Движитель для скоростных судов

Авторы патента:

Кириллов Борис Матвеевич (RU)

Дублистов Юрий Георгиевич (RU)

Митряшкина Екатерина Юрьевна (RU)

B63H11/00 - Реактивные движители (управление с использованием реактивной тяги B63H 25/46; силовые установки как таковые см. соответствующие классы)

Владельцы патента RU 2684887:

Кириллов Борис Матвеевич (RU)

Изобретение относится к судостроению, а именно к движителям. Устройство движителя для скоростного судна состоит из двигателя, в котором сгорает топливо, канала, отводящего продукты сгорания под днище судна и щели в днище судна, направляющей продукты сгорания (газы) назад по ходу судна. Газы, полученные при сгорании топлива, расширяются и выходят под избыточным давлением в щель под днищем судна назад, а реактивная сила выходящих газов движет судно вперед. Достигается повышение скорости судна при высоком КПД силовой установки. 3 ил.

Изобретение относится к судостроению и может найти широкое применение при изготовлении скоростных судов всех видов.

Известно, что водный транспорт является самым экономичным. На разных судах устанавливают разные двигатели, но движители почти всегда один - ходовой винт (далее - винт). Однако винт имеет ряд недостатков.

- винт с большой скоростью трется о воду;

- винт закручивает массу воды (отсюда и бурун за кармой);

- часть корпуса судна, находящаяся около винта, всегда находится под водой. Эта часть судна раздвигает большую массу воды (отсюда две расходящиеся волны);

- некоторые физические свойства воды влияют на КПД винта.

Эти недостатки круто уменьшают КПД винта при движении судна с большой скоростью. Приведем некоторые примеры.

1. Пассажирский теплоход проекта 301. Его характеристики:

- водоизмещение - 3570 тонн; максимальная скорость - до 26 км/час, мощность двух двигателей по 736 квт (1000 л.с.) Как видим, при такой большой массе судна мощность двигателей совсем небольшая. Причина - при скорости судна примерно в 15-20 км/час КПД винта приближается к 80%.

2. Современный торпедный катер проекта 12200 "Соболь". Его водоизмещение 57 тонн, максимальная скорость 47 узлов (87 км/час), имеет два двигателя по 1250 квт (1700 л.с). Вот что значит большая скорость! А ведь масса судна в 60 раз меньше массы судна проекта 301. Понятно, что КПД винта при такой скорости очень небольшой. Для сравнения скажем, что тяжелому грузовику такой же массы для движения со скоростью 100 км/час требуется всего 400 л.с.

Кроме винтов на суднах иногда применяют водометные движители и авиационные пропеллеры на судах на воздушной подушке.

3. Современный патрульный катер проекта 20990 "Горностай". Его водоизмещение всего 16,5 тонн, максимальная скорость 52 узла (96 км/час). Катер имеет два двигателя по 809 квт (1100 л.с.) и водометный движитель 1ДГ "Ветус". Как видим, водометный движитель на больших скоростях движения не лучше винта.

4. Судно на воздушной подушке "Сормович". Его водоизмещение 37 тонн, максимальная скорость 100 км/час. Имеет двигатель мощностью 1690 квт (2000 л.с). В итоге характеристики судна также плохие. Прибавим также высокую стоимость судна. Напрашивается вопрос: сколько же топлива "пожирают" скоростные суда?!

В связи с вышесказанным возникает требование искать для скоростных судов какие-то новые, не традиционные движители.

Предлагаемый нами скоростной движитель представляет собой узкую щель под плоским дном судна, а рабочей средой являются продукты сгорания топлива двигателя внутреннего сгорания. Считаем, что такое необычное решение позволит судну развивать скорость более 100 км/час при сравнительно небольшой мощности двигателя.

Устройство движителя

Устройство движителя для скоростных судов показано на фиг. 1

Корпус судна 1 имеет широкое плоское дно. Непосредственно на дне судна находится двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 2, причем расположен ДВС в передней части дна в максимальной близости выпускных отверстий к дну. Короткий выпускной патрубок двигателя 3 переходит в узкую щель 4, имеющую высоту всего в несколько миллиметров и длину во всю ширину дна судна. ДВС предназначенный для применения на судне, немного изменен. В каждый цилиндр установлен третий клапан, названный нами рабочим и именно через него идут продукты сгорания топлива на движитель. А выпускной серийный клапан служит для полной очистки цилиндра в конце такта выпуска.

