Судовой движитель-концентратор
Изобретение относится к движителям для надводного и подводного транспорта. Судовой движитель содержит один гребной винт, конец каждой лопасти которого оборудован одним концентричным торцевым поперечным гребнем, установленным на рабочей стороне винта. По крайней мере, один гребной винт, оборудованный или не оборудованный бандажом, по крайней мере, одна лопасть и/или бандаж, по крайней мере, одного винта оборудованы, по крайней мере, одним гребнем, установленным с углом атаки. Гребни установлены в любом месте лопасти с засасывающей и/или нагнетающей стороны и/или в межлопастных пространствах. Повышается эффективность движителя. 17 з.п. ф-лы, 22 ил.
Изобретение относится к движителям для надводного и подводного транспорта и может быть использовано на самоходных гражданских и военных плавающих средствах, в аэраторах, потокообразователях, смесителях, вентиляторах, насосах, несущих воздушных системах.
Современные судовые движители еще далеки от совершенства. Гребной винт только около половины мощности, получаемой от двигателя, тратит на массоперенос, вторая половина идет на бесполезную работу, например, на винтообразное закручивание частиц воды в струе. При вращении винт создает зоны низкого давления в области разрежения на засасывающей стороне лопасти, что приводит к вскипанию воды и образованию кавитации, в которых быстро растут и охлопываются кавитационные пузырьки, что приводит к возникновению шума и разрушению материала винта. Скорость отбрасываемой струи примерно вдвое больше подсасываемой, поэтому за винтом плотность воды меньше и она в этом случае является «мягкой» средой, которая амортизирует упор, увеличивает скольжение и снижает кпд винта. На гребных винтах, имеющих большую частоту вращения, вследствие больших центробежных скоростей происходит перетекание воды по лопастям в радиальном направлении, что отрицательно сказывается на кпд винта. Для уменьшения этого эффекта лопастям придают значительный наклон в корму - от 10 до 15°.
Известен гребной винт, у которого концы всех лопастей отогнуты под прямым или иным углом к рабочей поверхности лопасти (см. А.С. СССР 37506, Кл. В63Н 1/26, 28, опубл. 30.06.1934 г.), причем, угол и величина отогнутых концов не определены.
Известен гребной винт (патент 2313469, опубл. 27.12.2007, бюл. №36), решающий задачу удержания потока воды, движущегося вдоль лопастей, путем наклона последних к оси винта под углом 30-90°.
Известен судовой движитель в виде винта с лопастями, имеющими волнообразные концентрические гребни (патент 2317225, МПК В63Н 1/26, опубл. 20.02.2008 г., бюл. №5).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Гребной винт для надводного и подводного транспорта» (патент 2222470, опубл. 2004.01.27, МПК7 В63Н 1/26), у которого гребни всех лопастей отогнуты под прямым углом к рабочим поверхностям своих лопастей и имеют определенную высоту. Согласно патенту гребной винт содержит установленные на ступице плоскопрофильные лопасти, выполненные с торцевыми гребнями, загнутыми в сторону рабочей поверхности на угол 1-90°. Причем максимальная высота каждого загнутого гребня относительно плоскости рабочей поверхности лопасти находится в интервале 1-10% от величины диаметра винта. Максимальная высота каждого гребня относительно рабочей поверхности лопасти может составлять 6% от диаметра винта. Данные гребни исполняют роль насадки, т.е. они ограничивают движение воды в радиальном направлении вдоль лопасти. Автор считает, что изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия винта и обеспечить прирост тяги на 30-50%. Недостатком прототипа является то, что не компенсировано радиальное центробежное движение воды с засасывающей стороны и между лопастями, не предусмотрен вариант спрямления потока за винтом.
Цель изобретения состоит в повышении эффективности действия движителя.
