ДВИЖИТЕЛЬНО-РУЛЕВОЙ КОМПЛЕКС
PROPULSION-STEERING COMPLEX

Изобретение относится к области судостроения, в частности к водометным движителям с реверсивно-рулевым комплексом.
Известен движительно-рулевой комплекс, содержащий корпус, двигатель, движитель с реверсивно-рулевым устройством: И.Н. Ерлыкин и др. «Катер с водометным движителем». Издательство «Судостроение», Ленинград, 1989 г., стр. 12-14. рис. 6.
Недостатком этого комплекса является большой вес, высокое гидродинамическое сопротивление, возникающее при прохождении воды в трубе, и высокая стоимость устройства.
По заявляемому результату наиболее близкое изобретение «Водометный движительно-рулевой комплекс», патент RU 2245818 С2, МПК В63Н 11/08 от 10.02.2005 г., содержащий корпус, двигатель, движитель с реверсивно-рулевым устройством.
Изобретение уменьшает габариты и вес движителя, гидродинамическое сопротивление, но недостатками его по-прежнему будут большой вес и габариты двигателя, движителя, высокое гидродинамическое сопротивление потоку воды в трубе, высокая стоимость комплекса, сложное устройство двигателя и зависимость его эксплуатации от топлива, используемого при работе.
Цель изобретения - снизить вес и габариты двигателя, движителя, уменьшить гидродинамическое сопротивление, уменьшить стоимость изделия, упростить устройство и эксплуатацию двигателя и уменьшить зависимость его работы от топлива.
Поставленная цель достигается тем, что в водометном движительно-рулевом комплексе, содержащем корпус, двигатель, движитель с реверсивно-рулевым устройством, основной поршень камеры сгорания соединен штоками с вспомогательным и водометными поршнями и с двуплечим рычагом, при этом шток вспомогательного поршня взаимодействует с рычагом через пазы в нем и головку штока, причем нижнее основание вспомогательного поршня и соответствующая основанию сторона цилиндра снабжены дисковыми пластинами, и как минимум одна пластина выполнена из металла, соединена с источником высокого напряжения и изолирована от частей устройства, при этом вторая пластина выполнена электретом с высоким удельным зарядом, что движитель выполнен с реверсивно-рулевым устройством в виде цилиндра с водометным поршнем, цилиндр заканчивается соплом, в котором размещено рулевое устройство, а в стенках цилиндра выполнены боковые заслонки.
Фиг. 1 - общий вид комплекса,
Фиг. 2 - вид сверху на двуплечий рычаг,
Фиг. 3 - разрез двуплечего рычага,
Фиг. 4 - вспомогательный поршень,
Фиг. 5 - двуплечий рычаг с выступом,
Фиг. 6 - шток с головкой,
Фиг. 7 - поршень камеры сгорания с водометным поршнем.
Движительно-водометный комплекс состоит из корпуса судна, двигателя с реверсивно-рулевым устройством.
Двигатель состоит как минимум из четырех цилиндров 1. Каждый цилиндр 1 содержит камеру сгорания 2 с клапанами 3 и 4, форсункой 5, поршнем 6. Поршень 6 соединен штоком 7 с вспомогательным поршнем 8, размещенном в цилиндре 9, и штоком 10 с водометным поршнем 11, размещенном в цилиндре 12. Вспомогательный поршень 8 одновременно является и якорем 13, и нагнетателем воздуха, а на нижней стороне снабжен дисковой пластиной 14, выполненной электретом с высоким удельным зарядом. Цилиндр 9 снабжен клапанами 15 и 16, металлической дисковой пластиной 17, соединенной с источником высокого напряжения (не показан), изолированной от деталей устройства, а на цилиндре размещена электрообмотка 18. Поршень 8 снабжен штоком 19, который взаимодействует через шарообразный сегмент с головкой 20 и с двуплечим рычагом 21. Поверхности в местах контакта штока 19 и головки 20 с рычагом 21 снабжены электретами 22. Цилиндр 12 снабжен соплом 23, боковыми заслонками 24 и реверсивно-рулевым устройством 25. Двуплечий рычаг 21 снабжен осью 26, выполненной в корпусе 27.
В корпусе поршня 6 камеры сгорания выполнена полость 28, а в водометном поршне 11 - полость 29. Полости 28 и 29 соединены между собой одним или несколькими каналами 30, выполненными в штоке 10, снабженными как и полости 28 и 29 капиллярами (не показаны) и частично заполненные жидкостью, например водой (тепловая труба). Головка 20 левого штока 19 выполнена по весу больше, чем головка 20 правого штока 19.
Для задержки движения поршня камеры сгорания в момент воспламенения в корпусе выполнены выступы 31.
