Нос судна

Изобретение относится к гидродинамике водных транспортных средств и касается конструирования носовых оконечностей судов и других плавсредств. Нос судна имеет внешний насадок, который установлен впереди ниже ватерлинии и который разделен за контуром носа на два продольных туннеля для протока морской воды, проходящих по бортам, с входным и выходным отверстием. Нос судна снабжен ускорителем протока текучей среды в туннеле, который включает в себя, по крайней мере, два сопла на одной оси. По меньшей мере, одно сопло соосно введено в следующее по ходу движения текучей среды с образованием между соплами полости. С устройствами подачи и отсоса текучей среды сообщена не менее чем одна полость и в ней дополнительно размещены электроды для осуществления электрогидравлических ударов в текучей среде, которые соединены с выходом блока формирования электрогидравлических ударов в текучей среде. По меньшей мере, в одной полости размещены средства ионизации текучей среды. При этом нижняя обшивка ускорителя лежит в горизонтальной плоскости. Корпус ускорителя может частично входить внутрь корпуса судна и может иметь криволинейные обводы по форме корпуса судна. Блок формирования электрогидравлических ударов в текучей среде, а также оборудование и аппаратура устройств подачи и отсоса текучей среды, а также блоков ионизации текучей среды целесообразно размещать в корпусе судна. Изобретение позволяет увеличивать степень снижения волнового сопротивления судна, а также получать дополнительную силу тяги судна при удельном расходе топлива на работу ускорителя в 3-5 раз меньше базовых значений. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к гидродинамике водных транспортных средств, а именно касается конструирования судов и других плавсредств.

Известно устройство для снижения сопротивления движению судна (экономии топлива), содержащее щиты, установленные ниже ватерлинии с двух сторон носа и закрепленные к его обшивке, а также вращаемые цилиндрические роторы, размещаемые в пространстве между обшивкой носа и щитами [1].

Недостаток аналога - наличие вращаемых устройств, необходимость затрат дополнительной энергии. В целом сравнительно небольшая величина снижения сопротивления судна.

Известен установленный ниже ватерлинии впереди носа судна внешний насадок, разделенный за контуром носа на два продольных туннеля для протока морской воды, проходящих по бортам с входным и выходным отверстием [2].

Недостаток устройства - в сравнительно низкой эффективности, а именно обеспечивает частичное снижение только волнового сопротивления судна, при этом кинетическая энергия протекающей в туннеле воды практически не используется. Устройство принято за прототип.

Известен ускоритель протока текучей среды, содержащий, по крайней мере, два сопла на одной оси, при этом, по меньшей мере, одно сопло соосно введено в следующее по ходу движения текучей среды сопло с образованием между соплами полости, причем с устройствами подачи и отсоса текучей среды сообщена не менее чем одна полость и в ней дополнительно размещены средства ионизации текучей среды, [3].

Технический результат предлагаемого устройства - увеличение степени снижения волнового сопротивления судна, а также получение дополнительной силы тяги судна при удельном расходе топлива на работу ускорителя в 3-5 раз меньше базовых значений.

Технический результат изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем внешний насадок, который установлен ниже ватерлинии и который разделен за контуром носа на два продольных туннеля для протока морской воды, проходящих по бортам, с входным и выходным отверстием, по изобретению снабжен ускорителем протока текучей среды в туннеле, который включает в себя, по крайней мере, два сопла на одной оси, при этом, по меньшей мере, одно сопло соосно введено в следующее по ходу движения текучей среды с образованием между соплами полости, причем с устройствами подачи и отсоса текучей среды сообщена не менее чем одна полость и в ней дополнительно размещены электроды для осуществления электрогидравлических ударов в текучей среде, по меньшей мере, в одной полости размещены средства ионизации текучей среды, при этом нижняя обшивка ускорителя лежит в горизонтальной плоскости. Корпус ускорителя частично входит внутрь судна и имеет криволинейные обводы по форме корпуса судна. Блок формирования электрогидравлических ударов в текучей среде, а также оборудование и аппаратура устройств подачи и отсоса текучей среды, а также блоков ионизации текучей среды, размещены в корпусе судна.

