Способ создания тяги любого направления на транспортном средстве

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к движителям подводных аппаратов, имеющих полные обводы корпуса. Способ создания тяги заключается в том, что создают тягу движителем, которая перемещает корпус транспортного средства. Движитель выполняют в виде каналов с рабочими органами и устанавливают возле корпуса с зазором в виде щелей. Через эти щели производят тангенциальный вдув и/или отсос жидкости на криволинейной поверхности корпуса. Достигается снижение энергозатрат при создании тяги любого направления путем активного управления пограничным слоем на криволинейной поверхности корпуса транспортного средства. 6 ил.

Изобретение относится к области судостроения, конкретнее к движителям транспортных средств: подводных аппаратов, имеющих полные обводы корпуса, например сферических, эллиптических и т.п., позволяющим снизить энергозатраты при создании тяги любого направления путем активного управления пограничным слоем на криволинейной поверхности корпуса подводного аппарата.

Известен способ создания тяги любого направления на транспортном средстве (см. патент США N 4571192, кл. 440-66, 1986), заключающийся в том, что создают тягу движителем, которая перемещает корпус транспортного средства. Этот способ принят за прототип.

Как следует из описания к данному изобретению, в нем решается задача уменьшения сопротивления за счет расположения движителя (гребного винта) возле сферического корпуса так, что винт входит в зону пограничного слоя на большей части его протяженности у кормового участка подводного аппарата, а также за счет установки на кормовой части сферического корпуса перед гребным винтом вихревых генераторов, взаимодействующих с реактивным потоком, создаваемым гребным винтом, и предупреждающих резкий отрыв пограничного слоя, тем самым предупреждающих резкий рост сопротивления подводного аппарата.

Задачей данного изобретения является снижение энергозатрат при создании тяги любого направления путем активного управления пограничным слоем на криволинейной поверхности корпуса транспортного средства.

Решение задачи достигается тем, что по способу создания тяги любого направления на транспортном средстве, заключающемся в том, что создают тягу движителя, которая перемещает корпус транспортного средства, движитель выполняют в виде каналов с рабочими органами и устанавливают возле корпуса с зазорами в виде щелей, через которые производят тангенциальный вдув и/или отсос жидкости на криволинейной поверхности корпуса.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где: фиг. 1 - продольный разрез транспортного средства; фиг. 2 - транспортное средство в плане; фиг. 3 - эпюра распределения перепада давлений на поверхности корпуса-сферы при ее обтекании потоком; фиг. 4 - эпюра распределения перепада давлений на поверхности корпуса-сферы при движении транспортного средства вперед; фиг. 5 - эпюра распределения перепада давлений на поверхности корпуса-сферы при создании подъемной силы на всплытие; фиг. 6 - эпюра распределения перепада давлений на поверхности корпуса-сферы при создании дифферентующего момента на корму.

Транспортное средство содержит корпус 1 и движитель 2. Движитель 2 установлен возле корпуса 1 в горизонтальной плоскости по периметру сечения корпуса 1. Движитель 2 образует канал 3, который сообщается с окружающей средой посредством отверстий. В канале 3 устанавливают рабочие органы 4 для создания потока в канале 3 с реверсом. Рабочий орган 4 может быть любого типа, а именно: винт, насос, генератор вихрей, магнитогидродинамический и т.п. Движитель 2 установлен на корпусе 1 со стороны одного из отверстий с зазором, образующим верхнюю и нижнюю щели 5.

Стрелками показано направление набегающего потока и направление потока внутри канала 3 и вдува и отсоса жидкости через щели 5. Стрелками на эпюрах показано давление или разрежение на поверхности корпуса 1.

X и Y - соответственно горизонтальная и вертикальная силы на корпусе 1.

M - крутящий момент на корпусе 1.

При перемещении корпуса 1 со стороны жидкости на него действует сопротивление, состоящее из сопротивления формы, зависящее от геометрии обводов корпуса 1, сопротивления трения, зависящего в основном от величины смоченной поверхности корпуса 1 и отрывного вихревого сопротивления в корме корпуса 1. На фиг. 3 представлена эпюра распределения перепада давлений на корпусе 1, характеризующая это сопротивление.

Для создания поступательного движения вперед подводного аппарата рабочие органы 4 создают поток в каналах 3 и производят вдув и отсос жидкости через щели 5, как показано на фиг. 4. Движитель 2 в носовой части корпуса 1 помимо создания тяги ликвидирует зону повышенного давления, убирая тем самым лобовое сопротивление и создавая на корпусе 1 в этом районе тягу за счет разрежения. При вдуве жидкости через верхние и нижние щели 5 тангенциально к криволинейной поверхности корпуса 1 в носовой части аппарата жидкие струи прилипают к этой поверхности и с внесением дополнительной энергии ускоряют поток в пограничном слое за счет эффекта Коанда. На криволинейной поверхности корпуса 1 создается разрежение. В кормовой части корпуса 1 посредством рабочих органов 4 производят отсос жидкости через верхние и нижние щели 5, а через наружные отверстия канала 3 поток выбрасывается, создавая реактивную тягу, при этом предотвращается отрыв пограничного слоя в этом районе.

Таким образом, за счет эффекта Коанда снижается сопротивление формы, посредством ликвидации лобового сопротивления создается тяга в носовой части корпуса 1, снижается отрывное вихревое сопротивление в кормовой части корпуса 1, а также снижается сопротивление трения за счет ускоренного потока, обтекающего корпус 1. В результате этого снижаются энергозатраты при создании тяги на транспортном средстве путем активного управления пограничным слоем на криволинейной поверхности корпуса 1.

За счет изменения направления и скорости вдува и отсоса жидкой струи можно создавать тягу любого направления. Для создания тяги на транспортном средстве в вертикальной плоскости производится вдув жидкости через щели 5 только в верхней или нижней частях корпуса 1 в зависимости от требуемого направления перемещения: на всплытие или на погружение. На фиг. 5 представлена принципиальная схема создания тяги на корпусе 1 для перемещения транспортного средства на всплытие. Производится одновременный вдув струи жидкости через щели 5 только на верхнюю часть криволинейной поверхности корпуса 1. На верхней части корпуса 1 создается разрежение, которое составит подъемную силу, т.е. тягу на всплытие. Если производить вдув струи жидкости через нижние щели 5 на нижнюю часть корпуса 1, то получим тягу на погружение.

При эксплуатации транспортного средства при необходимости можно создать дифферентующий или кренящий моменты. На фиг. 6 представлена принципиальная схема создания дифферента на корму. Для этого через верхние щели 5 производят вдув и отсос жидкости как при движении вперед, а через нижние щели 5 - как назад. Тогда на корпусе 1 реализуется пара сил, создающая дифферентующий момент на корму.

Аналогично получают дифферентующий момент на нос и кренящие моменты на левый или на правый борт.

В результате предложенный способ создания тяги в любом направлении на транспортном средстве за счет активного управления пограничным слоем на криволинейной поверхности корпуса позволит получить эту тягу с минимальными энергозатратами.

Формула изобретения

Способ создания тяги любого направления на транспортном средстве, заключающийся в том, что создают тягу движителем, которая перемещает корпус транспортного средства, отличающийся тем, что движитель выполняют в виде каналов с рабочими органами и устанавливают возле корпуса с зазорами в виде щелей, через которые производят тангенциальный вдув и/или отсос жидкости на криволинейной поверхности корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6