Судновий гусенично-лопатевий рушій

1. Судновий гусенично-лопатевий рушій, що складається з двох суцільних розташованих паралельно одна до одної гусеничних стрічок, кожна з яких насаджена на барабани, один з яких ведучий - призначений для з'єднання півосями з диференціалом, який кінематично з'єднаний з двигуном, а кожна із згаданих стрічок обладнана розташованими на її зовнішній поверхні гребними лопатями, який відрізняється тим, що гребні лопаті на зов 3 ктивна сила має вертикальну складову Fв, яка досягши певної величини може викликати глісування лопатей по поверхні води, що веде до просковзування гусеничної стрічки відносно водної поверхні та утворенню небажаних вертикально направлених водяних струменів. Розглянемо рух плоскої лопаті у горизонтальній площині; набігаючий на лопать водяний потік розділяється на два однакові струмені, направлені перпендикулярно до руху судна. Очевидно, що чим потужніші та щільніші ці струмені, тим більше енергії витрачається неефективно. У ідеального рушія усі індуктивні потоки направлені в сторону, протилежну руху судна, тому мінімізація енерговитрат на поперечні струмені приведе до збільшення ККД рушія. Наступним недоліком вказаного рушія є те, що під час руху до тильної сторони плоских лопатей затягується повітря, що веде до утворення кавітаційних каверн. Кожна наступна лопать, рухаючись частково у воді, частково у кавітаційній каверні не має достатнього зчіплення з водою, внаслідок чого гусенична стрічка просковзує відносно водної поверхні, що веде до суттєвого зменшення ККД рушія. Це особливо відчутно при швидкості судна більше 30км/год. У описаній конструкції рушія використана гусенична стрічка, що має Н-подібний профіль. Розглянемо динаміку руху судна від моменту, коли судно не рухається до моменту його виходу в глісуючий режим. У стані покою нижня частина гусеничної стрічки повністю занурена у воду. Коли судно починає рухатись Н-подібний профіль стрічки утримує певну кількість води над нижньою частиною стрічки. Вода, що утримується Н-подібним профілем, неминуче зтикається з ведучим барабаном рушія, що утворює значний додатковий опір руху судна, який зникає лише після виходу судна в режим глісування. Тому в основу пропонованої корисної моделі поставлено задачу створення такого суднового гусенично-лопатевого рушія, який би дозволив одночасно використати переваги гусенично-лопатевого рушія щодо поєднання в одному пристрої рушія та несучої глісуючої поверхні, зберегти ефективність рушія і підвищити його ККД за рахунок створення умов для зменшення утворення кавітаційних каверн, небажаних вертикальних складових згенерованих рушійних сил, зменшення витрат на утворення поперечних вертикальних та горизонтальних водяних струменів, а також за рахунок зменшення утримування води у гусеничній стрічці під час руху судна в перехідному режимі. Поставлена задача вирішується у пропонованому рушії, який, як і відомий судновий гусеничнолопатевий рушій, складається з двох суцільних розташованих паралельно одна до одної гусеничних стрічок, кожна з яких насаджена на барабани, один з яких ведучий - призначений для з'єднання півосями з диференціалом, який кінематично з'єднаний з двигуном, а кожна із згаданих стрічок обладнана розташованими на її зовнішній поверхні гребними лопатями, а, відповідно до пропозиції, гребні лопаті на зовнішній поверхні кожної із згаданих стрічок розташовані асиметрично, кожна 12300 4 лопать має у вертикальному перерізі -подібну форму, а її передня поверхня, що призначена для сприйняття опору води, менша за її задню поверхню. Особливістю запропонованого рушія є і те, що у горизонтальній проекції кожна лопать має форму еліптичної дуги. При цьому кожна лопать розташована на стрічці таким чином, що більша частина енергії реактивного водяного струменя, утвореного попередньою лопаттю буде сприйматись наступною лопаттю, що в результаті зменшить небажані індуктивні енерговитрати. Ще однією особливістю пропонованого суднового гусенично-лопатевого рушія є і те, що передня поверхня кожної лопаті має форму опуклого сферичного сегменту. Таке виконання передньої поверхні лопаті дозволяє суттєво зменшити небажану вертикальну складову в генерованій рушійній силі. Якщо розглянути сили Fa та Fб, які виникають внаслідок підвищення тиску на ділянці передньої частини лопаті, наприклад в точках А і Б (вони направлені перпендикулярно до сферичної поверхні лопаті), то усереднена