газоводометный движитель

Формула изобретения

1. Газоводометный движитель, содержащий профилированный воздухозаборник с входным и выходным отверстием, водозаборник и ускоритель, размещенный в корпусе воздухозаборника и включающий в себя по меньшей мере два сужающихся сопла, герметично соединенных между собой, при этом каждое сопло коаксиально введено в следующее по ходу движения воздуха сопло с образованием между соплами полости или полостей, отличающийся тем, что по меньшей мере одна полость снабжена средствами ионизации воздуха, обеспечивающими ионизацию воздуха в полости и его движение в ускорителе с эжекцией воздуха из внешней среды через входное отверстие, при этом на стенке упомянутой полости размещены впускные клапаны для подачи в полость воздуха, по меньшей мере одна полость сообщена с устройствами подачи и отсоса воздуха внутрь этой полости, для регулировки мощности движителя, а в воздухозаборнике перед его соединением с водозаборником установлены соосно водоохлаждаемые цилиндры.

2. Газоводометный движитель по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере в одной полости размещены датчики давления, а на входном и выходном соплах - датчики скорости потока с выдачей информации на блок управления работой движителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к судостроению, а именно к движителям судов и других плавсредств.

Известен газоводометный движитель судна, состоящий из воздухозаборника с входным и выходным отверстием, водозаборника и ускорителя подачи воздуха в воздухозаборник [1].

Недостатки - низкая эффективность, отсутствие возможности снизить расход и необходимый запас возимого топлива, небольшой КПД.

Известен газоводометный движитель судна, состоящий из трубы с водозаборным и выходным каналом, внутри которого установлено рабочее колесо, спрямляющий аппарат и центральное тело, а также газонагревательный канал, соединенный с выходным каналом [2].

Недостатки аналога те же самые.

Технический результат изобретения - повышение эффективности, в том числе снижение расхода и необходимого запаса топлива, повышение скорости судна и КПД движителя.

Технический результат изобретения достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из воздухозаборника с входным и выходным отверстием, водозаборника и ускорителя подачи воздуха, включающего в себя, по меньшей мере, два сужающихся сопла, герметично соединенных между собой так, что каждое сопло коаксиально введено в следующее по ходу движения воздуха сопло с образованием между соплами полости или полостей, по меньшей мере одна полость снабжена средствами ионизации воздуха, обеспечивающими ионизацию воздуха в полости и его движение в ускорителе с эжекцией воздуха из внешней среды через входное отверстие. В этой полости также размещены впускные клапаны на ее стенке для подачи в полость воздуха. Помимо этого, по меньшей мере, одна полость сообщена с устройствами подачи и отсоса воздуха внутрь этих полостей для регулировки мощности движителя. В воздухозаборнике перед соединением его с водозаборником установлены соосно водоохлаждаемые цилиндры.

В полости или полостях размещены датчики давления, а на входном и выходном соплах - датчики скорости потока с выдачей информации на блок управления работой движителя.

Схематически предлагаемое изобретение изображено на фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 показан один из возможных вариантов газоводометного движителя (ГВД) на водоизмещающем судне. На фиг.2 представлен ускоритель - устройство повышения скорости подачи воздуха в воздухозаборнике.

Движитель содержит воздухозаборник 1 с входным 2 и выходным 3 отверстием. Входное отверстие при этом может располагаться на палубе, на надстройке судна и повернуто в нос. Кормовое (выходное) отверстие - располагается над уровнем воды. В воздухозаборник врезается водозаборник 4. Внутри воздухозаборника 1 размещаются устройство ускорения воздуха 5 (далее - ускоритель) и вблизи врезки водозаборника - соосные водоохлаждаемые цилиндры 6.

Ускоритель (фиг.2) содержит размещенные соосно сопло 7 с входным сечением 8 и критическим сечением 9, сопло 10 с критическим сечением 11 и полость 12 между этими соплами. В полости 12 на ее стенке 14 помещены устройства ионизации воздуха 13 и клапаны 15. Далее по ходу движения воздуха следуют сужающееся сопло 16 с критическим сечением 17 и сужающееся сопло 18 с критическим сечением 19 и выходным сужающимся соплом 20. Между соплами 10 и 16 имеется полость 21, между соплами 16 и 18 - полость 22. При этом сопла 7 и 10, а также 10 и 16, 16 и 18 соединены между собой герметично. К полостям 12, 21 и 22 подсоединены устройства 23 отсоса и подачи воздуха внутрь этих полостей. Датчики и блок управления на фигурах не показаны.

Устройство работает следующим образом.

