Спосіб утворення тяги у воді

са или буксирующего судна, так и эпульсивной установки плавсредст)имер вводя в действие отдельные і и устройства на определенных к и отключая их на других. Таким л пропульсивная система может резерве отдельно взятое, мало эфое средство, но в нужный момент іющий сравнительно редко) увелиее общие технико-экономические ели ОПИС ДО ПАТЕНТУ ДЬКЖАННЬ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО НА ВИНАХІД без проведения експертизи по суті на підставі Постанови Верховно? Ради України ( f 3769 XII від 23 XII 1993 р Se Публікується в редакції заявника (54) СПОСІБ УТВОРЕННЯ ТЯГИ У ВОДІ 1 (21)95041637 (22) 11 0 4 9 5 (24) 18 03 9 7 ( 4 6 ) 3 1 10 9 7 Б ю л f\fe 5 >« > (47) 18 03.97 *f (72) Колодізєв Іван Митрофзнович (73) Колодізєв Іван Митрофанович (UA) (57) Способ создания тяги в воде, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что тягу создают путем Коректор М Самборська Підписне Изобретение относится к судостроению и касается разработки эффективных способов создания тяги с высоким КПД энергопреобразующего цикла и может быть использовано, например, при создании суперпаромов, развивающих маршевую скорость (на крыльях) порядка 100 км/ч Известны способы создания тяги в воде, например с помощью гидрореактивных движителей, сочетающих в себе двигатель и движитель, вырабатывающих как бы единую, не структурированную рабочую струю цилиндрической формы Можно сказать, что свое начало они берут с 1867 г (катер с инжекторной гидрореактивной установкой, работавший на Темзе) и позже (1883 г) судно "Гидромонитор" с пульсирующей водопоршневой гидрореактивной установкой, работавшей на водяном паре С тех пор инженерная и научная мысль много сделала для повышения их КПД, эффективности энергопреобразующих про отсоса набегающего потока, с образованием множественных 6-8 и более кольцевых рабочих струй отбрасываемых движителями вдоль борта под углом к нему, например 3-8°, и по корме буксирующего судна, образуя диаметр многослойной высоконапорной рабочей струи превосходящий диаметр самого буксирующего судна. коэффициента тяговой установки и др Но форма вырабатываемой струи при этом не претерпела изменений Агрегатная мощность их осталась сравнительно небольшой. Необходимость обеспечения высоких тяговых характеристик движителям при движении транспортного средства, например на подводных крыльях и особенно на режиме разгона или выхода на крылья, т.е. при преодолении "горба" сопротивления, требуется от них большой удельной мощности И основной проблемой остается повышение КПД движителя, его агрегатной мощности и пропульсивного коэффициента судна или буксир-гондолы Учитывая то обстоятельство, что в условиях морского транспорта не приемлем "опыт" создания "абсолютной" тяги большой величины в воздушных и космических реактивных движителях, обусловленный высоким значением скорости истечения рабочей струи, при малых габаритах и массе С > О со настоящего изобретения. Необходимо отметить необычайную широту проблемы создания тяги на базе гидрореактивных движителей для крупнотоннажных транспортных средств, исполь- 10 зующих подводные крылья. Она включает в себя специальные задачи неравновесной двухфазной и магнитной гидродинамики, теории (и практические проблемы) сверхпроводимости, теплофизические и термоди- 15 намические вопросы, эксергию тепла, электродинамические задачи, тепло- и массообмена, а также сравнительно новые аспекты электро-, катод-анодных, разрядных, химических и прочих процессов, протекаю- 20 щих в воде. И способных влиять на силу сцепления пограничного слоя с корпусом судна, элементами движителя. И все эти вопросы объединены общей задачей определения реактивных сил, кото- 25 рая в существующей литературе и других • источниках информации (втом числе патентах, изобретениях) решалась лишь для некоторых частных случаев. В качестве иллюстрации приведу несколько примеров. 30 Патент Швейцарии № 49672, кл. В 63 Н 1/10, 1972, авт.св. СССР №542673, кл. В 63 В 1/06(В 63 Н 11/08), авторы В.М.Гринпрес, Ю.П.Отлеснов, В.С.Шпаков, В.М.