Способ снижения гидродинамического сопротивления корпуса судна и скоростное судно с использованием данного способа - RU2739626C1
Код документа: RU2739626C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к области судостроения, а именно к скоростным водоизмещающим судам, движущимся по поверхности воды и под водой. Известен способ снижения гидродинамического сопротивления судна путем эжектирования на поверхность корпуса судна вязкоупругого полимерного покрытия (см. патент РФ N 2501823, авторы Мур К.Дж. (US), Райен T.Д. (US), Мур К.M. (US), Бойс T.A. (US), публикация 20.12.2013 г.). Данная технология снижения гидродинамического сопротивления водной среды является слишком трудоемкой и дорогостоящей в реализации. Известен способ уменьшения поверхностного трения при движении тела в воде, при котором создается электрическое поле в пограничном слое окружающем поверхность тела, путем приложения электрического напряжения к проводящим участкам разделенных изолятором, при этом происходит образование пограничного газового слоя вокруг поверхности движущегося тела. (см. патент РФ N 2223195, авторы Дозоров Т.А., Смирнов Г.В., публикация 10.02.2004 г.). Известен способ снижения сопротивления при обтекании тела потоком жидкой или газовой среды, при котором создают циркуляцию среды между пространством вне тела и полостями внутри него (см. патент РФ N 2169097, авторы Альпин А.Я., Альпин В.А., публикация 20.06.2001 г.). Следует отметить, что все вышеприведенные аналоги решают задачу пассивного снижения сопротивления при движении тела в воде, что не дает существенного положительного эффекта от использования данных технологических решений. Известны технические решения по увеличению пропускной способности трубопроводов с использованием приспособлений в виде закручивающих плоскостей устанавливаемых внутри трубопроводов для закручивания потока жидкости по трубопроводу (см. австрийский патент N134543, публикация 25.08.1933 г., N138296, публикация 10.07.1934 г., автор В. Шаубергер). Также известно открытие N389 от 18.10.1990 г., (авторы Новиков И.И, Скобелкин В.И., Абрамович Г.И., Клячко Л.А.). В данном окрытии установлена закономерность по максимальному расходу закрученного потока жидкости. На основании вышепривенных закономерностей очевидным является вывод о снижении гидродинамического сопротивления стенок трубопроводов при пропускании по ним закрученного потока жидкости, поэтому следует признать целесообразным использование активного закрученного потока жидкости вдоль корпуса судна для снижения гидродинамического сопротивления корпуса судна. За прототип принято техническое решение реактивного водного движителя, включающего водометную силовую установку, водозаборные устройства, выпускные сопла, систему каналов-трубопроводов соединяющих водозаборные устройства с силовой водометной установкой и с выпускными соплами, при этом выпускные сопла расположены на участках смоченной поверхности корпуса судна в виде двумерного массива в зависимости от гидродинамического сопротивления участков корпуса судна, при этом истекание струй из выпускных сопел направлено вдоль поверхности корпуса судна, либо под острым углом к поверхности корпуса судна (патент РФ 2651949, автор Сушенцев Б.Н., публикация 24.04.2018 г.). Целью предлагаемого изобретения является использование эффекта активного закрученного потока жидкости вдоль поверхности соприкасающейся с водой для минимизации гидродинамического сопротивления движущегося судна, и как следствие увеличение скорости движения судна.
Данная цель достигается в предлагаемом способе снижения гидродинамического сопротивления корпуса судна путем создания вдоль продольных поверхностей корпуса судна активного водяного потока при помощи истекающих струй из силовой водометной установки при помощи выпускных сопел расположенных в виде двумерного массива по смоченной поверхности корпуса судна в зависимости от гидродинамического сопротивления участков корпуса судна, при этом вдоль корпуса судна выполняют продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки внутри продольных выемок вогнутого сечения закручивают при помощи тангенциально истекающих струй, либо при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока. Также указанная цель достигается в предлагаемом скоростном судне, включающем протяженный корпус, реактивный водный движитель с реактивной водометной установкой, водозаборные устройства, выпускные сопла, систему трубопроводов соединяющих водозаборные устройства с силовой водометной установкой и с выпускными соплами, при этом водовыпускные сопла от силовой водометной установки расположены на участках смоченной поверхности корпуса судна в виде двумерного массива в зависимости от гидродинамического сопротивления участков корпуса судна, при этом истекание струй из выпускных сопел от силовой водометной установки направлено вдоль поверхности корпуса судна, либо под острым углом к поверхности корпуса судна, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи тангенциально истекающих струй, либо при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока. На иллюстрационных примерах данного изобретения показаны варианты исполнения водоизмещающих судов с использованием активного закрученного водяного потока вдоль поверхности корпуса судна для снижения гидродинамического сопротивления для надводных и подводных судов.
на фиг. 1 - вид сбоку скоростного крупнотоннажного водоизмещающего надводного судна включающего маршевую судовую силовую установку для привода гребных винтов, при этом гребные винты от маршевой судовой силовой установки располагаются в хвостовой части судна, дополнительную вспомогательную судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи тангенциально истекающих струй по направлению вращения потока;
на фиг. 2 - вид сбоку скоростного крупнотоннажного водоизмещающего надводного судна включающего маршевую судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи тангенциально истекающих струй по направлению вращения потока.
на фиг. 3 - вид А1-А1, схема создания закрученного активного водяного потока вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна при помощи тангенциально истекающих струй по направлению вращения активного водяного потока, вид с носовой части судна по фиг. 1 и фиг. 2;
на фиг. 4 - вид сбоку скоростного крупнотоннажного водоизмещающего надводного судна включающего маршевую судовую силовую установку для привода гребных винтов, при этом гребные винты от маршевой судовой силовой установки располагаются в хвостовой части судна, дополнительную вспомогательную судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создается при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока;
на фиг. 5 - вид сбоку скоростного крупнотоннажного водоизмещающего надводного судна включающего маршевую судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока.
на фиг. 6 - вид А2-А2, схема создания активного водяного потока вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока, вид с носовой части судна по фиг. 3 и фиг. 4;
на фиг. 7 - вид сбоку скоростного водоизмещающего надводного судна малой осадки включающего маршевую судовую силовую установку для привода гребных винтов, при этом гребные винты от маршевой судовой силовой установки располагаются в хвостовой части судна, дополнительную вспомогательную судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи тангенциально истекающих струй по направлению вращения потока;
на фиг. 8 - вид сбоку скоростного водоизмещающего надводного судна малой осадки включающего маршевую судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи тангенциально истекающих струй по направлению вращения потока;
на фиг. 9 - вид A3-A3, схема создания закрученного активного водяного потока вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна при помощи тангенциально истекающих струй по направлению вращения активного водяного потока, вид с носовой части судна по фиг. 8 и фиг. 9;
на фиг. 10 - вид сбоку скоростного водоизмещающего надводного судна малой осадки включающего маршевую судовую силовую установку для привода гребных винтов, при этом гребные винты от маршевой судовой силовой установки располагаются в хвостовой части судна, дополнительную вспомогательную судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока;
на фиг. 11 - вид сбоку скоростного водоизмещающего надводного судна малой осадки включающего маршевую судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока;
на фиг. 12 - вид А4-А4, схема создания закрученного активного водяного потока вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока, вид с носовой части судна по фиг. 11 и фиг. 12;
на фиг. 13 - вид сбоку скоростного ныряющего судна движущегося в надводном положении, включающего маршевую судовую силовую установку для привода гребных винтов, при этом гребные винты от маршевой судовой силовой установки располагаются в хвостовой части судна, дополнительную вспомогательную судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи тангенциально истекающих струй по направлению вращения потока;
на фиг. 14 - вид сбоку скоростного ныряющего судна движущегося в надводном положении, включающего маршевую судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи тангенциально истекающих струй по направлению вращения потока;
на фиг. 15 - вид А5-А5, схема создания закрученного активного водяного потока вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна при помощи тангенциально истекающих струй по направлению вращения активного водяного потока, вид с носовой части судна по фиг. 13 и фиг. 14;
на фиг. 16 - вид сбоку скоростного ныряющего судна движущегося в подводном положении, включающего маршевую судовую силовую установку для привода гребных винтов, при этом гребные винты от маршевой судовой силовой установки располагаются в хвостовой части судна, дополнительную вспомогательную судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерною массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи тангенциально истекающих струй по направлению вращения потока;
на фиг. 17 - вид сбоку скоростного ныряющего судна движущегося в подводном положении, включающего маршевую судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи тангенциально истекающих струй по направлению вращения потока;
на фиг. 18 - вид А6-А6, схема создания закрученного активного водяного потока вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна при помощи тангенциально истекающих струй по направлению вращения активного водяного потока, вид с носовой части судна по фиг. 15 и фиг. 16;
на фиг. 19 - вид сбоку скоростного ныряющего судна движущегося в надводном положении, включающего маршевую судовую силовую установку для привода гребных винтов, при этом гребные винты от маршевой судовой водометной силовой установки располагаются в хвостовой части судна, дополнительную вспомогательную судовую силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока;
на фиг. 20 - вид сбоку скоростного ныряющего судна движущегося в надводном положении, включающего маршевую судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока;
на фиг. 21 - вид А7-А7, схема создания закрученного активного водяного потока вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока, вид с носовой части судна по фиг. 19 и фиг. 20.
на фиг. 22 - вид сбоку скоростного ныряющего судна движущегося в подводном положении, включающего маршевую судовую силовую установку для привода гребных винтов, при этом гребные винты от маршевой судовой водометной силовой установки располагаются в хвостовой части судна, дополнительную вспомогательную судовую силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока;
на фиг. 23 - вид сбоку скоростного ныряющего судна движущегося в подводном положении, включающего маршевую судовую водометную силовую установку для обеспечения высокоскоростного поверхностного потока воды вдоль наружной смачиваемой поверхности корпуса судна через выпускные сопла расположенные по смачиваемой поверхности корпуса судна в виде двумерного массива, при этом истекание реактивных водяных струй из поверхностных выпускных сопел направлено вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения, при этом вдоль корпуса судна выполнены продольные выемки парных симметрично расположенных участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки закручивается при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока;
на фиг. 24 - вид А8-А8, схема создания закрученного активного водяного потока вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна при помощи винтовых лопаток установленных в створе активного водяного потока, вид с носовой части судна по фиг. 22 и фиг. 23.
На представленных чертежах позициями обозначены:
поз. 1 - корпус морского надводного крупнотоннажного водоизмещающего судна;
поз. 2 - корпус надводного водоизмещающего судна с малой осадкой;
поз. 3 - корпус подводного судна;
поз. 4 - продольная выемка вогнутого сечения вдоль корпуса судна в виде лекально сочлененных овальных поверхностей;
поз. 5 - выпускное сопло от силовой водометной установки с истечением реактивной струи вдоль наружной поверхности корпуса судна в направлении против направления движения;
поз. 6 - выпускное сопло от силовой водометной установки с истечением реактивной струи вдоль наружной поверхности продольной выемки вогнутого сечения корпуса судна в направлении тангенциально по направлению вращения активного водяного потока;
поз. 7 - винтовая лопатка, установленная в створе активного водяного потока;
поз. 8 - гребной винт от маршевой судовой силовой установки;
поз. 9 - вертикальный цельноповоротный руль в хвостовой части корпуса судна;
поз. 10 - область закрученного активного водяного потока вдоль продольных вогнутых участков корпуса судна;
поз. 11 - горизонтальный цельноповоротный руль.
Реферат
Изобретение относится к области судостроения, а именно к скоростным водоизмещающим судам, движущимся по поверхности воды и под водой. Предложен способ снижения гидродинамического сопротивления корпуса судна путем создания вдоль продольных поверхностей корпуса судна активного водяного потока при помощи истекающих струй из силовой водометной установки при помощи выпускных сопел, расположенных в виде двумерного массива по смоченной поверхности корпуса судна в зависимости от гидродинамического сопротивления участков корпуса судна, при этом вдоль корпуса судна выполняют продольные выемки парных расположенных симметрично диаметральной плоскости участков вогнутого сечения в виде лекально сочлененных овальных поверхностей, при этом активный водяной поток, создаваемый при помощи истекающих струй из выпускных сопел из силовой водометной установки внутри продольных выемок вогнутого сечения, закручивают при помощи тангенциально истекающих струй по направлению вращения потока либо при помощи винтовых лопаток, установленных в створе активного водяного потока. Предложено также судно, использующее данный способ снижения гидродинамического сопротивления корпуса. Технический результат заключается в минимизации гидродинамического сопротивления движущегося судна и, как следствие, увеличении скорости движения судна. 2 н.п. ф-лы, 24 ил.
