CZ387597A3 - Tekutinový hnací systém pro zrychlování a směrové řízení tekutiny - Google Patents

Description

Vynález se týká zrychlování a řízení směru tekutiny při použití kontinuální dynamické plochy, jako je rychle otáčivý válec nebo rychle pohyblivý pás.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že se letadla, lodě, vznášedla a jiné dopravní prostředky pohybují zrychlováním tekutiny pro vyvíjení tahového impulsu. Tah vyvíjí sílu, která žene dopravní prostředek ve směru opačném ke směru tahu. Běžné hnací systémy obvykle obsahují vrtule a turbiny.

U letadel a lodí jsou v široké míře používány vrtulové hnací systémy. Vrtule jsou však relativně neúčinné vzhledem k tomu, že velký procentuelní podíl tekutiny je směrován ven z požadovaného směru tahu. Vrtule tak plýtvají energií na tekutinu, která jen okrajově zvyšuje účinek tahu. Když pracují ve vodě, vyvolávají kavitaci, která dále snižuje jejich účinnost. Dalším problémem s vrtulemi je, že jsou nebezpečné a vedou ke zranění nebo úmrtí osob nebo zvířat, když se dostanou do styku s otáčejícími se vrtulemi. Vrtule jsou konečně mimořádně hlučné a jsou tak na obtíž veřejnosti okolo letišť.

Pro pohon letadel se dále v široké míře používají turbiny. Ty však nacházejí omezené uplatnění, protože jsou drahé a hlučné. Turbiny také nefungují v tekutinách s vysokou hustotou, jako je voda. S ohledem na problémy s vrtulemi a turbinami je proto žádoucí vyvinout hnací systém, kte·· ··

rý by byl účinný, bezpečný, tichý a byl by široce použitelný pro pozemní, mořské a vzdušné dopravní prostředky.

Jedním alternativním hnacím systémem je otáčející se válec. Dosavadní vynálezy, týkající se rychle se otáčejících válců, byly zaměřeny obecně na použití válců v proudu tekutiny pro vyvíjení zdvihu podle Magnusova jevu. I když taková použití rychle se otáčejících válců se hodí pro zvedání, nevztahují se na použití rychle se otáčejících válců při vyvíjení tahové síly ve statické tekutině.

Otáčející se válce až dosud byly v širší míře akcep továny jako systém pro tekutinový pohon. Když se válec otáčí v kapalině, působí tření mezi válcem a tekutinou, že část tekutiny je strhávána ve vrstvě okolo válce. Běžné hnací systémy, používající otáčejících se válců, nevyvolávají dostatečný tah bez toho, aby přesahovaly fyzické rozměry daného dopravního prostředku, jako je rozpětí křídel (letadlo) nebo šířku (lodě nebo vozidla). Až dosud se proto otáčející se válce ukázaly jako nepoužitelné pro použití v reálné velikosti v letadlech, lodích, vznášedlech a jiných dopravních prostředcích.

Jeden hnací systém, používající otáčející se válce, je znázorněn v patentovém spisu USA č.2 985 406, popisujícím dva otáčející se válce, které působí jako zvedací a hnací prostředek pro vzdušné plavidlo. Válce jsou uloženy v podstatě vzájemně rovnoběžně a otáčejí se směrem k sobě tak, že vzduch proudí okolo válců a sbíhá se směrem k jejich zadní straně. Vzduch je zpočátku strháván z prostoru mezi válci a směrován okolo vnějšku válců. Je-li ponecháván bez překážky, byl by směr zrychlované tekutiny v prostoru mezi válci v podstatě opačný k požadovanému směru maximálního tahu. Pro vhodné směrování zrychlované tekutiny je dle tohoto řešení umísťován k zadní části válců deflektor, který odděluje zrychlovaný vzduch od válců a ohýbá ho o 90° tak, aby byl orientován v požadovaném směru.

Hnací systémy s otáčejícím se válcem mají řadu výhod ve srovnání s vrtulemi a turbinami. Za prvé jsou takové systémy relativně bezpečné ve srovnání s vrtulemi, protože nemají žádné lopatky a vytvářejí vrstvu proudu neviskózní tekutiny vedle válce, který v podstatě brání předmětům v dotyku s povrchem válců. Otáčející se válce jsou také výjimečně tiché a stejně použitelné pro práci ve vzduchu nebo ve vodě. Bylo by proto žádoucí vyvinout účinný a flexibilní hnací systém, používající rychle se otáčející válce nebo jiný typ kontinuální dynamické plochy, jako je rychle se pohybující pás, pro zrychlování a směrování statické tekutiny.

Podstata vynálezu

Vynález přináší tekutinový hnací systém pro zrychlování a směrové řízení tekutiny, obsahující kontinuální dynamickou plochu pro oběh tekutinou od strhovací oblasti. Dynamická plocha zrychluje tekutinu blízkou k ploše tak, že vytváří vrstvu zrychlené tekutiny skrz oblast vyvíjející tah. S dynamickou plochou je pracovně spojen motor pro její pohon. U dynamické plochy je umístěna oddělovací deska. Oddělovací deska má přední hranu pro oddělování zrychlované tekutiny ve vrstvě od dynamické plochy a mající v podstatě plochou plochu vyvíjející tah, která je v podstatě tangenciální k přední hraně pro směrování zrychlované tekutiny v požadovaném směru. Oddělovací deska je polohovátelná vzhledem k dynamické ploše tak, že přední hrana je v podstatě v těsné blízkosti k dynamické ploše, přičemž plocha vyvíjející tah je v podstatě tangenciální k dynamické ploše pro alespoň část tahové oblasti.

