Гідрореактивний судновий двигун

1. Гідрореактивний судновий двигун, що містить послідовно розташовані водогін з водозабірником та дифузором, систему підготовки стиснутого газу, яка виконана у вигляді генератора 3 удосконалення водогону та зміна схеми розподілу енергії двигуна дозволили зменшити енерговитрати та поліпшити економічні, динамічні характеристики пропульсивного комплексу і керованість для маломірних суден при малих швидкостях та при обмеженому заглибленні. Поставлена задача вирішується тим, що для підвищення керованості на малих швидкостях і поліпшення розгінних характеристик режиму розгону судна в системі підготовки стиснутого газу гідрореактивного суднового двигуна передбачено відбір потужності за допомогою кулісного механізма для приводу пластинчатих рушіїв, розташованих в секторальних каналах водогону симетрично діаметральній площині судна з впускними відсічними клапанами на бокових стінках каналу для заповнення сектора водою. Секторальні канали виконані з можливістю повертатися відносно осей пластинчатих рушіїв і змінюють напрямок руху судна. При виході двигуна на номінальний режим сторони секторального каналу сходяться і приймають форму пера руля, припиняється відбір потужності для приводу балера пластинчатих рушіїв. Можливість забезпечити судну просування вперед за рахунок суднового рушія «мартенота» у вигляді коливальної поверхні, була запропонована в 1703 p. французьким винахідником Мартенотом. Рушій являв собою циліндричний сектор [Лучанский И.А. Яновский А.А. От весла до водомета.-П.: Судостроение, 1964. - с. 192, рис. 183], що повертає з борта на борт і своїми плоскими поверхнями утворює силу упору, котра рухає судно. Приводився в рух він вручну – це було удосконалення галаніння веслом на венеціанській гондолі. Відомо також, що англійський торговець В. Джоест в 1841 р. одержав патент на рушій, названий ним «подвійний риб'ячий хвіст» [Лучанский И.А. Яновский А.А. От весла до водомета.-Л.: Судостроение, 1964. - с. 192, рис. 184]. У кормі судна замість керма він пропонував установити раму, яку можна повертати з борта на борт яким-небудь приводом. Прикріплені за середину до рами дві рухливі пластини при поворотах рами повинні загрібати воду. У Німеччині під керівництвом професора Г.Хертеля були здійснені дослідження особливостей рушійних комплексів морських тварин і на їхній базі запропонована й експериментальне реалізована ідея використання на судні як рушія пружного вертикального крила, що махає. Із цією метою була створена модель із коливальним приводом [Гидробионика в судостроении. – М.: Центральный научно-исследовательский институт информации технико-экономических исследований, 1970. - с. 100]. Рушій, що приводиться у рух спеціальним приводом, на цій моделі був виконаний з тонкого металевого листа довжиною 0,4 м, висотою 0,1 мі товщиною 0,3 мм, що робив поперечно-крутильні коливання з амплітудою поперечних а=70мм і крутильних коливань 0=35° і частотою f=3,1с-1. За рахунок пружних властивостей пластини на її поверхні виникала хвиля довжиною =0,55м і середньою фазовою швидкістю с=1,7м/с. Швидкість поступального руху моделі становила v0=0,65 м/с, при 18438 4 цьому коефіцієнт корисної дії рушія коливального типу був 0=0,5..0,6. Недоліками вищезгаданих рушіїв є – низький коефіцієнт корисної дії. Крім того, мета підвищення потужності, тяги та ККД досягається лише частково, тому що різко знижуються можливості їх досягнення через відсутність секторального каналу, котрий спрямовував би весь потік в потрібному напрямку. Сутність корисної моделі пояснюється ескізами, на яких показано загальну схему компоновки гідрореактивного двигуна на судні (Фіг.1, Фіг.2) і двома положеннями відбору потужності за допомогою кулісного механізма для приводу пластинчатих рушіїв, розташованих в секторальних каналах водогону (Фіг.3, Фіг.4), його коротким описом і принципом роботи. Пропонований гідрореактивний судновий двигун, що забезпечує зменшення енерговитрат, вирішує керованість на малих швидкостях і поліпшує розгінні характеристики для маломірних суден, містить: вільно-поршневий генератор-двигун стиснутого газу 1, підключений через керований імпульсний клапан 2 до водогону 3, який містить водозабірник 4 з впускним відсікаючим клапаном 5 та дифузор 6. Впускний керований імпульсний клапан 2 виконано швидкодіючим, наприклад у вигляді соленоїдного вентиля з електромагнітним приводом - електромагнітний сальниковий вентиль, а впускний відсікаючий клапан 5 - типу зворотнього клапану. Поршні у генератора-двигуна стиснутого газу 1 з'єднані