Работа движителя

На фиг. 2 показана в увеличенном масштабе щель 4 выпускного патрубка 3. Тяговое усилие, создаваемое рабочей средой выходящими через рабочий клапан продукты сгорания топлива равно: Р=pbh

где: р - среднее давление выходящих газов;

b - длина щели (равная ширине судна);

h - высота щели.

По нашим подсчетам, которые мы здесь не приводим, этого усилия вполне достаточно для движения судна со скоростью более 100 км в час. Здесь надо учесть, что выходящие газы создают под дном тонкий слой водо-газовой эмульсии 5, коэффицент трения дна о которую значительно меньше, чем коэффицент трения о воду.

На фиг 3 показана часть диаграммы рабочего цикла ДВС ВАЗ-2106. В измененном двигателе открытие рабочего клапана происходит в точке А еще до догорания рабочей смеси (она догорает в патрубке 3) и до достижения максимального давления Р max.

На фиг 3 кривая 6 - это часть диаграммы серийного двигателя, а кривая 7 - это диаграмма работы двигателя с рабочим клапаном. Заштрихованная площадь между кривыми 6 и 7 представляет собой энергию сгоревшего топлива, идущего на движитель судна.

Точка открытия А и точка закрытия Б рабочего клапана должны быть подсчитаны теоретически и определены практически. Большая часть энергии сгорания топлива должна идти на движитель, а меньшая на вращение механизмов двигателя.

Моменты открытия и закрытия выпускных и впускных клапанов не меняются или меняются незначительно.

Заводится двигатель при неработающих рабочих клапанах. Начало движения судна - включение рабочих клапанов. При гидроприводе клапанов это сделать нетрудно.

Устройство движителя для скоростного судна, состоящее из двигателя, в котором сгорает топливо, канала, отводящего продукты сгорания под днище судна и щели в днище судна, направляющей продукты сгорания (газы) назад по ходу судна, отличающееся тем, что газы, полученные при сгорании топлива, расширяются и выходят под избыточным давлением в щель под днищем судна назад, а реактивная сила выходящих газов движет судно вперед, что позволяет судну развивать большую скорость при высоком КПД силовой установки.

Изобретение относится к области транспортных средств, а именно к реактивным аппаратам с использованием реактивного водного движителя. Реактивный аппарат с использованием реактивного водного движителя включает корпус-фюзеляж, крылья для создания аэродинамической подъемной силы, водопроводящую систему, соединяющую водозаборное устройство с силовой водометной установкой и с системой водовыпускных каналов, кабину управления, интегрированную систему управления реактивным аппаратом, при этом в режиме вертикального подъема, зависания, разгона, торможения и посадки, для возможности создания устойчивого суммарного уравновешивающего вертикального реактивного момента относительно центра тяжести поднимаемой части реактивного аппарата от истечения водяных струй из подъемных водовыпускных сопел, подъемные водовыпускные сопла расположены на периметре несущих круговых сегментных консолей, расположенных вдоль боковых сторон протяженного корпуса-фюзеляжа, выполненного в виде тримарана либо катамарана, при этом маршевый водомет с водозаборным устройством выполнен погружным и закреплен к корпусу-фюзеляжу при помощи трансформируемой телескопической конструкции.

Водометный движитель для подвесного лодочного мотора // 2671592

Изобретение в целом относится к судовым движителям, а именно к движителям с реактивной водяной струей, создаваемой с помощью насосов вращающегося типа, а именно к водометным движителям моторных лодок.

Высокоскоростное судно для передвижения по поверхности воды, над поверхностью воды и под водой // 2669249

Изобретение относится к области судостроения, а именно к высокоскоростным судам, движущимся по поверхности воды, над поверхностью воды и под водой. Заявлено высокоскоростное судно с использованием реактивного водного движителя, включающее корпус сигарообразной либо дискообразной обтекаемой формы, несущие крылья с элементами механизации для создания аэродинамической подъемной силы, водометную силовую установку, водозаборные устройства, систему каналов-трубопроводов, соединяющих водозаборные устройства с силовой водометной установкой и с выпускными соплами, интегрированную систему управления, при этом выпускные сопла от маршевой водометной установки расположены в хвостовой части корпуса, кроме этого, выпускные сопла от силовой водометной установки расположены в виде двумерного массива по наружной поверхности корпуса в зависимости от гидродинамического сопротивления участков корпуса, выпускные сопла от силовой водометной установки, расположенные по наружной поверхности судна, имеют изменяемый силовой вектор тяги, водозаборное устройство, используемое при движении судна над поверхностью воды, выполнено погружным и закреплено к корпусу при помощи трансформируемой системы телескопических конструкций.

