NO132581B

NO132581B -

Info

Publication number: NO132581B
Application number: NO4135/70A
Authority: NO
Inventors: Richard Silvester
Original assignee: Richard Silvester
Priority date: 1969-10-31
Filing date: 1970-10-30
Publication date: 1975-08-25
Also published as: GB1322958A; NO132581C; JPS5140357B1; DE2052816B2; FR2077514A1; SE381014B; DE2052816A1; CA926225A; BE758184A; NL7015713A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en skyvekraft- The present invention relates to a thrust

forsterker for en båt eller et fartøy. amplifier for a boat or vessel.

Fremdrift av gjenstander, såsom skip og fly oppnås ved .utstråling av en fluidumstrøm bakover. Den kraft som følger med denne forandring av bevegelsesmengden, overføres til det fartøy som frembringer samme. Utstrålingsstrømmen kan være frem-bragt ved hjelp av en propeller, som i de fleste skip og noen fly, eller ved høytrykksdyser som mates fra hydrodynamiske pumper eller kompressorer alt etter utførelsen. Propulsion of objects, such as ships and planes, is achieved by radiating a fluid stream backwards. The force that accompanies this change in the amount of movement is transferred to the vessel that produces the same. The radiation flow can be produced by means of a propeller, as in most ships and some aircraft, or by high-pressure nozzles which are fed from hydrodynamic pumps or compressors, depending on the design.

For en slik enkel reaksjonsdriftsenhet kreves store hastigheter for å gi den nødvendige trykkraft. Dette innebærer et forholdsvis stort tap av energi og virkningsgrad på grunn av den største hastighet i fluidumet ved avløp. Den optimale virkningsgrad for en bestemt tilført energi oppnås ved en stor utstrømning ved en liten hastighet, styrt ved det faktum at trykkraft bestemmes ved differansen mellom utstrømningshastighet og fartøyets hastighet. Når det gjelder skip medfører dette store propellere som roterer med liten hastighet. Den optimale løsning på dette område er oppnådd for store bulkskip ved å For such a simple reaction drive unit, high speeds are required to provide the required thrust. This involves a relatively large loss of energy and efficiency due to the greatest speed in the fluid at the outlet. The optimum degree of efficiency for a specific supplied energy is achieved by a large outflow at a low speed, governed by the fact that thrust is determined by the difference between the outflow speed and the speed of the vessel. In the case of ships, this means large propellers that rotate at low speed. The optimal solution in this area has been achieved for large bulk carriers by

skaffe passende strømningsbetingelser for propelleren. obtain suitable flow conditions for the propeller.

For å øke trykkraften fra propelleren på skip har det vært anvendt ledeplater som omgir propelleren. Det av propelleren innsugende vann trekker også omgivende vann gjennom ledeplatens inngang. Den hastighet som induseres i vannet "ved den forreste flate av ledeplaten, reduserer trykket på samme. Forskjellen mellom dette og det statiske trykk som foreligger ved enheten, bevirker ytterligere trykk i retning av skipets bevegelse. To increase the thrust from the propeller on ships, baffles have been used that surround the propeller. The water sucked in by the propeller also draws surrounding water through the entrance of the baffle plate. The velocity induced in the water "by the front face of the guide plate reduces the pressure on it. The difference between this and the static pressure present at the device causes additional pressure in the direction of the ship's motion.

Slike forsterkere er nyttige for fartøy ved liten hastighet, Such amplifiers are useful for vessels at low speed,

såsom slepebåter og store bulkskip. such as tugboats and large bulk carriers.

