергетической установкой в форме атмосферного ионного двигателя, содержащего круглый цилиндрический корпус, имеющий впускную полость, которая через воздушный фильтр соединена с атмосферой, внутрь которого вставлен ротор в форме цилиндрического тела вращения, выполненного заодно с валом, пропущенным в отверстие передней крышки, второй конец которого закреплен в подшипнике задней крышки корпуса, причем ротор имеет радиальные пазы, в которые вставлены подпружиненные лопасти, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси круглого цилиндрического корпуса таким образом, что наружная поверхность ротора контактирует с внутренней поверхностью круглого цилиндрического корпуса, кроме того, выпускная полость атмосферного ионного двигателя выполнена как одно целое с корпусами нескольких электрических ионных насосов, одинаковых по конструкции, оканчивающихся общей выпускной трубой, причем каждый из них содержит ионизатор атмосферного воздуха, ускоряющее устройство и нейтрализатор, высоковольтными ядерно-изотопными батареями, размещенными в батарейном отсеке корпуса судна, каждая из которых представляет собой металлический корпус, из которого выкачан воздух, а внутри установлен эмиттер с изолированным от корпуса выводом, выполненный из металла, содержащего радиоактивные изотопы α- или β-эмиссии, причем высоковольтные ядерно-изотопные батареи через коммутирующие устройства подключены к электродам электрических ионных насосов, причем рабочим телом вышеупомянутого двигателя является атмосферный воздух, гидропередачей, ведущий вал которой соединен с валом атмосферного ионного двигателя и выполнен заодно со шнеком, установленным в корпусе, закрытым передней и задней крышками и имеющим впускной штуцер, соединенный трубопроводом с масляным баком, и выпускной штуцер, соединенный трубопроводами с масляным баком и гидромотором через золотниковый переключатель, обеспечивающий передний и задний ход, а также отключение гидромотора при работающем атмосферном ионном двигателе на стоянках, причем вал гидромотора соединен с гребным винтом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид моторного судна, на фиг.2 - схема энергетической установки, на фиг.3 - общий вид атмосферного ионного двигателя, на фиг.4 - вид на атмосферный ионный двигатель спереди, на фиг.5 - вид на атмосферный ионный двигатель сверху, на фиг.6 - устройство воздушного фильтра, на фиг.7 - поперечный разрез атмосферного ионного двигателя, на фиг.8 - схема принципа действия атмосферного ионного двигателя, на фиг.9 - схема гидропередачи, на фиг.10 - устройство высоковольтной ядерно-изотопной батареи.
Моторное судно содержит корпус 1 с круглоскулыми обводами и острой носовой оконечностью, имеющий каюты 2, 3, моторное отделение, внутренний пост управления 4, энергетическую установку 5, связанную с гидропередачей 6 и гребным винтом 7. В задней части размещен руль 8. Энергетическая установка выполнена в форме атмосферного ионного двигателя. Он содержит круглый цилиндрический корпус 9, закрытый передней 10 и задней 11 крышками, имеет впускную полость 12, закрытую правой боковой крышкой 13, соединенной с впускной трубой 14, оканчивающейся воздушным фильтром, который содержит корпус 15, верхнюю крышку 16, нижнюю съемную крышку 17, перегородку 18, в нижней части которой укреплен ультразвуковой излучатель 19, соединенный электрически с генератором ультразвука 20 и источника тока. Внутрь круглого цилиндрического корпуса вставлен ротор 21 в форме цилиндрического тела вращения, выполненного заодно с валом 22, один конец которого пропущен в отверстие передней крышки, в второй конец закреплен в подшипнике задней крышки. Ротор имеет радиальные пазы, в которые вставлены подпружиненные лопасти 23 и его продольная ось смещена вниз относительно продольной оси круглого цилиндрического корпуса таким образом, что наружная поверхность ротора контактирует с внутренней поверхностью круглого цилиндрического корпуса. Выпускная полость 24 атмосферного ионного двигателя выполнена как одно целое с корпусами 25 нескольких электрических ионных насосов, одинаковых по конструкции, закрытых левыми боковыми крышками 26, соединенными с общей выпускной трубой 27. Внутри корпуса покрыты изоляционным слоем керамики 28. Каждый электрический ионный насос содержит ионизационную камеру 29, источник электронов 30, ускоряющую систему 31, соленоид закрутки 32, выходную разделительную сетку 33, замедляющий электрод 34 и нейтрализатор 35, выводы которых соединены с клеммами клеммовой коробки 36. Выводы всех электродов ионных насосов через коммутирующие устройства 37 подключены к высоковольтным ядерно-изотопным батареям 38, одинаковым по конструкции, каждая из которых содержит металлический корпус 39, имеющий вывод 40, из которого выкачан воздух. Внутри корпуса установлен эмиттер 41, выполненный из металла, содержащего изотопы радиоактивного элемента α- или β-эмиссии, вывод 42 которого проходит через изолятор 43. Материалом эмиттера может быть, например, стронций 90. (О ядерно-изотопных батареях см. В.Фильштих. Топливные элементы, пер. с немецкого С.К.Бычковского, Н.А.Мазитова и др., под ред. проф. В.С.Багоцкого, издательство “Мир”, М., 1968, с.339, рис.7.2). Рабочим телом атмосферного ионного двигателя является атмосферный воздух. (О реактивных двигателях, использованных в качестве электрических ионных насосов, см. Н.Н.Боброва, Э.Ф.Богданов, Ю.А.Бочаров и др., Машиностроение, Терминологический словарь, под общей редакцией М.К.Ускова и Э.Ф.Богданова, М., Машиностроение, 1995, с.151, рис.13и (б)).
