Результат интеллектуальной деятельности: Гребной винт пропульсивных систем

Изобретение относится к судостроению, а именно к гребным винтам пропульсивных систем судов.

Известны конструкции гребных винтов, у которых повышение эффективности (КПД, тяги) обеспечивается за счет всевозможных изменений геометрии лопастей, нанесения на поверхности лопастей различных рельефов в виде выступов и углублений (патенты РФ №№: 2524511, 2523720, 2510357, 2469906, 2438917, 2412082, 2385255,2313469, 2279992, 2228878, 2198818, 2127208, 2108265, 2482011, 2452653, 2438917, 2390463, 2228878, 2222469, 2108265, 2073346, 2031051).

Недостатком таких устройств является их малое тяговое усилие.

Частично указанного недостатка лишена конструкция гребного винта для судов с винтовой рабочей поверхностью, имеющей отверстия (патент SU № 19475, МПК B63H 1/18, 1931г.), и гребной судовой винт (патент РФ № 2094304, МПК В63H 1/26, B63H 1/18, 1997г.), выбранный в качестве прототипа, у которого перпендикулярно средней линии сечения профиля лопасти выполнены сквозные отверстия.

Недостатком винта, выбранного в качестве прототипа, является малая эффективность, связанная с тем, что конструкция, решая задачу снижения кавитации, не увеличивает, а лишь сохраняет его пропульсивные качества – тяговое усилие.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности гребных винтов пропульсивных систем – величины тягового усилия.

Это достигается тем, что в каждой из лопастей параллельно средней линии лопасти в её цилиндрическом сечении выполнены сквозные пазы под углом оси паза в поперечном сечении к нормали к хорде профиля лопасти меньше 90 градусов в направлении вектора окружной линейной скорости вращения винта.

Это позволяет получить дополнительное тяговое усилие за счет эффекта «подъёмной силы крыла» при протекании потока жидкости через сквозные пазы.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображен гребной винт, состоящий из ступицы 1 и лопастей 2 с нагнетательной поверхностью 3 и всасывающей поверхностью 4, в которых параллельно средней линии 5 лопасти в её цилиндрическом сечении 6 выполнены сквозные пазы 7 под углом 8, между осью паза 9 в его поперечном сечении и нормалью 10 к хорде 11 профиля лопасти, меньшим 90 градусов, в направлении вектора окружной линейной скорости 12 вращения винта.

Устройство работает следующим образом. При вращении винта на нагнетательной поверхности лопасти винта образуется повышенное давление жидкости, а на всасывающей поверхности – пониженное. За счет разности перепада этих давлений часть жидкости из нагнетательной области будет перетекать через сквозные пазы во всасывающую область. За счет этого перетекания скорость обтекающего лопасть потока жидкости в нагнетательной области снизится, а во всасывающей возрастет. Это вызовет увеличение давления жидкости на лопасть в нагнетательной области и снизит его во всасывающей области. Благодаря этому произойдет дополнительное увеличение разности давлений между нагнетательной и всасывающей областями лопасти, что, в свою очередь, приведет к увеличению тягового усилия пропульсивной системы.

Доказательством достижения поставленной цели являются сравнительные результаты моделирования процессов обтекания жидкостью профилей прототипа и винта предлагаемой конструкции при значении угла оси паза в поперечном сечении к нормали к хорде профиля лопасти меньше 90 градусов. Полученные численным моделированием результаты представлены на фиг. 3 – фиг. 6.

На фиг. 3 и фиг. 4 представлены распределения жидкости на всасывающую поверхность профиля гребного винта без сквозного паза (фиг. 3) и со сквозным пазом (фиг. 4). Из представленных рисунков видно, что среднее давление жидкости на всасывающую поверхность гребного винта со сквозным пазом ниже, чем без паза.

На фиг. 5 и фиг. 6 представлены распределения жидкости на нагнетательную поверхность профиля гребного винта без сквозного паза (фиг.5) и с пазом (фиг. 6). Из представленных чертежей видно, что среднее давление жидкости на нагнетательную поверхность гребного винта со сквозным пазом выше, чем без паза.

Таким образом, проведенное математическое моделирование показывает, что разница средних давлений на нагнетательную и всасывающую поверхности у гребных винтов со сквозным пазом выше, чем у винтов без паза. Указанное обстоятельство ведет к увеличению тягового усилия гребного винта при оснащении его сквозными пазами.

Предлагаемое техническое решение является новым. Отличие от прототипа - применение наклонных по отношению к средней линии профиля сквозных пазов. Достоинством такой конструкции является то, что она позволяет увеличить тяговое усилие пропульсивных систем.