Волнодвижительная машина

 

Изобретение относится к судостроению и касается создания машин, использующих энергию морских волн для движения судов и выработки электрической энергии. Волнодвижительная машина содержит горизонтальный вал, на котором шарнирно установлены подводные поворотные крылья и кили. Крылья связаны между собой кинематической передачей, и по крайней мере одно крыло выполнено небалансирным управляющим. Кроме того, машина снабжена гребным винтом и электрической машиной, кинематически связанными с горизонтальным валом. Причем передаточное отношение передачи от горизонтального вала к гребному винту меньше единицы, а передаточное отношение передачи от электрической машины к горизонтальному валу больше единицы. Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики за счет обеспечения возможности создавать тягу при малой балльности волнения моря, в том числе и при отсутствии волнения. 2 ил.

Изобретение относится к судостроению и касается создания машин, использующих энергию морских волн для движения судов и выработки электрической энергии.

Известна волнодвижительная машина, содержащая горизонтальный вал с шарнирно соединенными с ним подводными поворотными крыльями, связанными между собой кинематической передачей, из которых по крайней мере одно выполнено небалансирным управляющим, а также кили, соединенные с горизонтальным валом (см. патент RU 2147543 С1, 20.04.2000, принятый за прототип).

Недостатком известной машины является отсутствие возможности создавать тягу при малой балльности волнения моря, в том числе и при отсутствии волнения.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик волнодвижительной машины.

Технический результат достигается тем, что волнодвижительная машина, содержащая горизонтальный вал с шарнирно соединенными с ним подводными поворотными крыльями, связанными между собой кинематической передачей, из которых по крайней мере одно выполнено небалансирным управляющим, а также кили, соединенные с горизонтальным валом, снабжена гребным винтом и электрической машиной, кинематически связанными с горизонтальным валом, причем передаточное отношение передачи от горизонтального вала к гребному винту меньше единицы, а передаточное отношение передачи от электрической машины к горизонтальному валу больше единицы.

На фиг. 1 показана волнодвижительная машина, вид сбоку.

На фиг. 2 - то же, разрез.

Волнодвижительная машина содержит пустотелый горизонтальный вал 1, к которому шарнирно присоединены небалансирное управляющее крыло 2 и балансирное управляемое крыло 3, а также неподвижно присоединены кили 4, к которым шарнирно присоединены крылья 5. Крылья 2 и 3 состоят из двух половин, расположенных по обе стороны горизонтального вала, и имеют возможность поворота на разные углы под действием управляющего импульса от соответствующей половины крыла 2 через кинематическую передачу левого или правого борта. Крылья 5 выполнены в виде монокрыла, имеющего несимметричный профиль и выпукло-вогнутую форму в поперечном сечении.

В кормовой оконечности горизонтального вала 1 расположен гребной винт 6 регулируемого шага, а внутри герметичного корпуса 24 судна - электрическая машина 7, соединенная с горизонтальным валом посредством сцепной управляемой муфты 8 и кинематической передачи.

С корпусом судна горизонтальный вал соединен кронштейнами 9 с подшипниками 10, внутри кронштейнов проходит вал кинематической передачи 11, связывающей электрическую машину 7 с горизонтальным валом 1 с передаточным отношением, большим единицы, и вал привода поворота лопастей винта регулируемого шага. С помощью неподвижного соединения 12 кронштейнов 9 с валом силового привода горизонтальный вал может подниматься из-под воды для осмотра и ремонта. Опорно-упорный подшипник 10 подвижно соединен с валом 13, снабженным упорными гребнями и неподвижно закрепленным внутри горизонтального вала 1. На валу 13 подвижно закреплено зубчатое колесо 14 и неподвижно - зубчатое колесо 15. Зубчатое колесо 14 неподвижно соединено с кронштейном 9.

Крутящий момент от горизонтального вала 1 через вал 13, кормовую оконечность корпуса машины, шестерни 14 и 16 передается обгонным муфтам 17 и 18, соединяющим соосные полувалы.

Вращение горизонтального вала по часовой стрелке (при взгляде со стороны гребного винта) сцепляет одну из обгонных муфт, например 17. Другая в это время расцеплена. Крутящий момент через шестерни 19 и 20 передается гребному валу 21, который поворачивает гребной винт по часовой стрелке.

Вращение горизонтального вала против часовой стрелки сцепляет обгонную муфту 18 и расцепляет 17. Крутящий момент через цепную передачу передается гребному валу, который вращает гребной винт опять по часовой стрелке.

Крутящий момент, передаваемый горизонтальным валом гребному винту, может быть увеличен за счет работы электрической машины 7. Для этого ее связывают кинематически с валом 13 через сцепную управляемую муфту 8, кинематическую передачу, шестерню 23 и зубчатое колесо 15.

Работа.

Набегающий поток воды, обусловленный волнением моря, качкой судна и скоростью хода, вектор которого может располагаться под любым углом к горизонтальному валу 1 машины, поворачивает этот вал, стремясь установить кили 4 во флюгерное положение. Поворот осуществляется за счет гидродинамических подъемных сил, образующихся на крыльях 5 и килях. Баллеры всех крыльев устанавливаются при этом перпендикулярно набегающему потоку, в результате поток воздействует на полный размах крыльев.

Управляющее крыло 2, поворачиваясь вокруг оси баллера, устанавливается во флюгерное положение и посредством кинематической передачи поворачивает все крылья на запрограммированные углы атаки к набегающему потоку. На крыльях возникает гидродинамическая подъемная сила, направленная под углом вперед, горизонтальная составляющая которой является волновой тягой, движущей судно.

Поскольку вектор скорости набегающего потока меняется по направлению непрерывно, постольку непрерывно вращается или колеблется вокруг своей оси горизонтальный вал 1. Крутящий момент от горизонтального вала через кинематическую передачу передается гребному винту, заставляя его вращаться с частотой, большей, чем частота вращения горизонтального вала.

Тяга (упор) гребного винта добавляется к волновой тяге крыльев. И та, и другая тяга созданы в описанном примере за счет энергии морских волн и качки судна.

Увеличить тягу волнодвижительной машины можно путем увеличения тяги гребного винта. Для этого необходимо увеличить крутящий момент горизонтального вала 1, сообщив ему дополнительный крутящий момент от электрической машины и изменив шаг винта, не меняя частоту вращения горизонтального вала.

Избыток крутящего момента можно использовать для выработки электрической энергии.

Волнодвижительная машина способна создавать тягу во всем диапазоне скоростей современного водоизмещающего судна, используя частично или полностью энергию морских волн для создания этой тяги.

Формула изобретения

Волнодвижительная машина, содержащая горизонтальный вал с шарнирно соединенными с ним подводными поворотными крыльями, связанными между собой кинематической передачей, из которых, по крайней мере, одно выполнено небалансирным управляющим, а также кили, соединенные с горизонтальным валом, отличающаяся тем, что она снабжена гребным винтом и электрической машиной, кинематически связанными с горизонтальным валом, причем передаточное отношение передачи от горизонтального вала к гребному винту меньше единицы, а передаточное отношение передачи от электрической машины к горизонтальному валу больше единицы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2