ВОЗДУШНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС СУДНА
SHIP AIR PROPULSION COMPLEX

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания судовых воздушных движителей, работающих в косом потоке.
Известен воздушный движитель, включающий направляющую насадку, внутри которой расположено на валу лопастное рабочее колесо, предназначенный для использования на судах в качестве движителя (см. Воздушный движитель ВНД1, Рекламный проспект ФГУП «ЦНИИ им.акад. А.Н.Крылова», 1990 г.) - прототип.
Однако при работе движительного комплекса в косом потоке, то есть направленном под углом к продольной оси насадки, на лопастях рабочего колеса при больших углах скоса имеет место отрыв потока, сопровождаемый потерей напора и соответственно тяги движителя, в результате чего снижается КПД движительного комплекса.
Кроме того, в процессе работы движительного комплекса рабочее колесо закручивает струю, выходящую из направляющей насадки, вследствие чего имеют место потери энергии движителя на осуществление упомянутой закрутки струи. В результате, оба указанных фактора приводят к снижению КПД движительного комплекса на всех режимах его работы.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД воздушного движительного комплекса судна в условиях косого потока за счет уменьшения потерь напора и тяги рабочего колеса и за счет снижения потерь энергии, идущей на закрутку струи рабочим колесом на выходе из направляющей насадки.
Для этого в воздушном движительном комплексе судна, включающем направляющую насадку и соосно расположенное на приводном валу внутри насадки лопастное рабочее колесо, согласно изобретению во входном участке направляющей насадки размещена круговая решетка, состоящая из равномерно расположенных по кругу радиальных крученых вокруг своей радиальной оси лопаток с несимметричным профилем в количестве, кратном двум, не менее восьми. Лопатки прикреплены своими корневыми концами к ступице решетки, а периферийными - к корпусу насадки и установлены так, что хорды их профилей, образованных цилиндрическими сечениями, составляют переменный вдоль радиуса угол, измеряемый относительно направления осевого потока в направляющей насадке и нарастающий в направлении вращения рабочего колеса от своего минимального значения 0°-5° на периферийном конце до своего максимального значения 15°-30° на корневом конце. Причем пара противоположно направленных в круговой решетке лопаток расположена по вертикали. Длина хорд лопаток в круговой решетке составляет величину, равную 0,8-1,5 расстояния между профилями по длине окружности в цилиндрическом сечении решетки на радиусе, равном среднеарифметическому значению расстояния между корневым и периферийным радиусами.
Размещение во входном участке насадки круговой решетки с равномерно расположенными по кругу радиальных профилированных лопаток позволяет, в процессе взаимодействия с косо набегающим на круговую решетку потоком, произвести спрямление косого потока и придать ему направление перед рабочим колесом, практически параллельное продольной оси направляющей насадки, обеспечив набегание потока на лопасти рабочего колеса под таким углом атаки, при котором создается безотрывный режим работы его лопастей.
Использование установленных в круговой решетке крученых вокруг своей продольной оси радиальных лопаток, хорды профилей которых относительно направления осевого потока в направляющей насадке имеют переменный угол, нарастающий в направлении вращения рабочего колеса от минимального значения 0°-5° на периферийном конце до максимального значения 15°-30° на корневом конце в круговой решетке, позволяет осуществить предзакрутку потока, набегающего на рабочее колесо, и тем самым устранить вращение струи на выходе из направляющей насадки, а следовательно, - потери энергии на вращение струи рабочим колесом.
Выбор в круговой решетке числа лопаток в количестве, кратном двум и не менее восьми, с длиной хорд, равной 0,8-1,5 расстояния между профилями по длине окружности в цилиндрическом сечении решетки на радиусе, равном среднеарифметическому значению между корневым и периферийным радиусами, обеспечивает более равномерное выравнивание поля осевых скоростей по площади гидравлического сечения направляющей насадки, а расположение же по вертикали двух противоположно направленных в спрямляющей решетке лопаток обеспечивает выравнивание углов атаки на лопастях рабочего колеса в наиболее уязвимых при скошенном потоке областях рабочего сечения направляющей насадки в части отрыва потока, а именно при верхнем и нижнем положениях лопастей рабочего колеса, где углы атаки на лопастях превышают значение, при котором происходит отрыв потока на лопасти и резкое падение ее подъемной силы, а также вибрация рабочего колеса.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид воздушного движительного комплекса судна, на фиг.2 - вид А на фит.1.
