Устройство для увеличения тяги судна

Устройство для увеличения тяги судна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к судостроению, а именно к судовым устройствам, использующим энергию волны.

Одной из проблем, решаемой современной наукой и техникой, является проблема источников энергии. Только за одни сутки на Земле сжигается столько топлива органического происхождения, сколько природа может его синтезировать за 1000 лет. Вместе с тем поверхность земли на 2/3 представлена морями и океанами, энергия волнения которых значительно превосходит запасы энергии полезных ископаемых. Среднее состояние морей и океанов - это состояние, при котором волнение составляет 3-4 балла. Ветрами на поверхность океанов передается кинетическая энергия мощностью примерно 10¹¹ кВт. Тысячи кораблей с экипажами на борту бороздят моря и океаны, сжигают для этого органическое топливо, не замечая, что у них под ногами колоссальное количество энергии.

Со времен парусного флота из двух сил, действующих на судно, - силы давления ветра, улавливаемого парусами, и силы волнения моря - приоритет получала первая. Остался незамеченным тот факт, что энергия морских волн значительно превосходит энергию ветра, так как плотность воды в 800 раз больше плотности воздуха. Потеря скорости хода у судов на волнении достигает 50% [1], и удвоение скорости потребует троекратное увеличение мощности главного двигателя, а между тем мощность морских волн, т.е. их энергию, проходящую через ширину судна в единицу времени при ходе судна против волны, можно оценить выражением

где ρ - плотность воды;

g - ускорение силы тяжести;

а - амплитуда волны;

В - ширина судна;

V_c, V_p - скорости судна и волны соответственно.

Эта мощность на порядок превосходит мощность главного двигателя. Следовательно, использование энергии волн является перспективным направлением получения высоких скоростей хода судна на волнении. Остается решить техническую задачу получения энергии из морских волн. Для этого используют различные технические устройства [2], [3].

В качестве прототипа нами выбрано устройство, использующее энергию волны для создания тяги [3], представляющее собой дополнительное дно в виде наклонной поверхности в районе носовой оконечности судна 1 (фиг.1). При качке судна на волнении возникающая сила F имеет две составляющие: силу N, уменьшающую амплитуду качки, что благоприятно сказывается на условиях обитания экипажа, и силу Т - дополнительную тяговую силу, которая в случае работы главного двигателя уменьшает его напряженность, снижая температуру охлаждающей воды, и тем самым увеличивает моторресурс главного двигателя. Все это приводит к значительному экономическому эффекту. Кроме этого, при аварийной ситуации (в случае посадки судна на мель) дополнительное дно позволит предотвратить разрушение основного дна и поступление воды внутрь корпуса судна.

Целью настоящего изобретения является усовершенствование конструкции устройства, которое позволит существенно увеличить тяговую силу и позволит судну двигаться самостоятельно против волны без работы главного двигателя. В аварийных ситуациях в случае выхода из строя главного двигателя, когда требуется запас времени для его ремонта или вызова спасательного судна, это устройство позволит судну не только снизить скорость дрейфа, но и двигаться вперед против волны.

Указанная цель достигается тем, что в подводной части кормовой оконечности судна с помощью кронштейнов 2 (фиг.1) жестко устанавливается стабилизатор 3 в виде крыльевого профиля, позволяющий более эффективно взаимодействовать подводной части корпуса судна с потоком жидкости на волнении. Стабилизатор не выступает за габариты судна и устанавливается под небольшим углом атаки α к горизонтальной плоскости (фиг.2), оптимальное значение которого будет установлено в процессе экспериментальных исследований. Как показали предварительные исследования, проведенные на Черном море в г.Севастополе и в Коктебеле, применение стабилизатора в виде кормового крыльевого профиля 3 (фиг.1) в тандеме с дополнительным наклонным дном 1 позволило более чем в два раза увеличить скорость движения модели против волны. Для предотвращения действия кавитации и срыва потока применяют профиль крыла с равномерным распределением давления на верхней стороне крыла (стороне разрежения). Одним из таких профилей является легко изготавливаемый сегментный профиль с острыми входящими и выходящими кромками. Нижняя поверхность из соображения простоты делается плоской. Однако для повышения коэффициента гидродинамического качества и подъемной силы нижнюю поверхность можно сделать вогнутой. Наклонная поверхность в районе носовой оконечности подводной части судна и крыльевой профиль в подводной части кормовой оконечности работают как одно целое, формируют поток жидкости на волнении в районе подводной части судна так, что происходит плавное обтекание корпуса судна даже при качке, при этом снижается сопротивление корпуса судна и увеличивается скорость хода.

Кормовой крыльевой профиль выполняет роль несущей поверхности, представляющей собой тонкое, хорошо обтекаемое тело, которое движется в жидкости с малым углом атаки α и на котором возникает гидродинамическая подъемная сила L, действующая перпендикулярно направлению движения (фиг.2). Подъемная сила L есть составляющая гидродинамической силы Р, а сила сопротивления D действует в направлении отрицательных значений скорости V хода судна.

Кроме снижения сопротивления движению судна из-за плавного обтекания корпуса при наличии кормового крыльевого профиля, последний заставляет подъемную силу L, действующую на плече, равном длине судна, создавать дифферентующий момент, благодаря которому наклонная поверхность 1 (фиг.1) более эффективно взаимодействует на волнении с потоком жидкости, увеличивая при этом силу F и, следовательно, ее составляющие: силу N и тяговую силу Т, а следовательно, и скорость V судна.

Источники информации

1. Казанский К.В. «Штормование судов», М.: Транспорт, 1963 г.

2. Чикаренко В.Г. "Устройство для уменьшения скорости дрейфа судна". Патент №2184047, 2002 г.

3. Чикаренко В.Г. "Устройство, использующее энергию волны для создания тяги". Патент №2254261, 2005 г.

Устройство для увеличения тяги судна, имеющего дополнительное дно в виде наклонной поверхности в подводной части носовой оконечности судна, с использованием энергии волн, отличающееся тем, что в подводной части кормовой оконечности судна жестко установлен стабилизатор в виде крыльевого профиля для создания дифферентующего момента, способствующего при взаимодействии упомянутой наклонной поверхности с потоком жидкости на волнении увеличению тяговой силы.