Подводное или воздушное судно

Изобретение относится к подводным и воздушным судам с роторными движителями. Подводное или воздухоплавательное судно содержит прочный герметичный корпус и движитель, который выполнен в виде генератора вихревой пары. Корпус и движитель выполнены в форме соосных тонкостенных круговых или эллиптических тороидальных оболочек. Оболочка корпуса размещена внутри оболочки движителя, установленной с возможностью вращения вокруг оболочки корпуса с угловой скоростью до ω=Vmax/a, где Vmax - максимальная скорость поступательного движения судна, а - радиус поперечного сечения тороидальной оболочки движителя. Изобретение направлено на уменьшение лобового сопротивления и минимизацию потребляемой мощности в режиме движения с крейсерской скоростью. 1 ил.

 

Изобретение относится к гидро- и аэромеханике, а именно к подводным и воздушным судам с роторными движителями.

Известны подводные лодки [Прасолов, С.Н, Амитин, М.Б. Устройство подводных лодок. - М.: Воениздат, 1973. - 311 с.] и дирижабли, содержащие прочный герметичный корпус и движитель, например гребной винт или пропеллер, причем корпус и движитель смонтированы по раздельной схеме один за другим по линии движения и оба погружены в окружающую среду (вода или воздух). Тяговое усилие, создаваемое движителем, передается на корпус, в результате чего судно движется. Основным недостатком такой схемы судна является большое лобовое сопротивление корпуса судна, в первом приближении, пропорциональное квадрату скорости движения судна.

Известно принятое за прототип надводное судно с вихревым движителем [Авторское свидетельство Недоруб С.А., Остроухов Н.Н. Движитель транспортного средства. Патент №1533948, СССР заяв. №4286395/27-11 от 17.07.1987. Публ. 07.01.1990 №1], состоящее из одной или нескольких пар генераторов вихрей, выполненных в виде тел вращения, объем которых обеспечивает плавучесть судна. Корпус судна при этом расположен над водой, так что лобовое сопротивление (при одинаковом водоизмещении) оказывается на несколько порядков меньше, чем у традиционных судов.

Недостатком прототипа является невозможность использования его для подводных и воздушных (дирижаблей) судов.

Целью настоящего изобретения является уменьшение лобового сопротивления и потребляемой мощности подводных судов и дирижаблей с движителями в виде генераторов вихревых пар.

Поставленная цель достигается тем, что в подводном или воздушном (дирижабле) судне, содержащем прочный герметичный корпус и движитель, выполненный в виде генератора вихревой пары, и корпус, и движитель выполнены в форме вложенных друг в друга тонкостенных круговых или эллиптических тороидальных оболочек, причем оболочка движителя является внешней и установлена с возможностью вращения вокруг общей оси торов с угловой скоростью до ωmax=Vmax/а, где Vmax - максимальная крейсерская скорость движения судна, а - радиус поперечного сечения оболочки движителя.

Судно (фиг. 1) содержит корпус - 1, выполненный в форме прочной герметичной оболочки с неподвижно установленным в нем приводным двигателем и движитель - 2, выполненный в виде тороидальной оболочки, эквидистантной оболочке корпуса, располагающейся снаружи последней и кинематически связанной с приводным двигателем.

В качестве приводного двигателя, с точки зрения простейшей кинематической схемы привода, наиболее удобны бироторные двигатели, т.е. двигатели с вращающимися (во взаимно противоположных направлениях) и ротором, и статором вокруг фиксированной относительно корпуса устройства общей оси вращения, например бироторные электрические двигатели постоянного тока или трехфазные асинхронные. Цапфы опорных подшипников вала ротора выполнены в центрах дискообразных опор, которые по внешним периметрам неподвижно закреплены на внутренней поверхности корпуса устройства в виде двух сплошных или не сплошных перегородок корпуса.

