Область техники

Изобретение относится к области судостроения, в частности к конструкциям крыльев судов на подводных крыльях и горизонтальным рулям подводных аппаратов.

Предшествующий уровень техники

Известен патент РФ N°2177424, в котором рассматривается тримаран на вращающихся подводных межкорпусных крыльях. Недостатками указанных крыльев является их высокое гидродинамическое сопротивление при движении.

Известен патент РФ N°2270128, в котором рассматривается улучшение гидродинамического качества подводного крыла за счет специального симметричного профиля. Это не дает ощутимого выигрыша и приводит к проигрышу в энергии при увеличенных углах атаки подводного крыла.

Раскрытие изобретений

Предлагаемый способ создания подъёмной силы подводного крыла применим в широком диапазоне скоростей и имеет существенный выигрыш в энергии по сравнению с прототипом, в котором для создания повышенной подъёмной силы при разгоне увеличивается угол атаки.

Техническим результатом изобретения является создание подводного крыла судна, которое обладает малым энергопотреблением и высоким гидродинамическим качеством. Поставленная цель достигается тем, что на нижней кромке крыла создается система глухих отверстий, перпендикулярных хорде крыла или наклоненных в сторону движения потока. Отверстия могут быть круглыми, эллипсоидными, коническими с основанием на нижнюю кромку, пирамидальными с основанием на нижнюю кромку или квадратными. Во всех случаях эффективность системы определяется отношением длины отверстий к площади сечения или средней площади сечения. Чем больше длина в «калибрах», тем выше эффективность эжекторных отверстий. Эжектируемая движением потока, обтекающего нижнюю кромку крыла, вода отсасывается из заглушенных отверстий, тем самым снижая давление в отверстиях. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку, которое значительно превышает давление, вызванное разностью скоростей обтекания верхней и нижней кромки. Таким образом, подъёмная сила создается не за счет разности скоростей потока, а за счет реакции среды на пустоты и так как она в несколько раз превышает подъёмную силу стандартного крыла, то при сложении она является основной результирующей подъёмной силой.

Управление подъемной силой (её изменение) осуществляется изменением угла атаки эжекторного подводного крыла на положительные или отрицательные углы.

При использовании обычной аэродинамической схемы подводного крыла с характерной кривизной на верхней кромке крыла, увеличение подъёмной силы происходит с увеличением угла атаки крыла. На нем как обычно возникает разница давлений за счет разности скоростей обтекания и вызванная этой разностью подъёмная сила, направленная вверх. Нижняя кромка, снабженная в большом количестве наклоненными в сторону движения потока глухими отверстиями, также обтекается набегающим потоком и за счет эжекторного эффекта в отверстиях создаётся разрежение, которое увеличивается с увеличением угла атаки, так как увеличивается угол эжектирования. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку. Эти силы векторно складываются, и так как они направлены в одну сторону, результирующая сила будет значительно превышать подъёмную силу обычного подводного крыла.

При варианте «перевернутого крыла», то есть когда характерная кривизна находится на нижней кромке крыла, и также на нижней кромке расположено большое количество глухих отверстий, перпендикулярных хорде крыла или наклоненных в сторону потока, увеличение подъёмной силы происходит при увеличении отрицательных углов атаки. Это происходит потому, что на нижней кромке за счет характерной кривизны при увеличении отрицательного угла атаки возрастает по сравнению с верхней кромкой скорость обтекания в пограничном слое и тем самым резко возрастает эжекторный эффект. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку. Так как подъёмная сила «перевернутого крыла», создаваемая за счет разности обтекания потоками верхней и нижней кромок направлена в этом случае вниз, то при векторном сложении с результирующей силой, возникающей в эжекторных отверстиях, она вычитается из неё. Эжекторная составляющая результирующей силы в несколько раз (в 2-Зраза) больше и тем самым мы получаем выигрыш в общей силе.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан разрез эжекторного подводного крыла по потоку.

На фиг. 2 показан разрез эжекторнго подводного крыла по потоку с характерной кривизной на нижней кромке.

На фиг. 3 показана часть эжекторного подводногокрыла в разрезе в изометрии. На фиг. 4 показана часть эжекторного подводного крыла с зарактерной кривизной на нижней кромке в изометрии.

Лучшие варианты осуществления изобретений

Работа эжекторного крыла иллюстрируется позициями: (Фиг.1,2, 3,4) крыло 1, глухие отверстия 2, нижняя кромка крыла 3, верхняя кромка крыла 4.

Эжекторное крыло работает следующим образом:

Для создания подъёмной силы крыла 1 оно снабжено глухими отверстиями 2, расположенными на нижней кромке крыла 3 перпендикулярно хорде крыла или с наклоном в сторону потока. Фиг.1,2, 3,4.

Нижняя кромка 3 крыла обтекается набегающим потоком, при этом из отверстий 2 отсасывается (эжектируется) вода, образуя суммарную зону пониженного давления. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку. Чем больше угол атаки крыла, тем больше эжектирующий эффект за счет большей скорости обтекания и соответственно больших углов эжектирования. Зоной создания подъёмной силы крыла с помощью эжектирующих отверстий теоретически можно считать от 0 градусов до зоны срыва потока - это зависит от скорости набегающего потока и формы крыла. Формирование подъёмной силы зависит от глубины глухих отверстий, диаметра отверстий или их средней площади, их наклона по потоку, суммарной площади отверстий на нижней кромке, скорости потока и его угла по отношению к нижней кромке.

Промышленная применимость

Так как подъёмная сила крыла формируется за счет эжекции воды из отверстий, нижняя кромка имеет суммарное давление, вызванное реакцией среды на пустоты, существенно больше верхней и создает существенно большую подъёмную силу по отношению к обычному крылу на тех же скоростях и углах атаки соответственно в минусовую и плюсовую сторону.

Таким образом, использование изобретения «Способ создания подъёмной силы подводного крыла и эжекторное подводное крыло Ольховского» позволяет достичь существенного выигрыша в энергетике судов на подводных крыльях при их движении в воде за счет создания значительно большей подъёмной силы (в два-три раза) при одинаковых затратах энергии.