Способ получения тяги

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности, к способам получения тяги в жидкости, преимущественно в воде. Для получения тяги в водной среде создают направленный поток в жидкости относительно объекта с движителем при сгорании горючих веществ. Осуществляют инжекцию компонентов горючего вещества, а именно горючего топлива и окислителя, раздельно, в управляемом пульсирующем режиме, с одновременным смешиванием горючего топлива и окислителя в жидкости и с получением газового пузыря с горючей смесью в жидкости на активной поверхности движителя. Горючую смесь в пузыре сжигают, например, с помощью электрического разряда. Достигается повышение удельной тяги. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности, к способам получения тяги в жидкости, преимущественно в воде, и может быть использовано, например, на водном транспорте, в качестве привода для судов и разнообразных подводных и надводных объектов различного назначения, и в других отраслях, для перемещения объектов в жидкой среде.

Известны различные способы получения тяги, в том числе способы создания тяги для судов, см. например патенты: №2057683 RU (1996 г.) [1], №2165375 RU (2001 г.) [2], №2169101 RU (2001 г.) [3], №2429366 RU (2009 г.) [4], №2429367 RU (2011 г.) [5], №2478060 RU (2013 г.) [6], №2493398 RU (2013 г.) [7] и др.

Так, например, способ создания тяги судов, известный из описания работы устройства по патенту №2057683, включает создание пульсирующей гидрореактивной тяги движителем судна при поочередном заполнении и скоростном опорожнении по меньшей мере двух рабочих камер (поршней-сильфонов) забортной водой, перемещающихся избыточным давлением пара, который получают в процессе сжигания горючего во внутренней полости камеры сгорания с последующей передачей тепловой энергии через металлическую стенку камеры сгорания в испаритель, где воду нагревают, превращают в пар с требуемым давлением, затем подают во внутреннюю полость сильфонообразного поршня, отделяющего рабочее тело двигателя (пар) от рабочего тела движителя (забортная вода). При перемещении поршня-сильфона паром в надпоршневой полости последний перемещается за счет увеличения объема и выдавливает воду из-под поршневого пространства через тяговую трубу движителя в забортную воду в виде гидропотока, который создает тягу на движителе, перемещающую судно. При этом топливо и воздух подогревают сжиганием дополнительного количества горючей смеси. Причем воздух является несжигаемым компонентом, количество которого в смеси с топливом превышает стехиометрически необходимый объем в 3-10 раз. При производстве пара в камере сгорания имеем следующие потери энергии: на пристеночном паровом слое, металлической стенке камеры сгорания и внутри самой парогазовой смеси, в холодильнике, сильфоне; кроме того, потери на разогрев воздуха, забираемого из атмосферы и потери тепла с выхлопными газами, что существенно снижает КПД установки. Данный метод осуществляется с применением громоздкого, тяжелого, сложного и ненадежного двигателя-движителя, имеющего низкий КПД.

Известны способы получения тяги в водной среде с помощью разнообразных движителей, действие которых основано на метании присоединенной массы жидкости в заданном направлении: с помощью весла, лопаточного колеса, винта, водометных устройств. Известные способы основаны на том, что метание жидкости осуществляется за счет механического привода от дополнительных и основных механических двигателей (паровая машина, ДВС, турбодвигатель, и т.д.), т.е. существует цепочка: двигатель, трансмиссия, движитель.

Известны способы получения тяги на основе реактивных движителей, в которых вода используется как окислитель для специальных топлив, которые неприемлемы для широкого применения по экологическим причинам.

Существенными недостатками известных механических способов получения тяги является сложность и громоздкость механических устройств, их реализующих. Сложность и громоздкость механических силовых установок не позволяют существенно поднять удельную тягу за счет потерь на многочисленных трансмиссионных элементах: в двигателе, в движителе, в передаточной системе.

Недостаток реактивных движителей заключается в использовании нестандартных специальных топлив, для которых вода используется как окислитель. Эти топлива недоступны для рядового потребления и не могут широкого использоваться по ряду причин, включая экологическую небезопасность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, известный из описания работы устройства по патенту на изобретение №2050307 RU (1995 г.) [8], выбранный заявителем в качестве прототипа.

