RU2390463C1

RU2390463C1 - Churilin's water propeller for surface and subwater vehicles

Info

Publication number: RU2390463C1
Application number: RU2008150657/11A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Чурилин (RU); Сергей Николаевич Чурилин
Original assignee: Сергей Николаевич Чурилин
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-05-27

Abstract

FIELD: transport. ^ SUBSTANCE: invention relates to water transport, in particular to surface and subwater vehicles and can be used in controlled surface and subwater research facilities and torpedoes. Proposed water propeller comprises drive shaft, propeller hub with fairing and flat L-section blades secured to said hub at an angle to its lengthwise axis and unitormly spaced on along hub surface. Propeller blade flat part has, on its one or both sides, a crosswise open cutout with its smaller width located on part adjoining the hub and its larger width part is located at a distance from the hub. Blade cutout is directed towards vehicle hull boss with its cross section mating that of said recesses on propeller blades distributed and secured in at least one crosswise line relative to propeller hub on its outer surface along spiral line running from the first to the last blade of every blades line towards the fairing. First blades of every line are located in one lengthwise plane, while blades height in every subsequent line exceeds that of previous line. Platform of every blade is formed by curvilinear surfaces converging on blade rounded free end. ^ EFFECT: reduced air drag, higher engine efficiency. ^ 3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области водного транспорта, а именно к надводным и подводным транспортным средствам, а также может использоваться в подводных управляемых и беспилотных исследовательских средствах, а также торпедах.The invention relates to the field of water transport, namely to surface and underwater vehicles, and can also be used in underwater guided and unmanned research vehicles, as well as torpedoes.

Известен гребной винт для надводного и подводного транспорта, содержащий приводной вал, размещенный в корпусе плавучего транспортного средства, ступицу винта, один конец которой соединен с указанным валом, а на другом конце закреплен обтекатель, плоские лопасти Г-образного поперечного сечения, полка которого ориентирована в сторону вращения винта, причем лопасти закреплены на ступице под углом к ее продольной оси и равномерно распределены по поверхности ступицы (патент RU 2222470 С2, МПК В63Н 1/26, 2001 г.). Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению, поэтому принято за прототип.Known propeller for surface and underwater transport, containing a drive shaft located in the body of a floating vehicle, a hub of the screw, one end of which is connected to the specified shaft, and a fairing is fixed at the other end, flat blades of an L-shaped cross section, the shelf of which is oriented in the direction of rotation of the screw, with the blades mounted on the hub at an angle to its longitudinal axis and evenly distributed over the surface of the hub (patent RU 2222470 C2, IPC B63H 1/26, 2001). This technical solution is the closest to the invention, therefore, taken as a prototype.

Недостатком прототипа являются невысокие эксплуатационные качества в результате дополнительных расходов мощности на преодоление повышенного сопротивления водной среды при вращении винта. Это обусловлено тем, что на рабочую часть винта попадают образующиеся за кормой транспортного средства турбулентные вихревые потоки воды, которые оказывают большое сопротивление вращению винта. Кроме того, лопасти винта имеют невысокие гидродинамические характеристики из-за прямоугольного поперечного сечения полок лопастей, что значительно снижает КПД и тяговые характеристики винта.The disadvantage of the prototype is its low performance as a result of additional power consumption to overcome the increased resistance of the aquatic environment during rotation of the screw. This is due to the fact that turbulent eddy flows of water formed behind the stern of the vehicle fall onto the working part of the propeller, which have a great resistance to the rotation of the propeller. In addition, the rotor blades have low hydrodynamic characteristics due to the rectangular cross section of the flange of the blades, which significantly reduces the efficiency and traction characteristics of the screw.

Технический результат от использования полезной модели заключается в устранении указанных недостатков в заявленном техническом решении за счет изменения характера потока воды, поступающей на винт с турбулентного на ламинарный, благодаря использованию направляющего прилива на корпусе плавучего транспортного средства, а также за счет перенаправления потока отработавшей воды в вырезы в лопастях и снижения сопротивления вращению винта в результата выполнения наружной поверхности полки криволинейной. В результате этого уменьшаются потери мощности на преодоление сопротивления воды, что повышает КПД движителя и улучшает его эксплуатационные качества, что позволяет использовать винты меньшего размера для заданной силы тяги. Кроме того, выполнение поверхностей отогнутой полки на плоскости винта криволинейными с профилем, подобным профилю лопатки турбины создает также и дополнительное тяговое усилие.The technical result from the use of the utility model is to eliminate these drawbacks in the claimed technical solution by changing the nature of the flow of water entering the screw from turbulent to laminar due to the use of the guide tide on the body of a floating vehicle, as well as by redirecting the flow of spent water into the cutouts in the blades and reducing the resistance to rotation of the screw as a result of the execution of the outer surface of the shelf curved. As a result of this, power losses for overcoming water resistance are reduced, which increases the efficiency of the propulsion device and improves its performance, which allows the use of smaller screws for a given traction force. In addition, the execution of the surfaces of the bent shelf on the plane of the screw is curved with a profile similar to the profile of the turbine blade also creates additional traction.

Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь изобретения с указанным техническим результатом.The following are general and particular significant features characterizing the causal relationship of the invention with the specified technical result.

Гребной винт для надводного и подводного транспорта, содержащий приводной вал, размещенный в корпусе плавучего транспортного средства, ступицу винта, один конец которой соединен с указанным валом, а на другом конце закреплен обтекатель, плоские лопасти Г-образного поперечного сечения, полка которого ориентирована в сторону вращения винта, причем лопасти закреплены на ступице под углом к ее продольной оси и равномерно распределены по поверхности ступицы. Плоская часть лопасти винта выполнена с поперечным открытым вырезом, меньшая ширина которого находится на прилежащей к ступице части, а удаленная от ступицы часть лопасти имеет большую ширину. Лопасть ориентирована вырезом к приливу на корпусе плавучего транспортного средства, а указанные лопасти винта распределены и закреплены, по крайней мере, в один поперечный ряд относительно оси ступицы винта на ее наружной поверхности по спирали, удаляющейся от первой до последней лопасти каждого ряда лопастей в сторону обтекателя. Первые лопасти каждого ряда расположены в одной продольной плоскости сечения ступицы, а высота лопаток последующего ряда превышают высоту лопаток предыдущего ряда. Полка каждой лопасти винта образована криволинейными поверхностями, сходящимися на скругленном свободном конце полки. Указанные вырезы выполнены с двух сторон на лопасти винта.A propeller for surface and underwater vehicles, comprising a drive shaft located in the body of a floating vehicle, a hub of the screw, one end of which is connected to the specified shaft, and a fairing is fixed at the other end, flat blades of an L-shaped cross section, the shelf of which is oriented to the side rotation of the screw, and the blades are fixed on the hub at an angle to its longitudinal axis and are evenly distributed over the surface of the hub. The flat part of the screw blade is made with a transverse open cutout, the smaller width of which is located on the part adjacent to the hub, and the part of the blade remote from the hub has a large width. The blade is oriented by a cut to the tide on the body of a floating vehicle, and these propeller blades are distributed and fixed in at least one transverse row relative to the axis of the hub of the propeller on its outer surface in a spiral, moving from the first to the last blade of each row of blades towards the fairing . The first blades of each row are located in one longitudinal plane of the section of the hub, and the height of the blades of the next row exceeds the height of the blades of the previous row. The flange of each rotor blade is formed by curved surfaces converging on the rounded free end of the flange. These cutouts are made on both sides of the rotor blades.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где: на фиг.1 представлен общий вид турбовинтового движителя; на фиг.2 - вид А на фиг.1 на лопасти с одним вырезом; на фиг.3 - вид А на фиг.1на лопасти с двумя вырезами; на фиг.4 - турбовинтовой движитель с двухрядным винтом; на фиг.5 - вид Б-Б на фиг.1; на фиг.6 - вариант лопасти с двухсторонними вырезами; на фиг.7 - вариант лопасти с односторонним вырезом; на фиг.8 - лопасть с полкой криволинейной формы. Гребной винт для надводного и подводного транспорта содержит приводной вал 1, размещенный в корпусе плавучего транспортного средства (не показано),The invention is illustrated by drawings, where: in Fig.1 shows a General view of a turboprop propulsion; figure 2 is a view a in figure 1 on the blade with one neckline; figure 3 is a view a in figure 1 on the blade with two cutouts; figure 4 - turboprop propulsion with a double row propeller; figure 5 is a view of BB in figure 1; figure 6 is a variant of the blades with double-sided cutouts; 7 is a variant of the blades with a single-sided cut; in Fig.8 - a blade with a shelf of curved shape. The propeller for surface and underwater vehicles contains a drive shaft 1 located in the body of a floating vehicle (not shown),

Турбовинтовой движитель плавучего транспортного средства содержит приводной вал 1, размещенный в корпусе плавучего транспортного средства (не показано), ступицу винта 2, один конец которой соединен с указанным валом 1, а на другом конце закреплен обтекатель 3. Плоские лопасти 4 Г-образного поперечного сечения имеют полку 5, которая ориентирована в сторону вращения винта. Лопасти 4 закреплены на ступице 2 под углом к ее продольной оси и равномерно распределены по поверхности ступицы.The turboprop propeller of a floating vehicle contains a drive shaft 1 located in the body of the floating vehicle (not shown), a screw hub 2, one end of which is connected to the specified shaft 1, and a fairing 3 is fixed at the other end. Flat blades 4 of a L-shaped cross section have a shelf 5, which is oriented in the direction of rotation of the screw. The blades 4 are mounted on the hub 2 at an angle to its longitudinal axis and are evenly distributed over the surface of the hub.

Плоская часть лопасти 4 винта выполнена с поперечным открытым вырезом, меньшая ширина которого находится на прилежащей к ступице 2 части, а удаленная от ступицы часть лопасти имеет большую ширину, при этом лопасть ориентирована вырезом к приливу 6 на корпусе плавучего транспортного средства. Лопасти 4 винта распределены и закреплены, по крайней мере, в один поперечный ряд (фиг.1) или, например, в два ряда (фиг.4) относительно оси ступицы 2 винта на ее наружной поверхности по спирали L, удаляющейся от первой до последней лопасти каждого ряда лопастей в сторону обтекателя 3. Количество рядов лопастей может быть и больше, это зависит от заданной силы тяги F и требований по габаритам движителя. При увеличении количества рядов можно получить небольшие габариты винта для расчетной силы тяги.The flat part of the propeller blade 4 is made with a transverse open cutout, the smaller width of which is located on the part adjacent to the hub 2, and the portion of the blade remote from the hub has a large width, while the blade is oriented by the cutout to tide 6 on the body of a floating vehicle. The blades 4 of the screw are distributed and secured in at least one transverse row (Fig. 1) or, for example, in two rows (Fig. 4) relative to the axis of the hub 2 of the screw on its outer surface in a spiral L, moving from the first to the last the blades of each row of blades in the direction of the fairing 3. The number of rows of blades may be more, it depends on the specified traction force F and the requirements for the dimensions of the mover. With an increase in the number of rows, it is possible to obtain small screw dimensions for the design traction force.

Первые лопасти каждого ряда расположены в одной продольной плоскости сечения ступицы, а высота лопаток последующего ряда превышают высоту лопаток предыдущего ряда.The first blades of each row are located in one longitudinal plane of the section of the hub, and the height of the blades of the next row exceeds the height of the blades of the previous row.

Для использования в процессе работы винта эффекта турбины с целью снижения сопротивления вращению винта и увеличения тягового усилия, полки каждой лопасти винта могут быть образованы криволинейными поверхностями (фиг.8), сходящимися на скругленном свободном конце полки.To use the turbine effect during the operation of the screw in order to reduce the resistance to rotation of the screw and increase traction, the flanges of each rotor blade can be formed by curved surfaces (Fig. 8) converging at the rounded free end of the flange.

Для уменьшение взаимного влияния смежных лопастей рядов лопасти могут быть выполнены с вырезами с двух сторон (фиг.3, фиг.6), что позволит снизить мощностные потери на выходе потока воды вдоль ступицы винта путем распределения выходных потоков между лопастями.To reduce the mutual influence of adjacent blades, the rows of blades can be made with cutouts on both sides (Fig. 3, Fig. 6), which will reduce power losses at the outlet of the water flow along the screw hub by distributing the output flows between the blades.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках, не выявило техническое решение, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения. Т.е. совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".Comparison of the claimed technical solution with the prior art known from the scientific, technical and patent documentation for the priority date in the main and related sections did not reveal a technical solution that has features identical to all the features contained in the claims proposed by the applicant, including the purpose of the application. Those. the set of essential features of the claimed solution was not previously known and is not identical to any known technical solutions, therefore, it meets the condition of patentability "novelty".

Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в материалах заявки, включая название изобретения указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом в области судостроения и использовано в других областях народного хозяйства, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки устройства позволяют получить заданный технический результат, т.е. являются существенными.This technical solution is industrially applicable, since the application materials, including the name of the invention, indicate its purpose, it can be manufactured industrially in the field of shipbuilding and used in other areas of the national economy, it is efficient, feasible and reproducible, and the distinguishing features of the device allow to obtain the desired technical result , i.e. are significant.

Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в источниках, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения, например, в описании к патенту RU 2222470 С2, МПК В63Н 1/26, 2001 г. (прототип).The invention, as described in each of the claims, can be carried out using the tools and methods described in the sources that have become publicly available before the priority date of the invention, for example, in the description of patent RU 2222470 C2, IPC B63H 1/26, 2001 (prototype).

Анализ известных технических решений в области изобретения показал, что предложенный способ не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения и не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат. Т.е. заявленное изобретение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат - повышение эксплуатационных качеств за счет увеличения силы тяги Р и повышения КПД. Это достигается за счет изменения характера потока воды, поступающей на винт с турбулентного на ламинарный благодаря использованию направляющего прилива на корпусе плавучего транспортного средства и перенаправление «отработавшей воды» в соответствующие вырезы на лопастях винта. А также снижением сопротивления вращению винта и увеличением тягового усилия благодаря использованию полки каждой лопасти винта, образованной криволинейными поверхностями (фиг.8), сходящимися на скругленном свободном конце полки.Analysis of known technical solutions in the field of the invention showed that the proposed method does not follow explicitly from the prior art for a specialist, since solutions having features matching the distinguishing features of the invention have not been identified and the influence of the distinctive features on the technical result indicated in the application materials has not been confirmed. Those. the claimed invention has features that are not found in the known technical solutions, and the use of these features in the claimed combination of essential features makes it possible to obtain a new technical result - improving performance by increasing the traction force P and increasing efficiency. This is achieved by changing the nature of the flow of water entering the screw from turbulent to laminar due to the use of a guide tide on the body of a floating vehicle and the redirection of "waste water" into the corresponding cutouts on the rotor blades. As well as reducing the resistance to rotation of the screw and increasing traction due to the use of the flange of each rotor blade formed by curved surfaces (Fig. 8), converging on the rounded free end of the flange.

Следовательно, предложенное техническое решение может бы получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. соответствует условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».Therefore, the proposed technical solution could be obtained only through a creative approach and is not obvious to the average specialist in this field, i.e. meets the condition of patentability of the invention "inventive step".

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При вращении вала 1 плавучего транспортного средства крутящим моментом Мкр (фиг.1, фиг.4) лопасти 4 винта создают силу тяги Р, направленную в сторону корпуса транспортного средства. После начала движения транспортного средства и «всасывающего» эффекта винта поток воды направляется по приливу 6 корпуса транспортного средства, где он из турбулентного завихрения принимает упорядоченный характер и направляется по поверхности прилива в вырезы лопастей. За счет этого уменьшаются ударные нагрузки воды на лопасти и уменьшаются потери мощности.When the shaft 1 of the floating vehicle rotates with a torque Mkr (Fig. 1, Fig. 4), the rotor blades 4 create a traction force P directed towards the vehicle body. After the vehicle begins to move and the screw’s “suction” effect begins, the water flow is directed along the tide 6 of the vehicle body, where it takes on an ordered character from the turbulent swirl and is directed along the surface of the tide into the cutouts of the blades. Due to this, the shock loads of the water on the blades are reduced and power losses are reduced.

Использование устройства дает возможность улучшить скоростные качества плавучих транспортных и других самоходных водных средств и повысить тяговые характеристики винтовых движителей без увеличения их габаритов.Using the device makes it possible to improve the speed characteristics of floating vehicles and other self-propelled water vehicles and increase the traction characteristics of screw propellers without increasing their dimensions.

Claims

1. Rowing screw for surface and underwater transport, comprising a drive shaft located in the body of a floating vehicle, a hub of a screw, one end of which is connected to the specified shaft, and a fairing is fixed at the other end, flat blades of an L-shaped cross section, the shelf of which is oriented in the direction of rotation of the screw, the blades mounted on the hub at an angle to its longitudinal axis and evenly distributed over the surface of the hub, characterized in that the flat part of the screw blades is made with a transverse open the cutout, the smaller width of which is located on the part adjacent to the hub, and the part of the blade remote from the hub has a large width, while the blade is oriented by the cut to the tide on the body of a floating vehicle, the outer contour of the cross section of which corresponds to the profile of the indicated depressions on the rotor blades, and the blades the screws are distributed and fixed in at least one transverse row relative to the axis of the hub of the screw on its outer surface in a spiral, moving from the first to the last blade of each row of astey towards the fairing, wherein the first blades of each row are arranged in one longitudinal sectional plane of the hub, and the height of the subsequent series of blades exceed the height of the previous row of blades,

2. The propeller for surface and underwater vehicles according to claim 1, characterized in that the shelf of each propeller blade is formed by curved surfaces converging on a rounded edge of the shelf.

3. Rowing screw for surface and underwater vehicles according to claim 1, characterized in that the said cutouts are made from two sides on the rotor blades.