Шткмпф. "Носовая подводная часть корпуса судна с 35 водометным движителем". ФРГ, МКИ В 63 Н 5/16, В 63 В 1/22, (11) Заявка N OS = 3642914. Публикация 88.08.30, т. 1093 № 5 "Движительный комплекс судна". (19) США, МКИ В 63 G 8/08, (11) патент № 4571192, 40 публикация 86.02.18, т. 1063 №3, "Самоходный аппарат". (19) РТС (WO), £11) Международная заявка № 88/07056, МКИ В 63 В 1/38, "Впрыскивающее устройство для уменьшения сопротивления при движении 45 судна". (19) Япония, МКИ В 63 Н 5/06, 1 /28, В 63 Н 5/08, (11) заявка N? 60-30598, публикация 85.07.17, Ns 2-765, "Устройство для формирования водного потока за кормой судна" (19) ФРГ, (51) МКИ В 63 Н 11/14, 50 11/113, (11) заявка № OS 3614499, публикация 87.11.05, "Судовой движитель". Разработка предложенного способа создания тяги в воде осуществлена с помощью или на базе гидрореактивных движителей 55 прямой реакции, с насыщением их, или с стях наружных поверхностей как судна (несущего движители), так и собственно движителей. Решению поставленной задачи предшествовала тщательная, большая в том числе с использованием нетрадиционных методов научно-исследовательской работы по освоению, переосмыслению всего объема предыдущего опыта и теории в области организации движения в гидросреде. В процессе разработки этого, можно сказать комбинационного способа создания тяги крупнотоннажного транспортного средства, использующего, например, отдельную, многодвижительную пропульсивную систему, связанную с корпусом (корпусами) транспортного средства, посредством гидросистемы (подробнее об этом смотрите материалы изобретения "Способ применения подводных крыльев на крупнотоннажных транспортных средствах"), были сформулированы следующие положения или требования, которым должен удовлетворять (и удовлетворяет) предложенный способ создания тяги: 1)тягообразующая система должна снимать нарастающее с увеличением скорости движения судна, лобовое сопротивление гидросреды, путем всасывания встречного потока в движитель; 2) система должна оставлять за собой (вырабатывать и выбрасывать) кильватерную струю ("след"), как можно большего диаметра, непрерывно отбрасываемой массы потока, используя для этого все пригодные движительные элементы, способы и их комбинации, т.е. способные работать одновременно и не снижая эффективности работы сопряженных элементов; 3) забор окружающей гидросреды в водоводы движителей должен производиться равномерно и: а) по всей лобовой площади судна или буксир-гондолы, б) по окружности (периметру) корпуса судна (буксир-гондолы) в любом месте по его длине, но вектор сил засасывания не должен располагаться в зоне действия касательных напряжений корпуса буксирующего судна. венно по всей периферии судна эле равлические способы, реализов, движителях и устройствах, сфера ; которых должна охватывать кап большую поверхность судна (несуи житель) и использовать при этом н сокоэффективных средств, в TON например, тороидальные магниты ные системы). 5) в канальных системах движит обходимо предусмотреть исполь средств - способов и устройств, сни гидродинамическое сопротивление стенном слое, например путем с электромагнитного поля, генерир комплекс молекул, віїсокомолекуляї ставов, снижающих сопротивление стенных областях, а также усилені способа за счет, например, устройс изводящих впрыск в пристенные химических веществ с той же целые 6) для увеличения или нэраи мощности и пропульсивного козффі тяговой системы, содержащей эле* родвижители и различные способы НИЯ ГИДрОДИНамИЧеСКОГО COnpOTHBj пристенных областях, необходимо зовзние тепловой энергии для нараи реактивной мощи кильватерной стр этом необходимо добиваться максш эксергии тепла веществ, участвую up лообрэзующем процессе и в други: гию преобразующих процессах. Успех дела и высокая ценность і женного изобретения была предопрс тем, что комбинация известных пор также изобретенных автором способ тройств создания тяги и элементов лизации, производилась не в произе форме, а по определенной методик* том вышеприведенных требований, но: 1) Производится первоначальна ка границ возможностей каждого взя всего известного на сегодняшний де сива индустриальных и природных бов (и устройств) создания тяги в известных (заданных) условиях, на с ленных режимах работы и т.