водометный движительно-двигательный комплекс

Формула изобретения

Водометный движительно-двигательный комплекс, содержащий корпус и размещенное в нем круговое кольцо с возможностью вращения с закрепленными на внутренней стороне кольца лопастями, отличающийся тем, что круговое кольцо выполнено как единое целое с ротором реверсивного электродвигателя погружного исполнения, где ротор закреплен с наружной стороны кольца, а статор прикреплен к корпусу, при этом кольцо подвешено на опорно-упорных конструкциях, защищенных эластичными сепараторами, длина лопастей составляет 0,4 - 0,5 внутреннего радиуса кольца, образующая внутренней поверхности носовой части корпуса на входе потока имеет форму синусоиды, в кормовой части движитель содержит поворотное сопло с регулируемым сечением, внутренняя поверхность сопла имеет многослойное покрытие из гибких материалов с возможностью осуществления и регулировки колебаний покрытия, которое выступает в корму судна за пределы сопла, пустоты конструкций комплекса заполнены вибропоглощающими материалами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к судостроению, а именно к водометным движителям для надводных кораблей и судов, а также средств подводного движения. Позволяет упростить конструкцию, уменьшить акустические шумы, повысить КПД комплекса, расширить области его применения.

Известен электродвижительный пропульсивный комплекс, содержащий корпус и размещенное в нем круговое кольцо, соединяющее концы лопастей гребного винта [1].

Недостатки аналога: наличие традиционного гребного винта, имеющего сравнительно большие акустические шумы за счет радиальных и осевых нагрузок на лопасти, возможность "пения" винта, отсутствие возможности регулирования вектора тяги.

Известен водометный движительно-двигательный комплекс (ВДДК), содержащий корпус и размещенное в нем круговое кольцо с возможностью вращения с закрепленными на внутренней стороне кольца лопастями [2]. Принят за прототип.

Недостатки прототипа: громоздкость конструкции устройства для вращения кольца (использование шестеренчатой передачи), трудность в размещении комплекса на движущемся объекте (за исключением оконечности), отсутствие возможности регулирования вектора тяги, большие акустические шумы, низкий КПД комплекса.

Технический результат предлагаемого изобретения - упрощение конструкции, повышение КПД комплекса, уменьшение акустических шумов, расширение возможных мест размещения комплекса на судне.

Технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем корпус и размещенное в нем круговое кольцо с возможностью вращения с закрепленными на внутренней стороне кольца лопастями, круговое кольцо выполнено как единое целое с ротором реверсивного электродвигателя погружного исполнения, где ротор закреплен с наружной стороны кольца, а статор прикреплен к корпусу, при этом кольцо с ротором подвешено на опорно-упорных конструкциях, защищенных эластичными сепараторами, длина лопастей составляет 0,4-0,5 внутреннего радиуса кольца, образующая внутренней поверхности носовой части корпуса на входе потока выполнена по синусоиде, в кормовой части движитель содержит поворотное сопло с регулируемым сечением, внутренняя поверхность сопла имеет многослойное покрытие из гибкого материала с возможностью осуществления и регулировки колебаний покрытия, при этом покрытие выступает в корму судна за пределы сопла, пустоты конструкций комплекса заполнены вибропоглощающими материалами.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что:

- На наружной стороне кругового кольца закреплен ротор реверсивного погружного электродвигателя, статор которого прикреплен к корпусу комплекса.

- Кольцо с ротором подвешено на опорно-упорных конструкциях, защищенных эластичными сепараторами.

- Длина лопастей составляет 0,4-0,5 внутреннего радиуса кольца.

- Образующая внутренней поверхности носовой части корпуса на входе потока выполнена по синусоиде.

- В кормовой части движитель содержит поворотное сопло с регулируемым сечением.

- Внутренняя поверхность поворотного сопла имеет многослойное покрытие из гибких материалов с возможностью осуществления и регулировки их колебаний.

- Указанное покрытие выступает в корму судна за пределы сопла.

- Пустоты конструкций комплекса заполнены вибропоглощающими материалами.

