Судовой гусеничный лопастной движитель

 

Изобретение относится к движительному комплексу судна. Сущность изобретения: судовой гусеничный лопастной движитель содержит лопасти, приводимые в движение двумя параллельными цепями, каждая из которых натянута на двух зубчатых колесах, разделяющих ленту на кормовую и носовую части, орган для фиксирования ориентации лопастей установлен на кормовой части ленты лопастей, а узел крепления движителя к судну выполнен в форме шарнира с возможностью изменения углового положения движителя относительно продольной оси судна в горизонтальной плоскости. Изобретение рекомендуется применять на большегрузных тихоходных судах. 4 ил.

Изобретение относится к судостроению, в частности к движительным комплексам судов.

Известен подводный движитель, состоящий из лопастей, приводимых в движение движущейся цепью, огибающей два цепные зубчатые колеса. Лопасти перпендикулярны к плоскости этих колес и свободно вращаются вокруг их осей, насажанных на ведущую цепь, и имеют на их осях одну кулачковую поверхность, идущую вдоль канавки на одной стороне движителя (заявка на патент Великобритании N 2.031.828 B63H 1/34).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату в заявленному изобретению является водяной гусеничный движитель (реактивный тяговый генератор) по заявке на патент Франции N 2.534.636, B63H 1/34, фиг. 2, содержащий вертикально размещенные лопасти 1, приводимые в движение двумя параллельными цепями 2, каждая из которых натянута на двух горизонтальных зубчатых колесах 3, разделяющих ленту на кормовую 4 и носовую 5 части, орган для фиксирования ориентации лопастей 6 и узел крепления движителя к судну 7.

Недостаток движителя орган для фиксирования ориентации лопастей (установочный узел) 6 установлен как на кормовой 4, так и носовой 5 частях ленты движителя, а также бесшарнирный (жесткий) узел крепления движителя к судну 7.

Технический результат достигается тем, что в известном судовом гусеничном лопастном движителе орган для фиксирования лопастей установлен на кормовой части ленты лопастей, а узел крепления движителя к судну 7 выполнен в форме шарнира с возможностью изменения углового положения движителя относительно продольной оси судна в горизонтальной плоскости.

Эти отличительные от прототипа признаки обеспечивают получение положительного эффекта по сравнению с аналогом.

В указанном движителе (ближайший аналог) лопасти, установленные под острым углом атаки и безотрывно обтекаемые водой, двигают сначала слева-направо (по ходу судна), потом, после разворота, под тем же углом атаки справа-налево, перпендикулярно продольной оси судна. Это устройство представляет собой развернутые в вертикальной плоскости два соосных гребных винта, вращающихся в разные стороны и использующих только реакцию струи, отброшенной лопастями против движения судна подъемную силу. Лобовое же сопротивление не используется, оно нагружает движитель парой сил MX1X2, пытаясь развернуть его вокруг центра тяжести (по часовой стрелке).

Предлагаемый движитель эффективней движителя-прототипа. Как видно из фиг. 2, в ближайшем аналоге используется только реакция отброшенной лопастями струи подъемная сила. Лобовое же сопротивление X лопастей создает пару сил MX1X2, стремящуюся развернуть движитель (по часовой стрелке) или разрушить его, что и является потерей энергии при этом способе.

Необходимо сделать так, чтобы работающая лопасть целиком отдавала движению свою полную энергию взаимодействия с водой полную гидродинамическую силу, включая лобовое сопротивление. Для этого необходимо устранить действие пары сил на известный движитель, оставив на одной стороне силу лобового сопротивления, направленную в сторону движителя. Этого можно достичь лишь флюгированием лопастей на другой стороне движителя. Лобовое сопротивление лопастей на рабочей стороне движителя, будучи геометрической составляющей полной гидродинамической силы, сдвинет направление тяги в сторону действия полной гидродинамической силы R (фиг.4). Для получения же тяги, направленной по продольной оси судна, необходимо повернуть получившийся движитель по часовой стрелке на угол между подъемной и полной гидродинамической силами, при этом лопасть приобрела, наряду с движением слева-направо, и одновременно сократить движения назад, т.е. отталкивание от воды по отношению к движущемуся судну, при этом в качестве упора (тяги) используется не только лобовое сопротивление X и не только подъемная сила Y лопастей, а их геометрическая сумма полная гидродинамическая сила R (фиг.3). Как видно из рисунка, лопасти фактически отталкиваются от полной гидродинамической силы R. А любое отталкивание обязательно предполагает и наличие холостого хода для совершения нового отталкивания.

Сравним эффективность известного и предложенного движителей (фиг. 2 и 3). Обозначим отношение полной гидродинамической силы лопасти к ее подъемной силе: При количестве лопастей n движитель Франции развивает тягу T1=Yn а предложенный: Однако предложенный движитель потребляет половинную мощность по сравнению с прототипом, т.к. в нем тормозится лишь одна сторона лопастей, т.е. половина лопастей. Приведем движители к одной мощности, т.е. увеличим потребление мощности вдвое в предложенном движителе. Это можно сделать, увеличив вдвое число работающих лопастей предложенного устройства, т.е. привести их число к числу работающих (заторможенных) лопастей движителя Франции.

Полученная тяга: Соотнесем полученные тяги:
Т. о. тяга предложенного движителя при одинаковой потребляемой мощности больше тяги движителя Франции в раз. Отношение же полной гидродинамической силы к подъмной силе лопасти на больших углах атаки может достигать двух.