Для решения поставленной задачи судовой движитель-концентратор содержит, по крайней мере, один гребной винт, оборудованный или не оборудованный бандажом, по крайней мере, одна лопасть и/или бандаж, по крайней мере, одного винта оборудованы, по крайней мере, одним гребнем, установленным в любом месте лопасти и/или бандажа - с засасывающей и/или нагнетающей стороны и/или в межлопастных пространствах, гребень установлен жестко с предустановленным углом атаки и/или качающимся - с возможностью изменения угла атаки; угол атаки гребня по его длине неодинаков, например, монотонно уменьшается и переходит в насадку; лопасти оборудованы осями, установленными перпендикулярно плоскости лопасти или параллельно оси вращения гребного винта, расположенными в верхней и/или средней части лопасти, на которые установлены гребни с возможностью изменения угла атаки (качания на осях) в зависимости от направления вращения гребного винта; гребень состоит, по крайней мере, из одной пластины - прямой или дугообразной, установленной на участке дуги спиралевидной кривой (например, спирали Архимеда, логарифмической спирали, эвольвенты, выходящей из центра вращения винта и имеющей развитие в сторону вращения), расположенной в радиальной плоскости; пластины гребня соединяются с лопастью и/или между собой под любым углом (острым, прямым или тупым) или по плавной кривой (например, по радиусу); гребни соседних лопастей перекрываются или не перекрываются; продольное и/или поперечное сечение пластины гребня выполнено в виде плоского, выпуклого, вогнутого, прямого, дугообразного, овального, прямоугольного, каплевидного, крыловидного, сабельного или сложного профиля, или в комбинации профилей; развертка пластин гребня выполнена в виде любой плоской геометрической фигуры - прямоугольника, параллелограмма, ромба, треугольника, овала, круга, капли, сложной геометрической фигуры, с закругленными, острыми и/или тупыми углами; лопасти гребного винта и/или гребней оборудованы интерцепторами и/или предкрылками; гребной винт оборудован, по крайней мере, одним бандажом, установленным по окружности, проходящим, предпочтительно, по вершинам лопастей и по ширине, равной, большей или меньшей осевой ширины лопасти, на которой установлены гребни; однонаправленные свободные концы гребней соединены, по крайней мере, одним бандажом, установленным по окружности диаметра передней, средней и/или задней кромки; гребни на бандаже установлены либо жестко (например, тангенциально к бандажу) с предустановленным с углом атаки, направленным в сторону вращения, либо на осях - с возможностью изменения угла атаки, а оси гребней, расположенные параллельно оси вращения гребного винта или под углом к оси вращения гребного винта, установлены либо по окружности бандажа, либо на концах кронштейнов, радиально установленных по наружной окружности бандажа; поперечный профиль лопасти выполнен волновым, зигзагообразным, коробчатым, ступенчатым или поперечно-пластинчатым; движитель установлен в поворотной колонке; движитель оборудован механизмом или механизмами изменения угла атаки гребня, угла наклона гребня к лопасти, либо шага винта; гребни лопастей соосных винтов установлены с засасывающей и/или нагнетающей стороны лопастей, либо разнонаправлены, либо направлены один к другому, либо направлены в одну сторону, либо перекрываются, либо в комбинации направлений; оборудован контрвинтом и/или контрпропеллером; вершины лопастей гребного винта с регулируемым шагом по их радиальной оси вращения оборудованы осями, которые входят в отверстия бандажа, установленного концентрично по вершинам лопастей; соосные гребные винты и/или контрвинты и/или контрпропеллеры вращаются в одну или разные стороны с одинаковой или разной скоростью вращения; соосные гребные винты имеют одинаковый или неодинаковый диаметр и/или площадь рабочей поверхности и/или количество лопастей и/или их форма на соосных винтах разные; движитель оборудован, по крайней мере, двумя соосными гребными винтами, ступицы которых установлены на дейдвудной трубе, выступающей за пределы корпуса, ступицы винтов с обеих сторон оборудованы коническими шестернями и взаимодействуют между собой, по крайней мере, через одну промежуточную шестерню, которая установлена на оси, установленной на дейдвудной трубе, привод первого (от концевого обтекателя) винта осуществляется гребным валом, зубчатые передачи между ступицами выполнены с разным или одинаковым передаточным отношением; лопасти контрвинта и/или контрпропеллера, а также кронштейны для установки гребней выполнены в виде монолитных, составных или гибких флюгеров.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
Фиг.1. Виды гребных винтов, оборудованных гребнями, радиальный вид. Профили гребней: а - крыловидный, б - гнутая пластина, в - прямая пластина на прямой лопасти, г - тангенциальные гребни на бандаже, д - прямая пластина на сегментной лопасти, е - перекрывающиеся гребни, ж - качающийся гребень с предкрылками, з - гребни, переходящие в насадку.
