подвесной ветродвигатель для маломерных судов

Формула изобретения

1. Подвесной ветродвигатель для маломерных судов, включающий в себя мачту, ветроколесо с гибкими или жесткими лопастями, содержащими нервюры, трансмиссию, гребной винт с приводом, размещенным в корпусе, и плавник, отличающийся тем, что ветроколесо, трансмиссия, плавник и гребной винт объединены в одну конструкцию, снабженную горизонтальными полуосями, вставленными в подшипники мачты.

2. Подвесной ветродвигатель для маломерных судов по п.1, отличающийся тем, что нервюры гибких лопастей в своей корневой части снабжены втулками с пазами разной длины.

3. Подвесной ветродвигатель для маломерных судов по п.1, отличающийся тем, что корпус привода гребного винта снабжен подшипниками с возможностью поворота корпуса, а плавник гребного винта выполнен с осевым отверстием, сквозь которое проходит корпус привода гребного винта, и в своей верхней части плавник выполнен с фигурным выступом для соединения его с мачтой.

4. Подвесной ветродвигатель для маломерных судов по п.1, отличающийся тем, что угол установки концов гибких и жестких лопастей к плоскости вращения ветроколеса выполнен в диапазоне 20-25°, а угол установки лопастей на расстоянии 0,25 радиуса от центра ветроколеса выполнен в диапазоне от 55 до 65°.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателям для маломерных судов, в частности к ветродвигателям, и может быть применено как экологически чистое и бесшумное устройство для передвижения по воде.

Известен ветродвигатель для судна, включающий в себя мачту, установленную в вертикальной плоскости вблизи от центра бокового сопротивления транспортного средства, ветроколесо с большим количеством гибких или жестких лопастей с нервюрами, установленное на вершине мачты и способное поворачиваться вокруг вертикальной оси, балансировочную штангу, уравновешивающую и фиксирующую ветроколесо при повороте его вокруг вертикальной оси и установке перпендикулярно ветру под действием набегающего воздушного потока. Гибкие или жесткие лопасти уравновешены с помощью противовесов вокруг собственных осей и снабжены механизмом регулирования шага, обеспечивающим возможность поворота лопасти вокруг собственной оси. В рабочем положении лопасти направлены под углом не более 45 градусов к направлению ветра. Мощность от ветроколеса передается к стационарному гребному винту через механическую передачу. Управление движением судна осуществляется с помощью руля. Ветроколесо снабжено тормозным устройством. (UK Patent Application GB 2286570 A, опубл. 23.08.1995 г.).

Недостатками такого двигателя является то, что необходимость размещения мачты в центре бокового сопротивления приводит к тому, что вращающееся ветроколесо окажется непосредственно над головами экипажа, что опасно и психологически неприемлемо, кроме того, поворота лопасти вокруг собственной оси недостаточно для эффективной работы ветродвигателя по ветру и против ветра.

Стационарное закрепление гребного винта ограничивает возможность плавания на мелководье.

Большое количество лопастей, установленных под углом не более 45 градусов к направлению ветра, не может обеспечить высокой скорости судна против ветра.

Использование в прототипе руля для управления судном, снабженным ветродвигателем, приводит к существенному уменьшению скорости движения против ветра из-за увеличения гидродинамического сопротивления симметричного профиля при наличии на нем угла атаки.

Целью изобретения является обеспечение безопасного для экипажа движения маломерного судна под любым углом к направлению ветра, в том числе и против ветра с максимально возможной скоростью и обеспечение возможности его плавания на мелководье и участках, заросших водорослями.

Поставленная цель достигается тем, что в подвесном ветродвигателе, включающем в себя мачту, ветроколесо с гибкими или жесткими лопастями, снабженными нервюрами, трансмиссию, плавник и гребной винт с приводом в корпусе, согласно изобретению ветроколесо, трансмиссия, плавник и гребной винт объединены в одну конструкцию, снабженную горизонтальными полуосями, вставленными в подшипники мачты, нервюры гибких лопастей снабжены втулками с пазами разной длины, корпус привода гребного винта снабжен подшипником с возможностью поворота корпуса, а плавник гребного винта выполнен с осевым отверстием, сквозь которое проходит поворотный корпус привода гребного винта, и в своей верхней части плавник выполнен с фигурным выступом для фиксации замком мачты, при этом угол установки концов гибких или жестких лопастей к плоскости вращения ветроколеса выполнен в диапазоне 20-25 градусов, а угол установки лопастей на расстоянии 0,25 радиуса от центра ветроколеса выполнен в диапазоне от 55 до 65 градусов.

На фиг.1 изображена конструктивная схема подвесного ветродвигателя с гибкими лопастями.

На фиг.2 изображен общий вид подвесного ветродвигателя с гибкими лопастями на надувной лодке.

На фиг.3 изображен общий вид подвесного ветродвигателя с гибкими лопастями в поднятом положении.

На фиг.4 изображен общий вид подвесного ветродвигателя с жесткими лопастями на байдарке.

На фиг.5 изображен общий вид подвесного ветродвигателя с жесткими лопастями в поднятом положении.