Предлагаемое устройство представлено на фиг. 1 (разрез А-А) и фиг. 2 (продольный разрез). Устройство содержит в корпусе 1 водометный движитель в составе кругового кольца 2 и лопастей 3, электропривод в виде статора 4 и ротора 5 реверсивного электродвигателя, а также опорно-упорные конструкции 6 на направляющих поверхностях 7 с эластичными сепараторами 8, поворотное сопло 9 и вибропоглощающий материал 10.

ВДДК работает следующим образом. Для движения объекта вперед подается электропитание в статор 4, что приводит во вращение ротор 5 и связанное с ним круговое кольцо 2. Лопасти 3 захватывают фронтальный поток воды и отбрасывают его в корму. Наличие синусоидальной поверхности на входе воды в корпус приводит к ламинаризации поступающего в корпус потока. Под действием центробежных сил поступающая в движитель вода отбрасывается к внутренней поверхности кольца 2 движителя, при этом по центру корпуса образуются зоны пониженного давления. В результате в движитель засасывается (эжектируется) дополнительная масса воды, создающая дополнительную тягу (известно, что закручивание потока в ряде устройств позволяет увеличить расход воды в 1,5-1,7 раза), что повысит КПД комплекса. Величина тяги регулируется оборотами электродвигателя, а направление вектора тяги - поворотным соплом 9. Расположенное в сопле многослойное покрытие из гибких материалов (не показано) имеет возможность колебаться в противофазе некоторым выбранным частотам для уменьшения величины акустических шумов на выходе из сопла. Для этого предусмотрены датчики для измерения спектра частот гидродинамического шума потока в сопле и устройства для обеспечения колебаний этого материала (датчики и устройства не показаны). Выступающее за пределы сопла 9 в корму судна многослойное покрытие обеспечивает снижение сопротивления судна.

Вращающаяся часть комплекса (кольцо 2 и ротор 5) подвешены, например, на шаровых катках 6 с водяной смазкой. Для предотвращения попадания посторонних предметов между катками и на направляющие 7 установлены эластичные сепараторы 8. Круговое кольцо 2 представляет собой тонкостенный цилиндр малого удлинения, длина кольца составляет около 0,5 внутреннего радиуса. Длина лопастей, равная 0,4-0,5 внутреннего радиуса кольца, определена экспериментально на маломасштабных моделях.

Вся конструкция размещена в корпусе 1 и пустоты ее заполнены, к примеру, вязкой жидкостью 10 в целях вибропоглощения. Кроме того, жидкость отводит тепло от обмоток статора 4 электродвигателя во внешнюю среду через обшивку корпуса 1.

Внутренний поток воды (по центру движителя) на выходе из движителя, имея иную скорость по сравнению с лопастным потоком, взаимодействуя с ним, приводит к разрушению кильватерной струи. Этот результат зафиксирован при модельных испытаниях предлагаемого комплекса.

По сравнению с традиционными предлагаемый ВДДК имеет следующие преимущества:

- Может быть размещен практически в любом месте по длине объекта (корабль, подводная лодка, подводный аппарат) и на любом отдалении от корпуса объекта (на подводном крыле, на концевых окончаниях рулей, либо вместо рулей, между корпусами многокорпусных судов, и т.п.).

- Имеет минимальное число конструктивных элементов.

- Не имеет линии вала как таковой.

- Обладает соплом регулирования направления тяги, что позволяет в некоторых случаях отказаться от поворотного механизма движителя или дополнить его возможности.

- Имеет существенно улучшенные акустические характеристики, так как малы действующие на концы лопастей радиальные и окружные нагрузки, отсутствует "пение" винта, уменьшается шум потока при входе в корпус за счет ламинаризации потока в сопле движителя путем активного воздействия на шумы потока со стороны гибкого покрытия, а также за счет частичного разрушения кильватерного слоя.

- Позволяет повысить обороты движителя, отодвигая момент появления кавитации.

- Имеет сквозной объем, что снижает инерционность ротора и сопротивление потоку при стоянке ротора.

- При использовании нескольких соосно вращающихся движителей в одном корпусе появляется возможность создать водяную турбину на большие мощности, причем число лопастей и соотношение оборотов могут быть оптимизированы.

Устройство опробовано в лабораторных условиях на маломасштабных моделях.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Mar. Propuls. Int., 1989, July-Aug., p.40.

2. И.А. Лучанский, А.А. Яновский. От весла до водомета. - Л.: Судостроение, 1964, рис.125 на с.130 - прототип.