штоком 7. Від гідрореактивного суднового двигуна передбачено можливість відбору потужності для приводу балерів пластинчатих рушіїв 8 в режимі розгону судна за допомогою кулісних механізмів, які складаються з куліс 9, плечей відбору потужності від двигуна 10 та плечей підводу потужності 11 до пластинчатих рушіїв 12. Причому пластинчаті рушії 12 розташовані в секторальних каналах 13 симетрично диаметральній площині судна. Секторальний канал утворено чотирма потокоспрямовуючими площинами у водозабірнику 14. Бокові стінки секторальнго каналу містять впускні відсічні клапани 15 для заповненя сектора водою. Секторальні канали 13 мають можливість повертатися відносно осей пластинчатих рушіїв 16 за допомогою черв'ячної передачі 17, дозволяючи змінювати напрямок руху судна. Робота гідрореактивного суднового двигуна при режимі розгону судна відбувається так. Генератор-двигун стиснутого газу 1, працює як двигун, вся потужність, котра відбирається, повністю йде на привод балерів пластинчатих рушіїв 8 за допомогою кулісних механізмів 9. На схемі (фіг. 3) показано нейтральне положення пластинчатого рушія в секторальному каналі 13 та положення куліси 9 і поршней генератора-двигуна стиснутого газу 1. Коли поршень генератора-двигуна стиснутого газу 1 доходить до мертвої точки (фіг. 4), то пластинчатий рушій переміщується до крайнього положення секторального каналу, при цьому впускні відсічні клапани 15 на боковій стінці закриваються і вода, яка була в цьому секторі, виштовхується назовні, утворюючи упор, який передається судну. З іншої сторони пластинчатого рушія в цей 5 час йде процес наповнення сектора водою, відсічні клапани 15 відкриті. Секторальні канали 13 виконані з можливістю повертатися відносно осей пластинчатих рушіїв 16 і змінюють напрямок руху судна за допомогою черв'ячної передачі 17. За допомогою секторального каналу ми отримуємо більш високой коефіцієнт корисної дії рушія, приблизно =0,5..0,6 і високу керованість. При виході двигуна на номінальний режим роз'єднуються кулісні механізми 9, припиняється відбір потужності для приводу балерів пластинчатих рушіїв. Сторони секторального каналу сходяться за допомогою гідроциліндрів 18 і приймають форму пера руля. Далі на номінальному режимі двигун 1 працює як генератор стиснутого газу у такий спосіб. У вихідному положенні водогін 3 через водозабірник 4 заповнюється водою. При відкриванні впускного керованого імпульсного клапана 2 порція продуктів згоряння палива масою ті за термін часу Ті надходить у водогін. При цьому у водогоні 3 різко підвищується тиск, що призводить до закриття клапана відсічного 5 та викидання маси води гп2 (на схемі заштрихована) через вихідний дифузор 6. Цей процес здійснюється протягом часу 2. В міру пересування водяного "снаряду" по водогону 3 в зоні клапана 5 тиск буде падати, оскільки об'єм, зайнятий порцією газу, буде збільшуватись. Нарешті наступить момент, коли тиск води відкриє відсікаючий клапан 5 і до водогону 3 через водозабірник 4 надійде нова порція води, після чого цикл повто 18438 6 риться. Керування клапаном 2 здійснюють з пульта керування судном. Конструкція запропонованого двигуна підвищує його тягу в результаті указаної компоновки. Вирішується керованість на малих швидкостях і поліпшуються розгінні характеристики для маломірних суден. Двигун 1, в якому передбачено можливість відбору потужності для приводу балера пластинчатих рушіїв 8 під час режиму розгону судна, також працює на номінальному режимі як генератор стиснутого газу, з'єднаний з водогоном 4 через керований імпульсний клапан 2 та оснащений впускним відсікаючим клапаном 5, встановленним у водогоні на водозабірнику. Відзначений ефект досягається за рахунок виключення із схеми ланцюгу проміжних ланок прототипу за а.с. №1068337: направляючий апарат, комутаційна камера з гідроінвентором, сепараторами, змонтованими між робочими камерами і камерами згоряння, датчик синхронізуючої системи у вигляді осьової турбіни. При цьому за механізмом процесу ефект реалізується в значній мірі за рахунок пульсування реактивних водяних струменів - потужного викидання водяних снарядів, в результаті того, що робочий процес починається у двигуні і закінчується у рушії. При роботі не створюється обертовий рух потоку струменів, що також знижує енергетичні витрати у порівнянні з відомими рушіями. Промислове застосування передбачає зниження витрат палива, в середньому до 15% при достатній екологічності процесу. 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 18438 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