Многоструйный реактивный движитель для высокоскоростных судов, движущихся по поверхности воды, над поверхностью воды и под водой (варианты) // 2651949

Изобретение относится к области судостроения, а именно к реактивным водным движителям, которые могут быть установлены на надводных либо подводных водоизмещающих судах, либо на универсальных судах, движущихся по поверхности воды, над поверхностью воды и под водой.

Судно, рама водометного движителя для судна и водометный движитель // 2640494

Изобретение относится к раме водометного движителя, к водометному движителю, оснащенному рамой водометного движителя, и к компоновке водометного движителя с рамой на судне.

Движительно-рулевой комплекс // 2619629

Изобретение относится к области судостроения, а в частности к водометным движительно-рулевым комплексам. Движительно-рулевой комплекс содержит корпус, двигатель, движитель с реверсивно-рулевым устройством.

Лопастное колесо // 2619407

Изобретение относится к судостроению, а именно к лопастным движителям. Лопастное колесо состоит из катушки, закрепленной на поперечном гребном валу, двух параллельных между собой дисков, закрепленных по бортам катушки и водоподающих и водовыбрасывающих лопастей.

Движитель подводной лодки // 2612044

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано в качестве движителей судов и подводных лодок. Движитель подводной лодки включает жестко закрепленную на корпусе подводной лодки кольцевую диафрагму и электрогидравлический насос.

Быстроходное судно // 2610754

Изобретение относится к области судостроения, в частности к конструкции высокомореходных быстроходных судов. Предложено быстроходное судно, содержащее корпус, в килеватом днище которого выполнена выемка для образования искусственной газовой каверны, а также средства подачи в нее газа под избыточным давлением.

Водометный движитель // 2607151

Изобретение относится к устройствам для перемещения плавающих объектов по воде и под водой. Водометный движитель содержит водометную трубу и движитель.

Магнитогидродинамический программно-управляемый шаговый двигатель для морских микродронов // 2686342

Изобретение относится к судовым реактивным движителям. Магнитогидродинамический программно-управляемый шаговый двигатель для морских микродронов выполнен в виде двух цилиндрических труб вложенных друг в друга с ортогонально размещёнными электромагнитами. Электромагниты на внешней трубе расположены попарно с электромагнитами на внутренней трубе для формирования магнитного поля. При пошаговом изменении силы тока в электромагнитах будет изменяться скорость истечения жидкости в зависимости от выбранного направления движения. Причем, так как масса выталкиваемой жидкости будет превышать массу самого двигателя, вода будет оставаться неподвижной, а сам двигатель приобретет вращательно-поступательное движение с возможностью программно-управляемого маневрирования в любом направлении. Технический результат заключается в том, что сам двигатель вместе с микродроном приобретает вращательно-поступательное движение. 1 ил.

Гидролет (варианты) // 2686771

Изобретение относится к области транспортных средств, а именно к вариантам реактивных аппаратов с использованием реактивного водного движителя. Каждый вариант реактивного аппарата с использованием реактивного водного движителя включает корпус-фюзеляж, крылья для создания аэродинамической подъемной силы, водопроводящую систему, соединяющую водозаборное устройство с силовой водометной установкой и с системой водовыпускных каналов, кабину управления, интегрированную систему управления реактивным аппаратом. В режиме вертикального подъема, зависания, разгона, торможения и посадки, для возможности создания устойчивого суммарного уравновешивающего вертикального реактивного момента относительно центра тяжести поднимаемой части реактивного аппарата от истечения водяных струй из подъемных водовыпускных сопел, подъемные водовыпускные сопла расположены на периметре дискообразного корпуса-фюзеляжа. Водозаборное устройство, используемое при движении реактивного аппарата над поверхностью воды выполнено погружным и закреплено к корпусу-фюзеляжу при помощи трансформируемых телескопических конструкций. Для создания подъемной аэродинамической силы при движении реактивного аппарата над поверхностью воды реактивный аппарат оснащен кольцевым трансформируемым крылом. В сложенном положении сегменты трансформируемого кольцевого крыла образуют обтекаемую верхнюю поверхность дискообразного корпуса-фюзеляжа. При полете над поверхностью воды сегменты кольцевого крыла выдвигаются над верхней поверхностью корпуса-фюзеляжа, при этом верхняя поверхность корпуса-фюзеляжа при выдвинутых сегментах трансформируемого кольцевого крыла имеет обтекаемую поверхность. Маршевые водовыпускные сопла от силовой водометной установки расположены в хвостовой части корпуса-фюзеляжа реактивного аппарата. Достигается надежность управляемости высокоскоростного судна - летательного аппарата над поверхностью воды на всех режимах полета. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 32 ил.