Фиг.2. Виды соосных гребных винтов, оборудованных гребнями (а, б, в, г, д, е, ж, з). Продольный разрез.
Фиг.3. Продольный разрез многовинтового судового движителя.
Фиг.4. Продольный профиль лопасти, оборудованной ступенчатым гребнем: а - волновой, б - зигзагообразный, в - коробчатый, г - поперечно-пластинчатый.
Фиг.5. Варианты установки гребней на лопастях и бандаже: н - на оси лопасти, о - на кронштейне бандажа, п - на оси бандажа.
Цифрами на чертежах обозначено: 1 - лопасти первого винта, 2 - гребни лопастей первого винта, 3 - ступица первого винта, 4 - концевой обтекатель, 5 - насадка, 6 - качающийся гребень, 7 - приводной вал первого винта, 8 - шарнир гребня, 9 - бандаж, 10 - кронштейн шарнира, 11 - флюгер, 12 - лопасть с изменяемым шагом, 13 - ось лопасти, 14 - приводной вал второго винта, 15 - предкрылки (интерцепторы), 16 - контрвинт, 17 - контрпропеллер, 18 - гребни лопастей второго винта, 19 - лопасти второго винта, 20 - ступица второго винта, 21 - лопасти третьего винта, 22 - ступица третьего винта, 23 - лопасть четвертого винта, 24 - ступица четвертого винта, 25 - лопасть пятого винта, 26 - ступица пятого винта, 27 - гребни пятого винта, 28 - подшипник, 29 - концевик дейдвудной трубы, 30 - кожух межступичного редуктора, 31 - коническая шестерня, 32 - передаточная коническая шестерня, 33 - ось передаточной конической шестерни, 34 - приводная коническая шестерня. Стрелками и, к показано направление вращения винтов, л, м - направление потоков воды. R1, R2 - радиальное расстояние до кромок гребня.
Суть изобретения состоит в увеличении площади гидравлического сечения (сметаемой площади) движителя, переработки им большей массы воды, концентрации воды из окружающего движитель пространства в пространстве движителя и выталкивании потока в одном направлении. Принципиально цель достигается тем, что гребни, установленные на концах лопастей гребного винта, имеют положительные углы атаки и при вращении образуют своеобразную вращающуюся насадку, которая позволяет доставлять к винту дополнительную массу воды из окружающего пространства не только с фронтальной стороны винта, но и из пространства вокруг движителя. При вращении насадки вокруг нее образуется зона с пониженным давлением, что уменьшает сопротивление вращению и движению, а внутри насадки давление повышается. Выталкивают эту воду из пространства насадки один, два, три или более соосных винта.
