Водометный движитель подводного судна

 

Изобретение относится к судостроению, а именно к водометным движителям подводных судов (подводных транспортов, подводных аппаратов и т.п.). Водометный движитель содержит осевой насос с лопастным рабочим колесом, размещенным в направляющей насадке соосно с кормовой оконечностью плавсредства, а на концах лопастей жестко закреплено профилированное бандажное кольцо. Обращенная в нос судна внутренняя поверхность передней части направляющей насадки частично выполнена в виде поверхности кольцевого крыла, а противолежащая ему обшивка кормы судна имеет форму поверхности усеченного конуса, образующая которого эквидистантна хорде кольцевого крыла. Угол между продольной осью плавсредства и хордой составляет 45÷90^o. Перед лопастями насоса размещены направляющие кольца для выравнивания потока. Наружная обшивка направляющей насадки выполнена перфорированной, а в теле насадки расположен водосборник, связанный водяными магистралями с перфорацией наружной поверхности насадки и проточной частью водовода. На выходе из водометного движителя на внутренней поверхности кормовой части водовода и на поверхности ступицы движителя размещены многослойные гибкие кольца с системой регулировки частот их колебаний. Изобретение позволяет получить дополнительную силу тяги, снизить сопротивление корпуса судна, повысить КПД движителя, снизить шум струи воды на выходе из движителя, улучшить параметры управляемости подводного судна. 1 ил.

Изобретение относится к судостроению, а именно к водометным движителям подводных судов (подводных транспортов, подводных аппаратов и т.п.), и может быть использовано для получения дополнительной тяги, составляющей не менее 25-35% от упора водометного движителя, повышения КПД движителя, приблизив его к КПД гребного винта, снижения сопротивления корпуса судна (экономии топлива), уменьшения шумов струи воды на выходе из движителя, улучшения параметров управляемости подводного судна.

Известен водометный движитель, содержащий осевой насос с лопастным рабочим колесом, размещенным в насадке в виде кольцевого крыла соосно с кормовой оконечностью плавсредства (заявка Японии 51-199156, кл. В 63 С 8/12, 1976 г. ).

Недостатки аналога - низкие по сравнению с гребным винтом пропульсивные качества; значительная шумность, особенно на докавитационных режимах работы; повышенная вибрация на основных режимах движения плавсредства.

Известен водометный движитель (патент РФ 2057684, В 63 Н 11/08, 11/02, В 63 С 8/12, 1992 г.), содержащий осевой насос с лопастным рабочим колесом, размещенным в насадке в виде кольцевого крыла соосно с кормовой оконечностью плавсредства, на концах лопастей жестко закреплено профилированное бандажное колесо. Принят за прототип.

Недостатки прототипа - низкий по сравнению с гребным винтом КПД; требует большого удлинения плавсредства, что ведет к увеличению смоченной поверхности и сопротивления корпуса, а также ухудшению параметров управляемости; недостаточное снижение шума в потоке за корпусом плавсредства.

Технический результат предлагаемого изобретения - создание в водоводе водометного движителя дополнительной (корпусной) силы тяги и снижение силы сопротивления корпуса судна (экономии топлива), повышение КПД водометного движителя до КПД гребного винта, снижение шума в потоке за корпусом подводного судна.

Технический результат достигается следующим.

1. Для создания дополнительной силы тяги и увеличения КПД в водометном движителе, содержащем осевой насос с лопастным рабочим колесом, размещенным в насадке в виде кольцевого крыла соосно с кормовой оконечностью судна, а на концах лопастей жестко закреплено профилированное бандажное кольцо, обращенная в нос судна внутренняя поверхность передней части насадки выполнена в виде кольцевого крыла с системой управления его "подъемной силы", а противолежащая ему обшивка кормы имеет форму усеченного конуса, образующая которого эквидистантна "хорде" кольцевого крыла, при этом угол между продольной осью судна и "хордой" составляет 45-90^o.

2. Для уменьшения неравномерности потока в водоводе предусмотрены направляющие кольца перед насосом движителя.

3. Для отсоса (с использованием потока в водоводе ВД) пограничного слоя с наружной поверхности кольцевой насадки эта поверхность выполнена перфорированной (например, в виде щелей), в теле насадки предусмотрен водосборник, связанный водяными магистралями с перфорацией и проточной частью водовода движителя.

4. Для снижения шума в потоке на выходе из сопла ВД на поверхности кормовой части водовода и на поверхности ступицы движителя размещаются многослойные гибкие кольца с системой регулировки частот их колебаний.