д., имеї использование его иа идеальном бук щем судне. УКРАЇНА (19) U A 17031 (ІЗ) А ОПИС ДО ПАТЕНТУ ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО НА ВИНАХІД без проведення експертизи по суті на підставі Постанови Верховної Ради України № 3769X11 від 23 XII 1993 р Публікується в редакції заявника (54) СПОСІБ УТВОРЕННЯ ТЯГИ У ВОДІ 1 (21)95041637 (22)11.04.95 (24)18.03.97 (46)31.10.97. Бюл. №5 (47) 18.03.97 (72) Колодізєв Іван Митрофанович (73) Колодізєв Іван Митрофанович (UA) (57) Способ создания тяги в воде, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что тягу создают путем Изобретение относится к судостроению и касается разработки эффективных способов создания тяги с высоким КПД энергопреобразующего цикла и может быть использовано, например, при создании суперпаромов, развивающих маршевую скорость (на крыльях) порядка 100 км/ч. Известны способы создания тяги в воде, например с помощью гидрореактивных движителей, сочетающих в себе двигатель и движитель, вырабатывающих как бы единую, не структурированную рабочую струю цилиндрической формы Можно сказать, что свое начало они берут с 1867 г. (катер с инжекторной гидрореактивной установкой, работавший на Темзе) и позже (1883 г.) судно "Гидромонитор" с пульсирующей водопоршневой гидрореактивной установкой, работавшей на водяном паре. С тех пор инженерная и научная мысль много сделала для повышения их КПД, эффективности энергопреобразующих процессов, увеличения пропульсивного отсоса набегающего потока, с образованием множественных 6-8 и более кольцевых рабочих струй, отбрасываемых движителями вдоль борта, под углом к нему, например 3-8°, и по корме буксирующего судна, образуя диаметр многослойной, высоконапорной рабочей струи превосходящий диаметр самого буксирующего судна. коэффициента тяговой установки и др. Но форма вырабатываемой струи при этом не претерпела изменений. Агрегатная мощность их осталась сравнительно небольшой. Необходимость обеспечения высоких тяговых характеристик движителям при движении транспортного средства, например на подводных крыльях и особенно на режиме разгона или выхода на крылья, т.е. при преодолении "горба" сопротивления, требуется от них большой удельной мощности. И основной проблемой остается повышение КПД движителя, его агрегатной мощности и пропульсивного коэффициента судна или буксир-гондолы. Учитывая то обстоятельство, что в условиях морского транспорта не приемлем "опыт" создания "абсолютной" тяги большой величины в воздушных и космических реактивных движителях, обусловленный высоким значением скорости истечения рабочей струи, при малых габаритах и массе движителя. Остается один путь, - снижать С > о со 17031 относительную скорость выброса потока из водомета с соответствующим увеличением расхода воды (увеличивая гидравлическое сечение движителя) при заданном значении тяги. Именно этот путь избран при создании 5 настоящего изобретения. Необходимо отметить необычайную широту проблемы создания тяги на базе гидрореактивных движителей для крупнотоннажных транспортных средств, исполь- 10 зующих подводные крылья. Она включает в себя специальные задачи неравновесной двухфазной и магнитной гидродинамики, теории (и практические проблемы) сверхпроводимости, теплофизические и термоди- 15 намические вопросы, эксергию тепла, электродинамические задачи, тепло- и массообмена, а также сравнительно новые аспекты электро-, катод- анодных, разрядных, химических и прочих процессов, протекаю- 20 щих в воде. И способных влиять на силу сцепления пограничного слоя с корпусом судна, элементами движителя. И все эти вопросы объединены общей задачей определения реактивных сил, кото- 25 рая в существующей литературе и других • источниках информации (в том числе патентах, изобретениях) решалась лишь для некоторых частных случаев. В качестве иллюстрации приведу несколько примеров. 30 Патент Швейцарии № 49672, кл. В 63 Н 1/10, 1972, авт.св. СССР № 542673, кл. В 63 В 1 /06(В 63 Н 11 /08), авторы В.М.Гринпрес, Ю.П.Отлеснов, В.С.Шпаков, В.М.Шткмпф. "Носовая подводная часть корпуса судна с 35 водометным движителем". ФРГ, МКИ В 63 Н 5/16, В 63 В 1/22, (11) Заявка Ns OS 3642914. Публикация 88.08.30, т. 1093 № 5 "Движительный комплекс судна". (19) США, МКИ В 63 G 8/08, (11) патент № 4571192, 40 публикация 86.02.18, т. 1063 № 3, "Самоходный аппарат". (19) РТС (WO), (11) Международная заявка № 88/07056, МКИ В 63 В 1/38, "Впрыскивающее устройство для уменьшения сопротивления при движении 45 судна". (19) Япония, МКИ В 63 Н 5/06,1/28, В 63 Н 5/08, (11) заявка !