Атмосферный ионный двигатель не реверсивный. Для обеспечения движения моторного судна передним и задним ходом использована гидропередача, содержащая гидронасос 44, гидромотор 45, масляный бак 46 и золотниковый переключатель, соединенные между собой трубопроводами. Гидронасос содержит корпус 47, закрытый передней 48 и задней 49 крышками. Внутри корпуса установлен шнек 50, выполненный заодно с валом 51, пропущенным в отверстие передней крышки и соединенным с валом атмосферного ионного двигателя. Гидромотор имеет круглый корпус 52, закрытый передней и задней крышками, внутри которого установлен ротор 53, выполненный заодно с валом 54 и имеющий радиальные пазы с подпружиненными лопастями 55. Продольная ось ротора смещена относительно продольной оси круглого корпуса до касания поверхности ротора с внутренней поверхностью круглого корпуса. Вал гидромотора соединен с валом гребного винта. Золотниковый переключатель содержит цилиндрический корпус 56 с впускными и выпускными штуцерами, внутрь которого вставлен золотник 57, имеющий перепускные проточки 58 и ручку 59.
Работа моторного судна.
Перед началом движения моторного судна необходимо запустить атмосферный ионный двигатель 5. Для этого ручку 59 золотника 57 золотникового переключателя устанавливают в среднее положение, как показано на фиг.9, отключая гидромотор 45 от гидронасоса 44. Затем посредством коммутирующего устройства 37 подключают высоковольтные ядерно-изотопные батареи 38 к одному электрическому ионному насосу. При этом в ионизационный камере 29 проходит ударная объемная ионизация атмосферного воздуха, а источник электронов 30 создает облако быстро движущихся электронов, которые перемешиваются в объеме соленоидом закрутки 32 и ионизируют атомы атмосферного воздуха. В результате образуются ионы воздуха, которые под действием электрического поля начинают с большой скоростью двигаться в направлении выходной разделительной сетки 33. Далее они проходят замедляющий электрод 34, уменьшая свою скорость, а достигнув нейтрализатора 35, отбирают у него недостающие электроны, превращаются в нейтральные атомы, продолжая по инерции движение в сторону выпускной трубы 27 (фиг.8). Атмосферный воздух из впускной полости 12 начинает давить с силой F на лопасть 23, поворачивая ее вместе с ротором 21 и валом 22. После поворота ротора 21 на некоторый угол атмосферный воздух, находящийся между лопастей 23, попадает в выпускную лопасть 24, а затем в ионизационную камеру 29, где он будет ионизирован и все начнется сначала. Таким образом атмосферный воздух будет из впускной полости 12 перемещаться в выпускную полость 24 и удаляться из последней электрическими ионными насосами в выпускную трубу 27, образуя непрерывно в выпускной полости 24 разрежение и тем самым обеспечивая непрерывное вращение вала 22. Перед тем, как попасть во впускную полость 12, атмосферный воздух проходит очистку в воздушном фильтре следующим образом. Через отверстия между корпусом 15 и верхней крышкой 16 атмосферный воздух попадает в правый канал (фиг.6) и движется в направлении стрелки. Достигнув нижней части, он попадает в область действия ультразвукового излучателя 19, питаемого от генератора ультразвука 20. Под действием ультразвука частицы пыли ударяются друг о друга, слипаются в более крупные частицы и при движении по круговой траектории в нижней части корпуса 15 под действием центробежной силы отбрасываются вниз на нижнюю съемную крышку 17, с которой удаляются по мере необходимости, а очищенный атмосферный воздух по левому каналу поднимается вверх и поступает во впускную трубу 14. Как только вал 22 атмосферного ионного двигателя 5 наберет необходимую частоту вращения, золотник 57 золотникового переключателя гидропередачи 6 передвигается вверх, на фиг.9 показано пунктиром. Масло из выпускного штуцера шнекового насоса 44 начнет поступать в верхнюю полость гидродвигателя 45, вал 54 которого начинает вращаться и вращать гребной винт 7. В результате моторное судно начинает двигаться вперед с некоторой скоростью. Для увеличения мощности и скорости движения моторного судна последовательно коммутирующими устройствами 37 включаются второй и третий электрические ионные насосы. В результате этого последовательно будет возрастать и достигнет максимальной величины разрежение в выпускной полости 24, давление в которой резко уменьшится. Сила давления F на лопасти 23 увеличится до максимальной величины. Скорость движения моторного судна увеличится. Для уменьшения скорости движения моторного судна один или два электрических ионных насосов отключаются. После остановки для движения задним ходом необходимо ручку 59 золотника 57 передвинуть вниз. После этого масло от шнекового насоса 44 станет поступать в нижнюю полость гидромотора 45 и его вал 54 станет вращаться в противоположную сторону, моторное судно будет двигаться задним ходом (на фиг.9 показано тире и точкой).
При работающем атмосферном ионном двигателе на стоянке золотник 57 должен быть передвинут в среднее положение. В этом случае гидромотор 45 оказывается отключенным от гидронасоса 44 и последний перекачивает масло из масляного бака 46 снова в него (на фиг.9 показано сплошными стрелками). Остановка атмосферного ионного двигателя производится путем отключения высоковольтных ядерно-изотопных батарей 38 посредством коммутирующих устройств 37.
Положительный эффект: не требует органического топлива, не загрязняет окружающую среду, большая пожаробезопасность, более широкая область применения, например может быть использован на подводных аппаратах для надводного и подводного хода, меньше шума при работе силовой установки, большая автономность плавания по энергетической установке.