прямоточный газоводометный движитель

Формула изобретения

1. Прямоточный газоводометный движитель, содержащий профилированный водозаборный канал с входным и выходным диффузорным отверстием, газоподводящий тракт, цилиндрическую вставку в канале, расположенную за входным диффузором, в район которой по газоподводящему тракту подается воздух, и устройство подачи и повышения скорости воздуха, размещенное в корпусе газоподводящего тракта и включающее 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 в упомянутой полости размещены впускные клапаны на ее стенке для подачи в полость воздуха, а по меньшей мере одна полость сообщена с устройствами подачи и отсоса воздуха для регулировки мощности движителя.

2. Прямоточный 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 сравнительно небольшого водоизмещения.

Известен прямоточный газоводометный движитель, содержащий профилированный водозаборный канал с входным диффузорным отверстием, цилиндрическую вставку в канале, выходное диффузорное отверстие, газоподводящий тракт и устройство подачи и повышения скорости воздуха в движитель [1]. Принят в качестве прототипа.

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

Известен гидрореактивный пульсирующий движитель судна, который состоит из водопроточного канала с входной водозаборной трубой, выходного сопла, газовых генераторов, размещенных внутри канала в несколько рядов по всей его длине, при этом подвижные части генераторов кинематически соединены с механизмами управления движителем [2].

Недостатки аналога - сложность и недостаточная надежность конструкции, большие расходы топлива, небольшой КПД.

Технический результат изобретения - повышение эффективности движителя, а именно снижение расхода и необходимых запасов топлива, увеличение скорости хода и КПД движителя, удешевление эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что используется устройство, состоящее из профилированного водозаборного канала с входным и выходным диффузорным отверстием, газоподводящего тракта, цилиндрической вставки в канале, которая расположена за входным диффузором, а также устройства подачи и повышения скорости воздуха (ускоритель), размещенного в корпусе газоподводящего тракта, которое включает 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. Дополнительно в устройстве, 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 в ней 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. Кроме этого в полости или в полостях размещены датчики давления, на входном и выходном соплах - датчики скорости потока воздуха с выдачей информации на блок управления работой движителя.

Схема предлагаемого изобретения изображена на фиг.1, на фиг.2 - ускоритель потока воздуха.

Прямоточный газоводометный движитель (фиг.1) включает: 1 - профилированный водозаборный канал, 2 - входное диффузорное отверстие, 3 - выходное диффузорное отверстие, 4 - цилиндрическую вставку, 5 - газоподающий тракт, 6 - ускоритель потока воздуха.

Устройство подачи и повышения скорости воздуха (фиг.2) содержит размещенные соосно сужающееся сопло 7 с входным сечением 8 и критическим сечением 9, сужающееся сопло 10 с критическим сечением 11 и полость 12 между этими соплами. В полости 12 помещены средства ионизации воздуха 13, впускные клапаны 15 на стенке 14 полости. 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 7 и 10 имеется полость 12, между соплами 10 и 16 - полость 21. 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 давления в полостях и датчики скорости во входном и выходном отверстиях, а также блок управления работой движителя на фигурах не показаны.

Устройство работает следующим образом. Включается подача воды в водозаборный канал через отверстие 2. В район цилиндрической вставки 4, которая следует за входным диффузором, по газоподающему тракту поступает воздух из ускорителя 5. Смешиваясь с водой, воздух расширяется и ускоряет полученную смесь, которая выталкивается через выходное отверстие 3, создавая силу тяги судна.

Ускоритель по существу увеличивает энергию воздуха, забираемого из внешней среды, которую в дальнейшем передает рабочему телу (смеси воздуха с водой). В нерабочем состоянии ускоритель заполнен воздухом. Для запуска ускорителя производят ионизацию воздуха в полости 12 с использованием одного или нескольких средств ионизации 13, размещенных в полости. При этом впускные клапаны 15 закрыты. 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 в 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]. Поток расширенного в полости 12 газа вылетает к центральной оси устройства, увлекая (эжектируя) при этом воздух из внешней среды через входное отверстие 8. После этого клапаны 15 открываются и в полость 12 поступает или впрыскивается воздух из внешней среды или от 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 воздуха (через сопло 7) 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 17 и тем самым увеличению скорости истечения и расхода воздуха через входное отверстие 8. Это в свою очередь приведет к усилению вакуумирования полости 21. Такие процессы будут происходить до тех пор, пока перестанет повышаться вакуум в полости. Здесь возможны два исхода. Первый, когда величиной вакуума в полости 21 не управляют, 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. После установления постоянной скорости потока воздуха на выходе ускорителя частоту пульсаций постепенно уменьшают вплоть до полного выключения. Ускоритель 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 самовакуумировании полостей 12, 21 и 22 в выходном сопле 20 возникает устойчивый сверхзвуковой поток воздуха.

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

Рассмотренный режим работы усилителя 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 воздуха в ускорителе, полученный от вакуумирования полостей 21 и 23.

Затраты энергии на работу движителя сравнительно небольшие. Она расходуется на разгон воздуха внутри ускорителя до заданной скорости, на ионизацию воздуха в полости 12. Кроме этого энергия расходуется на работу механизмов открытия-закрытия клапанов 15. Поддержание же задаваемой скорости струи на выходе двигателя осуществляется, главным образом, за счет вакуума в полостях ускорителя. Отсос или подача воздуха в вакуумированные полости, имеющие небольшие объемы, питание измерительной аппаратуры и блока управления работой двигателя потребуют сравнительно небольшие затраты энергии.

Таким образом, использование изобретения позволит существенно повысить эффективность газоводяных двигателей, в том числе для высокоскоростных судов, в первую очередь уменьшить удельные массо-габаритные характеристики энергетической установки, расход и необходимые запасы топлива, удешевить эксплуатацию, перевозить больше полезного груза.

Источники информации

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, опубл. 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. 7 F 02 К 7/00, опубл. 27.03.2003.