Подвесной ветродвигатель для маломерных судов содержит: гребной винт - 1, конический редуктор гребного винта - 2, приводной вал - 3, трубу корпуса приводного вала - 4, замок мачты - 5, заднее ребро мачты - 6, рулевую тягу - 7, корпус судна - 8, переднее ребро мачты - 9, тросово-винтовой зажим - 10, патрубок - 11, кольцевую опору - 12, конический редуктор ветродвигателя - 13, полуось поворота ветродвигателя в вертикальной плоскости - 14, перемычки для соединения ребер мачты - 15, 16, штангу управления ветродвигателем в горизонтальной плоскости - 17, штангу управления гребным винтом - 18, фиксатор штанги управления гребным винтом - 19, ступицу ветродвигателя - 20, втулку флюгерной нервюры - 21, трубчатые лонжероны - 22, флюгерные нервюры - 23, подшипник корпуса привода гребного винта - 24, фигурный выступ плавника - 25, плавник - 26.

Гребной винт 1 через конический редуктор 2, приводной вал 3 и конический редуктор 13 соединен со ступицей ветроколеса 20. Приводной вал 3 заключен в трубу корпуса приводного вала 4. Эта труба может поворачиваться в подшипнике 24 с помощью рулевой тяги 7. Передние ребра мачты 9, закрепленной на корме 8, в своей верхней части имеют отверстия, служащие подшипниками для фиксации в них полуосей 14 кольца 12, в котором может поворачиваться патрубок 11, закрепляемый в нужном положении тросово-винтовым зажимом 10, фиксирующим положение штанги 17. В ступицу ветроколеса 20 вставлены круглые лонжероны 22, снабженные упорами для втулок 21, флюгерных нервюр 23. Упоры входят в пазы втулок 21. Плавник гребного винта 26 в рабочем положении фиксируется за свой фигурный выступ 25 замком 5, установленным на заднем ребре мачты 6. На лонжероны 22 и нервюры 23 надевается тканевая оболочка.

Жесткость мачты обеспечивается перемычками 15 и 16. Штанга управления поворотом корпуса привода гребного винта 18 связана с управляющей кулисой, снабженной фиксатором 19.

Подвесной ветродвигатель работает следующим образом. Первоначально подвесной ветродвигатель поднят и ветроколесо занимает горизонтальное положение. При отходе от берега на глубину немного более диаметра гребного винта подвесной ветродвигатель поворачивается на полуосях 14, вставленных в подшипники мачты, и гребной винт опускается в воду. При этом плавник 26 своим фигурным выступом 25 заходит в замок мачты 5 и фиксируется в нем. Наконечник рулевой тяги 7 вставляется в отверстие штанги управления гребным винтом 18. Наконечники тросов, выходящих из тросово-винтового зажима 10, вставляются в отверстия штанги управления ветродвигателем в горизонтальной плоскости 17, и ветроколесо разворачивается в кольцевой опоре 12 перпендикулярно ветру или под необходимым углом к направлению ветра. Это направление фиксируется винтовым зажимом. Под действием набегающего потока флюгерные нервюры 23 поворачиваются вокруг лонжеронов 22 на втулках 21 и становятся на упоры, входящие в пазы втулок 21. Длина паза определяет угол поворота нервюры. У нервюр, расположенных ближе к ступице 20, длина паза больше, чем у концевых нервюр. За счет этого обеспечивается необходимая аэродинамическая крутка гибкой лопасти ветроколеса. Ветроколесо начинает вращаться. Механический момент от ветроколеса передается гребному винту 1 через конический редуктор ветродвигателя 13, приводной вал 3 и конический редуктор гребного винта 2. Управление движением судна по курсу осуществляется поворотом трубы корпуса приводного вала 4 в подшипнике 24 с помощью штанги 18 при неподвижном плавнике 26. Движение по заданному курсу происходит с помощью фиксатора штанги управления гребным винтом 19.

При изменении направления ветра на противоположное флюгерные нервюры 23 разворачиваются под действием воздушного потока так, как показано на виде А, и становятся на упоры, изменяя аэродинамическую крутку лопасти на противоположную, а направление вращения ветроколеса и, следовательно, гребного винта остается тем же самым. Таким образом, любое направление ветра в диапазоне 360 градусов по отношению к курсу судна может быть использовано при повороте ветроколеса на 90 градусов в одну или другую сторону. При этом ветроколесо всегда остается вне зоны нахождения экипажа и плоскость его вращения никогда не проходит через область нахождения людей.

Выбор гибких или жестких лопастей определяется типом судна. Для коротких надувных лодок неприемлема ситуация, когда ветроколесо поворачивается на 360 градусов. В этом случае применение гибких лопастей делает эксплуатацию подвесного ветродвигателя безопасной.

Однако аэродинамическое качество гибких лопастей ниже, чем жестких. Для относительно длинных маломерных судов, например для байдарки, возможно осуществлять поворот ветроколеса подвесного ветродвигателя на 360 градусов без опасности для экипажа. При этом всегда возможно выбрать такую плоскость вращения ветроколеса, чтобы она не проходила через плоскость нахождения людей. Применение в этом случае жестких лопастей с высоким аэродинамическим качеством при несущественном изменении схемы управления подвесным ветродвигателем позволяет достичь большей скорости при движении против ветра.