\Ь 60-30598, публикация 85.07.17, N? 2-765, "Устройство для формирования водного потока за кормой судна" (19) ФРГ, (51) МКИ В 63 Н 11/14, 50 11/113, (11) заявка N2 OS 3614499, публикация 87.11.05, "Судовой движитель". Разработка предложенного способа создания тяги в воде осуществлена с помощью или на базе гидрореактивных движителей 55 прямой реакции, с насыщением их, или с использованием в их составе комбинаций сопряженных (т.е. могущих одновременно эффективно работать, используя общее пространство или "тесное" соседство) электро статических, термодинамических, электромагнитных и прочих способов создания реактивных сил, а также способов и устройств, способствующих снижению гидродинамического сопротивления в пристенных областях наружных поверхностей как судна (несущего движители), так и собственно движителей. Решению поставленной задачи предшествовала тщательная, большая в том числе с использованием нетрадиционных методов научно-исследовательской работы по освоению, переосмыслению всего объема предыдущего опыта и теории в области организации движения в гидросреде. В процессе разработки этого, можно сказать комбинационного способа создания тяги крупнотоннажного транспортного средства, использующего, например, отдельную, многодвижительную пропульсивную систему, связанную с корпусом (корпусами) транспортного средства, посредством гидросистемы (подробнее об этом смотрите материалы изобретения "Способ применения подводных крыльев на крупнотоннажных транспортных средствах"), были сформулированы следующие положения или требования, которым должен удовлетворять (и удовлетворяет) предложенный способ создания тяги: 1)тягообразующая система должна снимать нарастающее с увеличением скорости движения судна, лобовое сопротивление гидросреды, путем всасывания встречного потока в движитель; 2) система должна оставлять за собой (вырабатывать и выбрасывать) кильватерную струю ("след"), как можно большего диаметра, непрерывно отбрасываемой массы потока, используя для этого все пригодные движительные элементы, способы и их комбинации, т.е. способные работать одновременно и не снижая эффективности работы сопряженных элементов; 3) забор окружающей гидросреды в водоводы движителей должен производиться равномерно и: а) по всей лобовой площади судна или буксир-гондолы, б) по окружности (периметру) корпуса судна (буксир-гондолы) в любом месте по его длине, но вектор сил засасывания не должен располагаться в зоне действия касательных напряжений корпуса буксирующего судна. При этом в обеих случаях не наращивая, а уменьшая гидравлическое сопротивление движению, производимое водозаборниками, т.е. выполняя ик прямоточными и, как 17031 следствие, используя положительные силы подсоса, как дополнительный эффект. 4) для создания комбинированного способа производства тяги в воде, необходимо использовать первоначально и преимущественно по всей периферии судна электрогидравлические способы, реализованные в движителях и устройствах, сфера действия которых должна охватывать как можно большую поверхность судна (несущего движитель) и использовать при этом набор высокоэффективных средств, в том числе, например, тороидальные магниты (магнитные системы) 5) в канальных системах движителей необходимо предусмотреть использование средств - способов и устройств, снижающих гидродинамическое сопротивление в пристенном слое, например путем создания электромагнитного поля, генерирующего комплекс молекул, высокомолекулярных составов, снижающих сопротивление в пристенных областях, а также усиление этого способа за счет, например, устройств, производящих впрыск в пристенные области химических веществ с той же целью, и т.д. 6) для увеличения или наращивания мощности и пропульсивного коэффициента тяговой системы, содержащей электрогидродвижители и различные способы снижения гидродинамического сопротивления в пристенных областях, необходимо использование тепловой энергии для наращивания реактивной мощи кильватерной струи, при этом необходимо добиваться максимальной эксергии тепла веществ, участвующих в теплообразующем процессе и в других, энергию преобразующих процессах. Успех дела и высокая ценность предложенного изобретения была предопределена тем, что комбинация известных порознь, а также изобретенных автором способов и устройств создания тяги и элементов их реализации, производилась не в произвольной форме, а по определенной методике с учетом вышеприведенных требований, а именно: 1) Производится первоначальная оценка границ возможностей каждого взятого из всего известного на сегодняшний день массива индустриальных и природных способов (и устройств) создания тяги в воде в известных (заданных) условиях, на определенных режимах работы и т.