Кроме увеличения тяги движителя обеспечивается также использование его в качестве рулевого управления. Шарнирное соединение движителя к корме судна позволяет поворачивать его так, чтобы полная гидродинамическая сила давала то правую, то левую боковую составляющую.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана гидродинамическая схема движителя-аналога; на фиг. 2
гидродинамическая схема движителя прототипа; на фиг. 3 гидродинамическая схема предлагаемого движителя; На фиг. 4 гидродинамическая схема движителя - прототипа при устранении пары сил и флюгировании лопастей при движении их справо-налево.

Изобретение осуществлено гусеничным лопастным движителем.

Движитель (фиг.3) состоит из двух пар зубчатых колес 1, расположенных в параллельных плоскостях и обтянутых цепями 2, к которым прикреплены лопасти 3, продольные оси которых снабжены кулачками, имеющими возможность проходить в зазоре желоба 4, установленного на кормовой стороне движителя. Кроме того, движитель снабжен вертикальным шарниром 5 с возможностью углового поворота движителя в горизонтальной плоскости, состоящим из стержня, жестко прикрепленного к корме судна посредством кронштейна 6 и втулки, жестко прикрепленной к движителю и свободно надетой на стержень. На верхней оконечности втулки жестко закреплен поворотный шкив, взаимодействующий с натяжителями, идущими от рулевой колонки (на черт. не показаны). Движитель содержит также привод в виде угловой зубчатой передачи, соединенной с ведущими зубчатыми колесами и с педальным механизмом (на фото не показан). Ведущий вал привода телескопически раздвижной.

Гусеничный движитель работает следующим образом.

Ноги через педали, угловую коническую передачу, карданный вал приводят в движение зубчатые колеса 1 и цепи 2. В правого положения лопасть, двигаясь налево, попадает кулачком в зазор желоба 4, устанавливаясь под острым углом к линии движения, создавая при этом тягу судна. Пройдя желоб, кулачок выходит из зазора желоба, давая возможность лопасти свободно вращаться вокруг продольной оси и флюгироваться (двигаться по нулевым углам атаки) при ее движении в левое исходное положение. Необходимый поворот движителя относительно продольной оси судна в горизонтальной плоскости достигается посредством шарнира 5, прикрепляющего движитель к корме судна посредством кронштейнов 6. Усилия рук от рулевой колонки передаются через трос и поворотный шкив на движитель, который, не прерывая работы, поворачивается на стержне 5 узла крепления движителя к судну на необходимый угол.

Выравнивание траектории судна решается посредством поворота движителя по часовой стрелке на угол b. В результате этого поворота полная гидродинамическая сила направлена вдоль оси судна, и оно двигается прямо, но намного дальше, чем прототип. При этом физическая сущность использования лобового сопротивления заключается в появлении отталкивания лопастей относительно судна, т.е. движения лопастей назад одновременно с движением лопасти поперек продольной оси слева-направо. Эта одновременность движения лопастей в двух координатах обеспечивает использование ими полной гидродинамической силы на докритическом углу атаки, т.е. в наиболее выгодном режиме плавного обтекания лопастей, что в свою очередь обуславливает минимальные потери энергии в воде и наибольшую тягу судна. Таким образом, на каждую из лопастей движителя действует полная гидродинамическая сила, направленная параллельно продольной оси судна, при этом лобовое сопротивление X, как и подъемная сила Y, является составляющими тяги (упора) судна. При дальнейшем повороте движителя по часовой стрелке, судно идет по дуге влево. Эти повороты судна направо и налево при соответствующих поворотах движителя свидетельствует о том, что они являются результатом действия полных гидродинамических сил лопастей.

Предложенный способ передвижения в воде альтернатива гребному винту в диапазоне малых скоростей хода судов, преимущественно на большегрузных тихоходных судах танкерах, баржах, паромах.


Формула изобретения

Судовой гусеничный лопастной движитель, содержащий вертикально расположенные лопасти, закрепленные на параллельных цепях, взаимодействующих с двумя горизонтально расположенными зубчатыми колесами, размещенными между носовой и кормовой частями ленты, содержащими органы фиксирования ориентации лопастей и узел крепления движителя к судну, отличающийся тем, что орган фиксирования ориентации лопастей установлен на кормовой части ленты, а узел крепления движителя к судну выполнен в форме шарнира с возможностью изменения углового положения движителя относительно продольной оси судна в горизонтальной плоскости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к судостроению, в частности к средствам активного управления судов

Изобретение относится к водному транспорту, в частности к средствам активного управления и средствам динамической стабилизации судов

Изобретение относится к судостроению , в частности к системам движительнорулевых колонок для обеспечения хода и маневренности

Изобретение относится к судостроению , о частности к конструкции морских полупогружных платформ

Изобретение относится к системам управления судами и их стабилизации

Изобретение относится к судостроению , в частности к устройствам для подвода рабочего тела под давлением через вращающийся вал к исполнительным механизмам двигателей

Изобретение относится к судостороению, а именно к конструированию движителей плавсредств, в основе которых используются вращаемые роторы (цилиндры)

Изобретение относится к судостороению, а именно к конструированию движителей плавсредств, в основе которых используются вращаемые роторы (цилиндры)

Изобретение относится к водному транспорту, а при стационарном расположении может быть использовано в качестве насоса
Наверх