Når trykkraftkilden eller enheten er mindre i dia- When the compressive force source or unit is smaller in dia-

meter og har forholdsvis stor hastighet, f.eks. som for en driv-ende dyse, kan en lignende ledeplate anvendes som den beskrevet ovenfor, med tillegg av en bakover rettet sylindrisk forlengelse av ledeplaten, idet forlengelsen tjener som et blanderør. Hvis f.eks. ledeplaten omgir en drivdyse, er således dysens diameter en eller annen brøkdel av blanderørets diameter, idet dette forhold bestemmer andelen av fluidum som trekkes gjenneom den utvidede inngang i forhold til den som strømmer gjennom drivdysen. Blanderørets lengde må være noen ganger dets diameter for å gi optimal virkningsgrad for det som i virkeligheten er en ejektor eller vannstrålepumpe. meters and has relatively high speed, e.g. as for a driving end nozzle, a similar guide plate can be used as described above, with the addition of a rearward directed cylindrical extension of the guide plate, the extension serving as a mixing tube. If e.g. the guide plate surrounds a drive nozzle, the diameter of the nozzle is thus some fraction of the diameter of the mixing pipe, this ratio determining the proportion of fluid that is drawn through the enlarged inlet in relation to that which flows through the drive nozzle. The length of the mixing tube must be several times its diameter to provide optimum efficiency for what is effectively an ejector or water jet pump.

Forsterkningen av trykkraften i tilfelle av blanderøret skriver seg frå det reduserte trykk på den utvidede inngang til ledeplaten gjennom den bevegelsesmengde som gis det vann som trek-tes inn i røret og trykkes ut ved en eller annen hastighet mellom den i drivdysen og for det innsugede fluidum. På samme måte som for den førstnevnte ledeplate, vil den økede trykkraft avta med eventuell økning av fartøyets hastighet på grunn av den innledende bevegelsesmengde som allerede foreligger i fluidumet ved inngang i blanderøret pluss de økede tap ved kjølevann og friksjon for enheten. The amplification of the pressure force in the case of the mixing pipe is written from the reduced pressure at the extended entrance to the guide plate through the amount of movement given to the water drawn into the pipe and pushed out at some speed between that in the drive nozzle and for the aspirated fluid . In the same way as for the first-mentioned guide plate, the increased pressure force will decrease with any increase in the vessel's speed due to the initial amount of movement that already exists in the fluid at the entrance to the mixing tube plus the increased losses due to cooling water and friction for the unit.

Eventuelle ledeplater eller blanderør anvendt hittil Any guide plates or mixing tubes used to date

på skip eller i fly har nødvendigvis vært åpne mot kraften av vannet eller i luften når fartøyet beveges fremover. Etter hvert som hastigheten Øker er det vanskeligere å tilføre bevegelsesmengde til fluidumet når et bestemt punkt er passert. Som bemerket ovenfor er dette ikke noe stort problem for saktegående fartøy med stor hastighet på strålestrømmen. on ships or in airplanes have necessarily been open to the force of the water or of the air when the vessel is moved forward. As the speed increases, it is more difficult to add momentum to the fluid once a certain point has been passed. As noted above, this is not a major problem for slow-moving vessels with high jet stream speeds.

Det er således et formål med foreliggende oppfinnelse å skaffe en skyvekraftforsterker som er virksom både for hurtig-gående og saktegående fartøy som har haveddrivenheter med enten høy eller lav hastighet. It is thus an object of the present invention to provide a thrust amplifier which is effective both for fast-moving and slow-moving vessels which have sea propulsion units with either high or low speed.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er dette oppnådd med en skyvekraftforsterker for båt eller fartøy som utmerker seg ved en ledeanordning som omgir skyvekraftenheten og som har en trompetformet utvidet inngang anbragt tett inntil skroget eller fartøyveggen og bevirker at fluidum, såsom vann eller luft, trer inn i ledeanordnin-, gen radialt, og derved forsterker skyvekraften fra kraftenheten ved å redusere det fluidumtrykk som virker på den forreste flate av den trctpétformede utvidede inngang, idet skroget eller fartøyveggen nærmest den utvidede inngang er gjort ru for å redusere hastig.^ heten av det fluidum som trer inn i den utvidede inngang umiddelbart inntil skroget eller veggen. According to the present invention, this is achieved with a thrust booster for a boat or vessel which is characterized by a guide device which surrounds the thrust unit and which has a trumpet-shaped extended entrance placed close to the hull or vessel wall and causes fluid, such as water or air, to enter the guide device device. , gen radially, thereby amplifying the thrust from the power unit by reducing the fluid pressure acting on the forward surface of the rectangular widened inlet, the hull or vessel wall closest to the widened inlet being roughened to reduce the velocity of the flowing fluid. into the extended entrance immediately adjacent to the hull or wall.

