ВИНТ С КУМУЛЯТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ
SCREW WITH CUMULATIVE EFFECT

Изобретение относится к судостроению, авиастроению, построению аэроглиссеров, судов на воздушной подушке и касается конструкций гребных и воздушных винтов в кольцевых насадках.
Известен "винтовой движитель" RU 2161106 С1, в котором гребной винт расположен в плоскости входного среза насадки, а насадка выполнена в виде воронки с плавными переходами от конуса воронки к ее трубке.
Известен также "судовой гребной винт в насадке" SU 1041027 А, содержащий ступицу и лопасти, жестко связанные внешними концами с кольцевой насадкой, имеющей внутреннюю конусность, и выполненные с постоянным сечением по длине лопасти в виде крыльевого профиля. Последний из них является наиболее близким прототипом.
Недостатком такого винта является:
- высокое разряжение между винтом и кормой судна,
- низкие кавитационные характеристики, как следствие резко выраженных центробежных потоков, создаваемых лопастями, и большого угла их отражения вдоль оси вращения винта,
- необходимость профилирования лопастей для снижения сопротивления, создаваемого их толщиной, необходимой для обеспечения прочности винта.
Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия винта, снижение кавитации, вибрации и шума, а также повышение технологичности его производства.
Это достигается тем, что винт выполнен в виде конуса, составленного из рядов вогнутых лопастей, разграниченных и закрепленных вогнутыми обечайками; вершиной конуса является ступица. Вращаясь, винт создает плотный, относительно однородный и остронаправленный вдоль оси своего вращения поток воды, противоположный движению судна, с меньшей турбулентностью в нем и с меньшим разряжением перед судном, что повышает коэффициент полезного действия, снижает вибрацию и шум. Прочная конструкция из вогнутых лопастей и вогнутых обечаек позволяет выполнять винт из тонкого, относительно его размеров, листового легированного проката, без профилирования их по ширине и длине. Это дает возможность производить его на серийном металлообрабатывающем и сварочном оборудовании, что повышает его технологичность. Конструкция позволяет также выполнить винт из композиционных материалов.
На фиг.1 показан общий вид винта с сегментным разрезом, на фиг.2 - вид винта со стороны кормы.
Винт состоит из ступицы 1, лопастей 2 и обечаек 3.
Устройство работает следующим образом. При вращении ступицы винта 1 закрепленные к ней лопасти 2, образующие конус, разграниченные и закрепленные обечайками 3, производят захват воды. Лопасти, находящиеся на первом от ступицы ряду, создают отраженные потоки. Близлежащие друг другу части потока, сходящие по задним кромкам этих лопастей, имеют относительно небольшую разницу скоростей. Это снижает турбулентность потока с тыльной стороны лопасти, что сокращает затраты энергии на сопротивление при его создании. Созданный совокупный поток плавно перемещается внутри конуса винта в сторону, противоположную движению судна. Внутренняя часть потока смыкается за ступицей. Наружная часть потока за счет вогнутости обечайки плавно направляется к центру. В следующих рядах лопастей происходит аналогичный процесс, но за счет большего диаметра, а соответственно, и более высоких линейных скоростей формируются и направляются потоки более высокой плотности, которые уплотняют предыдущие к центру, что способствует большей направленности общего потока вдоль оси вращения и его ускорению. Забор воды происходит по конической поверхности, образованной рядами лопастей, площадь которой больше площади выходного сечения в основания винта, что дополнительно увеличивает скорость потока, созданного винтом, за счет этой же конструктивной особенности уменьшается разряжение между винтом и кормой судна. Лопасти, относительно короткие и узкие, разнесенные в пространстве конуса, делают поток относительно однородным и способствуют уменьшению вибрации и шума. Число рядов лопастей, число лопастей в ряду и их угол атаки, линейные и радиусные размеры винта и его элементов определяются выходной мощностью и скоростью на выходном валу. Аэродинамика кумулятивного винта аналогична его гидродинамике.