Предлагаемое устройство изображено на фиг.1 (общий вид) и фиг.2 (примерная схема одного из ускорителей). На носу судна 1 (фиг.1) размещен внешний насадок 2, продольные туннели (каналы) 3 с входным 4 и выходным 5 отверстием, ускоритель 7 с входным отверстием 6 и выходным отверстием 8.

Ускоритель потока жидкости (фиг.2) содержит размещенные соосно сопло 9 с входным сечением 6 и критическим сечением 10, сопло 11 с критическим сечением 12 и полость 13 между этими соплами. В полости 13 помещены блоки 14 ионизации текучей среды, клапаны 15 и электроды 16 блока формирования электрогидравлического удара. Далее по ходу движения текучей среды следуют сопло Лаваля 17 с критическим сечением 18 и полость 19 между соплами 11 и 17, наконец, сопло Лаваля 20 с критическим сечением 21 и выходным соплом 22 и полость 23 между соплами 17 и 20. При этом сопла 9 и 11, 11 и 17, а также 17 и 20 соединены между собой герметично. К полостям 13, 19 и полости 23 подсоединены устройства 24 отсоса и подачи текучей среды внутрь этих полостей.

Устройство работает следующим образом.

В нерабочем состоянии все сопла ускорителя 7 заполнены водой (возможно наличие воздушной подушки). Для запуска ускорителя производят ионизацию текучей среды в полости 13 с использованием одного или нескольких средств ионизации 14, размещенных в полости, и/или производят электрогидравлические удары между электродами 16 с помощью блока формирования этих ударов. В результате ионизации молекулы и атомы текучей среды (воды, газов и воздуха) частично разрушаются с выделением большого количества тепла и кинетической энергии [4]. При закрытых клапанах 15 поток расширенной в полости 13 текучей среды (воды, газов и пара) вылетает к центральной оси устройства, эжектируя при этом текучую среду (забортную воду) через входное сечение 4. Далее клапаны 15 открываются и в полость 13 поступает очередная порция текучей среды (воды и газа) из-за борта или из источника текучей среды. При необходимости устройством 24 производится отсос воды или газов из полости. После этого клапаны закрываются. Частота выполнения таких операций (пульсаций) регулируется и может быть достаточно высокой, чтобы обеспечить квазинепрерывный характер работы. Когда скорость потока воды и газа, идущих из полости 13, с учетом эжектируемой забортной воды {через сопло 4) между сечениями 12 и 18 будет достаточной для эжекции воды из полости 19, в последней возникнет некоторое разрежение. Оно будет способствовать повышению перепада давлений между сечениями 10 и 12 и тем самым увеличению скорости истечения и расхода воды через входное сечение 10. Это в свою очередь приведет к усилению вакуумирования полости 19. Аналогично и для полости 23. Такие процессы будут происходить до тех пор, пока не перестанет повышаться степень вакуума в полости 19, а затем и полости 23.

Здесь возможны два исхода. Первый, когда величиной вакуума в полостях 19 и 23 не управляют, тогда скорость потока на выходе ускорителя будет наибольшей при технически возможной степени вакуума (за счет самовакуумирования [5]). Второй исход, когда, наоборот, величину вакуума назначают и поддерживают в полостях 19 и 23 искусственно, скорость потока на выходе ускорителя при этом будет управляемой. При установлении постоянной скорости потока частоту пульсаций постепенно уменьшают вплоть до полного выключения. Ускоритель начинает работать только за счет засасывания забортной воды вакуумом полостей 19 и 23. После прекращения пульсаций возникает разрежение и в полости 13. При заданной степени вакуумирования полостей 13, 19 и 23 в выходном сопле 20 возникнет устойчивый поток текучей среды, главным образом воды. Одновременно происходит ускорение потока забортной воды в туннеле перед ускорителем, что способствует понижению давления воды перед судном, большему снижению волнового сопротивления и соответственно снижению сопротивления судна в целом.

