Hосовий прямоточhий гідрореактивhий рушій колодізєва

Изобретение относится к судостроению и касается преимущественно конструирования движителей для полностью погруженных в гидросреду судов или буксир-гондол. Известны судовые движители "сосущего" или "тянущего" типа, предназначенные для установки их перед гондоловидным корпусом (см., например, (19) ФРГ, (51) МКИ 4 B63H5/06. (II) Заявка Os 3 519 103. Публикация 86.12.04, №49. Движитель для плавучих средств). В приведенном изобретении движитель представляет собой "тянущий" винт, установленный ниже поверхности воды, перед гондолой. Имея определенные достоинства, обусловленные в том числе и большим диаметром гидравлического сечения движителя, этот тип "сосущи х" движителей имеет и существенный недостаток - наличие подвижных механических посредников (вал, винт и т.д.) двигательно-движительного комплекса, снижающих и х эффективность, надежность и т.д. Известны также гидрореактивные "сосущие" движители в меньшей степени обладающие указанным выше недостатком, (см., например. (19) ФРГ, (51) МКИ 4 63 H5/16, B63B1/34. (II) Заявка Os 3 628 252. Публикация 88.02.25, №8, (54) Реактивный движитель). В этом изобретении забортная вода через отверстие в носу судна входит в его корпус. Часть воды направляется к борту и обтекает наружную обшивку, другая часть всасывается посредством лопастного колеса, ускоряется, и ее по коническому каналу направляют в корму судна, где выбрасывают за борт. Таким образом, уменьшив количество подвижных деталей (посредников) и перейдя с винтовой на гидрореактивную тягу, приведенное изобретение несколько растеряло и ряд преимуществ. Так наличие длинных водоводов, расположенных в корпусе судна и сравнительно малые водозаборные отверстия и, соответственно, малый диаметр и масса струи и гидравлического сечения движителя, уменьшают их КПД и пропульсивный коэффициент. Целью предлагаемого изобретения, является повышение надежности носового "сосущего" движителя, предназначенного для установки его на полностью погруженных в воду, гондоловидных суда х, путем исключения механических посредников, подвижных деталей. При этом сохранив большой диаметр гидравлического сечения движителя (превосходящий диаметр гондолы или корпуса судна, на котором он установлен), а также повысив его КПД и пропульсивный коэффициент. Предлагаемое изобретение создано в порядке примера реализации изобретения "Способ создания тяги в воде". Используя конкретные технические решения предложенного "Способа", автор предпринял попытку создания (на изобретательском уровне) как бы базовой, наукоемкой конструктивной формы носового "сосущего" движителя. Предложенная конструкция движителя, более эффективно решая поставленную техническую задачу, с одной стороны лишена отмеченных у прототипов недостатков, а с другой, на основе принципиально новых подходов к решению рассматриваемых проблем, создает простор для дальнейших творческих разработок, использования различных новых способов и их комбинаций с целью создания и увеличения реактивной тяги с большим КПД преобразования различных видов энергии в тяговое усилие и одновременным значительным уменьшением лобового сопротивления движению судна в гидросреде. Предложенная конструкция носового движителя позволяет, например, использовать в ней результаты новых, перспективных разработок тороидальных электромагнитных систем с использованием сверхпроводимости, а также другие перспективные разработки, например электромагнитных, электроразрядных, электрохимических способов и устройств создания тяги, снятия лобового сопротивления движению судна и уменьшающих силу гидродинамического сопротивления корпуса судна и элементов самого движителя при его движении в гидросреде. При этом некоторые способы и устройства могут работать на протяжении всех рабочих режимов, а другие только в определенные моменты, например на режиме разгона, при преодолении "горба" нагрузки. Носовой, прямоточный, гидрореактивный движитель содержит (см. фиг.1, 2, 3): 1 - корпус судна (носовая его часть) к которой крепятся и прилегают прочие элементы движителя, 2 - система соосных, конусообразных, полых, профилированных обечаек, охватывающи х например 1/3 (носовую) часть судна. В полости этих обечаек, расположены коммуникации, обмотки возбуждения, тепловые мосты и прочие детали тороидальных электромагнитных систем, использующих сверхпроводимость. 3 - приемный трубопровод системы отсоса забортной среды, в частности набегающего потока, для нужд систем движителей. 4 - питающие, охлаждающие, управляющие и прочие коммуникации обслуживающие электроэнергию потребляющие и прочие устройства, расположенные в полостях судна и други х элементах движителя. 5 - полые, хорошо обтекаемой формы, радиально расположенные опоры-энергопроводы, одновременно служащие основанием для крепления на них (через изоляционные прокладки) электродов. 