V jiném provedení hnací systém podle vynálezu obsahuje více válců. Každý válec má vnější plochu otáčivou skrz tekutinu od strhovací oblasti ke tahové oblasti pro vytváření vrstvy zrychlené tekutiny okolo každé vnější plochy. Válce jsou umístěny ve vzájemném odstupu pro vymezování strhovacího pásma sbíhání mezi válci a válce jsou otáčivé směrem dovnitř do pásma sbíhání tak, že zrychlovaná tekutina od každého válce proudí pásmem sbíhání mezi válci v požadovaném směru tahu. S válci je pracovně spojen motor pro jejich otáčivý pohon velkou rychlostí. Vedle válců je umístěno více pohyblivých oddělovacích a vyvíjejících tah desek majících každá přední hranu a plochu vyvíjející tah, přičemž každý válec má nejméně jednu odpovídající oddělovací desku uloženou v jeho tahové oblasti. Každá oddělovací deska je polohovatelná v pásmu sbíhání a je pohyblivá vzhledem k jí odpovídajícímu válci.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr.l řez tekutinovým hnacím systémem podle vynálezu s rychle se otáčejícím válcem, obr.2A jiný řez tekutinovým hnacím systémem podle vynálezu s rychle se otáčejícím válcem, obr.2B ještě další řez tekutinovým hnacím systémem podle vynálezu s rychle se otáčejícím válcem, obr.3A axonometrický pohled na rychle se otáčející válec tekutinovým hnacím systémem podle vynálezu s více oddělovacími des • · kami, obr.3B řez hnacím systémem podle obr.3A, obr.4A příklad použití rychle se otáčejícího válce tekutinového hnacího systému na lodi pro jízdu dopředu, obr.4B příklad použití rychle se otáčejícího válce tekutinového hnacího systému na lodi při neutrálním pohonu, obr.4C příklad použití rychle se otáčejícího válce tekutinového hnacího systému na lodi při jízdě dozadu, obr.5A řezový detail rychle se otáčejícího válce z obr.4A, obr.5B řezový detail rychle se otáčejícího válce z obr.4B, obr.5C řezový detail rychle se otáčejícího válce z obr.4C, obr.6A schéma otáčejícího se válce a podélně pohyblivé oddělovací desky tekutinového hnacího systému podle vynálezu, obr.6B schéma otáčejícího se válce a radiálně pohyblivé oddělovací desky tekutinového hnacího systému podle vynálezu, obr.6C schéma otáčejícího se válce a tangenciálně pohyblivé oddělovací desky tekutinového hnacího systému podle vynálezu, obr.6D schéma otáčejícího se válce a rotačně pohyblivé oddělovací desky tekutinového hnacího systému podle vynálezu, obr.6E schéma otáčejícího se válce a úhlově pohyblivé oddělovací desky tekutinového hnacího systému podle vynálezu, obr.7 řez tekutinovým hnacím systémem podle vynálezu se dvěma válci, obr.8 půdorys tekutinového hnacího systému podle vynálezu se dvěma válci, obr.9A řez dvouválcovým tekutinovým hnacím systémem podle vynálezu při jízdě dopředu, obr.9B řez dvouválcovým tekutinovým hnacím systémem podle vynálezu při jízdě dozadu, obr.9C řez dvouválcovým tekutinovým hnacím systémem podle vynálezu, vyvíjejícím boční tah, obr.9D řez dvouválcovým tekutinovým hnacím systémem podle vynálezu, vyvíjejícím jiný boční tah, obr.10 příklad dvouválcového tekutinového hnacího systému, použitého pro pohon lodě, obr.llA axonometrický pohled na tekutinový hnací systém podle vynálezu s více válci, obr.llB axonometrický pohled na tekuti-

• · · · nový hnací systém podle vynálezu s více válci z obr.llA, obr.13 půdorysný pohled na hnací systém podle vynálezu s více válci, použitý na vzdušném plavidle, obr.14 řez hnacím systémem podle vynálezu s pohyblivými osami otáčení, obr.15 půdorysný pohled na víceválcový hnací systém podle vynálezu se žebry, obr.16 řez víceválcovým hnacím systémem u obr.15 a obr.17 řez hnacím systémem podle vynálezu, v němž dynamická plocha je pohybovatelný pás.

Příklady provedení vynálezu

Obr.l až 17 znázorňují tekutinové hnací systémy podle vynálezu pro urychlování a směrové řízení tekutiny pro vyvíjení tahu. Pro účely definice se pojem tah obecně používá pro označování proudu zrychlené tekutiny v daném směru, a zvedání pro označování svisle orientovaného tahu. Stejné vztahové značky jsou použity pro označování stejných částí v různých obrázcích.

Obr.l je znázorňuje příčný řez tekutinovým hnacím systémem 10, mající kontinuální dynamickou plochu ve formě jediného rychle se otáčejícího se válce 40. Válec má vnější povrch 41 a je uložen otáčivě na hřídeli 42. Když se válec 40 otáčí, jakýkoli bod na vnějším povrchu 41 se plynule otáčí tekutinou od strhovací oblasti 44 do tahové oblasti 46. Třecí rozhraní mezi vnějším povrchem 41 a tekutinou F vytváří vrstvu urychlované tekutiny 52 od bodu 52 ležícího na začátku strhovací oblasti 44 k pásu 54 vyvíjejícímu tah, ležícímu na konci tahové oblasti 46. S postupem strhovací oblasti 44 a oblastí 46 vyvíjející tah tlouštka vrstvy 50 roste radiálně směrem ven od vnějšího povrchu 41. Ve vrstvě 50 je rychlostní spád G uspořádaný tak, že tekutina v blízkosti vnějšího povrchu 41 se pohybuje rychleji než • · • · tekutina podél vnějšího okraje vrstvy 50 ve stejné radiální poloze vzhledem k válci 40.

V tahové oblasti 46 je umístěna oddělovací deska pro odvádění vrstvy urychlované tekutiny 50 od válce 40 a její směrování do požadovaného směru. Oddělovací deska 60 má přední (naváděcí) hranu 62, uloženou v těsné blízkosti vnějšího povrchu 41 válce 40 a plochu 64 vyvíjející tah, přilehlou k přední hraně 62. Plocha 64 vyvíjející tah je s výhodou plochá nebo v podstatě plochá a je uložena tak, že je v podstatě tangenciální k vnější ploše 41.

Použitím ploché nebo v podstatě ploché tahové plochy 64, uložené tangenciálně vzhledem k vnější ploše 41 se zrychlovaná tekutina účinně odděluje od vnější plochy 41 s minimální ztrátou energie. V podstatě plochá tangenciální plocha 64 snižuje ztrátu energie oddělováním zrychlované tekutiny od hraniční vrstvy ve srovnání s lopatkami, které nejsou rovné nebo nejsou tangenciální, protože plocha 64 vyvíjející tah pouze snižuje rotační energii tekutiny. Jiné nerovné nebo netangenciální lopatky mají sklon snižovat jak rotační, tak i lineární energii tekutiny. Oddělovací deska 60 může mít také tvarovanou plochu 67 (znázorněnou čárkovaně), přesahující za plochu 64 vyvíjející tah. V přednostním provedení je na druhé straně desky 60 v blízkosti přední hrany uložena zakřivená vnitřní plocha 66 , mající poloměr, který je v podstatě stejný, jaký má vnější plocha 41.