Во вращение оболочку движителя приводит статор двигателя. Сцепление статора двигателя и оболочки выполняется известными способами, например посредством шлицевого соединения. Возможен и вариант, при котором секция оболочки движителя, на которую передается вращение статора, является частью приводного двигателя.

Ротор приводного двигателя в описанной кинематической схеме имеет кинематический момент, равный (и противоположный по направлению) кинематическому моменту совокупности «статор - оболочка движителя». Это условие выполнимо, например, посредством установки на вал приводного двигателя балансирующих маховиков, что, при необходимости, увеличивает момент инерции ротора.

Функционирование судна существенно различно в установившемся режиме (при движении с крейсерской скоростью) и в режиме начала движения (разгона) или, шире, вообще в режиме маневрирования.

В установившемся режиме оболочка движителя, вращающаяся с угловой скоростью ω, поддерживает существование в среде (воде или воздухе) тороидального вихря (термика) с завихренностью , где а - радиус поперечного сечения оболочки [Гельмгольц Г. Основы вихревой теории. - Ижевск: изд-во ин-та компьютерных исследований, 2002 - 82 с.]. Вихрь создает в окружающей среде специфическое течение с непрерывным распределением скорости среды (воды или воздуха) [Седов Л.И. Механика сплошной среды. Том 2. М.: Наука, 1970. - 568 с.] от максимальной на поверхности вращающейся тороидальной оболочки Vmaxа до 0 на бесконечности по закону V(r)=Vmaxa/r. Это соответствует постоянству по радиусу завихренности потока, так что во всей области течения, в том числе на поверхности судна, отсутствуют скачки скорости, что обуславливает отсутствие лобового сопротивления, связанного со скоростным напором набегающего потока. Сопротивление, обусловленное вязкостью, близко к таковому у традиционных судов.

Тороидальный вихрь (термик) вместе с расположенным внутри него судном движется с поступательной скоростью , где d - диаметр общей осевой линии тороидальных оболочек корпуса и движителя.

В режиме начала движения при наборе скорости от 0 до V время формирования тороидального вихря оценивается величиной , где μ - динамическая вязкость среды, ρ - плотность среды, δ - толщина погранслоя.

Мощность, потребная для движения с постоянной скоростью V, , а энергия, для формирования тороидального вихря, . Как показывает сравнение, потребляемая мощность судов с движителями предложенного вида в 107 раз меньше, чем у судов с традиционными движителями.

Источники информации

1. Прасолов, С.Н, Амитин, М.Б. Устройство подводных лодок. - М.: Воениздат, 1973. - 311 с.

2. Авторское свидетельство Недоруб С.А., Остроухов Н.Н. Движитель транспортного средства. Патент №1533948, СССР заяв. №4286395/27-11 от 17.07.1987. Публ. 07,01.1990 №1.

3. Гельмгольц Г. Основы вихревой теории. - Ижевск: изд-во ин-та компьютерных исследований, 2002 - 82 с.

4. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Том 2. М.: Наука, 1970. - 568 с.

Подводное или воздухоплавательное судно, содержащее прочный герметичный корпус и движитель, характеризующееся тем, что движитель выполнен в виде генератора вихревой пары, корпус и движитель выполнены в форме соосных тонкостенных круговых или эллиптических тороидальных оболочек, причем оболочка корпуса размещена внутри оболочки движителя, установленной с возможностью вращения вокруг оболочки корпуса с угловой скоростью до ω=Vmax/a, где Vmax - максимальная скорость поступательного движения судна, а - радиус поперечного сечения тороидальной оболочки движителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиации. Подъемную силу крыла летательного аппарата создают подвижной лентой, скользящей в направлении движения аппарата над верхней и нижней плоскостями крыла.

Изобретение относится к области авиации. .

Изобретение относится к воздушным и водным судам, касаясь изменения их аэрогидродинамических характеристик для создания подъемных и тяговых (толкающих) усилий. .

Изобретение относится к конструкции вертолетов. .