6 - электроды. 7 место расположения устройств, способствующих уменьшению гидродинамического сопротивления. Предложенное изобретение является вариантом кондукционного движителя, способного работать в комбинации или с использованием други х способов и устройств по созданию гидрореактивной тяги, а также снижению гидродинамического сопротивления в пристенных областях. Движитель представляет собой (см. рисунки) определенным, целесообразным образом скомпонованную систему магнитогидродинамических, кондукционных элементов, устройств канального типа. Использует в качестве рабочего тела забортную воду. Конструктивно движитель представляет собой систему секторообразных каналов, каждый из которых состоит, как минимум, из двух изоляционных (например стенок обечаек) и двух проводящих стенок (электродов). На схематическом чертеже (фиг.1) изображен продольный разрез движителя (вариант без приемного патрубка в центре). Разрез проходит по опорам-энергопроводам, с целью большей наглядности в показе путей прохождения коммуникаций и пр. Это упрощенный вариант, т.е. с минимальным количеством опорэнергопроводов. На схематическом чертеже (фиг.2) изображен продольный разрез движителя со снятыми электродами (вариант с приемным трубопроводом, отсасывающим забортную воду). На схематическом чертеже (фиг.3) изображен продольный разрез движителя (вариант с приемным трубопроводом, отсасывающим забортную среду и с установленными электродами). При подаче от источника постоянного тока напряжения к парным электродам, выполненным в виде пластин обтекаемой формы и закрепленных на опорах-энергопроводах, через морскую воду в канале, образованном помимо упомянутых парных электродов еще и обечайками (или корпусом судна и обечайкой), потечет ток. Плотность тока определяется (по закону Ома) для движущи хся сред. В результате в воде сообщается механическая энергия, которая и будет расходоваться на создание силы тяги и по* крытие гидродинамических потерь. Таким образом, гидрореактивный поток будет создаваться электромагнитными силами; возникающими между замкнутым магнитным полем электромагнитов (расположенных в полостях обечаек, а также вдоль корпуса или обшивки судна) и токами, протекающими внутри каждой пары электродов, расположенных напротив друг др уга. Так как к каждой опоре-энергопроводу через изоляционные прокладки с двух сторон крепятся одноименные электроды, принадлежащие двум разным (соседним) каналам, то каждый электрод работает как бы "спиной" к опоре. Забортная вода, засасываемая из фронтальной области, выбрасывается из сегментообразных каналов движителя в сторону, противоположную движению судна и под некоторым углом вдоль борта. Структура суммарного гидрореактивного потока соответствует описанной (и требуемой) в изобретении "Способ создания тяги в воде". Вдоль всей длины каждого канала от входной кромки до выходной может располагаться несколько опор-энергопроводов, а следовательно и парных электродов в одном канале также может быть несколько. Высота опор-энергопроводов также может задаваться в широких пределах. Следовательно конструкция позволяет придавать каналам различную конфигурацию, например выполняя их диффузорными, инфузорными или постояннообъемными. Форма, объем и конфигурация пустотелых обечаек также оставляет достаточно большее возможности для творческого подхода в выборе способа размещения, крепления и т.д. в них тороидальных электромагнитов со сверхпроводящей обмоткой, способных работать эффективно. Уместно отметить в общем то известные истины. Если гидромеханическое взаимодействие обусловлено поверхностными силами, точки приложения которых в принципе известны с той степенью точности, с которой обследованы (известны) кинематические элементы течения и поля нормальных давлений и касательных напряжений, то для электромагнитного взаимодействия изучение магнита-, гидродинамического процесса в условиях ускоряемой среды (в каналах) еще не дает ответа на вопрос о месте приложения объемных сил к конструкции. Для определения этих сил необходимо знать топологию магнитных и электрических полей в электродах, ферромагнитных деталях, обмотках возбуждения и т.