В нерабочем состоянии все сопла ускорителя 5 заполнены воздухом. Для ввода в строй двигателя производят ионизацию воздуха в полости 12 ускорителя с использованием одного или нескольких средств ионизации 13, размещенных в полости. Такими средствами ионизации могут быть нанесенные на внутренние поверхности стенки полости электроды, соединенные с полюсами источника напряжения электротока, или магнитные полосы. Средствами ионизации могут быть также источник искусственного потока элементарных частиц с энергией в интервале от 10 эВ до 1,2*10⁴⁵ эВ или нанесенные на стенки полости покрытия, содержащие радиоактивные элементы. Ионизацию осуществляют, например, возбуждением в воздухе полости электрического разряда переменным электрическим и/или магнитным полем. Или путем ввода в полость катализатора процесса ионизации (инертный газ (например, аргон), элементы четвертой группы периодической таблицы химических элементов (например, углерод) и др. В результате ионизации молекулы воздуха (азота и кислорода) частично разрушаются с выделением большого количества тепла и кинетической энергии [3]. При закрытых клапанах 15 поток расширенного в полости 12 газа вылетает к центральной оси устройства, эжектируя при этом воздух из внешней среды через входное сечение 8. Далее клапаны 15 открываются и в полость 12 поступает воздух из внешней среды или из источника сжатого воздуха. После этого клапаны закрываются. Частота выполнения таких операций (пульсаций) регулируется и может быть достаточно высокой, чтобы обеспечить квазинепрерывный характер работы. Когда скорость потока газа, идущего из полости 12, с учетом эжектируемого из внешней среды (через сопло 7) объема воздуха между сечениями 11 и 17 будет достаточной для эжекции воздуха из полости 21, в последней возникнет некоторое разрежение. Оно будет способствовать повышению перепада давлений между сечениями 8 и 11 и тем самым увеличению скорости истечения и расхода воздуха через входное сечение 8. Это, в свою очередь, приведет к усилению вакуумирования полости 21. Такие процессы будут происходить до тех пор, пока перестанет повышаться степень вакуума в полости. Здесь возможны два исхода. Первый, когда величиной вакуума в полости 21 не управляют, тогда скорость потока будет наибольшей при технически возможной степени вакуума (за счет самовакуумирования [4]). Второй исход, когда, наоборот, величину вакуума назначают и поддерживают в полости 21 искусственно, скорость потока при этом будет управляемой. При установлении постоянной скорости потока частоту пульсаций постепенно уменьшают вплоть до полного выключения. Движитель начинает работать только за счет засасывания в сопло 21 воздуха из внешней среды вакуумом этой полости. После прекращения пульсаций возникает разрежение и в полости 12. При дальнейшем вакуумировании полостей 12, 21 и 22 в выходном сопле 20 возникнет устойчивый сверхзвуковой поток воздуха.

Ускоренный в 5 поток воздуха по воздуховоду движется в корму судна, проходит через водоохлаждаемые цилиндры 6. Такие цилиндры помимо охлаждения потока воздуха примерно в два раза увеличивают эжекцию воды из водозаборника 4. Судно приобретает некоторую скорость. Под действием скоростного напора вода поступает в водозаборник 4, из него в воздухозаборник 1, где образуется двухфазная смесь, которая через выходное сопло 3 выбрасывается в корму судна, создавая силу тяги. В усилителе 5 воздух ускоряется до больших скоростей, при этом существенно повышается эжекция воздухом воды из водозаборника. Как следствие, возрастает скорость смеси и содержание в ней воды на выходе из движителя. Увеличивается сила тяги и КПД движителя.

Регулировка скорости (мощности) потока на выходе из движителя в реальном времени производится путем управления величиной вакуума в полостях 12, 21 и 22. Для этого предусмотрены устройства 23 для отсоса воздуха при необходимости увеличения скорости и подачи воздуха для уменьшения скорости потока. Регулировка мощности потока на выходе движителя может быть осуществлена изменением частоты пульсаций процессов в полости 12. Для управления работой ускорителя используются показания датчиков давления, размещенных в полостях, датчиков скорости потока на выходе и входе из ускорителя, а также показания устройств 23, поступающие в блок управления его работой.

Рассмотренный режим работы движителя не является единственным. Возможен вариант работы, при котором впрыскивание и ионизация воздуха в полости 12 производятся непрерывно. В этом случае энергия, выделяемая при разложении атомов воздуха в полости, будет дополнять, усиливать энергетический эффект движения газа, полученный от вакуумирования полостей 21 и 22 ускорителя 5.

Затраты топлива на работу движителя сравнительно небольшие. Топливо тратится на разгон воздуха внутри движителя до заданной скорости, на ионизацию воздуха в полости 12 и компенсацию потерь на трение и др. Кроме этого энергия расходуется на работу механизмов открытия-закрытия клапанов 15. Поддержание же задаваемой скорости струи на выходе движителя осуществляется, главным образом, за счет вакуума в полостях ускорителя. Отсос или подача воздуха в вакуумированные полости, имеющие небольшие объемы, потребует сравнительно небольших затрат топлива.

Таким образом, использование изобретения позволит существенно повысить эффективность газоводометных двигателей, в том числе для высокоскоростных судов. В результате будут уменьшены удельные характеристики энергетической установки, расход и необходимые запасы топлива, увеличен КПД движителя, снижена стоимость эксплуатации.

Использованные источники

1. М.А. Мавлюдов, А.А. Русецкий, Ю.М. Садовников, Э.А. Фишер. Движители быстроходных судов. - Л.: Судостроение, 1982. - 280 с.

2. Патент РФ №2025572, кл. 7 F 02 К 11/00, В 60 V 1/14, публ. 23.12.1991.

3. Е.И. Андреев, О.А. Ключарев, А.П. Смирнов, Р.А. Давыденко. Естественная энергетика. - СПб: Нестор, 2000. - 122 с.

4. Патент WO 03/025379, кл. F 02 К 7/00, публ. 27.03.2003.