Известный способ включает получение пульсирующей гидрореактивной тяги метанием жидкости из тяговой трубы движителя в забортную воду давлением выхлопных газов и пара, получаемых при сжигании топливной горючей смеси в сферообразной металлической камере сгорания двигателя постоянного объема. При этом инжекция топливной горючей смеси производится непосредственно в камеру сгорания.

Таким образом, в известном способе создают направленные течения (гидрореактивный поток) в жидкости относительно объекта с движителем при сгорании горючих веществ (топливной горючей смеси) в камере сгорания, что обеспечивает перемещение судна.

Однако для известного способа характерны недостаточная удельная тяга и недостаточная экономическая эффективность, которая обусловлена дороговизной производства за счет наличия и сборки многочисленных металлических деталей и сложностью эксплуатации двигателя-движителя, которые заключаются в потерях на трение между деталями, а также на разогрев воздуха, забираемого из атмосферы, и потери тепла с выхлопными газами, что существенно снижает КПД установки.

Таким образом, недостатками известного способа являются недостаточная удельная тяга и недостаточная экономическая эффективность.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение удельной тяги и повышение экономической эффективности.

Для решения поставленной задачи, сущность заявляемого технического решения состоит в том, что, в отличие от известного способа получения тяги, включающего генерирование пульсирующей гидрореактивной тяги метанием жидкости из тяговой трубы в забортную воду выхлопными газами и водяным паром, получаемых при сжигании топливной смеси, в заявляемом изобретении осуществляют инжекцию горючего топлива и окислителя раздельно непосредственно в жидкость, например, в забортную воду. Причем горючее топливо и окислитель подают раздельно, обеспечивая в процессе инжекции на границе инжекторов с жидкостью их смешивание с образованием газовых пузырей с горючей смесью на активной поверхности движителя, а образовавшиеся пузыри с горючей смесью сжигают, например, поджигают электрическим разрядом. При этом процесс ведут в управляемом пульсирующем режиме. Управление процессом может быть осуществлено, например, с помощью компьютерной программы.

То есть в отличие от известного способа, включающего создание направленных течений (гидрореактивных потоков) в жидкости относительно объекта с движителем на тяговой стенке при сгорании горючих веществ (топлива), что обеспечивает перемещение судна, в предлагаемом способе сжигание топлива осуществляют непосредственно в воде на границе с инжекторами, причем инжекцию горючего и окислителя осуществляют раздельно в управляемом режиме на активной поверхности движителя, жестко закрепленного с объектом перемещения. Причем горючее и окислитель подают раздельно с одновременным смешиванием в образующемся в жидкости пузыре и получением, таким образом, газового пузыря с горючей смесью в жидкости на активной поверхности движителя, прилегающей к тяговой стенке, после чего горючую смесь поджигают в пузыре, например, с помощью электрического разряда.

Таким образом, сущность заявляемого изобретения состоит в том, что, в отличие от известного способа получения тяги для перемещения объектов в жидкости, преимущественно в водной среде, включающем создание направленного потока в жидкости относительно объекта с движителем на тяговой стенке при сгорании горючих веществ, согласно изобретению, осуществляют инжекцию компонентов горючего вещества, а именно горючего топлива и окислителя, раздельно в управляемом пульсирующем режиме. При этом осуществляют упомянутую инжекцию непосредственно в забортную воду на границе с объектом. Горючее и окислитель подают раздельно с одновременным смешиванием в жидкости на выходе из инжекторов с получением газового пузыря с горючей смесью в жидкости на активной поверхности движителя, прилегающей к тяговой стенке, а горючую смесь в пузыре поджигают, например с помощью электрического разряда.

Кроме того, силу тяги регулируют путем варьирования объемов горючей смеси в упомянутом пузыре, для чего изменяют объем инжектируемого горючего топлива и окислителя.

Кроме того, силу тяги регулируют путем варьирования (изменения) количества выдуваемых пузырей с горючей смесью и частоты циклов сжигания упомянутых пузырей.

