водометный движитель подводного судна

Формула изобретения

Водометный движитель подводного судна, содержащий осевой насос с лопастным рабочим колесом, размещенным в направляющей насадке соосно с кормовой оконечностью судна, на концах лопастей жестко закреплено профилированное бандажное кольцо, отличающийся тем, что обращенная в нос судна внутренняя поверхность передней части направляющей насадки частично выполнена в виде поверхности кольцевого крыла, а противолежащая ему обшивка кормы имеет форму поверхности усеченного конуса, образующая которого эквидистантна хорде этого кольцевого крыла, угол между продольной осью судна и хордой составляет 4590^o, при этом перед насосом в потоке размещены направляющие кольца, наружная обшивка направляющей насадки выполнена перфорированной, а в теле насадки расположен водосборник, связанный водяными магистралями с перфорацией и проточной частью водовода движителя, на внутренней поверхности кормовой части водовода за насосом и на поверхности ступицы движителя размещены многослойные гибкие кольца с системой регулировки частот их колебаний.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к судостроению, а именно к водометным движителям подводных судов (подводных транспортов, подводных аппаратов и т.п.), и может быть использовано для получения дополнительной тяги, составляющей не менее 25-35% от упора водометного движителя, повышения КПД движителя, приблизив его к КПД гребного винта, снижения сопротивления корпуса судна (экономии топлива), уменьшения шумов струи воды на выходе из движителя, улучшения параметров управляемости подводного судна.

Известен водометный движитель, содержащий осевой насос с лопастным рабочим колесом, размещенным в насадке в виде кольцевого крыла соосно с кормовой оконечностью плавсредства (заявка Японии 51-199156, кл. В 63 С 8/12, 1976 г. ).

Недостатки аналога - низкие по сравнению с гребным винтом пропульсивные качества; значительная шумность, особенно на докавитационных режимах работы; повышенная вибрация на основных режимах движения плавсредства.

Известен водометный движитель (патент РФ 2057684, В 63 Н 11/08, 11/02, В 63 С 8/12, 1992 г.), содержащий осевой насос с лопастным рабочим колесом, размещенным в насадке в виде кольцевого крыла соосно с кормовой оконечностью плавсредства, на концах лопастей жестко закреплено профилированное бандажное колесо. Принят за прототип.

Недостатки прототипа - низкий по сравнению с гребным винтом КПД; требует большого удлинения плавсредства, что ведет к увеличению смоченной поверхности и сопротивления корпуса, а также ухудшению параметров управляемости; недостаточное снижение шума в потоке за корпусом плавсредства.

Технический результат предлагаемого изобретения - создание в водоводе водометного движителя дополнительной (корпусной) силы тяги и снижение силы сопротивления корпуса судна (экономии топлива), повышение КПД водометного движителя до КПД гребного винта, снижение шума в потоке за корпусом подводного судна.

Технический результат достигается следующим.

1. Для создания дополнительной силы тяги и увеличения КПД в водометном движителе, содержащем осевой насос с лопастным рабочим колесом, размещенным в насадке в виде кольцевого крыла соосно с кормовой оконечностью судна, а на концах лопастей жестко закреплено профилированное бандажное кольцо, обращенная в нос судна внутренняя поверхность передней части насадки выполнена в виде кольцевого крыла с системой управления его "подъемной силы", а противолежащая ему обшивка кормы имеет форму усеченного конуса, образующая которого эквидистантна "хорде" кольцевого крыла, при этом угол между продольной осью судна и "хордой" составляет 45-90^o.

2. Для уменьшения неравномерности потока в водоводе предусмотрены направляющие кольца перед насосом движителя.

3. Для отсоса (с использованием потока в водоводе ВД) пограничного слоя с наружной поверхности кольцевой насадки эта поверхность выполнена перфорированной (например, в виде щелей), в теле насадки предусмотрен водосборник, связанный водяными магистралями с перфорацией и проточной частью водовода движителя.

4. Для снижения шума в потоке на выходе из сопла ВД на поверхности кормовой части водовода и на поверхности ступицы движителя размещаются многослойные гибкие кольца с системой регулировки частот их колебаний.

На чертеже представлен предлагаемый водометный движитель, продольный разрез. Движитель содержит лопатки раскручивающего аппарата 1, соединенные концами с кормовой частью 2 водовода, ускоряющую поток направляющую насадку 3, жестко скрепленную с концами лопастей 4 рабочего колеса 5, кольцевую насадку 6, жестко скрепленную пилонами (не показаны) с корпусом судна 7, гребной вал 8, ступицу 9, с которой соединены комли лопаток, кольцевое крыло 10 с системой повышения "подъемной силы", направляющие кольца 11 перед насосом, перфорированные отверстия 12 наружной поверхности насадки 6, водосборник 13, соединительные магистрали 14, многослойные гибкие кольца 15 и 16 с системой регулировки частот их колебаний.

Устройство работает следующим образом. При вращении рабочего колеса 5 происходит подсос воды к рабочему колесу через водозаборник. При этом в носовой части водовода происходят изменения полей скоростей и давлений, вызванные наличием кольцевого крыла 10. Давление со стороны потока на кольцевое крыло 10 уменьшается по сравнению с давлением на противолежащий участок обшивки кормы корпуса плавсредства. В результате этого в потоке появляется результирующая гидродинамических давлений, приложенная к корме корпуса под заданным углом (45-90^o). Ее проекция на диаметральную плоскость дает корпусную силу тяги, дополнительную к реактивной тяге движителя. Далее поток воды проходит через направляющие кольца 11 для выравнивания потока перед насосом 5. Закрученный рабочим колесом поток поступает на лопатки раскручивающего аппарата 1, выпрямляется им и выбрасывается в сторону, противоположную движению плавсредства.

Перед выходом из водовода поток взаимодействует с многослойными гибкими кольцами 15 и 16, подключенными к системе регулировки частот их колебаний.

При движении воды в кормовой части водовода за насосом 5 происходит эжекция воды через соединительные магистрали 14 из водосборника 13, куда поступит вода через перфорацию 12 в наружной обшивке кольцевой направляющей насадки 6. Происходящий при этом отсос пограничного слоя с поверхности этой насадки предотвратит отрыв пограничного слоя и снизит сопротивления трения и формы насадки, корпуса судна в целом.

Как показывают оценочные расчеты, дополнительная сила тяги в ВД составит (с учетом дополнительных сил сопротивления) не менее 25-35% от упора движителя судна. При этом КПД повысится на 10-15% (до 0,70-0,75).

При величинах упомянутого угла между "хордой" кольцевого крыла и диаметральной плоскостью менее 45^o дополнительная (корпусная) сила тяги оказывается сравнительно небольшой и применение предлагаемого устройства нецелесообразно.

Многослойные гибкие кольца на выходе из водовода и на ступице, будучи настроены на частоты колебаний в противофазе колебаний воды, обеспечат уменьшение шума за корпусом судна.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа следующими признаками

1. Обращенная в нос судна внутренняя поверхность передней части направляющей насадки частично выполнена в виде кольцевого крыла с системой управления его "подъемной силы".

2. Противолежащая кольцевому "крылу" поверхность кормы подводного судна имеет форму усеченного конуса и эквидистантна хорде этого кольцевого "крыла".

3. Угол между продольной осью плавсредства и хордой кольцевого "крыла" составляет 45-90 градусов.

4. Перед насосом размещены направляющие кольца для выравнивания потока.

5. Внешняя поверхность кольцевой насадки выполнена перфорированной для отсоса пограничного слоя.

6. В теле направляющей насадки размещен водосборник, соединенный с перфорацией наружной поверхности насадки и водоводом.

7. На выходе из водовода размещены многослойные гибкие кольца с системой регулировки частот их колебаний.

8. На поверхности ступицы гребного вала размещены многослойные гибкие кольца с системой регулировки частот их колебаний.

Изменение формы внутренней обшивки водовода и внесение в него обтекаемых тел вызовет и дополнительную силу сопротивления. Однако, так как гидродинамическое качество кольцевого "крыла" во много раз выше качества самого водометного движителя (до внесения каких-либо изменений), то дополнительная сила тяги будет существенно больше возможных потерь части реактивной силы тяги от повышения сопротивления в водоводе.