Движитель принципиально состоит (фиг.1) из одного, двух или более соосных гребных винтов, каждый винт содержит ступицу 3, по крайней мере, две лопасти 1, каждая из которых оборудована, по крайней мере, одним гребнем 2 или 6 на засасывающей и/или нагнетающей (напорной) стороне лопасти. Принципиально гребень представляет собой, по крайней мере, одну пластину 2 (фиг.1) любой формы и профиля (например, прямую - фиг.1в, г, д, каплевидную, - а, дугообразную - е, гнутую пластину - б, крыловидную - ж, з, узкую сабельного типа и др.), имеющую переднюю и заднюю кромки (относительно направления вращения), установленную к лопасти перпендикулярно или под углом таким образом, чтобы радиальное расстояние от центра вращения винта до передней кромки гребня было больше, чем до задней - R1>R2 (фиг.1а), поэтому передняя кромка гребня образует острый угол с поверхностью вращения (положительный угол атаки), направленный на забор воды из окружающего винт пространства и перемещения ее к центру оси вращения винта, что формирует более плотный столб воды перед винтом и/или за винтом, который получается более твердым упором для винта. Гребень может располагаться по дуге (например, по дуге спирали Архимеда, логарифмической спирали, эвольвенты, улитки, выходящей из центра вращения винта, причем, развитие спирали направлено в сторону вращения - (фиг.1е) или по другой кривой или прямой, и устанавливается на концах или в средней части лопастей, с нагнетающей и/или засасывающей стороны, либо на бандаже 9 (фиг.1г, з). Примыкание гребня к лопасти может быть под любым углом или скруглено по радиусу или плавной кривой. Сам гребень может быть сложным и состоять из отдельных пластин, которые также могут соединяться в профиль сложной конструкции - форма профиля гребня может быть прямой, U-, V-, L-, Т-образной, или сложного профиля, или составлять комбинацию видов, со скруглениями в местах сопряжении гребня и лопасти или без скругления, с углом наклона к лопасти в пределах 0-180°. Винт движителя может быть оборудован, по крайней мере, одним бандажом 9, проходящим по вершинам лопастей, на бандаже 9 тангенциально устанавливаются пластины гребня 2 с положительным углом атаки в сторону вращения (фиг.1г).
Возможна свободная посадка гребней на осях с возможностью качания (фиг.1в), установленных на концах и/или средней части лопастей и/или на осях 8 - кронштейнов 11 (положение о), осях лопастей 13 (положение н) или на осях (положение п), установленных на бандаже 9 (фиг.5), при этом угол атаки гребней в зависимости от направления вращения винта будет автоматически отклоняться в положение положительного угла атаки под действием гидродинамических сил, т.к. на плечо качающегося гребня, наиболее удаленное от оси вращения винта, будет воздействовать большее отклоняющее усилие, что в результате отклонит его навстречу вращению так, что образуется положительный угол атаки. Для более быстрого отклонения кромки гребней оборудуются предкрылками 15 (фиг.1ж) с положительным углом атаки и/или интерцепторами. При оборудовании винта поворотными лопастями 12 для изменения шага (фиг.5), бандаж 9 оборудуется отверстиями для осей 13 и устанавливается вокруг лопастей 12. Оси 13 имеют радиальное направление, могут быть оборудованы в любой части торца лопасти и позволяют обеспечить вращение лопастей 12 в бандаже 9. Для уменьшения гидродинамического сопротивления на кронштейн 10 устанавливается флюгер 11, имеющий крылообразный профиль, который обеспечивает обтекание кронштейна 10.
Длина, ширина, форма, угол крепления к лопасти и угол атаки (или коэффициент пропорциональности спиральной кривой) гребня и лопасти выбираются исходя из предполагаемых условий работы гребного винта, зависящих от многих факторов, поэтому в общем можно сказать, что в радиальной плоскости длина гребня может быть и меньше лопасти, может быть равна ее ширине (фиг.1д) или быть больше (фиг.1а, б), или гребни соседних лопастей могут перекрываться (фиг.1е, з). В осевом направлении гребни могут образовать своего рода вращающуюся насадку винта (фиг.1з), возможно, эта насадка будет иметь на всей протяженности неравномерный угол атаки, например, который плавно уменьшается и сходит на нет от начала к концу гребня, превращаясь в обычную направляющую насадку 5. Остальные характеристики гребня также зависят от многих условий.
