Волновой двигатель-движитель

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к двигателям и движителям, использующим энергию морских волн при движении судна. Волновой двигатель-движитель содержит подводное крыло, соединенное подвижно с баллером. Баллер шарнирно соединен с конструкцией корпуса судна, способной совершать возвратно-поступательные перемещения по вертикали, сообщая при этом кинетическую энергию судовому потребителю, например движителю типа "машущее крыло". Крыло способно перемещаться в нос или корму относительно баллера, располагая центр давления носовее или кормовее оси баллера. Рычагами крыло связано с механизмами формирования угла атаки. При смещении крыла в корму оно работает как балансирное, создавая волновую тягу и передавая энергию на потребитель. При совмещении центра давления крыла с осью баллера оно работает только как двигатель, передавая энергию судовому потребителю. При расположении центра давления крыла впереди баллера крыло также работает в качестве двигателя, реагируя даже на слабое волнение моря при любой скорости хода. Достигается повышение эффективности использования энергии морских волн для движения судна при различных условиях плавания. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к судостроению, а именно к двигателям и движителям, использующим энергию морских волн для движения судна.

Известен волновой двигатель-движитель (ВДД), содержащий подводное крыло, установленное на подвижном основании, соединенном с корпусом судна, с возможностью плоского возвратно-поступательного перемещения и кинематически связанное с судовым потребителем кинетической энергии, например с движителем типа "машущее крыло" (1) или с генератором, вырабатывающим энергию для двигателя, работающего на гребной винт (2) (1. Заявка на изобретение N 98116013/28 (017426) от 17.08.1988 г., по которой производится экспертиза в ФИПСе. 2. Заявка ФРГ N 3425426, МКИ B 63 H 19/02, опублик. 16.01.86).

Недостатком известного устройства является недостаточно полное использование энергии морских волн, натекающих на судно, для получения тяги. Это обусловлено работой крыла на углах атаки к набегающему потоку, не близких к оптимальным, а также срывом потока при ходе судна малым ходом при сильном волнении, когда углы атаки превышают критические.

Предложенное техническое решение предназначено для повышения эффективности использования энергии морских волн для движения судна при различных условиях плавания.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый волновой двигатель-движитель снабжен крылом, установленным на баллере, с которым крыло соединено подвижно с возможностью перемещения относительно баллера параллельно хорде крыла и снабжено механизмом перемещения, а баллер шарнирно связан с подвижным основанием и механизмом формирования угла атаки крыла к набегающему потоку.

Механизм формирования угла атаки крыла к набегающему потоку может быть выполнен в виде регулируемых упоров и упругого элемента.

На фиг. 1 показан волновой двигатель-движитель, вид сбоку со стороны корневой хорды.

На фиг. 2 - положение крыла ВДД, при котором его центр давления смещен в сторону кормы судна.

На фиг. 3 - положение крыла ВДД, при котором его центр давления смещен в сторону носа.

На фиг. 4 показан пример использования волнового двигателя-движителя в волнодвижительной установке судна.

Крыло 1 посредством баллера 2 соединено с подвижным основанием, например стойкой шарнирно-параллелограммного механизма 3, баллер 2 с помощью рычага 4 соединен с пружиной 5. Клин 6 контактирует с регулируемым упором 7.

Баллер 2 неподвижно закреплен на ползуне 8. Благодаря направляющим 9 крыло 1 имеет возможность перемещаться по ползуну 8 параллельно хорде крыла в сторону носа или кормы судна. Перемещение осуществляется валом с резьбой 10, контактирующей с резьбой ползуна 9, при помощи двигателя 11, вращающего вал с резьбой в подшипниках 12.

Режим работы волнового двигателя-движителя зависит от многих факторов и прежде всего от волнения моря, скорости хода и качки судна.

Рассмотрим работу ВДД, например, в составе волнодвижительной установки, показанной на фиг. 4.