Det fordel som oppnås ved å anbringe den utvidede , inngang til ledeplaten tett inntil skroget av et fartøy, er at hastighetene for et fluidum som suges inn, økes, særlig ved den ytre diameter av den utvidede inngang. Denne økning av hastigheten er støtte ved den utvidede kant enn ved veggen eller skroget av et fartøy.Dette vil føre til et større trykkdifferensial som vil føre til en ytterligere øket trykkraft. The advantage achieved by placing the extended entrance to the guide plate close to the hull of a vessel is that the velocities of a fluid that is sucked in are increased, particularly at the outer diameter of the extended entrance. This increase in speed is supported by the extended edge rather than by the wall or hull of a vessel. This will lead to a greater pressure differential which will lead to a further increased thrust force.

En annen fordel ved at fluidumet må tre inn i ledeplaten hovedsakelig radialt eller loddrett på dennes akse, er at fluidumet til å begynne med vil bevege seg fremover med fartøyets hastighet Dette utgjør en bevegelsesmengde som fartøyet må frembringe, men denne akterover rettede kraft foreligger i ethvert tilfelle med mindre fartøyets akterområde er strømlinjeformet. Når dette vann med fremover rettet bevegelsesmengde trykkes ut fra den bakre ende av ledeplaten, bevirker forandringen av bevegelsesmengden trykkraften. Denne trykkraft er meget større enn den som er disponibel når det innsugede vann er statisk før innføringen og den avtar derfor ikke særlig meget når fartøyets hastighet øker. Another advantage of the fact that the fluid must enter the guide plate mainly radially or vertically on its axis is that the fluid will initially move forward with the vessel's speed. case unless the vessel's stern area is streamlined. When this water with forward momentum is pushed out from the rear end of the guide plate, the change in momentum causes the pressure force. This pressure force is much greater than that which is available when the sucked-in water is static before the introduction and it therefore does not decrease very much when the vessel's speed increases.

For bedre forståelse av oppfinnelsen skal imidlertid i det følgende denne beskrives nærmere under henvis-ning til tegningene, samtidig som det skal bemerkes at oppfinnelsen ikke er begrenset til de her viste spesielle utførelsesformer. På tegningene er fig. 1 et skjematisk snitt av en form av skyvekraftforsterker, fig. 2 er et delsnitt i større målestokk av forsterkeren på fig. 1, fig. 3 er et skjematisk snitt av en annen utførelsesform av forsterkeren, fig. 4 er et forslag til anordning av forsterkere ved akterdelen av ét fartøy, fig. 5 viser et forslag til anordning av forsterkere langs skroget av et fartøy, og fig. 6 viser monteringen av forsterkere med variabel retning for anvendelse til fremdrift og manøvrering av et fartøy. For a better understanding of the invention, however, in the following, it will be described in more detail with reference to the drawings, while at the same time it should be noted that the invention is not limited to the particular embodiments shown here. In the drawings, fig. 1 a schematic section of a form of thrust amplifier, fig. 2 is a partial section on a larger scale of the amplifier in fig. 1, fig. 3 is a schematic section of another embodiment of the amplifier, fig. 4 is a proposal for the arrangement of amplifiers at the stern of a vessel, fig. 5 shows a proposal for the arrangement of amplifiers along the hull of a vessel, and fig. 6 shows the mounting of amplifiers with variable direction for use in propulsion and maneuvering of a vessel.