Ускоренный в 7 поток через сопло 8 выбрасывается в корму судна, создавая дополнительную силу тяги воды на выходе из ускорителя, повышается КПД движительной установки судна. Регулировка скорости (мощности) потока на выходе из ускорителя в реальном времени производится путем управления величиной вакуума в полостях 13, 19 и 23. Для этого предусмотрены устройства 24 для отсоса и подачи текучей среды в полости. Регулировка скорости потока на выходе ускорителя может быть осуществлена изменением частоты пульсаций процессов ионизации текучей среды и/или электрогидравлического удара в текучей среде в полости 13. Для управления работой ускорителя используются показания датчиков давления, размещенных в полостях, датчиков скорости потока на выходе и входе из ускорителя, а также показания устройств 24, поступающие в блок управления его работой.

Рассмотренный режим работы не единственный. Возможен вариант работы, при котором подача (или отсос) текучей среды в полость 13 с ее ионизацией и/или воздействием электрогидравлических ударов производятся непрерывно в течение некоторого времени. В этом случае энергия, выделяемая при разложении молекул и атомов текучей среды в полости будет дополнять, усиливать энергетический эффект движения текучей среды, полученный от вакуумирования полостей 19 и 23 ускорителя. Затраты энергии на работу ускорителя сравнительно небольшие. Энергия тратится на первоначальный разгон текучей среды (в основном воды) внутри ускорителя до заданной скорости путем ионизации, в том числе электродинамическими ударами в текучей среде в полости 13, и компенсацию гидравлических потерь в ускорителе. Отсос или подача текучей среды в вакуумированные полости, имеющие небольшие объемы, потребуют сравнительно малых затрат топлива. Кроме этого, энергия расходуется на работу механизмов открытия-закрытия клапанов 15. Поддержание же задаваемой скорости потока на выходе ускорителя осуществляется, главным образом, за счет вакуума в полостях ускорителя.

При проектировании устройства конструкция ускорителя рассчитывается на максимально необходимую скорость (мощность) потока текучей среды на выходе ускорителя, при этом все остальные значения скорости получают путем варьирования величины вакуума в полостях с помощью устройств подачи и отсоса текучей среды, а также изменения амплитуды и/или частоты процессов ионизации текучей среды и электрогидравлических ударов в ней.

Таким образом, использование изобретения позволит увеличить степень снижения волнового сопротивления, создать дополнительную силу тяги судна при минимальных расходах энергии на работу ускорителя потока в носовой насадке. Удельный расход топлива при этом будет в 3-5 раз меньше, чем в настоящее время. Одновременно снизятся запасы топлива, повысится КПД двигательно-движительной установки судна.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №19479, опубл. 1931 г.

2. Патент РФ №2131374, опубл. 1999 г.

3. Патент РФ №2287695, опубл. 2006 г.

4. Е.И.Андреев, О.А.Ключарев, А.П.Смирнов, Р.А.Давиденко. Естественная энергетика. - СПб: Нестор, 2000. - 122 с.

5. Патент ТО 03/25379, кл. 7 Р2К 7/00, опубл. 2003 г.

1. Hoc судна, содержащий внешний насадок, который установлен впереди ниже ватерлинии и который разделен за контуром носа на два продольных туннеля для протока морской воды, проходящих по бортам, с входным и выходным отверстием, отличающийся тем, что он снабжен ускорителем протока текучей среды в туннеле, который включает в себя, по крайней мере, два сопла на одной оси, при этом, по меньшей мере, одно сопло соосно введено в следующее по ходу движения текучей среды с образованием между соплами полости, причем с устройствами подачи и отсоса текучей среды сообщена не менее чем одна полость и в ней дополнительно размещены электроды для осуществления электрогидравлических ударов в текучей среде, которые соединены с выходом блока формирования электрогидравлических ударов в текучей среде, по меньшей мере, в одной полости размещены средства ионизации текучей среды, при этом нижняя обшивка ускорителя лежит в горизонтальной плоскости.

2. Нос судна по п.1, отличающийся тем, что корпус ускорителя частично входит внутрь корпуса судна и имеет криволинейные обводы по форме корпуса судна.

3. Нос судна по п.1, отличающийся тем, что блок формирования электрогидравлических ударов в текучей среде, а также оборудование и аппаратура устройств подачи и отсоса текучей среды, а также блоков ионизации текучей среды размещены в корпусе судна.