способ увеличения реактивной тяги истекающей струи

Формула изобретения

Способ увеличения реактивной тяги истекающей струи путем нагрева выбрасываемой через канал или сопло рабочей жидкости, отличающийся тем, что нагрев рабочей жидкости производят без изменения ее агрегатного и фазного состояния до температуры, превышающей температуру насыщения жидкости при давлении среды, в которую происходит истечение струи, а канал или сопло выполняют с расширяющимся выходным участком.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания водометов, например водометных судовых движителей.

Водометные движители вследствие предельной простоты конструкции, надежности и возможности работы на мелководье получили большое распространение для привода многих типов судовых транспортных средств.

Известен способ создания реактивной тяги в судовом водометном движителе (аналог) путем выброса через канал или сопло бортовой воды с помощью прокачивающего воду насоса [1]. Недостатком такого способа является необходимость применения специального насоса и существенно меньшая эффективность (КПД) водометного двигателя по сравнению с гребным винтом на умеренных скоростях.

Известен принимаемый в качестве прототипа изобретения способ увеличения реактивной тяги истекающей струи путем нагрева выбрасываемой через канал или сопло рабочей жидкости (воды) горячим газом [2]. Согласно этому способу горячий газ и забортная вода могут подаваться к соплу поочередно или непрерывно через эжектор с использованием воды в качестве эжектирующей среды. Использование расширения сжатого горячего газа в сопле по сравнению с [1] создает дополнительную тягу и повышает КПД водометного движителя.

Достигаемым результатом изобретения является существенное увеличение реактивной тяги истекающей струи.

Указанный результат обеспечивается тем, что в способе увеличения реактивной тяги истекающей струи путем нагрева выбрасываемой через канал или сопло рабочей жидкости согласно изобретению нагрев рабочей жидкости производят без изменения ее агрегатного и фазного состояния до температуры, превышающей температуру насыщения жидкости при давлении среды, в которую происходит истечение струи, а канал или сопло выполняют с расширяющимся выходным участком.

Нагрев рабочей жидкости без изменения ее агрегатного и фазного состояния реализуется путем поддержания давления при нагреве выше атмосферного и использования для нагрева поверхностного теплообменника или электронагревателя (смешение нагреваемой жидкости с горячим газом исключается). Поскольку за рабочим каналом или соплом давление ниже давления нагретой жидкости, в процессе движения вдоль канала или сопла перегретой по отношению к этому давлению жидкости наступает момент равенства ее температуры с температурой насыщения при некотором промежуточном давлении. Жидкость при этом мгновенно вскипает, а образующийся в большом количестве пар, расширяясь в сопле с расширяющимся выходным участком (сопле Лаваля), приобретает значительную скорость, что приводит к соответствующему резкому (в несколько раз) возрастанию реактивной тяги струи, что подтверждается данными экспериментального исследования истечения вскипающей воды через сопло Лаваля.

Пример. При температуре 275^oС, что соответствует давлению на линии насыщения примерно 6 МПа (60 атм.) расчетное значение реактивной тяги при истечении несжимаемой жидкости (воды) через короткое отверстие составляет примерно 3 Н. Для тех же условий при истечении вскипающей воды через расширяющееся сопло тяга увеличивается примерно до 11 Н, т.е. в 3,7 раза. При этом изменение угла расширения в пределах 10-20^o слабо влияет на тягу сопла. С ростом температуры от 225 до 325^oС тяга возрастает примерно от 3 до 21 Н, т.е. примерно в 7 раз.

Источники информации

1. Патентная заявка США 5490804, В 63 Н 11/00, 1996.

2. Патент РФ 2165375, 7 В 63 Н 11/09, 1999.