Okolo části válce 40 je uložena strhovací lopatka 81 pro směrování více tekutiny do dotyku s válcem a pro zabránění tomu, aby se urychlovaná tekutina obalovala okolo oddělovací desky 60 a vracela se do strhovací oblasti 44♦

V jednom provedení je strhovací lopatka 81 vytvořena ve formě zakřiveného listu 80, který je připojen ke vzdálenému konci oddělovací desky 60 a je uspořádán okolo části válce 40. V jiném provedeni má strhovací lopatka 81 více segmentů, zahrnujících zakřivený list 80 a vnější list 82 vně zakřiveného listu 80. Zakřivený list 80 a vnější list 82 se vzájemně přesahují v ploše 84., uspořádané v podstatě rovnoběžně se směrem otáčení válce 40. Na přilehlých stranách zakřiveného listu 80 jsou umístěna vodítka 86 pro vedení zakřiveného listu 80 pod vnějším listem 82, když se zakřivený list 80 pohybuje okolo válce 40, jak je znázorněno šipkou A.

Strhovací lopatka 81 významně zlepšuje tahový účinek otáčejícího se válce 40. Tah vyvíjený otáčejícím se válcem působí, že dopravní prostředek, k němuž je připojen, se pohybuje tekutým prostředím. Když se dopravní prostředek pohybuje, vytváří se proud tekutiny okolo válce 40. Dochází tak k Magnusovu jevu okolo válce 40, takže se na přední (naváděcí) hraně 62 vytváří oblast nízkého tlaku a vysokotlaká oblast u vnějšího povrchu 41 ve strhovací oblasti 44. Strhovací lopatka 81 vymezuje oblast vysokého tlaku proti válci 40, která vyvolává větší tření mezi vnější plochou 41 a tekutinou. Vrstva zrychlované tekutiny 50 proto roste rychleji a více než bez strhovací lopatky 81.

Za provozu se vnější plocha 41 přednostně pohybuje mimořádně vysokou rychlostí. V závislosti na poloměru válce 40 a typu tekutinového prostředí se válec 40 zpravidla otáčí rychlostí přibližně 500 až 12000 ot./min. ve vodě nebo přibližně 18 000 až 100 000 ve vzduchu. Rozsah vynálezu není omezen výše uvedenými počty otáček a mohou být použity

i jiné počty otáček. Při použití ve vodě bude například rychlost vnějšího povrchu 41 zpravidla několik set stop za sekundu (např.471,24 stop/za sek., t.j. 157 m/s pro válec o průměru 150 mm a pohybující se rychlostí 9000 otáček za minutu). Tření mezi tekutinovým prostředím a vnějším povrchem 41 válce 40 působí, že vrstva 50 ve strhovací oblasti 44 velkou rychlostí roste. Jak je vyznačeno směrovými šipkami F proudu tekutiny, strhovací lopatka 81 zlepšuje růst hraniční vrstvy 50 v celé strhovací oblasti 44., přičemž v tahové oblasti se stále ještě strhuje další tekutina do vrstvy 50. Rychlost vrstvy 50 je závislá na rychlosti vnějšího povrchu 41 válce a viskozitě tekutiny. Dopravní prostředek je poháněn požadovanou rychlostí a v požadovaném směru měněním rychlosti válce 40 a tangenciální polohy tahové plochy 64 okolo vnější plochy 41.

0br.2A a2B znázorňují směrové řízení zrychlené tekutiny při použití jediného otáčejícího se válce 40. Jak je znázorněno na obr.2A, je oddělovací deska 60 otočena radiálně okolo válce 40 pro směrování tahu 54 přes tahovou plochu 64 k pravé straně válce. Obr.2B znázorňuje oddělovací desku uloženou radiálně okolo válce 40 tak, že tah 54 je směrován k levé straně válce.

Poloha oddělovací desky 60 vzhledem k válci 40 také ovlivňuje velikost a umístění strhovací oblasti 44 a tahové oblasti 46. Strhovací oblast 44 začíná na pravé straně válce 40, když je vyvíjen tah směrem doprava, jak je znázorněno na obr.2A. V případě orientováni tahu na levou stranu válce 40, jak je znázorněno na obr.2B, začíná strhovací oblast 44 na levé straně válce 40.

Obr.3A a 3B znázorňují otáčející se válec 40, u něhož je oddělovací deska rozdělena do první sekce 60a, mající přední hranu 62a a druhé sekce 60b, mající přední hranu 62b, První a druhá sekce 60a a 60b jsou rozděleny podél rozmezí, které je v podstatě kolmé k vnější ploše 41. První a druhá sekce 60a, 60b jsou také nezávisle polohovatelné okolo vnějšího povrchu 41. První sekce 60a odděluje zrychlenou tekutinu ve vrstvě 50a od válce 40 a směruje ji napříč její plochy 64a vyvíjející tah, zatímco druhá sekce 60b dělí zrychlovanou tekutinu do druhé vrstvy 50b a směruje ji napříč její plochy 64b vyvíjející tah.

V přednostním provedení má první sekce 60a první zakřivený list 80a, připojený ke konci jeho plochy 64b vyvíjející tah. Jako u první a druhé sekce 60a, 60b jsou zakřivené listy 80a a 80b nezávisle polohovatelné okolo válce 40. Vně zakřivených listů 80a, 80b je umístěn jeden vnější list 82.. Vnější list 82 je s výhodou uspořádán v podstatě v plné délce válce 40. Tím, že se vytvoří nezávisle polohovatelná sekce 60a, 60b, může být zrychlovaná tekutina tělesa tak, že tah 54a se vyvíjí směrem doleva od válce 40, zatímco tah 54b se vyvíjí směrem doprava od válce £0, jak je znázorněno na obr.3A. Obráceně mohou být první a druhá sekce 60a a 60b otočeny okolo válce 40 tak, že tah 54a je orientován doprava od válce, zatímco tah 54b je orientován doleva, jak je znázorněno na obr.3B. Oddělovací desky s více sekcemi okolo jediného otáčejícího se válce poskytuji zlepšené směrové řízení dopravního prostředku.