В зависимости от формы лопасти, ее наклона к ступице, выбирается способ установки гребня, его угол наклона к лопасти и угол атаки. В случае тандемного расположения лопастей гребного винта увеличивается количество точек крепления гребней к лопастям, что позволяет увеличить длину гребня и обеспечить жесткость конструкции. В этом случае гребни могут устанавливаться параллельно оси вращения, под углом к оси вращения или V-образно. Лопасть по длине может быть оборудована несколькими пластинчатыми гребнями, установленными на засасывающей и/или нагнетающей стороне, или иметь профиль, содержащий, по крайней мере, один волновой (фиг.3а), зигзагообразный (фиг.3б), ступенчатый (коробчатый) гребень (фиг.3в), который может располагаться под прямым углом - (Г- или П-образно), или поперечно-пластинчатый (фиг.3г), угол атаки направлен в сторону вращения. Гребень может устанавливаться и в промежутке между соседними лопастями, в этом случае увеличивается жесткость конструкции винта.
Движитель, при необходимости, может быть оборудован механизмами изменения угла атаки, наклона гребня, шага винта. Привод может осуществляться механически или гидравлически. Для этого во внутреннем приводном вале оборудуется канал, в котором прокладываются тяги, или канал заполняется жидкостью для привода гидроцилиндров. Механизмы привода известны.
Задача движителя - отбрасывать воду (осуществлять массоперенос), создавая реактивный импульс - силу тяги, но при этом значительная доля мощности, подводимой квинту от двигателя, затрачивается на закручивание потока. Для устранения этой проблемы возможно применение соосных гребных винтов противоположного вращения (фиг.2, 3), которые имеют более высокий кпд, в основном за счет того, что при их работе часть мощности, теряемой на закручивание потока, как бы восстанавливается при его раскручивании вторым винтом, в результате чего возникает дополнительный упор. Принципиально эти схемы движителей выполняются в следующем виде:
1. Схема из трех винтов. Движитель оборудуется спереди контрвинтом 16, а сзади контрпропеллером 17 (фиг.2а, б), лопасти которых соединены между собой гребнями 18 в виде продольных пластин и вращаются в противоположную сторону вращения относительно винта 12 и расположенных относительно оси вращения винта параллельно (фиг.1б), либо под углом к ней (фиг.1а), образуя тело вращения в виде вращающейся цилиндрической или конической насадки, гребни при этом имеют углы атаки, внутри этой насадки вращается винт 12 без гребней (или с гребнями), крутящий момент на контрпропеллер 17, обтекатель 4 которого вращается на оси ступицы 3, передается через вал 14, лопасти 16, 17 и гребни 18.
2. Схемы из двух винтов. Внешний вал 14 (фиг.2) соединен с первым винтом 3, лопасти 1 которого оборудованы, по большей части с напорной стороны и меньшей части с засасывающей стороны, дугообразным гребнем 2, образуя при вращении тело вращения в виде цилиндра или конуса, т.е. своего рода вращающуюся насадку винта со щелями для захвата воды, внутри которой в противоположную сторону вращается второй винт 10, посаженный на внутренний вал 7. Лопасти 9 второго винта 10 могут быть также оборудованы гребнями.
3. Внешний вал 8 (фиг.2ж) соединен со вторым винтом 20, гребни 18 лопастей 19 которого направлены сторону носа судна, внутренний вал 7 соединен с первым винтом 3, гребни 2 лопастей 1 которого направлены в противоположную сторону. Валы вращаются в разные стороны. Гребни 2 и 19 лопастей винтов разнонаправлены (но могут быть направлены один к другому, либо направлены в одну сторону фиг.1д), и при вращении образуют тело вращения в виде цилиндра (фиг.2б) или конуса (фиг.2г).