сума даних сил Fp буде направлена в сторону руху судна, причому вертикальні складові Fва та Fвб взаємно компенсують одна одну. Ще однією особливістю запропонованого рушія є і те, що кожна гусенична стрічка у поперечному перерізі має П-подібний профіль. Така конструкція стрічки дозволяє зменшити затримування води під час руху судна у перехідному режимі. Авторами експериментально встановлено, що саме -подібна форма лопатей у поперечному перерізі, форма еліптичної дуги у горизонтальній проекції разом з асиметричним розташуванням лопатей дозволяє: - суттєво зменшити затягування повітря з тильної сторони лопаті, що в свою чергу зменшує негативний кавітаційний вплив на рух судна; - суттєво зменшити долю вертикальних складових в генерованій рушійній силі; - суттєво зменшити енерговитрати на поперечні індуктивні потоки. Авторами були проведені експерименти щодо визначення оптимальної форми передньої поверхні лопаті. Оптимальною в умовах стаціонарного, безвідривного та відривного обтікання лопаті виявилася форма опуклого сферичного сегменту. Первинні експерименти проводились на дослідній установці, що містила систему подання рідини, що включала насос і регульоване сопло, вихід якого з'єднаний з дослідною камерою, забезпеченою захватом для кріплення лопаті, пускорегулюючу та контрольно-вимірювальну апаратуру. Дослідження виконували при температурі проточної води +18 С, яка подавалася на досліджувану лопать за допомогою насосу через регульоване сопло зі швидкістю від 5 до 80км/год. Для візуалізації течії використовували нейтральну кольорову рідину, що подавалась до набігаючого на досліджувану лопать потоку крапельно. При цьому використовували методики дослідження, описані у 5 літературі: [Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика. - М.: 1948. - T.1. 535с]. Суть пропонованої корисної моделі пояснюється за допомогою схематичних креслень. На Фіг.1 показано конструкцію пропонованого суднового гусенично-лопатевого рушія. На Фіг.2 показано зовнішню поверхню стрічки з розташованими на ній гребними лопатями. На Фіг.3 показано вісьовий переріз лопаті пропонованого суднового гусенично-лопатевого рушія. Пропонований гусенично-лопатевий рушій судна, складається з двох суцільних розташованих паралельно одна до одної гусеничних стрічок 1 (умовно показана одна стрічка). Кожна стрічка має верхню та нижню горизонтальні частини. Кожна стрічка 1 насаджена на барабани 2 і 3. Один з барабанів 2 є ведучим і з'єднаний півосями з диференціалом, який кінематично з'єднаний з двигуном (не показано). Кожна із згаданих стрічок 1 має Пподібний профіль та обладнана гребними лопатями 4, розташованими на її зовнішній поверхні асиметрично - у шаховому порядку. Кожна лопать 4 має у вертикальному перерізі -подібну форму. Передня поверхня лопаті 4, що призначена для сприйняття опору води, менша за її задню поверхню 1. Передня поверхня кожної лопаті 4 має форму опуклого сферичного сегменту. Стрічка 1 і лопаті 4 виконані як одне ціле з прорезиненого бель 12300 6 бельтінгу. Рушій жорстко прикріплений до корпуса судна (не показано). Пропонований гусенично-лопатевий рушій працює так. У вихідному стані нижня горизонтальна частина кожної гусеничної стрічки 1 заглиблена у воду. Після подання обертового руху на барабани 2 і 3 стрічка 1 починає рух. При цьому лопаті 4, відштовхуючись від води, спричиняють до поступального руху судна. Під час збільшення числа обертів барабану 2 швидкість судна зростає. Завдяки відносно великій площині гусеничних стрічок 1 виникає підйомна сила, корпус судна поступово підніметься над водою - судно переходить у режим глісування. В такому режимі з водною поверхнею контактує лише зовнішня частина гусеничної стрічки 1, яка знаходиться знизу. Сила тертя між стрічкою 1 та водною поверхнею направлена в бік руху судна. Енергоресурс судна витрачається виключно на подолання сил опору повітряного середовища, прокручування стрічок навколо барабанів 2 і 3 та на відрив гусеничних стрічок 1 від водної поверхні. Із зростанням швидкості істотно збільшується тільки сила опору повітряного середовища, а обидва інші фактори залишаються майже незмінними, тому запропонований рушій має переваги як перед найближчим аналогом, так і перед традиційними рушіями, зокрема такими, як гребний гвинт, водометний рушій тощо. 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 12300 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601