Воздушный движительный комплекс судна (фиг.1) содержит направляющую насадку 1, внутри которой расположено установленное на приводном валу 2 рабочее колесо 3 с лопастями 4. Во входном участке направляющей насадки 1 размещена круговая решетка 5 из крученых вокруг своей продольной оси и равномерно расположенных по кругу радиальных лопаток 6, имеющих в сечении несимметричный профиль (фиг.2), число которых не менее восьми, но кратное двум. Лопатки 6 прикреплены своими корневыми концами к ступице 7 круговой решетки 5, а периферийными концами - к корпусу направляющей насадки 1 (фиг.2) и расположены относительно направления потока в направляющей насадке 1 так, что хорды их профилей, образованных цилиндрическими сечениями, составляют переменный вдоль радиуса угол, измеряемый относительно направления осевого потока в направляющей насадке 1. Этот угол имеет нарастающее значение в направлении вращения рабочего колеса от минимального значения 0°-5° на периферийном конце до максимального значения 15°-30° на корневом конце. Причем пара противоположно направленных в круговой решетке лопаток расположена по вертикали. Длина хорд профилей лопаток 6 в круговой решетке 5 (фиг.2) равна 0,8-1,5 расстояния между профилями по длине окружности в цилиндрическом сечении решетки на радиусе, равном среднеарифметическому значению расстояния между корневым и периферийным радиусами. Движительный комплекс расположен на верхней палубе судна (не показано).
При этом направляющая насадка 1 установлена, например, на стойках 8, закрепленных на верхней палубе 9 судна, а круговая решетка 5 может быть прикреплена непосредственно к направляющей насадке 1 или установлена с помощью автономного крепления.
Устройство работает следующим образом.
Косой внешний поток воздуха, набегающий на круговую решетку 5 под углом к ее продольной оси, проходя через решетку 5, направляется на лопасти 4 рабочего колеса 3. Профилированные лопатки 6, взаимодействуя с проходящим между ними набегающим потоком, выравнивают его поле скоростей и придают ему направление, близкое к направлению продольной оси направляющей насадки 1. Причем наилучшее выравнивание поля скоростей и направления потока обеспечивается при числе радиальных лопаток 6 в круговой решетке 5, равном не менее восьми, но это число должно быть кратным четырем. Кроме того, крученые вокруг своей продольной оси радиальные лопатки 6 в круговой решетке 5 осуществляют предзакрутку потока, набегающего на рабочее колесо 3, благодаря чему устраняется вращение рабочим колесом струи на выходе из направляющей насадки 1 и, как следствие, потеря энергии на вращение струи рабочим колесом 3.
В результате действия круговой решетки 5 выровненный поток воздуха набегает на лопасти 4 рабочего колеса 3 в направлении, практически параллельном продольной оси направляющей насадки 1, и без угла атаки, и благодаря чему на лопастях 4 рабочего колеса 3 устраняются явления отрыва потока и осуществляется предзакрутка набегающего на рабочее колесо 3 потока, приводящая к устранению вращения струи потока рабочим колесом 3 на выходе из направляющей насадки 1. Вследствие этого уменьшаются потери напора и соответственно тяги рабочего колеса 3, а также снижаются потери энергии, идущей на вращение струи рабочим колесом на выходе из направляющей насадки. В результате повышается КПД воздушного движительного комплекса судна в целом.
Предлагаемый воздушный движительный комплекс судна обеспечивает повышение его КПД в условиях косого потока за счет уменьшения потерь напора и тяги рабочего колеса и за счет снижения потерь энергии, идущей на закрутку струи рабочим колесом на выходе из направляющей насадки, что его выгодно отличает от прототипа.