Винтовой движитель

 

Изобретение относится к судостроению и авиации, касаясь создания винтовых движителей для использования их в жидкой и газовой средах, например у надводных или подводных судов, самолетов, вертолетов, аэросаней и других транспортных средств аналогичного типа. Винтовой движитель включает в себя винт и насадку. Внутри этой насадки размещен винт. Винт находится в плоскости входного среза насадки. Насадка выполнена в виде воронки с плавными переходами от конуса воронки к ее трубке. Отношение площади входного сечения воронки к площади сечения трубки удовлетворяет условию 1,1 < S_вх/S_тр ≅ 2,5, где S_вх - площадь входного сечения воронки, S_тр - площадь сечения трубки. Технический результат реализации изобретения заключается в уменьшении кавитации, снижении шумовых эффектов и повышении КПД. 1 ил.

Изобретение относится к движителям для жидкой и газовой среды, т.е. приспособлениям, создающим тягу за счет взаимодействия с движущейся или неподвижной средой. Например, движители надводных или подводных судов, самолетов, вертолетов, аэросаней, в частности к судостроению, а именно к судовым движителям в составе гребной винт-насадка для судов и других плавсредств.

Известны судовые движители, состоящие из гребного винта с расположенной перед ним насадкой. Чаще всего такая насадка имеет в продольном сечении крыльевой профиль, а гребной винт имеет свободные (незакрепленные) концы лопастей и размещен на возможно близком расстоянии за насадкой (см. патент России N 1775325, МПК: B 03 H 5/14, опублик. 1992 г., Б.И. N 42).

Основными недостатками такого технического решения являются сравнительно небольшая по сравнению с винтом в насадке сила тяги и вибрация движителя.

Известен движительный комплекс судна, содержащий гребной винт и направляющую насадку, представляющую собой кольцо, имеющее в продольных сечениях форму аэродинамического профиля и охватывающее с малым зазором кромки лопастей гребного винта (Басин А.М. и Миниович И.Я. Теория и расчет гребных винтов, Судпромгиз, 1965, с. 648).

Устройство подвержено аэрозионному разрушению вследствие кавитационных явлений на концевых сечениях лопастей гребного винта и щелевой кавитации, наблюдающейся в пространстве между концевыми кромками лопастей и внутренней поверхностью насадки.

Известен винтовой движитель, содержащий винт и конусную насадку, причем винт расположен внутри насадки (Патент России N 2128126, МПК: В 63 Н 5/14, опублик. 1999, бюл. N 9). Указанное устройство принято нами за прототип.

Прототип, как и аналоги, имеет общий недостаток: подвержен аэрозионному разрушению вследствие кавитационных явлений на концевых сечениях лопастей гребного винта, низкий КПД, высокий уровень шума.

Настоящее изобретение устраняет указанные недостатки.

Техническим результатом изобретения является уменьшение кавитации, снижение шумовых эффектов, повышение КПД.

Технический результат достигается тем, что в винтовом движителе, содержащем винт и насадку, когда винт расположен внутри насадки, винт расположен в плоскости входного среза насадки, а насадка выполнена в виде воронки с плавным переходом от конуса воронки к ее трубке, причем отношение площади входного сечения воронки к площади сечения трубки удовлетворяет условию 1,1<S/S_тр≅2,5, где S_вх - площадь входного сечения воронки, S_тр - площадь сечения трубки.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где 1 - винт, 2 - воронкообразная насадка, d_вх - внутренний входной диаметр воронки, d_тр - внутренний диаметр трубки.

Устройство работает следующим образом. Набегающий поток во входной горловине воронки 2 нагнетается винтом 1 (или компрессором). В потоке повышается давление. Направление потока на чертеже показано стрелками. Далее, проходя плавное сужение воронки, поток ускоряется (без завихрений). Ускоренный поток выбрасывается через выходное отверстие воронкообразной насадки 2, где он, взаимодействуя с окружающими слоями внешней воды, разгоняет их, обеспечивая дополнительный импульс давления внешней поверхности воронкообразной насадки 2. Сопротивление потоку, создаваемое плавным сужением воронкообразной насадки 2, обеспечивает повышение давления на выходном сечении винта 1 (или компрессора), что одновременно обеспечивает и увеличение давления у входного сечения воронкообразной насадки 2. Эти явления обеспечивают ослабление и (даже) исчезновение кавитации, повышают эффективность работы винта 1 (компрессора), снижают шумы.

Если приведенное выше отношение площадей входного сечения воронки и сечения трубки меньше или равно 1,1, то никакого эффекта по сравнению с цилиндрической или кольцевой насадками не наблюдается. При отношении площадей больше чем 2,5 нарушается ламинарное течение, вода в самой воронкообразной насадке 2 закручивается и эффективность работы движителя резко падает.

Формула изобретения

Винтовой движитель, содержащий винт и насадку, причем винт расположен внутри насадки, отличающийся тем, что винт расположен в полости входного среза насадки, а насадка выполнена в виде воронки с плавными переходами от конуса воронки к ее трубке, причем отношение площади входного сечения воронки к площади сечения трубки удовлетворяет условию 1,1 < S_вх/S_тр ≅ 2,5, где S_вх - площадь входного сечения воронки; S_тр - площадь сечения трубки.

РИСУНКИ

Рисунок 1