Двигатель // 2270785
Изобретение относится к средствам создания аэро- или гидродинамических сил для транспортных средств с помощью вращающихся элементов. .

Изобретение относится к машиностроению и касается технологии формирования подъемной силы в воздушной среде для подъема и перемещения различных грузов. .

Изобретение относится к летательным аппаратам с укороченным взлетом и посадкой. .

Изобретение относится к ракетной и авиационной технике. .

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в аппаратах с подвижным крылом. .

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано при создании летательных аппаратов /ЛА/. .

Изобретение относится к области судостроения, а именно к конструкциям дополнительного пропульсивного устройства судна. Дополнительное пропульсивное устройство судна, совмещенное с его подруливающим устройством, содержит по меньшей мере один лопастной движитель, расположенный в корпусе судна с возможностью выхода за его пределы и поворота вокруг вертикальной оси с занятием положения вне обшивки корпуса поперек диаметральной плоскости судна.

Изобретение относится к гребной установке судна. Судно содержит корпус, который имеет задний конец и днище, а также азимутальный гребной агрегат, установленный на днище корпуса судна.

Система управления электродвижительным комплексом судов ледового класса и ледоколов содержит систему управления движительно-рулевой колонкой и судна в целом, систему электродвижения.

Изобретение относится к конструкция поворотного уплотнения для двигательного блока. Двигательный блок содержит стойку, имеющую верхний участок, верхний концевой участок которого проходит через проход, образованный между первым наружным дном и вторым внутренним дном на судне.

Система управления судовым движителем содержит задающее устройство, блок сравнения, два усилителя, два электромагнита золотника, золотник, устройство ввода скорости изменения управляемого параметра, устройство изменения скорости подачи рабочей жидкости, исполнительный механизм, судовой движитель, датчик обратной связи, соединенные определенным образом.

Изобретение относится к системе и к способу монтажа установки гребного агрегата на корпус судна. Гребной агрегат содержит верхнюю часть гребного агрегата, прикрепляемую к корпусу судна, и нижнюю часть гребного агрегата, где оперт с возможностью вращения вал гребного винта, а верхняя часть гребного агрегата имеет фланцы для плотного крепления фланцев к корпусу, и при этом в днище корпуса имеется проем, где должен быть установлен гребной агрегат.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в средствах для активного управления суднами. Средство активного управления судном включает в себя корпус проточного канала с размещенным в нем гребным винтом и защитную решетку, которая закреплена на входе в корпус проточного канала.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к малошумящим движителям для надводного и подводного транспорта. Для работы винтового движителя лопасти устанавливают с нулевым углом атаки для совершения колебательных движений в виде реверсивных угловых перемещений относительно оси вращения, при этом лопасти имеют симметричную форму относительно плоскости, проходящей через ось вращения и оси лопастей.

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано на плавсредствах, как на надводных судах, так и на подводных судах. V-образно спаренный шнековый движитель для плавсредств в варианте надводного судна содержит в кормовой части на транцевой плите расположенные под углом шнеки, управляемые мотор-редукторами скорости и направления вращения шнеков.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к скоростным судам. Предложено судно переднеприводное с поперечным реданом, которое выполнено с движителем, находящимся за форштевнем, днищевая часть которого образует поперечный развитой редан.

Изобретение относится к подводным и воздушным судам с роторными движителями. Подводное или воздухоплавательное судно содержит прочный герметичный корпус и движитель, который выполнен в виде генератора вихревой пары. Корпус и движитель выполнены в форме соосных тонкостенных круговых или эллиптических тороидальных оболочек. Оболочка корпуса размещена внутри оболочки движителя, установленной с возможностью вращения вокруг оболочки корпуса с угловой скоростью до ωVmaxa, где Vmax - максимальная скорость поступательного движения судна, а - радиус поперечного сечения тороидальной оболочки движителя. Изобретение направлено на уменьшение лобового сопротивления и минимизацию потребляемой мощности в режиме движения с крейсерской скоростью. 1 ил.

Наверх