д. Таким образом, в дополнение к магнитогидродинамической возникает сопряженная с ней электродинамическая задача для системы уравнений Максвелла-Лоренца. Решение ее имеет большое практическое значение для конструкций, аналогичных предлагаемой конструкции движителя со сверхпроводящими магнитными системами возбуждения. Поскольку значительная часть реактивной силы, создаваемой вследствие изменения импульса количества движения и сил в морской воде, согласно третьему закону Ньютона, приложена непосредственно к сверхпроводящему кабелю обмотки возбуждения и от него передается элементам движителя. А в нашем конкретном случае через поверхности обечаек и опорыэнергопроводы к судну. Следовательно для эффективного, рационального проектирования формы, размеров, количества, конфигурации элементов сверхлроводящи х систем, используемых в составе движителя, необходимо знать не только интегральную величину части движущей силы, приложенной к сверхпроводнику, но и функцию распределения ее по объему данной конкретной геометрической формы, элемента системы, для всех режимов работы. Поскольку от тока, протекающего через электроды кондукционной установки, зависит величина сил, приложенных к обмотке. А отсюда возникает задача единого, совместного рассмотрения и формы (конфигурации) элементов движителя (определяющих структур у гидропотоков) и содержания, т.е. количества, формы, конфигурации электродов, обмоток, крепежа и др. элементов тороидальных электромагнитных систем, расположенных по периферии каналов, втом числе и внутри обечаек и полостях судна. Поэтому предлагаемое изобретение имеет еще и то преимущество, что его можно рассматривать как одну из (а возможно и единственную удачно найденную, оптимальную, емкую конструктивную форму или конструкцию носового прямоточного, гидрореактивного движителя, разрешающую все отмеченные выше проблемы на принципиальном (изобретательском) уровне и в то же время оставляющей достаточно свободы для дальнейшего творчества, многовариантного решения возникающих конкретных задач, но в рамках или на базе этого изобретения. Предлагаемое изобретение позволяет использовать одновременно несколько способов создания или увеличения тяги, а также способов и устройств уменьшающих гидродинамическое сопротивление в пристенных областях. Приведу несколько примеров. В предложенной конструкции носового движителя, а именно в районе носика (мысика) корпуса самого судна, а также в носовой части каждой обечайки, может быть использовано устройство для реализации способа снижения гидравлического сопротивления движению тела, путем уменьшения сил трения в пограничном слое за счет подачи пограничный слой высокомолекулярных составов. Сделав в указанных местах соответствующие отверстия для выброса рабочего вещества, подводимого к отверстиям с помощью соответствующих коммуникаций. В той же зоне движителя может быть использован аналогичный способ (в том числе и в комбинации с предыдущим), т.е. с применением электроэнергии (см.. например. "Способ снижения гидродинамического сопротивления движению тела". А.с. №364493, МКИ B63B1/34, (19) СССР, опубл. 28.12.72, Бюл. №5 за 1973г. Авторы изобретения: И.Л. Повх, А.Б. Ступин и др. Заявитель: Донецкий государственный университет). Также могут быть использованы различные способы наращивания импульса движения, например предусматривающие для этой цели использование электроимпульсных разрядов в воде. Электроразрядные электроды при этом могут, например располагаться на всех кормовых опорах-энергопроводах, в хвостовой их части. Далее, на участке (длине) судна, следующим непосредственно за тем, который охвачен обечайками, может располагаться зона движителя (конструкции эти в отдельности известны) с внешним магнитным полем. В этом движителе (движительной поверхности) взаимно перпендикулярные магнитные и электрические поля, создаются в морской воде вокруг корпуса судна. В результате уменьшаются гидродинамические потери. Магнитное поле также будет способствовать снижению сопротивления движению благодаря ламинаризации течения гидросреды в пограничном слое. Предложенная конструкция движителя весьма емка как по представляемой ею возможности использования различных электропотребляющих способов и устройств, способствующи х ускорению движения гидросреды в омываемых пристенных областях, так и по возможности ее дальнейшего совершенствования. Так, например, если выполнить ради-ально расположенные опоры-энергопроводы и закрепленные на них электроды с изменяющейся в процессе эксплуатации длиной (т.е. какбы входящими на определенную глубину в обечайки). То это позволит сделать водозаборное устройство, да и весь водовод (или движитель в целом), с регулируемыми (управляемыми) характеристиками, меняющимися в зависимости от режима эксплуатации. Заложенные базовые конструктивные формы предложенной конструкции "Носового прямоточного гидрореактивного движителя", выполненного на изобретательском уровне, весьма перспективны и открывают широкие возможности для развития сравнительно нового класса наукоемких гидрореактивных движителей. Движителей, которые впитав в себя достижения многих современных, высокоэффективных способов и устройств преобразования энергии в тяговое усилие и снижении гидродинамического сопротивления, достигают высоких КПД и прочих технико-экономических показателей. Благодаря этому выводят судостроение в целом на новую ступень развития и совершенствования.