На чертеже представлен предлагаемый водометный движитель, продольный разрез. Движитель содержит лопатки раскручивающего аппарата 1, соединенные концами с кормовой частью 2 водовода, ускоряющую поток направляющую насадку 3, жестко скрепленную с концами лопастей 4 рабочего колеса 5, кольцевую насадку 6, жестко скрепленную пилонами (не показаны) с корпусом судна 7, гребной вал 8, ступицу 9, с которой соединены комли лопаток, кольцевое крыло 10 с системой повышения "подъемной силы", направляющие кольца 11 перед насосом, перфорированные отверстия 12 наружной поверхности насадки 6, водосборник 13, соединительные магистрали 14, многослойные гибкие кольца 15 и 16 с системой регулировки частот их колебаний.

Устройство работает следующим образом. При вращении рабочего колеса 5 происходит подсос воды к рабочему колесу через водозаборник. При этом в носовой части водовода происходят изменения полей скоростей и давлений, вызванные наличием кольцевого крыла 10. Давление со стороны потока на кольцевое крыло 10 уменьшается по сравнению с давлением на противолежащий участок обшивки кормы корпуса плавсредства. В результате этого в потоке появляется результирующая гидродинамических давлений, приложенная к корме корпуса под заданным углом (45-90^o). Ее проекция на диаметральную плоскость дает корпусную силу тяги, дополнительную к реактивной тяге движителя. Далее поток воды проходит через направляющие кольца 11 для выравнивания потока перед насосом 5. Закрученный рабочим колесом поток поступает на лопатки раскручивающего аппарата 1, выпрямляется им и выбрасывается в сторону, противоположную движению плавсредства.

Перед выходом из водовода поток взаимодействует с многослойными гибкими кольцами 15 и 16, подключенными к системе регулировки частот их колебаний.

При движении воды в кормовой части водовода за насосом 5 происходит эжекция воды через соединительные магистрали 14 из водосборника 13, куда поступит вода через перфорацию 12 в наружной обшивке кольцевой направляющей насадки 6. Происходящий при этом отсос пограничного слоя с поверхности этой насадки предотвратит отрыв пограничного слоя и снизит сопротивления трения и формы насадки, корпуса судна в целом.

Как показывают оценочные расчеты, дополнительная сила тяги в ВД составит (с учетом дополнительных сил сопротивления) не менее 25-35% от упора движителя судна. При этом КПД повысится на 10-15% (до 0,70-0,75).

При величинах упомянутого угла между "хордой" кольцевого крыла и диаметральной плоскостью менее 45^o дополнительная (корпусная) сила тяги оказывается сравнительно небольшой и применение предлагаемого устройства нецелесообразно.

Многослойные гибкие кольца на выходе из водовода и на ступице, будучи настроены на частоты колебаний в противофазе колебаний воды, обеспечат уменьшение шума за корпусом судна.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа следующими признаками 1. Обращенная в нос судна внутренняя поверхность передней части направляющей насадки частично выполнена в виде кольцевого крыла с системой управления его "подъемной силы".

2. Противолежащая кольцевому "крылу" поверхность кормы подводного судна имеет форму усеченного конуса и эквидистантна хорде этого кольцевого "крыла".

3. Угол между продольной осью плавсредства и хордой кольцевого "крыла" составляет 45-90 градусов.

4. Перед насосом размещены направляющие кольца для выравнивания потока.

5. Внешняя поверхность кольцевой насадки выполнена перфорированной для отсоса пограничного слоя.

6. В теле направляющей насадки размещен водосборник, соединенный с перфорацией наружной поверхности насадки и водоводом.

7. На выходе из водовода размещены многослойные гибкие кольца с системой регулировки частот их колебаний.

8. На поверхности ступицы гребного вала размещены многослойные гибкие кольца с системой регулировки частот их колебаний.

Изменение формы внутренней обшивки водовода и внесение в него обтекаемых тел вызовет и дополнительную силу сопротивления. Однако, так как гидродинамическое качество кольцевого "крыла" во много раз выше качества самого водометного движителя (до внесения каких-либо изменений), то дополнительная сила тяги будет существенно больше возможных потерь части реактивной силы тяги от повышения сопротивления в водоводе.

Формула изобретения

Водометный движитель подводного судна, содержащий осевой насос с лопастным рабочим колесом, размещенным в направляющей насадке соосно с кормовой оконечностью судна, на концах лопастей жестко закреплено профилированное бандажное кольцо, отличающийся тем, что обращенная в нос судна внутренняя поверхность передней части направляющей насадки частично выполнена в виде поверхности кольцевого крыла, а противолежащая ему обшивка кормы имеет форму поверхности усеченного конуса, образующая которого эквидистантна хорде этого кольцевого крыла, угол между продольной осью судна и хордой составляет 45÷90^o, при этом перед насосом в потоке размещены направляющие кольца, наружная обшивка направляющей насадки выполнена перфорированной, а в теле насадки расположен водосборник, связанный водяными магистралями с перфорацией и проточной частью водовода движителя, на внутренней поверхности кормовой части водовода за насосом и на поверхности ступицы движителя размещены многослойные гибкие кольца с системой регулировки частот их колебаний.

РИСУНКИ

Рисунок 1