д., имея ввиду использование его на идеальном буксирующем судне. 2) Определяется (по его КПД и пр. технико-экономическим параметрам) целесообразность использования того или иного способа, на тех или иных режимах работы, т.е. составляется шкала приоритетности того или иного способа и устройства, а также их различных комбинаций для обеспечения того или иного режима работы идеального 5 буксирующего судна, полностью погруженного в гидросреду. 3) Используя "шкалу приоритетности" производится отбор главных компонентов для комбинации способов (и устройств) и 10 производится подгонка, совмещение их основных конструктивных элементов (например форма и длина водоводов, конфигурация и место расположения электрооборудования в объемных элементах кон15 струкций и т.д.). Т.е. производится согласование, сопряжение главных компонентов между собой с целью постепенного приближения к оптимальной, взаимоприемлемой функциональной форме. Конечная 20 цель - обеспечить их полную совместимость, позволяющую каждому из выбранных компонентов полностью и с максимальным КПД реализовать свои потенциальные возможности. При этом недо25 статки одного должны перекрываться достоинствами другого. 4) Для того, чтобы повысить плотность нагрузки на отдельные элементы и движительный комплекс в целом, производится 30 "насыщение" уже принятых форм, основных конструктивных типоразмеров, прочими способами, устройствами способными эффективно работать в данных условиях и фермах (в том числе используя знания, 35 опыт, разработки из других областей) и повышающих уже задействованные. Применение описанной методики обеспечило успех, выражающийся в том, что предложенная комбинация известных в от40 дельности способов и устройств создания тяги, создает дополнительный эффект-значительное повышение как агрегатной мощности буксирующих судов, так и мощности пропульсивной системы транспортного 45 средства в целом. А это в свою очередь, позволяет использовать предложенный способ в комплексе с изобретением "Способ применения подводных крыльев на крупнотоннажных транспортных средст50 вах" для перевода крупнотоннажного морского флота на подводные крылья, со всеми вытекающими из этого преимуществами. Использование при производстве тяги в воде методов агрегатирования, комбини55 рования, насыщения, совмещения различных энергопреобразующих способов и устройств, одновременно способствующих созданию и наращиванию силы тяги. Для чего скомпанованных между собой в предложенной последовательности, взаиморас 17031 8 Предлагаемый способ создания тяги положении и их взаимодействии позволяет имеет еще и то преимущество, что он позвосоздавать принципиально новые, наукоемляет значительно увеличить не только агрекие, с высокой агрегатной мощностью, судогатную мощность, но и глубину вые движительные комплексы. Предложенный "Способ создания тяги в 5 регулируемой мощности как двигательного комплекса или буксирующего судна, так и воде" позволяет вырабатывать сложную, цевсей пропульсивной установки плавсредстлесообразно упорядоченную, структурирова, например вводя в действие отдельные ванную, имеющую наперед заданную способы и устройства на определенных форму (состоящую из набора отдельных, кольцевых потоков), объединяющихся в ра- 10 режимах и отключая их на других. Таким образом пропульсивная система может бочую, высоконапорную, гидрореактивную иметь в резерве отдельно взятое, мало эфструю с задаваемым углом ее раскрытия по фективное средство, но в нужный момент корме и вдоль борта буксирующего судна. А (наступающий сравнительно редко) увелиэто, в свою очередь будет способствовать достижению более высокого КПД водомет- 15 чивающее общие технико-экономические ных, тягооб разую щи х элементов и систем. показатели. Упорядник Замовлення 4213 Техред М.Моргентал Коректор М. Самборська Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл м 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101