Т.к. конец лопасти испытывает значительное гидродинамическое воздействие из-за высокой окружной скорости, то гребень, установленный на конце лопасти, при своем движении будет отнимать на себя значительную мощность из-за сил трения, поэтому целесообразно в сложных конструкциях соосных винтов применять разные скорости вращения для винтов, оборудованных гребнями (фиг.2б, г), а также для контрвинта и/или контрпропеллера, скорость их вращения может быть уменьшена, а вращение основного гребного винта 12 (фиг.2а, б), 1 (фиг.2в, г), не оборудованного гребнями, увеличено. При этом диаметры соосных винтов могут быть одинаковыми или разными. Количество и форма лопастей на соосных винтах могут быть разными (фиг.3). Для выравнивания параметров работы соосных винтов с разными диаметрами площади рабочих поверхностей винтов могут быть разными. При этом углы наклона лопастей и гребней в осевом направлении могут быть любыми. Винты могут устанавливаться вплотную один к другому или на расстоянии один от другого. Во втором случае гребень 18 второго винта может иметь продолжение с нагнетающей стороны, а меньший диаметр первого винта 3 позволит ему телескопически войти во второй винт 20 (фиг.2в, г, д, е), с целью устранения прорыва воды после второго винта в окружающее пространство. С целью стабилизации геометрии винтов во время вращения, концевые участки гребней, испытывающие значительные усилия, могут быть прикреплены, по крайней мере, к одному бандажу 5 (фиг.2в, г, фиг.3), например, проходящему по передней и/или задней кромке гребня 18. Возможна установка лопастей соосных винтов тандемно.
Имеется принципиальная возможность установить на концевике дейдвудной трубы 29 (фиг.3), выходящей из корпуса судна, два, три, четыре и более соосных винтов разного диаметра и формы с вращением в противоположные стороны с разными скоростями. При этом лопасти всех или некоторых винтов можно оборудовать гребнями или насадками. Достигается это тем, что на дейдвудной трубе 29, выступающей за пределы корпуса, установлены ступицы винтов 20, 22, 24, 26, оборудованные коническими шестернями 31 с обеих сторон и взаимодействующие через промежуточные шестерни 32, оси 33 которых установлены на дейдвудной трубе 29, через которую проходит приводной вал 7 первого винта (от концевого обтекателя 4), лопасти 1 первого винта установлены на ступице 3, с одной стороны оборудованной концевым обтекателем 4, с другой - приводной конической шестерней 34, посредством передачи крутящего момента через промежуточные шестерни 32 последующие ступицы 20, 22, 24, 26 соседних винтов могут вращаться в разные стороны по направлению, обозначенному стрелками и, к. Промежуточные шестерни 32 могут иметь различное количество зубьев для изменения передаточного отношения между приводами ступиц винтов с целью придать вращение винтам с разной скоростью. При соединении двух соседних ступиц винтов между собой вращение этих винтов будет осуществлено в одну сторону (тандемно). Т.к. бандаж и/или гребни имеют профиль крыла, то небольшой дополнительный упор создается на бандаже с гребнями, который обтекается потоком воды подобно крылу. На каждом элементе крылоподобного бандажа и/или гребня возникает подъемная сила, которая дает горизонтальную составляющую, направленную вперед. К тому же при вращении всех соосных винтов последовательно увеличивается давление на напорных сторонах винтов, что в конечном итоге увеличивает скорость истекания струи с винта и создает более мощный реактивный момент. Сумма этих составляющих образует дополнительный упор. Наличие высокого давления во внутреннем пространстве движителя уменьшает кавитацию, что увеличивает пропульсивные характеристики и снижает шум.