Движительно-рулевой комплекс работает следующим образом. В исходном, не рабочем положении поршни 6, 8 и 11 и рычаг 21 занимают крайнее положение за счет разности веса плеч рычага 21. Для запуска двигателя в один из четырех цилиндров 1 в его камеру сгорания 2 под давлением подается топливная смесь. После чего одним из известных способов, воздействуя на рычаг 21 или поршень 8, сжимается топливная смесь в камере сгорания 2 до самовоспламенения и на дисковую металлическую пластину 17 подается потенциал от источника высокого напряжения. Величина потенциала определяет объем камеры сгорания 2, увеличивая или уменьшая кулоновские силы отталкивая между пластинами 14 и 17 вследствие изменения заряда пластин 14, 17, и зависит от сорта топлива, от количества и качества подаваемой топливной смеси, от мощности двигателя. При этом одновременно в другую камеру сгорания 2 поступает топливная смесь. После воспламенения топливной смеси происходит рабочий ход в первой камере сгорания 2, поршень 6 идет вниз. Вместе с ним идет вниз еще один поршень 6, в камеру сгорания которого поступает топливная смесь. Оба поршня 6 через водометные поршни 11 выталкивают воду из сопел 23, создавая тягу. В это же время два поршня 6 идут вверх. В одном из них сжимается топливная смесь до самовоспламенения, в другом идет удаление отработанных газов через клапан 3. Одновременно за счет разряжения, создаваемого под поршнями 11 в цилиндры 12 устремляется вода. В дальнейшем все меняется и повторяется. Каждый поршень 6 выполняет 4 такта. Водометные поршни 11 работают на два такта. При каждом такте идет выброс воды из двух сопел 23.
Управление ходом судна осуществляется с помощью реверсно-рулевого устройства, состоящего из рулевого устройства 25 и заслонок 24. С помощью отклонения руля 25 судно изменяет курс судна. Для включения заднего хода рулевое устройство 25 перекрывает сопло 23 и открываются боковые заслонки 24 (штрих пунктир). Вода, истекая из под заслонок 24, создает тягу для заднего хода. Управление курсом судна при этом осуществляется путем открытия створок 24 на разный угол.
При движении поршней 6 движутся поршни 8 и 11. Поршни 8 являются и якорями электрических машин и нагнетателями воздуха с помощью клапанов 15 и 16. Сжатый воздух используется для подготовки топливной смеси и др. Электричество, вырабатываемое при движении поршней 8 с якорями 13 в электрообмотке 18, используется для работы вспомогательных приводов и других нужд.
Рычаг 21 совершает колебательные, маятниковые движения относительно оси 26. В местах его контакта со штоками 19 и их головками 20 действуют большие силы и значительное трение. Для уменьшения трения или полного его устранения в местах контакта рычага 21 со штоками 19 и их головками 20 поверхности снабжены электретами 23 или тонкими дисковыми металлическими пластинами, соединенными с источником высокого напряжения, изолированными от деталей устройства.
Головка 20 штока 19 с помощью шарообразного сегмента в сочленении поворачивается по отношению к штоку 19 и во время работы занимает положение, параллельное поверхности рычага 21, что увеличивает площадь контакта и уменьшает нагрузку на единицу площади.
Двигатель комплекса может работать в режиме дизеля. В этом случае воздух, поступающий через входной клапан 4, будет сжиматься до температуры 700°С, а затем топливная смесь впрыскивается через форсунку 5.
Для работы в детонационном режиме при начале воспламенения топливной смеси осуществляют задержку движения поршней кратковременно с помощью выступов 31. Отсутствие кривошипно-шатунного механизма, коленвала и других частей, присутствующих у известных двигателей, отсутствие жестких ударных соприкасаний, осуществление задержки движения поршня 6 при начале самовоспламенения, впрыск воды при такте расширения, надежное охлаждение поршня 6 и других деталей двигателя позволяют осуществлять работу двигателя в наиболее выгодном детонационном режиме. Впрыск воды через форсунку 5 на такте расширения позволяет снизить температуру уходящих газов и увеличить мощность двигателя.
Дополнительное охлаждение поршня 6, наиболее уязвимой детали при работе с высокими температурами с помощью полостей 28 и 29, выполненных в поршне 6 и поршне 11 и соединенных между собой каналом (каналами), все вместе представляющим тепловую трубу, где полость 28 - испаритель, а полость 29 - конденсор. Жидкость испаряется в испарителе (поршень 6), отбирая тепло и пар по каналу 30, направляется в полость 29 водометного поршня, конденсируется здесь и по капиллярам жидкость поступает в поршень 6, где снова испаряется.
Отходящие газы с камеры сгорания 2 направляются на турбину. Узел охлаждения и использования тепла уходящих газов и охлаждающей воды, узел подготовки топлива по изобретению патент 2472016 МПК F02B 43/10 от 29.03.2011 г.
Предлагаемое изобретение упрощает конструкцию двигателя и движителя, уменьшает металлоемкость и вес, уменьшает потери на трение, стоимость устройства, позволяет работу (эксплуатацию) как в надводных, так и подводных судах, увеличивает КПД двигателя.