Obr.4A-4C znázorňují použití jediného rychle se otáčejícího válce 40 ve vodním plavidle 90 s dnem 92., probíhajícím mezi přídí 94 a zádí 96,. V jednom provedení je rychle • · · · • · ·

• · ·

-11- ’* se otáčející válec 40 osazen vodorovně po šířce lodi 90 a strhovací lopatka 81 je vetvarována do dna 92. Otáčející se válec 40 je s výhodou uložen tak, že jeho nejnižší část povrchu leží v podstatě v rovině vymezované dnem 92 na zádi 96♦ Oddělovací deska 60 je vratně pohyblivá mezi zabírající nebo odváděči polohou, v níž její přední hrana 62 je v těsné blízkosti válce 40, a zataženou polohou, v němž je zasunuta do kapsy 97. V přednostním provedení se oddělovací deska 60 pohybuje v podstatě rovnoběžně se dnem 92 a tangenciálně ke spodnímu okraji otáčejícího se válce 40. Na přední straně otáčejícího se válce 40 je uložena deska 70 zpětného chodu, nakloněná vzhůru směrem k zádi lodi. Deska 70 zpětného chodu je spojená s vratně pohyblivou ovládací tyčí 71, procházející otvorem 98 s možností vratného pohybu mezi vysunutou a zasunutou polohou.

0br.4A a 5A znázorňují jednoválcový hnací systém při jízdě dopředu. Pro vyvíjení dopředného tahu je oddělovací deska 60 uložena do vysunuté polohy a deska 70 zpětného chodu uvedena do její zatažené polohy u přední části strhovací lopatky 81. Když se válec 40 otáčí, tekutina ve strhovací oblasti se zrychluje a směruje se dozadu směrem k oddělovací desce, jak bylo bylo vysvětleno výše s odvoláním na obr.l. Když se zrychlovaná tekutina 50 přibližuje k nejnižší části otáčejícího se válce 40 , přední hrana odděluje tah 54 od válce 40 a tahová plocha 64 směruje tah 54 do vektoru, který je v podstatě rovnoběžný s dnem 92.

Obr.4B a 5B znázorňují jednoválcový hnací systém v neutrálním pohonu. Oddělovací deska 60 a deska 70 zpětného chodu jsou obě uloženy v jejich zatažených polohách. Oddělovací deska 60 může být buď částečně zatažena, jak je znázorněno na obr.4B, nebo plně zatažena, jak je znázorněno na obr.5B. Když jsou obě desky v zatažené poloze, není vyvíjen žádný tah, protože od válce 40 se neodděluje žádná tekutina. Síly zrychlované tekutiny okolo válce se tak vzájemně ruší, což má za následek neutrální chod.

Obr.4C a 5C znázorňují jednoválcový hnací systém při jízdě dozadu. Oddělovací deska 60 je zatažena do kapsy 97 a deska 70 zpětného chodu je ve vysunuté poloze tak, že její přední hrana 72 je uložena v blízkosti přední strany otáčejícího se válce 40,. Když se válec 40 otáčí, je tekutina strhávána na zadní straně válce 40 do strhovací lopatky a je směrována tahovou plochou 74 šikmo dolů směrem k přídi 94.

V neznázorněném jiném provedení má vodorovný otáčející se válec 40, znázorněný na obr.4A-4C a 5A-5C vícesekcovou oddělovací desku a vícesekcovou desku pro zpětný chod. Kombinace vícesekcového oddělovače a desek pro zpětný chod dělí proud tekutiny okolo válce tak, že napodobuje běžné hnací dvoušroubové systémy. Například se může levotočivé otáčení vyvolávat uložením levého oddělovače a desek pro zpětný chod do polohy pro jízdu dozadu a pravého oddělovače a desek pro zpětný chod do polohy pro jízdu dopředu. Obráceně se pravotočivé otáčení může vyvolávat uložením levého oddělovače a desek pro zpětný chod do polohy pro jízdu dopředu a pravého oddělovače a desek pro zpětný chod do polohy pro jízdu dozadu.

0br.6A-6E schematicky znázorňují polohovatelnost oddělovací desky 60 okolo válce 40. Na obr.6A je oddělovací deska 60 polohovatelná podél válce 40 v podstatě rovnoběžně

• · • · • · · ·

s hřídelem 42. Nastavováním podélné polohy oddělovací desky 60 vzhledem k válci 40 může být zrychlovaná tekutina selektivně oddělována od otáčejícího se válce 40 pro vyvíjení momentové síly Ml (oddělovací deska 60 je posunuta doleva od středu) nebo M2 (oddělovací deska 60 je posunuta doprava od středu).

Na obr.6B je oddělovací deska 60 polohovátelná radiálně směrem ven od vnějšího povrchu 41 a v podstatě kolmo k němu. Radiální polohování oddělovací desky 60 nastavuje množství zrychlované tekutiny, která je oddělována od válce 40. Oddělovací deska 60 může být uložena dostatečně radiálně směrem ven od válce 40 tak, že uvolňuje vrstvy zrychlované tekutiny, aby zabránila vyvíjení jakéhokoli tahu.

Na obr.6C je oddělovací deska polohovatelná podél tečny k vnějšímu povrchu 41. Jako při radiálním polohování znázorněném na obr.6B zmenšuje tangenciální polohování množství zrychlované tekutiny, které je oddělováno od válce 40.

Obr.6D znázorňuje rotační polohování oddělovací desky 60 okolo válce 40, jak je vysvětleno s odvoláním na obr.2A a 2B. Na obr.6E je přední hrana 62 oddělovací desky 60 úhlově nastavitelná vzhledem k válci 40. První konec 61 přední hrany 62 je uložen směrem od vnějšího povrchu 41, zatímco druhý konec 63 přední hrany 62 leží těsně u vnějšího povrchu 41. Úhlovým nastavením přední hrany 62 vzhledem k válci 40 mohou být dosaženy lehké výchylky hmotové setrvačnosti a směru tahu pro vyvažování jízdy dopravního prostředku a nastavení rychlosti.

-14Obr.7 až 14 znázorňují jiné provedení vynálezu, v němž hnací systém podle vynálezu obsahuje více otáčejících se válců pro vyvíjení buď zesíleného tahového vektoru nebo více vyvíjejících tahových vektorů. Podle obr.7 hnací systém 100 obsahuje první otáčející se válec 40 a druhý otáčející se válec 140. Oddělovací deska 60 a zakřivený list 80 jsou uloženy okolo prvního válce 40, jak bylo popsáno výše vzhledem k obr.l až 6. Podobně jsou okolo druhého otáčejícího se válce 140 uloženy oddělovací deska 160 a zakřivený list 180. V přednostním provedení má druhá oddělovací deska 160 přední hranu 162 uloženou v těsné blízkosti vnějšího povrchu 141 druhého válce 140 a v podstatě plochou tahovou plochu 164 u přední hrany 162♦ Tahová plocha 164 (plocha vyvíjející tah) je s výhodou uspořádána v podstatě tangenciálně k vnější ploše 141 a je otočná okolo vnější plochy 141 tak, že zůstává ve v podstatě tečné poloze k vnější ploše 141 v rozsahu jejího pohybu.

První a druhý válec 40 a 140 jsou uloženy ve vzájemném odstupu tak, že oddělovací desky 60 a 160 leží proti sobě po stranách strhovacího pásma 148 sbíhání. V přednostním provedení jsou válce 40 a 140 uspořádány ve dvojici se vzájemně protichůdným směrem otáčení, přičemž hnací hřídele 42, 142 jsou v podstatě vzájemně rovnoběžné. Oddělovací desky 60 a 160 jsou proto uloženy proti sobě a v podstatě vzájemně rovnoběžně po obou stranách sbíhavého pásma 148.

Za chodu první válec 40 strhuje tekutinu od bodu 52 do vrstvy zrychlované tekutiny 50, které proudí přes tahovou plochu 64 v požadovaném směru, jako tah 54. Druhý válec 141 podobně strhuje tekutinu z bodu 152 do vrstvy zrychlované tekutiny 150, která proudí přes tahovou plochu 164 • · • · • ·

-15v požadovaném směru jako tah 154. Když se vrstvy zrychlované tekutiny 50, 150 sbíhají v pásmu 148 sbíhání, mají sklon strhovat více tekutiny do tahu, než ve srovnání s jediným otáčejícím se válcem, což má za následek zesílený tah 158.

Zvýšený tah 158 má výrazněji vyšší hmotovou setrvačnost, než součet jednotlivých tahů 54, 154 bez zesílení. Hmotová setrvačnost zesíleného tahu 158 je ovlivňována velikostí pásma 148 sbíhání a relativní polohou hnacích hřídelů 42 a 142. Bude zřejmé, že zesílení jednotlivých tahů 54, 154 se sníží, jestliže pásmo sbíhání je bud’ příliš velké nebo příliš malé, nebo jestliže hřídele 42 a 142 jsou uloženy v různých vodorovných rovinách. V použitích vyžadujících maximální zesílení tahu je žádoucí optimalizovat velikost pásma 148 sbíhání vzhledem k poloměru otáčejících se válců 40 a poloze otáčejících se hřídelů 42 a 142 na společné rovině.

Směr otáčení válců je důležitým znakem víceválcových provedení vynálezu. Pro vyvolání maximálního tahu pro jízdu dopravního prostředku ve směru V se první válec 40 otáčí ve směru hodinových ručiček a druhý válec 140 se otáčí proti směru hodinových ručiček směrem do pásma 148 sbíhání. Vrstvy zrychlované tekutiny 50 a 150 tak proudí zevně válců, přes pásmo 148 sbíhání mezi válci a přes tahové oddělovací desky 60,160. Otáčením válců 40,140 tak, že vrstvy zrychlované tekutiny 50, 150 proudí pásmem 148 sbíhání mezi válci, se proud zesiluje, jak bylo vysvětleno výše a žádná energie se neztrácí na vychylovacích deskách, směrujících proud více tangenciálně od válců.

Obr.8 znázorňuje připojení hnacího motoru 20 a natá-

• 9 • 9 • · ♦ • · · • · * * • · · · čecí tyče 181 k hnacímu systému 100, majícímu dva otáčející se válce 40 a 140. Hnací systém obsahuje první kladku 21, druhou kladku 23 a třetí kladku 26. První kladka 21 je připojená k hnacímu hřídeli motoru 20 a druhá a třetí kladka 23 a 26 jsou osazeny na samostatných otáčivých hřídelích. Druhá kladka 23 má ozubené kolo 24 v záběru s ozubeným kolem 25 připojeným ke třetí kladce 26. Ozubené kolo 24 zabírá do ozubeného kola 25 tak, že otáčení druhé kladky 23 v jednom směru uděluje otáčení třetí kladce 26 v opačném směru. Čtvrtá kladka 29 je připojena ke hřídeli 42 prvního válce 40 a pátá kladka 30 je připojena ke hřídeli 142 druhého válce 140.

Mezi první kladkou 21 a druhou kladkou 23 je uložen první hnací řemen 27, mezi třetí kladkou 26 a čtvrtou kladkou 29 je uložen druhý hnací řemen 27 , a mezi druhou kladkou 23 a pátou kladkou 30 je uložen třetí hnací řemen 28. Za chodu motor 20 otáčí první kladkou 21 pro pohon prvního řemenu 22 a druhé kladky 23. Druhá kladka 23 pohání jak třetí řemen 28 , tak i třetí kladku 26. Druhý řemen 27 pohání válec 40 a třetí řemen 28 pohání válec 140.

Natáčecí mechanismus obsahuje zalomenou páku 85, otočně připojenou k hřídeli 42 a pevně připojenou k zakřivenému listu 80 v navzájem opačných bodech 87 a 89. Podobně je zalomená páka 185 otočně připojena k hřídeli 142 a pevně připojena k zakřivenému listu 180 v bodech 187 a 189. Konce zalomených pák 85, 185 jsou otočně připojeny k tyč 181, a to odpovídajícím čepem 83 , 183. Za chodu zařízení působí axiální pohyb tyče 181 otáčení pák 85 a 185 okolo hřídelů 42 a 142. Když se páky 85 a 185 otáčejí okolo odpovídajících hřídelů, otáčí se oddělovací desky 60, 160 a zakřivené • ·

listy 80 a 180 okolo válců 40 a 140 pro směrování tahu požadovaným směrem.

Obr.9A až 9D znázorňují další provedení vynálezu, v němž oba otáčející se válce 40., 140 mají nezávisle řízené oddělovací desky a strhovací lopatky. Na obr.9A jsou oddělovací desky 60 a 160 umístěny v pásmu 148 sbíhání, jak bylo popsáno s odvoláním na výše uvedený obr.7 pro vyvíjení maximálního tahu ve směru dopředu. 0br.9B znázorňuje oddělovací desky 60 a 160, uložené na opačných stranách válců 40, 140 vně pásma 148 sbíhání pro vyvíjení samostatných tahů 54 a 154 ve směru zpětné jízdy. Tahy 54 a 154 ve směru zpětné jízdy se nezesilují, jak je patrné z obr.9A, protože nejsou kombinovány v pásmu 148 sbíhání pro zlepšování strhování statické tekutiny do vrstev zrychlované tekutiny. 0br.9C znázorňuje oddělovací desky 60 a 160, uložené okolo jim odpovídajících válců tak, že vyvíjejí boční tah v jednom směru, a obr.9D znázorňuje oddělovací desky 60 a 160, uložené pro vyvíjení bočního tahu v opačném směru.

Obr.10 je podélný řez, ukazující použití dvou dvouválcových hnacích systémů 100, osazených na dně 192 lodi 190. Hnací systémy jsou připojeny k lodi tak, že jejich osy otáčení jsou uspořádány svisle směrem dolů ze dna. Pro vyvinutí maximálního dopředného tahu jsou oddělovací desky uloženy tak, jak je znázorněno na obr.9A, pro pohon lodi dopředu maximální silou.

Obr.llA znázorňuje tekutinový hnací systém 200 se čtyřmi válci 40, 140, 240 a 340. Válce jsou uloženy vedle sebe a v podstatě kolmo k jim přiléhajícím válcům pro vytváření pásma sbíhání 248 majícího tvar pravoúhelníka. Jako • · • t u dvouválcového hnacího systému 100 je směr otáčeni válců důležitým znakem vynálezu. Pro získání maximálního zesíleni proudu tekutiny se válce otáčejí směrem dovnitř k oblasti pásmu 248 sbíhání tak, že zrychlovaná tekutina proudí pásmem 248 sbíhání mezi válci a po té ven z pásma sbíhání v požadovaném směru maximálního tahu.

Každý válec má nejméně jednu oddělovací desku, uloženou v oblasti tahu. V jednom provedení má válec 40 dvě oddělovací desky 60, válec 140 má dvě oddělovací desky 160, válec 240 má oddělovací desky 260 a válec 340 má oddělovací desky 360. Každá oddělovací deska je polohovatelná vzhledem k odpovídajícímu válci tak, že jednotlivé tahové vektory, přiřazené k odpovídajícímu válci mohou být samostatně řízeny. Jak je znázorněno na obr.llA, mohou být tahové vektory 54, 154, 254 a 354 odděleny od jim odpovídajících válců a orientovány směrem dolů a ven z pásma 248 sbíhání. Směrem ven orientované tahy 54., 154, 254 a 354 rozptylují jejich celkový tah po větší ploše, čímž zajišťují lepší kontrolu přistávacích manévrů a snižují koncentraci proudu. Na obr.llB jsou tahové vektory 54, 154, 254 a 354 orientovány směrem dovnitř, čímž koncentrují tah pro zvyšování objemu tekutiny, který je strhován do vrstev zrychlované tekutiny. Za chodu může být použito víceválcového uspořádání, znázorněného na obr.11, pro zvedání a pohánění dopravního prostředku, jako je letadlo nebo vznášedlo.

Obr.12 znázorňuje příčný řez čtyřválcového hnacího systému 200. Pro vyvíjení maximálního zvedání jsou tahové plochy 60, 160, 260 a 360 uloženy tak, že směrují tahy 54, 154, 254 a 354 svisle dolů a tangenciálně ke krajním vnitřním plochám válců v pásmu 248 sbíhání. Pro vyvíjení bočního ·

4 4 • · • · » · • · · · • · *

-19tahu v kombinaci se svislým tahem se jedna nebo více tahových desek (desek vyvíjejících tah) otáčí okolo odpovídajících válců pro směrování tahů do strany ve vhodném úhlu pro dosažení požadovaného tahu do strany.

Hnací systém 200 zajišťuje jako zvedací, tak i boční tah kombinováním tří nebo více otáčejících se válců v uspořádání, v němž jsou nejméně dva z válců uloženy v podstatě proti sobě. Při použití tří nebo více válců mohou být nejméně dva válce vyhrazeny pro zajišťování zdvíhacího tahu, zatímco nejméně jeden z válců může poskytovat postranní tah. V jednom provedení jsou válce uspořádány ve vzájemně protilehlých dvojicích tak, že válce v každé dvojici jsou v podstatě rovnoběžné. Počet uspořádání válců v takovém provedení může být roven čtyřem v pravoúhelníkovitém uspořádání, šesti válcům v šestiúhelníkovém uspořádání nebo osmi válcům v osmiúhelníkovém uspořádání. V jiném provedení může hnací systém obsahovat tři válce ve tvaru písmene U nebo v trojúhelníkovém uspořádání, pět válců v pětiúhelníkovém uspořádání nebo jakýkoli počet přiměřeně uspořádaných válců.

Dopravnímu prostředku může být udělen gyroskopický účinek a nakláněcí vlastnosti individuálním měněním rychlosti válců 40, 140, 240 a 340. Zatočení doleva s nakloněním doleva může být provedeno snížením rychlosti válce 40. a/nebo zvýšením rychlosti válce 240. Obráceně může být zatočení doprava s nakloněním doprava může být provedeno zvýšením rychlosti válce 40 a/nebo snížením rychlosti válce 240.

Hnací systém 200 také přináší výjimečný zdvih v re• ·

lativně malých plochách a válce se dají snadno podporovat vozidlem. Obr.13 ukazuje hnací systém 200 vznášedla nebo letadla 290. Na rozdíl od běžných otáčejících se křídel, vytvořených z dlouhých konzolovitě uložených válců používá hnací systém 200 podle vynálezu více kratších válců, které mohou být uloženy na obou koncích. Použitím více krátkých válců může mít hnací systém 200 stejnou celkovou délku válců v mnohem menším fyzickém prostoru. Kromě toho nevyžadují válce v hnacím systému 200 drahé a složité konstrukční podpory, jako u vykonzolovaných válců.

Obr.14 znázorňuje provedení hnacího systému 300, v němž osy otáčení válců jsou posunuté pro vytvoření hnacího systému se zvýšeným bočním tahem a boční rychlostí. První válec 40 může být zdvižen tak, že jeho osa otáčení 42 je uložena nad jeho normální polohu, vyznačenou čerchovaně. Podobně může být třetí válec 240 uložen tak, že jeho osa 242 otáčení je níže než jeho normální poloha (vyznačená čárkovaně). Posunutím os otáčení mohou být tahy směrovány do strany bez rušení strhování tekutiny pro válce 140, 340.

Obr.15 znázorňuje druhé provedení víceválcového hnacího systému 200, majícího více kotoučovítých žeber 68 připojených k vnějšímu povrchu válce 40,. Podobně jsou žebra 168, 268 a 368 připojena k vnějším povrchům odpovídajících válců 140, 240 a 340. Žebra jsou uložena kolmo k vnějšímu povrchu válců a rovnoběžně s proudem zrychlované tekutiny. Žebra zvyšují povrchovou plochu, která je v třecím dotyku s rychlostí tekutiny v takových vrstvách. Jak je nejlépe patrné na obr.15, má oddělovací deska 60 více prstů, uložených v prostoru mezi každým z žeber 68. Prsty oddělovacích desek oddělují zrychlovanou tekutinu od jak vnějšího po• · • ·

-21vrchu válců, tak i od povrchu žeber, a směrují ji podél tahových ploch (ploch vyvíjejících tah) oddělovacích desek, jak je uvedeno výše.

Vynález počítá i s použitím jakéhokoli typu souvislé dynamické plochy a neomezuje se na otáčející se válce. Obr.17 znázorňuje jiný typ souvislé dynamické plochy, kterou je pás 40 ovinutý okolo nejméně dvou válců. Pás je poháněn rychlou lineární rychlostí nejméně jedním z válců tak, že část pásu obíhá tekutinou. Oddělovací deska 60 je uložena u jednoho z válců, kde se má zrychlovaná tekutina oddělovat od pásu. Oddělovací deska 60 může být uložena v podstatě tangenciálně k povrchu pásu pro směrování tahu 54 podélně směrem do pásu, nebo může být uložena v úhlu (vyznačeném čárkovaně) pro směrování tahu ke straně řemenu. Typ kontinuální dynamické plochy (například otáčející se válec nebo rychle se pohybující pás) zásadně neovlivňuje zde popsané zásady a provedení. Vynález se tak neomezuje na otáčející se válce.

Vynález přináší řadu výhod vzhledem k běžným hnacím systémům s dynamickou plochou. Oddělováním zrychlované tekutiny od dynamické plochy podél vektoru, který je tangenciální k ploše, se ztrácí pouze rotační energie zrychlované tekutiny do oddělovacích desek. Tím, že se použije v podstatě plocha vyvíjející tah u přední hrany, vynález dále minimalizuje ztráty energie, k němž by jinak docházelo, když se zrychlovaná tekutina odděluje od dynamické plochy. V případě dvou nebo více otáčejících válců jsou dále válce uloženy pro vytváření pásma sbíhání, zvyšujícího tah v požadovaném směru otáčením válců směrem dovnitř k oblasti sbíhání tak, že tah dovolí proudění bez překážek mezi válci • · v požadovaném směru tahu. Vynález dále umožňuje použít tři nebo více otáčejících se válců pro vyvíjení jak zvedání, tak i hnacích tahů.

I když byla popsána konkrétní provedení vynálezu pro jeho objasnění, je tedy zřejmé, že mohou být provedeny různé obměny, aniž by se opustila myšlenka vynálezu.

Claims (26)

1. Tekutinový hnací systém pro zrychlování a směrové řízení tekutiny, obsahující kontinuální dynamickou plochu pro oběh tekutinou od strhovací oblasti, kde je tekutina přiváděna k dynamické ploše a po té je tekutina blízká k ploše zrychlována tak, že vytváří vrstvu zrychlené tekutiny skrz oblast vyvíjející tah, kde se zrychlená tekutina vypouští od dynamické plochy; dále obsahující motor, pracovně spojený s dynamickou plochou pro pohon dynamické plochy; a dále pohyblivou oddělovací desku mající přední hranu pro oddělováni zrychlované tekutiny ve vrstvě od dynamické plochy a mající v podstatě plochou plochu vyvíjející tah, přilehlou k přední hraně pro směrováni zrychlované tekutiny v požadovaném směru, přičemž oddělovací deska je pohyblivá vzhledem k dynamické ploše tak, že přední hrana je v podstatě v těsné blízkosti k dynamické ploše a plocha vyvíjející tah je v podstatě tangenciální k dynamické ploše podél první tečny dynamické plochy v první poloze a podél druhé tečny dynamické plochy ve druhé poloze, přičemž první a druhá poloha směrují tahový proud podél odpovídajícího prvního a druhého vektoru.

2. Tekutinový hnací systém podle nároku 1, vyznačený tím, že kontinuální dynamická plocha obsahuje otáčivý válec .

3. Tekutinový hnací systém podle nároku 1, vyznačený tím, že obsahuje pohyblivý pás, ovinutý okolo dvou válců, který je poháněný nejméně jedním z válců, přičemž alespoň část povrchu pásu tvoří kontinuální dynamickou plochu.

NÁHRADNÍ LIST • · · · • · · • · · • · · · · • · · • · vyznačený strhovací • · · · · · · • ······· · · • · · · · »

-24- ·· * *.....

4. Tekutinový hnací systém podle nároku 2, tím, že obsahuje strhovací lopatku, uloženou u oblasti pro směrování přídavné tekutiny k válci.

5. Tekutinový hnací systém podle nároku 4 tím, že strhovací lopatka obsahuje zakřivený list k oddělovací desce, přičemž zakřivený list okolo části válce od oddělovací desky směrem je ke oblasti .

6. Tekutinový hnací systém podle nároku tím, že strhovací lopatka je otáčivá okolo válce.

vyznačený připojený uspořádán strhovací vyznačený

4,

7. Tekutinový hnací systém podle nároku 4, tím, že strhovací lopatka dále obsahuje více segmentů, zahrnujících zakřivený list a vnější list uložený vně zakřiveného listu.

vyznačený

8. Tekutinový hnací systém podle nároku 7, tím, že zakřivený list a vnější list se navzájem podél oblasti uspořádané v podstatě rovnoběžně s čení válce.

vyznačený přesahuj í osou otá

9. Tekutinový hnací systém podle nároku 7, vyznačený tím, že listy obsahují více sekcí, vzájemně oddělených jedna od druhé podél hranice, která je v podstatě kolmá k ose otáčení válce.

10. Tekutinový hnací systém podle nároku 1, vyznačeže dále obsahuje žebro připojené k dynamické plose, žebro je uloženo kolmo k dynamické plose a rovnoproudem zrychlované tekutiny.

ný tím, přičemž běžně s

NÁHRADNÍ LIST

11. Tekutinový hnací systém podle nároku 1, vyznačený tím, že oddělovací deska je přestavitelná mezi oddělovací polohou, v níž je přední hrana v těsné blízkosti dynamické plochy a polohou, v níž je přední hrana zatažena od dynamické plochy v podstatě mimo vrstvu zrychlované tekutiny.

12. Tekutinový hnací systém podle nároku 11, vyznačený tím, že přední hrana má první konec a druhý konec, přičemž přední hrana je úhlově přestavitelná vzhledem k dynamické ploše tak, že jeden z konců leží v těsné blízkosti k dynamické ploše v oddělovací poloze a druhý konec je alespoň částečně zatažený od této plochy.

13. Tekutinový hnací systém podle nároku 1, vyznačený tím, že oddělovací deska sestává z více sekcí, z nichž každá má přední hranu a plochu vyvíjející tah, přičemž sekce jsou jednotlivě polohovátelné vzhledem k dynamické ploše pro směrování zrychlované tekutiny ve více směrech.

14. Tekutinový hnací systém podle nároku 13, vyznačený tím, že každá přední hrana je přestavitelná mezi oddělovací polohou, v níž je přední hrana v těsné blízkosti dynamické plochy, a zataženou plochou, v níž je přední hrana zatažena od dynamické plochy v podstatě mimo vrstvu zrychlované tekutiny.

15. Tekutinový hnací systém podle nároku 13, vyznačený tím, že každá přední hrana má první konec a druhý konec, přičemž přední hrany jsou úhlově nastavitelné vzhledem k dynamické ploše tak, že jeden z jejich konců leží v těsné

NÁHRADNÍ LIST blízkosti u dynamické ploše v oddělovací poloze a jejich druhý konec je alespoň částečně zatažený od plochy.

16. Tekutinový hnací systém podle nároku 2, vyznačený tím, že oddělovací deska je uložena ve strhovací oblasti, a systém obsahuje desku pro zpětné směrováni proudu, pohyblivou mezi vysunutou polohou a zataženou polohou, přičemž deska pro zpětné směrování proudu odděluje zrychlovanou tekutinu od dynamické plochy a směruje ji v opačném směru ve vysunuté poloze a uvolňuje zrychlovanou tekutinu v zatažené poloze.

17. Tekutinový hnací systém podle nároku 2, vyznačený tím, že obsahuje více válců, přičemž každý válec má nejméně jednu odpovídající oddělovací desku uloženou v oblasti vyvíjející tah, přičemž válce jsou uloženy jeden od druhého tak, že každá oddělovací deska leží proti druhé oddělovací desce.

18. Tekutinový hnací systém podle nároku 17, vyznačený tím, že válce jsou uspořádány ve dvojicích proti sobě ležících válců při vymezování pásma sbíhání mezi válci, přičemž každý válec je uložený tak, že je v podstatě rovnoběžný s válcem ležícím proti němu, přičemž každá oddělovací deska leží v pásmu sbíhání proti nejméně jedné další oddělovací desce.

19. Tekutinový hnací systém podle nároku 17, vyznačený tím, že každá oddělovací deska je polohovatelné okolo jí odpovídajícího válce.

20. Tekutinový hnací systém podle nároku 17, vyznaNÁHRADNÍ LIST

-27··· ···· ···· • · · · ·· · ···· • · ··«· · · · · · ··· · · • · * · · · ··· ·· · ·· · · ·· ·· ·· čený tím, že každá oddělovací deska obsahuje více sekcí, z nichž každá je polohovátelná okolo jí odpovídajícího válce .

21. Tekutinový hnací systém podle nároku 1, vyznačený tím, že rychlost dynamické plochy je proměnlivá.

22. Tekutinový hnací systém pro zrychlováni a směrové řízení tekutiny, obsahující více válců, které mají každý vnější plochu otáčivou skrz tekutinu od strhovací oblasti, kde je tekutina přiváděna k vnější ploše a po té je tekutina blízká k vnější ploše zrychlována tak, že vytváří vrstvu zrychlené tekutiny skrz oblast vyvíjející tah, kde je tekutina vypouštěna od vnější plochy, přičemž válce jsou umístěny ve vzájemném odstupu pro vymezování strhovacího pásma sbíhání mezi válci a válce jsou otáčivé směrem dovnitř do pásma sbíhání tak, že zrychlovaná tekutina od každého válce proudí pásmem sbíhání mezi válci v požadovaném směru tahu; dále obsahující motor, pracovně spojený s válci pro otáčení válců; a dále více oddělovacích desek, vyvíjejících tah, majících každá přední hranu a plochu vyvíjející tah, přičemž každý válec má nejméně jednu odpovídající oddělovací desku uloženou v jeho tahové oblasti, přičemž každá oddělovací deska je polohovatelná v pásmu sbíhání a je pohyblivá vzhledem k ji odpovídajícímu válci.

23. Tekutinový hnací systém podle nároku 22, vyznačený tím, že válce jsou dva a jsou uložené v podstatě spolu rovnoběžně.

24. Tekutinový hnací systém podle nároku 23, vyznačený tím, že dále obsahuje strhovací lopatku připojenou ke

NÁHRADNÍ LIST ··

4 9 • · • ·

-28každému válci, přičemž každá strhovací lopatka je uložena v podstatě proti strhovacimu pásmu sbíhání.

25. Tekutinový hnací systém podle nároku 22, vyznačený tím, že válce jsou nejméně tři.

26. Tekutinový hnací systém podle nároku 22, vyznačený tím, že rychlost každého válce je proměnlivá a řiditelná nezávisle na dalších válcích.