Кроме того, силу тяги регулируют путем изменения формы пузырей с горючей смесью.

При этом управление осуществляют, например, с помощью автоматизированной системы.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении удельной тяги и повышении экономической эффективности способа.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема осуществления заявляемого способа, где 1 - тяговая стенка, на которую установлен движитель, например транспортного средства (или другого объекта, который подлежит перемещению); 2 - движитель, осуществляющий генерацию тяги, согласно заявляемому способу; 3 - указан вектор гидропотока, генерирующий импульсы силы тяги; 4 - направление перемещения объекта.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом. В воду на активную поверхность движителя подают раздельно горючее топливо и окислитель (например, кислород, воздух и т.п.) с образованием пузыря с горючей смесью. Затем, например, электрическим разрядом, поджигают и сжигают горючую смесь в пузыре непосредственно в воде на активной поверхности движителя, прилегающего к тяговой стенке перемещаемого объекта. Сжигание горючей смеси в пузыре приводит к его расширению до максимального размера. Расширение пузыря до максимального размера обеспечивает генерацию импульсного гидропотока, что и обеспечивает тягу для объекта. Этот процесс носит циклический характер в1 управляемом пульсирующем режиме, при этом топливо и окислитель подают в зону сжигания раздельно, по разным каналам, с одновременным смешением на выходе из инжекторов, т.е. получают пузырь с горючей смесью в воде, затем, по достижении последним необходимых размеров поджигают, в результате пузырь резко увеличивается в объеме, отбрасывает окружающую его воду в заданном направлении, что приводит к созданию ориентированного потока жидкости (воды) относительно тяговой поверхности, который и создает тягу судна. Пузырь с горючей смесью перед сжиганием и тот же увеличенный - с продуктами сгорания является по сути как бы «камерой сгорания» переменного объема в воде. Горючее топливо и окислитель подают и сжигают согласно заданному алгоритму с регулированием частоты циклов сжигания топлива, величины, формы и количества выдуваемых пузырей.

Применение изобретения позволит значительно увеличить удельную тягу и экономическую эффективность. Кроме того, оно существенно может расширить функциональные возможности, а также улучшить эксплуатационные качества движителя, выполненного на основе заявляемого способа, например, при проводке судов по мелководью, замусоренным водным трассам и в болотистых водоемах, с одновременным улучшением условий труда и техники безопасности.

1. Способ получения тяги для перемещения объектов в жидкости, преимущественно в водной среде, при котором создают направленный поток в жидкости относительно объекта с движителем при сгорании горючих веществ, отличающийся тем, что осуществляют инжекцию компонентов горючего вещества, а именно горючего топлива и окислителя, раздельно, причем в управляемом пульсирующем режиме, с одновременным смешиванием их в жидкости, с получением газового пузыря с горючей смесью в жидкости на активной поверхности движителя, а горючую смесь в пузыре сжигают, например, с помощью электрического разряда.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что силу тяги регулируют путем варьирования объемов горючей смеси в упомянутом пузыре, для чего изменяют объем инжектируемого горючего топлива и окислителя.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что силу тяги регулируют путем варьирования количества выдуваемых пузырей с горючей смесью и частоты циклов сжигания упомянутых пузырей.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что силу тяги регулируют путем изменения формы пузырей с горючей смесью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса обеспечения эвакуации и спасения персонала, а также экипажей морских объектов, работающих в замерзающих морях, и позволяет осуществить экстренную эвакуацию и спасение персонала и экипажей с морских объектов в ледовых условиях.

Изобретение относится к области судостроения и касается разработки легконагруженных водометных движителей. Легконагруженный водометный движитель состоит из рабочего колеса, спрямляющего аппарата, водовода и центрального тела, выступающего вперед и назад из водовода.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в качестве движителя надводных и подводных судов различного назначения. Для создания водометного движителя применяют реверсивный шестеренный насос, односекционный или многосекционный.

Изобретение относится к средствам создания тяги для движения судна, в частности к судовым движительно-рулевым комплексам. Судовой движитель содержит открытый с противоположных торцов цилиндрический корпус, внутри которого соосно установлены гребные винты противоположного вращения, реверсивный редуктор, входной вал которого предназначен для связи с приводным валом двигателя.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к установкам для испытания двигательно-движительного комплекса судна преимущественно в условиях дока. Установка для испытания двигательно-движительного комплекса судна содержит камеру с потоконаправляющими каналами.

Изобретение относится к области судостроения и касается конструирования кормовой оконечности судна, имеющей водометные движители. Кормовая оконечность судна туннельного типа имеет надводный корпус и подводный корпус с днищем, выполненным, по крайней мере, с одним продольным аркообразным в поперечном сечении каналом, простирающимся вдоль всего корпуса судна ниже конструктивной ватерлинии.

Изобретение относится к водометным движителям. .

Изобретение относится к судостроению и касается водометных движителей. .

Изобретение относится к судостроению и касается реверсивно-рулевых устройств водометных движителей. .

Изобретение относится к устройствам для преобразования работы двигателя или других источников энергии в работу, обеспечивающую движение транспортных устройств. .

Изобретение относится к судостроению, а именно к движительному агрегату корабля. Движительный агрегат корабля содержит конструкцию (1) оболочки, электрический двигатель (3), замкнутую жидкостную систему (9) охлаждения, которая имеет внутреннее пространство (10). Внутреннее пространство (10) содержит жидкость и частично ограничено цилиндрической наружной поверхностью цилиндрической секции (7) секции (6) размещения двигателя движительного агрегата для обмена тепловой энергией между электрическим двигателем (3), расположенным в цилиндрической секции (7) секции (6) размещения двигателя, и жидкостью во внутреннем пространстве (10). Внутреннее пространство (10) замкнутой жидкостной системы (9) охлаждения частично ограничено конструкцией (1) оболочки движительного агрегата, так что жидкость во внутреннем пространстве (10) находится в непосредственном контакте с конструкцией (1) оболочки движительного агрегата для обмена тепловой энергией между жидкостью во внутреннем пространстве и водой. Вода окружает движительный агрегат через конструкцию (1) оболочки движительного агрегата. Достигается эффективное охлаждение движительного агрегата корабля. 15 з.п. ф-лы, 36 ил.

Изобретение относится к устройствам для перемещения плавающих объектов по воде и под водой. Водометный движитель содержит водометную трубу и движитель. Водометная труба выполнена из соосно соединенных друг с другом обтекателя, цилиндра, конусного переходника и сопла с нагнетательным клапаном. На боковой поверхности конусного переходника водометной трубы установлен патрубок с всасывающим клапаном. Между обтекателем и цилиндром размещена перегородка с центральным отверстием. Движитель включает установленные в обтекателе аккумуляторную батарею и закрепленный на перегородке соленоид с сердечником, который соединен с расположенным в цилиндре подпружиненным сильфоном поршнем. Один конец сильфона герметично соединен с перегородкой, а другой - с поршнем. Поршень снабжен головкой в форме полого усеченного конуса с заглушенным малым основанием. Достигается упрощение конструкции и снижение шума при работе водометного движителя. 1 ил.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к конструкции высокомореходных быстроходных судов. Предложено быстроходное судно, содержащее корпус, в килеватом днище которого выполнена выемка для образования искусственной газовой каверны, а также средства подачи в нее газа под избыточным давлением. Расположенная в носовой части корпуса вершина днищевой выемки снабжена поперечным реданом и смонтированным в районе его расположения носовым гидравлическим движителем, который расположен так, чтобы его реактивная струя проходила ниже срывообразующей кромки поперечного редана. Днище судна может быть снабжено цилиндрической вставкой днища, охватывающей днищевую выемку со стороны носа и бортов корпуса судна. Нижняя часть носовой оконечности корпуса может быть снабжена таранообразным выступом. В качестве носового гидравлического движителя могут быть применены угловая поворотно-откидная колонка, подвесной лодочный мотор, водометный движитель и другие движители. Технический результат заключается в повышении эксплуатационно-технических характеристик быстроходного судна. 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано в качестве движителей судов и подводных лодок. Движитель подводной лодки включает жестко закрепленную на корпусе подводной лодки кольцевую диафрагму и электрогидравлический насос. Электрогидравлический насос расположен в вакуумной камере с возможностью подачи воды в кольцевую диафрагму, при этом водозаборник насоса расположен в носовой части подводной лодки. Достигается снижение шума при обтекании водой носовой части подводной лодки. 1 ил.

Изобретение относится к судостроению, а именно к лопастным движителям. Лопастное колесо состоит из катушки, закрепленной на поперечном гребном валу, двух параллельных между собой дисков, закрепленных по бортам катушки и водоподающих и водовыбрасывающих лопастей. Все лопасти по группам закреплены между дисками и каждая из группы лопасть находится на своем разноудаленном от вала диаметре. Водоподающие лопасти закреплены по наименьшему диаметру диска и изогнуты по дуге в сторону вала, а водовыбрасывающие лопасти закреплены по наибольшему диаметру диска и его лопасти изогнуты по дуге в сторону от гребного вала и при вращении колеса они изменяют свой угол наклона к поверхности воды так, что обеспечивают безударный вход в воду, переливание воды на нижерасположенные лопасти, ускорение и выброс воды в сторону, противоположную направлению движения судна. Достигается создание большого упора судну при небольшой осадке. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области судостроения, а в частности к водометным движительно-рулевым комплексам. Движительно-рулевой комплекс содержит корпус, двигатель, движитель с реверсивно-рулевым устройством. В двигателе основной рабочий поршень камеры сгорания соединен штоками с вспомогательным и водометными поршнями и с двуплечим рычагом. Шток вспомогательного поршня взаимодействует с рычагом через пазы в нем и головку штока. Нижнее основание вспомогательного поршня и соответствующая основанию сторона цилиндра снабжены дисковыми пластинами, и как минимум одна пластина выполнена из металла и соединена с источником высокого напряжения, а также изолирована от частей устройства. Вторая пластина выполнена электретом с высоким удельным зарядом, а движитель выполнен с реверсивно-рулевым устройством в виде цилиндра с водометными поршнями. Цилиндр заканчивается соплом, в котором размещено рулевое устройство, а в стенках цилиндра выполнены боковые заслонки. Достигается уменьшение весогабаритных параметров движителя и двигателя, снижение объема воды в движителе, уменьшение гидродинамического сопротивления, повышение технологичности двигателя и движителя с возможностью работы двигателя в детонационном режиме. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к раме водометного движителя, к водометному движителю, оснащенному рамой водометного движителя, и к компоновке водометного движителя с рамой на судне. Судно содержит корпус (11) и установочное отверстие (14) для водометного движителя (16), содержащего раму. Рама предназначена для установки и герметизации в установочном отверстии (14) для водометного движителя (16) судна (12) и содержит водовод (26) для направления воды в импеллер (24) водометного движителя (16), эксплуатационное отверстие (28) для обслуживания импеллера (24) и уплотнительную поверхность (33), образующую замкнутый контур для плотного присоединения водометного движителя (16) к ответной уплотнительной поверхности (32) судна (12). Кроме этого, рама (15) содержит дополнительную уплотнительную поверхность (34), образующую второй замкнутый контур для обеспечения при присоединении водометного движителя (16) к судну (12) таким образом, что эксплуатационное отверстие (28) рамы (15) располагается либо внутри, либо снаружи кормы (44) судна (12). Достигается легкость обслуживания движителя непосредственно с судна. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности, к способам получения тяги в жидкости, преимущественно в воде. Для получения тяги в водной среде создают направленный поток в жидкости относительно объекта с движителем при сгорании горючих веществ. Осуществляют инжекцию компонентов горючего вещества, а именно горючего топлива и окислителя, раздельно, в управляемом пульсирующем режиме, с одновременным смешиванием горючего топлива и окислителя в жидкости и с получением газового пузыря с горючей смесью в жидкости на активной поверхности движителя. Горючую смесь в пузыре сжигают, например, с помощью электрического разряда. Достигается повышение удельной тяги. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх