close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2654

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2654
(13)
C1
6
(51) B 63H 1/36,
(12)
B 63H 16/08
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
ПЛАВНИКОВЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ И ПЛАВНИК К НЕМУ
(21) Номер заявки: 1073
(22) 1993.12.20
(46) 1999.03.30
(71) Заявитель: Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины (BY)
(72) Автор: Адамчик И.Г. (BY)
(73) Патентообладатель: Гомельский
государственный университет им. Франциска Скорины
(BY)
(57)
1. Плавниковый движитель, содержащий плавник в виде пластины, задняя часть которой выполнена в
форме рыбьего хвоста с уменьшающейся к концу его толщиной и переменной упругостью по длине, а передняя выполнена жесткой, приводную пластину, снабженную средством для закрепления на оси с возможностью вращения, и связанную с ней тягами ведомую планку, отличающийся тем, что плавник имеет более
узкий по ширине упругий участок, расположенный между хвостом и жесткой частью, хвост плавника состоит из продольных дугообразных ребер, вогнутых к оси плавника и веерообразно сходящихся одним концом к
ней и к узкому участку, и из поперечных им дугообразных ребер, выпуклых к узкому участку и последовательно установленных вдоль продольных с возможностью присоединения к соседним из них своими концами, а также из гибкой пленки, расположенной между ребрами и присоединенной к соответствующим соседним продольным и поперечным ребрам в плоскости, проходящей через их середины, передняя жесткая
часть плавника соединена с шарниром, ось которого расположена перед ней в указанной плоскости перпендикулярно оси плавника, а ведомая планка выполнена в виде двух крыльев, установленных на плавнике в
жесткой его части перпендикулярно и симметрично упомянутой плоскости и соединенных своими концами с
тягами.
Фиг. 1
BY 2654 C1
2. Движитель по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит основание и более короткую
по отношению к нему доску, соединенную с ним жестко ребром, причем один из торцов доски заострен,
другой соединен с шарниром таким образом, что ось шарнира расположена в плоскости доски между ее торцом и плавником, а на основании параллельно оси шарнира установлена стойка, на которой с возможностью
поворота закреплена приводная планка.
3. Плавник, выполненный в виде пластины, задняя часть которой имеет форму рыбьего хвоста с уменьшающейся к концу его толщиной и с переменной упругостью по длине, отличающийся тем, что передняя
часть пластины плавника выполнена в виде более узкого по ширине упругого участка, а соединенный с последним хвост образован продольными оси плавника и поперечными дугообразными ребрами, а также расположенной в промежутках между ними в плоскости, проходящей через середины продольных и поперечных ребер с возможностью соединения соседних из них гибкой пленкой, причем продольные дугообразные
ребра вогнуты к оси плавника и веерообразно сходятся одним концом к ней и к узкому участку. а поперечные дугообразные ребра последовательно установлены вдоль продольных, соединены с соседними из них
своими концами и выпуклы в направлении к узкому участку.
(56)
1. А.с. СССР 740605, МПК В 63Н 1/36, 23/04, 1980.
2. А.с. СССР 1705183, МПК В 63Н 1/36, 1992.
3. А.с. СССР 796074, МПК В 63Н 1/36, 1981.
Изобретение относится к судостроению, а конкретно, к плавниковым движителям для лодок и других
мелких судов, предназначенных преимущественно для спортивных и развлекательных целей и приводимых в
движение мускульной силой человека.
Известен движительно-рулевой комплекс, содержащий плавник, по форме имитирующий рыбий хвост,
установленный с возможностью поворота вокруг оси, жестко связанной с одним из концов плавника и вертикально установленной на опоре, и механизм передачи [1].
В известном комплексе механизм передачи обеспечивает связь плавника через балеру с приводными валами судового и рулевого двигателей, что исключает возможность непосредственного применения мускульной силы человека для приведения в движение и управление комплексом. Наличие фрикционно-зубчаточервячных передач обуславливает сложность конструкции движительно-рулевого комплекса и высокие потери на трение приводного усилия.
Применяемый в охарактеризованном комплексе плавник имеет форму рыбьего хвоста и включает симметрично расположенные на его сторонах полки, веерообразно сходящиеся к оси.
Выступающие полки образуют ланжероны, что уменьшает перетечки воды через верхние и нижние края
плавника, увеличивая тем самым устойчивость движения, однако прямые линии полок и увеличивающиеся к
концу плавника сечения полок, усиливающие жесткость конструкции, приводят к существенному увеличению сопротивления движению с ростом скорости движения судна, что препятствует достижению с помощью
плавника и известного движительно-рулевого комплекса высоких скоростей движения и ведет к высоким
непроизводительным потерям энергии.
Известен плавниковый движитель, содержащий плавник в форме крыла с переменной по длине площадью сечения, соединенный с гибким валом и снабженный двумя предкрылками, закрепленными с обеих сторон носка крыла [2].
Плавник указанного плавникового движителя выполнен в виде крыла с переменной по длине площадью
сечения, уменьшающейся к свободному концу плавника.
При этом плавник выполнен в виде жесткого крыла с двумя предкрылками, которые установлены с возможностью их свободного перемещения в канале, выполненном в крыле, что препятствует образованию
крупных вихрей на передней кромке крыла и приводит, по мнению авторов, к увеличению средней за период
силы тяги. Однако наличие подвижных предкрылков снижает надежность работы плавника, его долговечность. Жесткое крыло с ростом скорости движения плавника и судна сказывается возрастающее сопротивление потоку воды, тормозящему плавник и судно. Высокая обтекаемость крыла не решает названной проблемы. Обтекаемость крыла и гладкость поверхности не способствуют увеличению силы тяги. Энергия гребца с
ростом скорости все больше будет расходоваться на торможение плавника и судна. Наличие предкрылков
существенно не устраняет названных причин, поскольку при малой амплитуде колебаний и высокой частоте
колебаний, целесообразных для увеличения силы тяги и уменьшения гидродинамического сопротивления,
инерция предкрылков может привести к неспособности выполнить свою функцию, что приведет к росту сопротивления плавника потоку, увеличению тормозящего действия. Указанные факторы снижают мореходное
качество плавника, плавникового движителя и судна, на котором он установлен.
Наиболее близким к заявляемому является плавниковый движитель, включающий плавник в форме рыбьего хвоста с переменной упругостью по длине, ближнюю и дальнюю по отношению к плавнику планки, вто2
BY 2654 C1
рая из которых снабжена средством для закрепления на оси с возможностью вращения, причем обе планки
связаны друг с другом тягами [3].
В известном плавнике ближняя и дальняя планки установлены на стойках, неподвижно закрепляемых на
лодке. Дальняя планка связана с водилом, подшипниковым узлом (как средством для закрепления на оси с
возможностью вращения), педалями ножного привода, что через тяги обеспечивает передачу мускульного
усилия на вторую планку, также установленную на подшипниковым узле на стойке, а через нее на жестко
связанный с планкой упругий телескопический рычаг и плавник. Благодаря телескопическому рычагу, известный плавниковый движитель может быть установлен на различных типах лодок. Однако большое плечо
телескопического рычага обуславливает необходимость приложения гребцом больших мускульных усилий как для создания силы тяги, так и для преодоления сопротивления встречного потока. Моменты сил,
возникающие благодаря длинному рычагу, стремятся развернуть лодку относительно ближней к плавнику
слойки, в результате чего значительная часть энергии гребца непроизводительно теряется на торможение
лодки, на потерю ей устойчивости движения. Высокое гидродинамическое сопротивление плавника, увеличивающееся при отклонении его от положения равновесия (оси движения судна) не компенсируется существенным приращением силы тяги при возрастании скорости движения лодки. В результате с ростом скорости
движения еще больше растет торможение встречному потоку воды, средняя сила тяги, развиваемая плавником, оказывается недостаточной для роста скорости движения судна. Таким образом, большая часть энергии
гребца тратится непроизводительно, а мореходные качества плавника, плавникового движителя и судна, на
котором последний установлен, требуют улучшения. Введение системы пружин и центральной тяги с целью
установления оптимального угла атаки существенно не уменьшает сопротивление движению, а также усложняет конструкцию известного плавникового движителя.
Наиболее близок к заявляемому плавнику плавник, используемый в вышеохарактеризованном плавниковом движителе и выполненный в виде пластины, задняя часть которой имеет форму рыбьего хвоста с переменной по длине упругостью и уменьшающейся к его концу толщиной, а передняя выполнена жесткой.
В известном плавнике рыбий хвост изгибается за счет напора, что при движении его по синусоидальной
траектории способствует снижению гидродинамического сопротивления. Выполнение хвоста плавника в
форме рыбьего хвоста позволяет улучшить отекание с его плоскости концевых вихревых жгутов, что также способствует снижению гидродинамического сопротивления. Однако, несмотря на это, гидродинамическое сопротивление плавника остается высоким и с ростом скорости встречного потока и скорости движения судна возрастает, так как с ростом скорости в передней части плавника возникает зона уплотнения, а в
средней - зона турбулентности, обусловленные наличием накладок и высоким лобовым сопротивлением
плавника, увеличивающимся при отклонении хвоста от положения равновесия. Движения хвоста плавника к
положению равновесия осуществляется в зоне турбулентности, что наряду с гладкостью поверхности способствует срыву поперечного потока с поверхности, изменениям направлений его действия, а значит - существенному уменьшению силы тяги. В результате средняя сила тяги, создаваемая хвостом, не компенсирует роста сопротивления движению, что обуславливает необходимость больших непроизводительных
затрат мускульной энергии гребца для достижения относительно невысоких скоростей движения судна, а
также пороговые ограничения самой скорости. Поэтому мореходные качества плавника требуют дальнейшего улучшения.
Согласно предлагаемому изобретению решаются задачи повышения эффективности использования мускульной энергии гребца и улучшения мореходных качеств плавникового движителя и плавника.
Основной технический результат достигаемый при использовании заявляемых плавника и плавникового
движителя заключается в обеспечении возможности достижения более высоких скоростей движения судна за
счет увеличения средней силы тяги, а также уменьшения непроизводительных затрат мускульной энергии.
При этом сохраняются простота эксплуатации, сборки и демонтажа плавникового движителя для широкого
класса судов и возможность выполнения им функции рулевого управления судном. Дополнительный технический результат предлагаемого движителя заключается в обеспечении более широкой универсальности
применения.
Достижение поставленной задачи и основного технического результата обеспечивается тем, что в плавниковом движителе содержащем плавник в виде пластины, задняя часть которой имеет форму рыбьего хвоста с уменьшающейся к концу его толщиной и с переменной упругостью по длине, а передняя выполнена
жесткой, ведомую и приводную планки, вторая из которых снабжена средством для закрепления на оси с
возможностью вращения, а обе планки связаны друг с другом тягами, между хвостом и передней жесткой
частью плавник имеет более узкий по ширине упругий участок, хвост плавника состоит из продольных дугообразных ребер, вогнутых к оси плавника и веерообразно сходящихся одним концом к ней и к узкому участку плавника, из поперечных им дугообразных ребер, выпуклых к узкому участку плавника и последовательно установленных вдоль продольных с возможностью присоединения к соседним из них своими концами, а
также из гибкой пленки, расположенной между ребрами и присоединенной к соответствующим соседним
продольным и поперечным ребрам в плоскости, проходящей через их середины, передняя жесткая часть
плавника соединена с шарниром, ось которого расположена перед ней в указанной плоскости перпендику3
BY 2654 C1
лярно оси плавника, а ведомая планка выполнена в виде двух крыльев, установленных на плавнике в жесткой его части перпендикулярно и симметрично упомянутой плоскости и соединенных своими концами с тягами. Кроме того, плавниковый движитель дополнительно снабжен основанием и более короткой доской,
соединенной с ним жестко ребром, причем один из торцов доски заострен, а второй соединен с шарниром
таким образом, что ось шарнира расположена в плоскости доски между ее торцом и плавником, а на основании параллельно оси шарнира установлена стойка, на которой с возможностью поворота закреплена приводная планка.
Достижение поставленной задачи и основного технического результата обеспечивается также тем, что в
плавнике, выполненном в виде пластины, задняя часть которой имеет форму рыбьего хвоста с уменьшающейся к концу его толщиной и с переменной упругостью по длине, передняя часть пластины плавника выполнена в виде более узкого по ширине упругого участка, а соединенный с последним хвост сформирован
продольными оси плавника, поперечными им дугообразными ребрами, а также расположенной в промежутках между ними в плоскости, проходящей через середины продольных и поперечных ребер с возможностью
соединения из них гибкой пленкой, причем продольные дугообразные ребра вогнуты к оси плавника и веерообразно сходятся одним концом к ней и к узкому участку, а поперечные дугообразные ребра последовательно установлены вдоль продольных, соединены с соседними из них своими концами и выпуклы в направлении к узкому участку.
Согласно заявляемому изобретению плавник является частью плавникового движителя, связан с ним
единым изобретательским замыслом, обеспечивает достижение одного и того же технического результата.
Заявляемый плавник может быть использован не только в плавниковых движителях, но и других устройствах, используемых для плавания, например, в качестве основной части ласт.
Благодаря вышеописанным особенностям выполнения и расположения продольных оси плавника и поперечных ей дугообразных ребер и пленки, хвостовая часть плавника представляет собой сеткообразную
структуру, симметрично расположенную с двух сторон гибкой пленки (пленок), у которой ребра являются
выпуклыми, имеют переменную толщину по длине плавника, а передняя часть и хвост имеют переменную
упругость по длине.
Поперечные и продольные дугообразные ребра, при взаимодействии с встречным продольным оси судна
потоком генерируют пузырьки газа, концентрируют их внутри ячеек сетчатых структур, формируя на последующих ребрах преимущественно в средней и концевой частях хвоста плавника «пенную рубашку», уменьшающую гидродинамическое сопротивление плавника. При взаимодействии с поперечным потоком при
движении к оси судна указанные ребра увеличивают «сцепление» с потоком. В результате этого увеличивается средняя тяга, создаваемая хвостом плавника за период колебаний. Выполнение плавника с узким упругим участком уменьшает гидродинамическое сопротивление плавника, способствует генерации передней частью хвоста пенной рубашки, а вместе с жестким участком, удаляет плавник из области турбулентности,
возникающей за хвостом судна.
Симметричные крылья обеспечивают передачу приводного усилия гребца на плавник и возможность поворота последнего относительно оси шарнира. Гидродинамическое сопротивление крыльев и жесткой части
плавника за период колебаний не велико и в большей степени перекрывается силой тяги, создаваемой хвостом плавника.
В соответствии с изложенным заявляемое изобретение обеспечивает возможность достижения с помощью плавника и плавникового движителя более высоких скоростей движения судна. Эффективность использования мускульной энергии при этом возрастает, в частности потому, что встречный поток совершает полезную работу по формированию «пенной рубашки».
Установленная ребром к основанию заостренная доска выполняет функцию киля, что обеспечивает устойчивость движения и устраняет виляние судна. Для судов, имеющих киль, это позволяет иметь дополнительный запас устойчивости и выбрать плавник с большей номинальной площадью поверхности, увеличив
тем самым силу тяги, мощность движителя, мореходные качества.
Выполнение основания, килевой доски, стойки, установленной на ней приводной планки, соединенной
тягами с крыльями плавника в виде единого элемента позволяет легко устанавливать заявляемый вариант
плавникового движителя на любом судне.
На фигуре 1 схематично изображено судно с заявляемым плавниковым движителем (вид сбоку и сзади).
Фигура 2 иллюстрирует соединение плавника с судном (вид сверху). На фигуре 3 схематически изображены
заявляемый плавник, подводная часть плавникового движителя, соединенные с килем судна (вид сбоку). На
фигуре 4а изображен увеличенный фрагмент поперечного сечения плавника, а на фигуре 4á - тоже увеличенное сечение, но для другого варианта выполнения плавника. На фигуре 5 схематически изображен плавниковый движитель более универсального применения для разных типов судов.
Заявляемый плавниковый движитель состоит (фиг. 1, 2) из плавника 1, пары симметричных крыльев 2,
связанных тягами 3 с приводной планкой 4. С помощью средства для закрепления на оси (на фигуре не показано) планка 4 установлена с возможностью вращения (поворота) на стойке 5, вертикально установленной на
4
BY 2654 C1
палубе судна 6, и, в зависимости от высоты закрепления на стойке 5, выполняет функцию ножного или ручного привода. Тяги 3 соединяют противоположные концы планки 4 с концами крыльев 2 и выполнены гибкими. Два симметричных крыла 2 выполнены заостренными, обтекаемой формы (для уменьшения гидродинамического сопротивления) и жестко соединены с плавником 1 в его передней (жесткой) части. Плавник 1
снабжен в своей передней жесткой части шарниром 7, ось 8 которого расположена в плоскости плавника перед его торцом перпендикулярно оси плавника, причем одна часть шарнира 7 жестко соединена с плавником, а другая служит для прикрепления к судну. Плавник 1 с крыльями 2 присоединяют с помощью свободного конца шарнира 7 к концу киля судна 6, таким образом, чтобы ось 8 шарнира 7 была перпендикулярна
оси судна 6. В результате этого узел плавника 1 крылья 2 оказывается установленным с возможностью поворота (вращения) относительно оси 8 шарнира 7 в подводной части судна 6. В качестве стойки 5 может быть
использована мачта судна, либо специально закрепляемая стойка, например ввинчиваемая в основание (фиг.
5). Средство для закрепления на оси с возможностью вращения планки 4 в простейшем варианте изготовления может быть выполнено в виде отверстия в центре планки 4, втулки с бортиком и зажимным болтом.
Плавник 1 выполнен в виде пластины (фиг. 3), задняя часть которой выполнена в форме рыбьего хвоста 9
с уменьшающейся к концу его толщиной и с переменной упругостью по длине (фиг. 2). В передней части
пластина плавника имеет (фиг. 3) жесткий участок 10 для присоединения крыльев 2 и шарнира 7, а между
хвостом 9 и жестким участком 10 пластина плавника имеет более узкий по сравнению с ними упругий участок 11, который может упруго изгибаться в плоскости, перпендикулярной оси 8 шарнира 7, причем толщина этого участка, также как пластины плавника в целом уменьшается в направлении к хвосту 9 плавника,
плавно уменьшаясь в последнем. Хвост 9 образован продольными оси плавника дугообразными ребрами 12,
поперечными им (и оси плавника) дугообразными ребрами 13 и гибкой пленкой 14, расположенной во всех
промежутках между соседними ребрами 12, 13 в плоскости, проходящей через середины продольных 12 и
поперечных 13 ребер (т.е. в плоскости симметрии плавника, проходящей через его ось и ось 8 шарнира) и
соединяющей соседние ребра 12, 13. При этом продольные ребра 12 вогнуты к оси плавника и веерообразно
сходятся одним концом к ней и к узкому участку 11, а поперечные 13 установлены вдоль продольных (например, по концентрическим дугам), соединены с соседними из них (12) своими концами и выпуклы в направлении к узкому участку 11.
В зависимости от технологии изготовления гибкая пленка 14 может быть выполнена в виде одной пленки, с двух сторон которой симметрично расположены выпуклые ребра 12,13 (фиг. 4а), либо в виде соединяющих соседние ребра 12, 13 участков (фиг. 4á) (т.е. в виде пленок). Другими словами, гибкая пленка 14
является основанием двух симметрично расположенных на ее сторонах сетчатых («сотовых») структур, образованных ребрами 12, 13. Пленка 14 способна упруго изгибаться вместе с ребрами 12, слабо прогибаясь
при давлении потока воды. Толщина пленки 14 меньше толщины ребер 12, 13 в 10-20 раз. Как правило, ребра 12,13 имеют в месте соединения друг с другом одинаковую толщу. Число образованных ими сотовых ячеек должно быть максимально с целью увеличения силы тяги и уменьшения гидродинамического сопротивления. Оптимальным считается такое количество ребер 13, при котором ребра 12 сохраняют способность
упруго изгибаться с переменной упругостью по длине. При этом количество ребер 13 может быть значительно большим, чем ребер 12. Предпочтительно, чтобы ребра 13 располагались с регулярным шагом. Расстояния между ребрами 13 может быть, например в 8-12 раз больше их толщины.
Для уменьшения гидродинамического сопротивления задняя стенка хвоста 9 может быть выполнена волнообразной (в виде округленных зубчиков).
Конструкция заявляемого плавника при использовании его не в составе заявляемого двигателя, а, например, в виде основной части ласт аналогична вышеописанной. При этом хвост 9 и упругий участок 11 тождественны вышеописанному, а жесткий участок отсутствует (вместо его в ластах используются средства для
крепления). В виду тождественности конструкций заявляемого плавника (вышеописанный и в ластах) отдельно пример реализации в ластах и изображение ласт не приводятся.
Упругий участок плавника может быть изготовлен из упругого материала, например, пластмассы. В конструкции, иллюстрируемой на фиг. 3, он выполнен из внутренних упругих ребер, соединенных с ребрами 12
хвоста 9 и обтянутых снаружи пленкой. Для уменьшения сопротивления движению участки 10, 11 пластины
плавника выполняют обтекаемого внешнего профиля.
Вышеописанный плавниковый движитель устанавливают на судах имеющих киль или аналогичные по
функциональному назначению элемента. При этом во избежание образования паразитных вихрей, увеличивающих гидродинамическое сопротивление передней жесткой части плавника толщину последней рекомендуется выбирать равной толщине киля, длину торца участка 10 рекомендуется брать не меньшей длины торца киля.
Длина каждого из крыльев обычно не превышает длин жесткого 10 и упругого 11 участков плавника.
Крылья 2 выполняют заостренными и обтекаемой формы с целью уменьшения гидродинамического сопротивления.
5
BY 2654 C1
В варианте конструкции плавникового движителя, изображенной на фигуре 5 плавниковый движитель
дополнительно имеет заостренную с одного торца доску 15, прикрепленную ребром перпендикулярно основанию 16. Основание 16 (в виде балки, доски и т.п.) имеет выступающую перед заостренным концом доски
15 часть, обеспечивающую закрепление плавникового движителя на судне (средства крепления не показаны). В выступающей части основания 16 может быть выполнено гнездо (на фигуре не показано), в которое
установлена перпендикулярно основанию вертикальная стойка 5. Доска 15 выполняет функции киля, гарантирует устойчивость движения и устраняет виляние судна. Такой плавниковый движитель может быть установлен на любом типе судна, приводимом в движение мускульной силой человека. Он может быть изготовлен из составных узлов, быстро монтируемых и демонтируемых в плавниковый движитель, а монтаж
движителя сводится лишь к закреплению на судне (в задней его части). Минимальная длина доски 15 выбирается из соображений выведения хвоста 9 плавника из зоны турбулентности в задней части судна.
Заявляемый плавниковый движитель и плавник работают следующим образом.
Усилия, направленные гребцом попеременно на правое и левое плечи планки 4, передаются тягами 3 попеременно на крылья 2, а через них на плавник 1, поворачивая последний поочередно в правую и левую стороны на оси 8 шарнира 7. При передаче усилий гребца от крыльев 2 на жесткий участок 10 поперечный напор воды выгибает хвост 9 и участок 11 навстречу потоку, причем благодаря узости участка 11, основные
взаимодействия с потоком испытывает хвост 9. При движениях хвоста 9 к положению равновести (к оси, параллельной килю судна) поперечный напор воды падает на обращенную к нему сторону хвоста 9 под углами
близкими к нормальным, попадает в ячейки сетчатой структуры, образованные ребрами 12, 13, давит на
пленку 14, ребра 12,13 формируя силу тяги, причем ребра 12,13 препятствуют срыву потока, увеличивая
«сцепление» плавника с водой, что способствует увеличению силы тяги. Сила тяги от плавника 1 через шарнир 7 действует на киль судна (или через доску 15 (фиг. 5) на корпус судна). При движениях хвоста 9 от положения равновесия поперечный напор изгибает его, уменьшая сопротивление встречному (продольному
оси судна) потоку. Движение хвоста 9 при этом «тормозит» встречный поток. В результате уже в начале
движения судна формируется большая средняя сила тяги за период колебаний.
С ростом скорости движения судна при отклонениях хвоста 9 от положения равновесия встречный поток
попадает попеременно под острыми углами на обращенные к нему стороны хвоста 9 и взаимодействует с
сетчатыми структурами. Попадая вначале на сужающийся участок ребер 12, а затем на ближние к нему ребра
13, поток турбулизируется ими, вызывая генерирование мелких вихрей и пузырьков газа по периметру ребер
12, 13. Благодаря выпуклости ребер к упругому участку ребра 13 концентрируют пузырьки и вихри внутрь
ячеек и, благодаря уменьшающейся толщине, на последующие ребра 13, которые по мере увеличения угла
падения потока также начинает генерировать пузырьки газа. Ребра 12 в средней и концевой части хвоста
преимущественно концентрируют пузырьки газа и мелкие вихри внутри ячеек, также участвуя в их генерации. В результате взаимодействия встречного потока с сетчатой структурой по мере отклонения в передней,
а затем и в средней части хвоста 9 генерируется и формируется «пенная рубашка» из пузырьков газа и мелких вихрей, существенно уменьшающая гидродинамическое сопротивление хвоста 9. При этом поперечный
напор воды, действуя на пузырьки прижимает последние к поверхности хвоста со стороны напора, ускоряя
формирование «пенной рубашки» и увеличивая площадь поверхности хвоста, находящейся в зоне ее действия, причем часть продольного потока, попадающая, благодаря изгибу хвоста 9, под острыми углами к поверхности хвоста 9, способствует дополнительной генерации пузырьков газа для формирования «пенной рубашки». В крайних положениях и при движениях хвоста 9 к положению равновесия на стороне хвоста 9,
обращенной к встречному потоку, также генерируется и формируется «пенная рубашка» пока линейная скорость участков хвоста 9 вдоль встречного потока меньше скорости потока. Поскольку на стороне хвоста 9
обращенной к положению равновесия при движении к нему увеличивается «сцепление» с поперечным потоком, а «пенная рубашка» не генерируется, то средняя сила тяги за период колебаний, создаваемая хвостом 9
плавника существенно возрастает.
С ростом скорости движения судна действие встречного потока возрастает, интенсивность генерирования
«пенной рубашки» также возрастает, тогда как тормозящее противодействие плавника растет значительно
медленнее. В результате этого средняя сила тяги за период колебаний сохраняется высокой, что позволяет
обеспечить более высокий порог скоростей, развиваемых плавником. Увеличением длины хвоста и числа
ячеек ребер 12,13 можно увеличить мощность плавникового движителя, увеличить силу тяги плавника, а тем
самым повысить скоростные характеристики судна (пловца). При отклонениях крыльев 2 от положения перпендикулярного оси судна уменьшается их гидродинамическое сопротивление встречному потоку. Благодаря подсоединению плавника к торцу киля лобовое сопротивление его передней части незначительно. В результате плавниковый движитель способен развивать за счет мускульных усилий гребца более высокие
скорости движения судна. В варианте плавникового движителя с килевой доской 15 ее гидродинамическое
сопротивление несколько уменьшает порог достижимых скоростей движения.
6
BY 2654 C1
Т.о., в заявляемом плавнике и плавниковом движителе мускульная энергия гребца расходуется преимущественно на увеличение силы тяги и, косвенно, на формирование «пенной рубашки», уменьшающей сопротивление движению. В результате этого повышается эффективность использования мускульной энергии.
Следует отметить, что при наличии встречного потока, созданного природой, например встречного течения реки, энергия встречного потока будет расходоваться на формирование «пенной рубашки» ребрами
12, 13 хвоста 9 плавника, совершая полезную работу. В результате этого уменьшится расход мускульной
энергии гребца (пловца) при плаваниях во встречном потоке.
Следует отметить также, что при большой частоте колебаний и малой амплитуде колебаний, можно существенно увеличить среднюю силу тяги, развиваемую плавником, поскольку с ростом скорости движения
судна (пловца) уменьшается допустимый угол отклонения плавника от положения равновесия.
Наконец, заявляемый плавник может выполнять функцию руля, а плавниковый движитель рулеводвижительного комплекса. Для обеспечения указанных функций гребец отклоняет плавник от положения
равновесия на угол больший, чем требуется для генерирования «пенной рубашки». Сетчатая структура оказывает при этом более эффективное тормозящее действие, чем гладкая поверхность. Сравнительные испытания заявляемого плавника и плавников в виде рыбьего хвоста, аналогичных по форме и размерам, и отличающихся по форме от заявляемого, но с гладкой поверхностью (т.е. без ребер 12, 13) на опытном образце
водяного велосипеда (фиг. 1), показали увеличение силы тяги и скорости движения с помощью заявляемого
плавника в 8-10 раз по сравнению с гладкими плавниками.
Т.о., заявляемый плавник и плавниковый движитель улучшают мореходные качества судов, приводимых
в движение мускульной силой человека.
Фиг. 3
Фиг. 2
7
BY 2654 C1
Фиг. 5
Фиг. 4
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
202 Кб
Теги
by2654, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа