СУДОВОЙ ДВИЖИТЕЛЬ
MARINE PROPULSOR

Изобретение относится к судостроению, а именно к судовым движителям мелководных плоскодонных судов.
Известны судовые движители в виде шеста, весла, паруса, гребного колеса, гребного винта, крыльчатого движителя, воздушного винта, водометного движителя, воздушно-реактивного двигателя, плавниковые движители, движители типа «Апизод» [1, 2, 3, 4].
Наиболее близким к предлагаемому судовому движителю является водометный движитель, который состоит из импеллера (винта крыльчатки насоса) с валом привода, водовода (водометной трубы), спрямляющего аппарата и реверсивно-рулевого устройства [5]. В водоводе, представляющем собой профилированную трубу, водяной поток ускоряется либо лопастным механизмом (гребной винт, крыльчатка насоса), либо энергией сгорания топлива или давлением сжатого газа, что и обеспечивает направленный выброс струи через выпускное отверстие в корме. Отбрасываемая масса воды создает упор движителя, что и приводит судно в движение. Водоводы располагаются внутри или снаружи корпуса судна. Эффективность водометного движителя зависит от формы водоводов, места расположения и конструкции водозаборников.
Недостатком водометного движителя является меньший по сравнению с ходовым винтом коэффициент полезного действия вследствие того, что реактивная водяная струя компактна, выходит из кормы судна в движущийся назад поток воды.
Теоретически можно записать, что количество движения реактивной струи водометного движителя в основном затрачивается на получение силы тяги и на придание скорости отталкиваемого потока воды.
1
1
c
2
2
2
1
1
c
T
2
2
m(v-v)=FΔt-mv или ρQΔt(v-v)=FΔt-ρQΔtv,
1
1
m=ρQΔt - масса воды, истекающей через сопло;
где ρ - плотность воды;
1
Q - подача воды через выпускное отверстие (сопло) в корме;
1
v - скорость истечения воды через сопло;
c
v - скорость судна;
2
2
т
F - сила тяги; F=F
2
2
m=ρQΔt - масса воды, от которой отталкивается реактивная струя;
2
2
v - скорость движения массы воды m.
Нами выявлено, что струя воды, направленная на наружные сферическую и цилиндрическую поверхности, создает тяговое усилие, обусловленное силой взаимодействия слоя обтекающей воды с водой под судном.
Задача изобретения - использование обтекающей по цилиндрической или сферической поверхности судна слоя воды в качестве судового движителя.
Поставленная задача достигается тем, что нос судна выполнен в виде части цилиндрической или сферической оболочки, на переднюю наружную поверхность которой под давлением из сопла сверху или сверху-сзади подается вода, которая, растекаясь вниз, создает толкающее усилие вследствие взаимодействия широкоплоскостного слоя воды с водой под ватерлинией плоскодонного судна, и рабочая поверхность оболочки выполнена гладкой и гидрофобной; положение сопла регулируется по высоте и наклону, выходное сечение щелевидного сопла ориентировано поперек носа судна.
На фиг. 1 показана схема судового движителя при направлении потока воды из сопла сверху на наружную цилиндрическую поверхность; на фиг. 2 - вид сверху судового движителя; на фиг. 3 - сопло, вид сбоку; на фиг. 4 - вид А (снизу) сопла.
2
1
1
1
Плоскодонное судно 1 с верхней отбортовкой 2 погружено в воду до ватерлинии 3. Нос судна выполнен в виде цилиндрической поверхности 4. Создается толкающее усилие F вследствие взаимодействия широкоплоскостного потока с водой под ватерлинией плоскодонного судна. Вода с расходом Q подается в сопло 5 с щелевым выходным отверстием 6, откуда плоская струя 7 направляется по касательной к верхней части цилиндрической поверхности под углом и с большой скоростью v слой воды 8 обтекает цилиндрическую переднюю носовую часть судна. При этом образуется тяговое усилие на элементарную массу m слоя воды на цилиндрической поверхности, движущейся со скоростью v.
1
Стекающий по гладкой и гидрофобной цилиндрической поверхности носа судна слой воды шириной b и толщиной δ при скорости v имеет количество движения
Это количество движения ударяется об слой воды под ватерлинией, при этом около носа образуется впадина 9. Слой воды 8 воздействует на воду под плоским дном 10 судна, толкая назад, при этом образуется сила тяги F и происходит движение судна вперед.
1
1
c
2
3
m(v+v)=FΔt-mv
1
1
c
2
2
ρQΔt(v+v)=FΔt-ρQΔtv
1
1
c
2
3
Отсюда F=ρQ(v+v)-ρQv.
2
3
Из формулы видно, что установка судового движителя на носу увеличивает силу тяги. Необходимо уменьшить величину ρQv. Это достигается воздействием широкого слоя воды 8 с рабочей поверхности носа на воду под плоским дном 10 судна. Слой воды 8 не отрывается от гладкой гидрофобной цилиндрической поверхности 4 носа вследствие прилипания согласно эффекту Коанда. Положение судна регулируется по высоте установки Н над рабочей поверхностью судна и углу наклона Q.
Ориентация щелевидного выходного отверстия 6 сопла 5 в передней части поперек носа позволяет получить на рабочей поверхности равномерный по толщине слой стекающей воды. Передвижением сопла по линии 11 вправо-влево управляется курс судна.
Судовой движитель может быть использован во время муссонных дождей в тропиках, при этом дождь собирается и направляется на нос судна.
Нос судна и корма могут быть идентичными, тогда задний ход достигается направлением потока воды в сопло кормы.
Источники информации
1. Лучанский И.А., Яновский А.А. От весла до водомета. - Л.: судостроение, 1964.
2. Большая Советская Энциклопедия. Т.25. - М.: Изд-во «Сов. Энциклопедия», 1976, - 51 с.
3. http://korabley.net/news/dvizhiteli
4. http://bse.sci-lib.com/article
5. http://ru.wikipedia.org