Движитель работает следующим образом (фиг.1а). Рассмотрим гребной винт с лопастями 1, оборудованными гребнями 2 с нагнетающей стороны, лопасти 1 установлены под прямым углом к ступице винта 3, а гребни 2 установлены под прямым углом к лопастям (Г-образная установка). При вращении гребного винта, лопасти описывают вокруг оси гребного винта круг, а гребни 2 - вокруг ступицы винта 3 образуют тело вращения в виде цилиндра. Гребни 2 на лопастях 1, имеющие положительный угол атаки, захватывают воду из окружающего винт пространства и направляют ее к оси винта, при этом винт также посредством своих лопастей 1 засасывает и перемещает слои воды из пространства перед винтом, проталкивая ее по рабочей поверхности лопасти вдоль оси вращения винта от передней к задней кромке. Под действием центробежной силы, увлекаемая лопастью вода, получившая при радиальном движении воды вдоль лопастей 1 большой импульс кинетической энергии, будет стремиться переместиться к краю лопасти, также центробежные силы будут перемещать воду и между лопастями, но гребень 2, с одной стороны, создаст препятствие - своего рода экран для такого перемещения (поэтому гребни соседних лопастей должны перекрываться (фиг.1е) и направит поток вдоль оси вращения винта, с другой стороны, будет движение засасывающей гребнем 2 воды в направлении к оси вращения винта. Потоки от лопастей и от гребня соединятся, а лопасти винта вытолкнут эти потоки, их результирующая сила будет действовать вдоль оси винта, тем самым произойдет «уплотнение» столба воды на напорной стороне винта, от чего увеличится масса, плотность и протяженность столба воды, это не позволит ему быстро раствориться в объеме окружающей воды на большем расстоянии, сдвинуть этот массивный и плотный столб воды труднее, что уменьшит амортизацию давления воды от винта и увеличит упор на винт.
Чтобы увеличить плотность воды в сердцевине столба воды за винтом, т.к. он имеет низкую плотность воды оттого, что поток закручен и центробежные силы уменьшают плотность сердцевины, лопасть может быть оборудована дополнительными гребнями, устанавливаемыми ближе к ступице винта.
Установка гребней на засасывающей стороне лопастей позволит увеличить плотность воды перед винтом, что уменьшит условия для появления кавитации, а установка гребней на нагнетающей стороне лопасти увеличит поступление воды из внешнего пространства и тем самым количество перемещаемой лопастью воды, что увеличит плотность отбрасываемого потока и упорное воздействие на винт, снизит скольжение винта. Для спрямления потока и повышения кпд возможна установка контрвинта и/или контрпропеллера, или спрямляющего аппарата. Чтобы лопасти контрвинта и/или контрпропеллера не оказывали сопротивления вращению, их можно выполнить в виде флюгеров, через которые потоки воды будут проходить с минимальным сопротивлением. Флюгеры можно сделать составными или гибкими, чтобы на каждом радиусе иметь нулевой угол атаки.
Увеличение гидравлического сечения (ометаемой площади) движителя, а также конструкция и способ установки гребней, позволит сконцентрировать большее количество воды и направить ее по одному направлению. Предлагаемый движитель будет работать в области повышенного давления воды до и после винта, значит, предлагаемая конструкция предоставляет значительно большие резервы по преодолению кавитации, что позволит сделать представляемый движитель перспективным для быстроходных кораблей и судов, позволит избежать влияния развитой кавитации на пропульсивные характеристики винта, уменьшит средний диаметр и шумность винта и позволит увеличить скорость вращения. Такой винт может обеспечить получение дополнительной тяги.
Изложенная выше конструкция судового движителя не исчерпывает всех вариантов, а является лишь его иллюстрацией. На практике могут быть использованы и другие варианты без нарушения основной идеи технического решения.
1. Судовой движитель, содержащий один гребной винт, конец каждой лопасти которого оборудован одним концентричным торцевым поперечным гребнем, установленным на рабочей стороне винта, отличающийся тем, что движитель содержит, по крайней мере, один гребной винт, оборудованный или не оборудованный бандажом, по крайней мере, одна лопасть и/или бандаж, по крайней мере, одного винта оборудованы, по крайней мере, одним гребнем, установленным с углом атаки, при этом гребни установлены в любом месте лопасти с засасывающей и/или нагнетающей стороны, и/или в межлопастных пространствах.
2. Движитель по п.1, отличающийся тем, что передняя кромка гребня образует с поверхностью вращения винта угол атаки в диапазоне 0-90° при условии, что разность радиусов вращений передней и задней кромок гребня имеет положительную величину, отличную от нуля.
3. Движитель по п.2, отличающийся тем, что угол атаки гребня по его длине неодинаков, например монотонно уменьшается, и гребень переходит в насадку.
4. Движитель по п.1, отличающийся тем, что лопасти оборудованы осями, установленными перпендикулярно плоскости лопасти или параллельно оси вращения гребного винта, расположенными в верхней и/или средней части лопасти, на которые установлены гребни с возможностью изменения угла атаки в зависимости от направления вращения гребного винта.
5. Движитель по п.1, отличающийся тем, что гребень состоит, по крайней мере, из одной пластины - прямой или дугообразной, установленной на участке дуги спиралевидной кривой, например спирали Архимеда, логарифмической спирали, эвольвенты, выходящей из центра вращения винта и имеющей развитие в сторону вращения, расположенной в радиальной плоскости.
6. Движитель по п.1, отличающийся тем, что пластины гребня соединяются с лопастью и/или между собой под любым углом - острым, или прямым, или тупым или по плавной кривой.
7. Движитель по п.1, отличающийся тем, что гребни соседних лопастей перекрываются или не перекрываются.
8. Движитель по п.1, отличающийся тем, что продольное и/или поперечное сечение пластины гребня выполнено в виде плоского, или выпуклого, или вогнутого, или прямого, или дугообразного, или овального, или прямоугольного, или каплевидного, или крыловидного, или сабельного, или сложного профиля, или в комбинации профилей.
9. Движитель по п.1, отличающийся тем, что развертка пластин гребня выполнена в виде любой плоской геометрической фигуры - прямоугольника, или параллелограмма, или ромба, или треугольника, или овала, или круга, или капли, или сложной геометрической фигуры с закругленными, или острыми, и/или тупыми углами.
10. Движитель по п.1, отличающийся тем, что гребной винт оборудован, по крайней мере, одним бандажом, установленным по окружности, проходящим предпочтительно по вершинам лопастей и по ширине, равной, или большей, или меньшей осевой ширины лопасти, на которой установлены гребни.
11. Движитель по п.1, отличающийся тем, что однонаправленные свободные концы гребней соединены, по крайней мере, одним бандажом, установленным по окружности диаметра передней, или средней, и/или задней кромки.
12. Движитель по п.1, отличающийся тем, что гребни на бандаже установлены либо жестко, например тангенциально к бандажу с предустановленным углом атаки, направленным в сторону вращения, либо на осях - с возможностью изменения угла атаки, а оси гребней, расположенные параллельно оси вращения гребного винта или под углом к оси вращения гребного винта, установлены либо по окружности бандажа, либо на концах кронштейнов, радиально установленных по наружной окружности бандажа.
13. Движитель по п.1, отличающийся тем, что оборудован механизмом изменения угла атаки гребня, угла наклона гребня к лопасти либо шага винта.
14. Движитель по п.1, отличающийся тем, что гребни лопастей соосных винтов либо разнонаправлены, либо направлены один к другому, либо направлены в одну сторону, либо перекрываются, либо установлены в комбинации направлений.
15. Движитель по п.1, отличающийся тем, что вершины лопастей гребного винта с регулируемым шагом по их радиальной оси вращения оборудованы осями, которые входят в отверстия бандажа, установленного концентрично по вершинам лопастей.
16. Движитель по п.1, отличающийся тем, что соосные гребные винты вращаются в разные стороны с одинаковой или разной скоростью вращения.
17. Движитель по п.16, отличающийся тем, что соосные гребные винты имеют одинаковый или неодинаковый диаметр, и/или площадь рабочей поверхности, и/или количество лопастей, и/или их форма на соосных винтах разные.
18. Движитель по п.1 или 17, отличающийся тем, что кронштейны для установки гребней выполнены в виде флюгеров.