Если по условиям плавания целесообразно, чтобы крыло 1 не поворачивалось при воздействии на него скошенного набегающего потока, крыло перемещают в положение, когда его центр давления совпадает с осью баллера. Перемещение крыла осуществляют вращением вала с резьбой 10, при помощи двигателя 11 и стопорят крыло регулируемым упором, переместив его в крайнее верхнее положение. В результате крыло ВДД совершает возвратно-поступательное движение и передает кинетическую энергию движителю типа "машущее крыло".

В этом случае вертикальная составляющая подъемной силы крыла существенно больше горизонтальной составляющей - волновой тяги, а следовательно, функция двигателя в волновом двигателе-движителе будет превалировать над функцией волнового движителя.

При усилении волнения моря или качки судна, а также при снижении скорости хода увеличивается угол скоса набегающего потока, в результате чего угол атаки крыла может достигнуть закритической величины, а подъемная сила резко упасть. Во избежание этого, а также для снижения гидродинамического сопротивления крыла на дократических углах атаки угол атаки необходимо уменьшать поворотом крыла.

Для автоматического поворота крыла под действием набегающего потока необходимо создать момент вращения. Для этого крыло перемещают в сторону кормы. Между центром давления крыла и осью баллера образуется плечо, создается момент вращения крыла. Пружина 5 препятствует повороту крыла во флюгерное положение, и крыло устанавливается с некоторым углом атаки к набегающему потоку. На крыле образуется подъемная сила, которая при разложении на составляющие создает волновую тягу, движущую судно вперед, и вертикальную составляющую, которая через подвижное основание 3 передает кинетическую энергию движителю типа "машущее крыло".

Установкой зазора между клином 6 и регулируемым упором 7 можно обеспечить необходимые предельные углы поворота крыла 1.

При движении судна полными ходами при слабом волнении и слабой качке, когда угол скоса потока крайне мал, а волновая тяга практически равна нулю, ВДД переводят на работу в режиме волнового двигателя. Для этого крыло 1 перемещают в сторону носа так, чтобы его центр давления находился впереди баллера, а упор 7 регулируют на строго определенный малый угол поворота крыла 1.

Крыло в этом случае работает следующим образом. При набегании на крыло встречного потока, обусловленного скоростью хода судна и скоростью вертикального перемещения воды при орбитальном движении, крыло поворачивается в сторону, противоположную повороту во флюгерное положение, на угол, который в сумме с углом скоса потока равен углу атаки, при котором гидродинамическое качество максимально.

При изменении направления набегающего потока крыло 1 под действием пружины 5, пройдя нейтральное положение, отклоняется в противоположную сторону.

Подъемные силы, возникающие на крыле при отклонении в ту и другую стороны, почти вертикальны. Эти силы перемещают подвижное основание вверх или вниз, а кинетическая энергия от этого перемещения передается движителю типа "машущее крыло".

Волновой двигатель-движитель обеспечивает высокие тяговые характеристики за счет энергии морского волнения в широком диапазоне волнения моря и скорости хода судна, может использоваться на судах различного водоизмещения, в том числе на малокачающихся судах и плавсредствах.

Формула изобретения

1. Волновой двигатель-движитель, содержащий подводное крыло, установленное на подвижном основании, соединенном с корпусом судна, с возможностью плоского возвратно-поступательного перемещения и кинематически связанное с судовым потребителем кинетической энергии, например с движителем типа "машущее крыло" или с генератором, отличающийся тем, что он снабжен баллером, с которым крыло соединено подвижно с возможностью перемещения относительно баллера вдоль хорды крыла, при этом крыло снабжено механизмом перемещения, баллер связан с подвижным основанием шарнирно, а на баллере жестко закреплены рычаги для кинематической связи с механизмами формирования угла атаки крыла к набегающему потоку, которыми снабжен волновой двигатель-движитель.

2. Волновой двигатель-движитель по п.1, отличающийся тем, что устройство формирования угла атаки крыла к набегающему потоку содержит регулируемые упоры и упругий элемент.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4