I den på fig. 1 viste utførelsesform er forsterkeren forsynt med en ledeplate 11 som har er utvidet eller trompetformet inngang 12, idet ledeplaten omgir en drivdyse 13 og den utvidede inngang 12 av ledeplaten er anbragt tett inntil veggen eller skroget 14 av fartøyet, slik at fluidum trer inn i ledeplaten hovedsakelig radialt eller loddrett på dennes akse. Den bakre ende av ledeplaten 11 er fortrinnsvis forlenget bakover med en sylindrisk rørformet forlengelse 15 som tjener som blanderør, idet lengden av ledeplaten med forlengelse er meget større enn den indre diameter av den utvidede inngang 12. Da den utvidede inngang 12 er anbragt tett inntil skroget 14 som allerede forklart, blir hastigheten av det fluidum som trekkes inn i ledeplaten, økt, og økningen av hastigheten er større ved den utvidede kant 17 enn ved skroget 14. For å redusere eventuell stor hastighet nær skroget 14, hvilken ville bevirke en kraft mot akterenden, kan skroget 14 være hydraulisk ruet ved anvendelsen, f.eks. av fremspring 16 som vist på fig. 2, slik at hastighetene nærmest skroget 14 blir redusert. Den ytre omkrets av den utvidede inngang 12 er fortrinnsvis forsynt med en skarp kant antydet ved 17 eller som et alternativ forsynt med et lite, fremoverrettet fremspring 18 for at grenseskiktet 3v fluidum hurtig skal utvides over den buede overflate av In the one in fig. In the embodiment shown in 1, the amplifier is provided with a guide plate 11 which has an extended or trumpet-shaped entrance 12, the guide plate surrounding a drive nozzle 13 and the extended entrance 12 of the guide plate is placed close to the wall or hull 14 of the vessel, so that fluid enters the guide plate mainly radially or vertically on its axis. The rear end of the guide plate 11 is preferably extended backwards with a cylindrical tubular extension 15 which serves as a mixing pipe, the length of the guide plate with extension being much greater than the inner diameter of the extended inlet 12. As the extended inlet 12 is placed close to the hull 14 as already explained, the velocity of the fluid drawn into the baffle plate is increased, and the increase in velocity is greater at the extended edge 17 than at the hull 14. To reduce any high velocity near the hull 14, which would cause a force against stern end, the hull 14 can be hydraulically roughened during use, e.g. of projection 16 as shown in fig. 2, so that the speeds closest to the hull 14 are reduced. The outer periphery of the expanded inlet 12 is preferably provided with a sharp edge indicated at 17 or alternatively provided with a small, forward projection 18 in order for the fluid boundary layer 3 to be rapidly expanded over the curved surface of

den utvidede inngang 12. Dette øker den utviklede skyvekraft. the extended input 12. This increases the thrust developed.

Hoveddrivenheten som vist på fig. 1 og 2/ er som nevnt et munnstykke eller dyse 13 matet fra en pumpe inne i fartøyet for å gi stor hastighet. Et alternativ til dysen 13 er en konvensjonell eller spesialkonstruert propeller 23 som vist på fig. 3, idet propelleren 23 er forsynt med en ledeplate 21 med en utvidet inngang 22 anbragt nær skroget 24 av fartøyet. I denne utførelsesform er imidlertid blanderøret 25 i stedet for en forlengelse ved den bakre ende av ledeplaten et adskilt hele med en utvidet inngang 20 som befinner seg nær inntil og til-støtende den utvidede inngang 22 av ledeplaten 21, idet lengden av røret 25 er meget større enn den indre diameter av dens utvidede inngang 20. I denne utførelsesform oppnås forsterkningen av det opprinnelige propellertrykk ved innsugning ved den forreste flate av ledeplaten 21 og tilleggssugevirkning ved den utvidede inngang 20. Den bakre flate av den utvidede inngang The main drive unit as shown in fig. 1 and 2/ is, as mentioned, a nozzle or nozzle 13 fed from a pump inside the vessel to give high speed. An alternative to the nozzle 13 is a conventional or specially constructed propeller 23 as shown in fig. 3, the propeller 23 being provided with a guide plate 21 with an extended entrance 22 placed near the hull 24 of the vessel. In this embodiment, however, instead of an extension at the rear end of the guide plate, the mixing pipe 25 is a separate whole with an extended entrance 20 which is located close to and adjacent to the extended entrance 22 of the guide plate 21, the length of the pipe 25 being very larger than the inner diameter of its widened inlet 20. In this embodiment, the amplification of the original propeller pressure is achieved by suction at the front surface of the baffle plate 21 and additional suction action at the widened inlet 20. The rear surface of the widened inlet

22 av ledeplaten 21 er fortrinnsvis hydraulisk ruet på en tilsvarende måte og av tilsvarende grunner som for skroget 14 i 22 of the guide plate 21 is preferably hydraulically roughened in a similar way and for similar reasons as for the hull 14 in

utførelsesformen på fig. 1 og 2. the embodiment in fig. 1 and 2.

Det kan ved hjelp av hydrodynamiske prinsipper vises at for laminære betingelser nær de utvidede innganger vil en virvlende bevegelse tilført den innover rettede radiale strøm-ning øke hastighetene nær overflatene av de utvidede innganger. Dette ville sannsynligvis gjelde for turbulent strømning, slik It can be shown by means of hydrodynamic principles that for laminar conditions near the extended inlets, a swirling motion added to the inwardly directed radial flow will increase the velocities near the surfaces of the extended inlets. This would probably apply to turbulent flow, like this

a,t vinger 26 (fig. 3) anbragt rundt omkretsen av den utvidede åpning 20 nær den bakre flate av den utvidede inngang 22 like-ledes vil ytterligere øke differensialtrykket over samme. Ytterligere tilsvarende vinger eller skovler 27 mellom den utvidede inngang av ledeplaten og fartøyets skrog, i begge de på fig. 1 og 2 viste og den på fig. 3 viste utførelsesform kan være slik rettet at de forsterker virkningen av hoveddrivenhetene. a,t vanes 26 (Fig. 3) placed around the circumference of the widened opening 20 near the rear surface of the widened entrance 22 will likewise further increase the differential pressure across the same. Further corresponding wings or vanes 27 between the extended entrance of the guide plate and the hull of the vessel, in both those in fig. 1 and 2 showed and the one in fig. The embodiment shown in 3 can be so directed that they enhance the effect of the main drive units.

Det antas at det system som er beskrevet med hen-visning til fig. 3, med den lille klaring eller avstand mellom den utvidede inngang 20 og den utvidede inngang 22 represente-rer det kaskadeblandesystem som er foreslått tidligere. Imidlertid opphører likheten på grunn av den lange utførelse av blanderøret 25 som er nødvendig i foreliggende tilfelle. Hvis man skulle anvende et kaskadesystem, ville den totale lengde bli for stor. It is assumed that the system described with reference to fig. 3, with the small clearance or distance between the extended inlet 20 and the extended inlet 22 represents the cascade mixing system proposed earlier. However, the similarity ceases due to the long design of the mixing tube 25 which is necessary in the present case. If a cascade system were to be used, the total length would be too large.

Når det dreier seg om et vannmedium, som for skip, ville virkningsgraden under drift i høy grad avhenge av ute-lukkelsen av luft fra det innførte vann. Luftblandet vann ville ikke gi slik god forandring av bevegelsesmengden. Av denne grunn må forsterkerne være anbragt dypest mulig på fartøyets hekk.Enforeslått anordning for en stor "bulkcarrier" er an- When it concerns a water medium, such as for ships, the degree of efficiency during operation would depend to a large extent on the exclusion of air from the introduced water. Water mixed with air would not give such a good change in the amount of movement. For this reason, the amplifiers must be placed as deep as possible on the stern of the vessel. A proposed arrangement for a large "bulk carrier" is

tydet på høyre side av fig. 4. indicated on the right side of fig. 4.

Det er mulig at en flerdobbelt roranordning kan anvendes ved utløpene for blenderørene, men styring eller manøv-rering kan også bevirkes ved bare å anvende dyser på den ene side av hekken. Hvis det ikke foreligger tilstrekkelig disponibel plass på akterenden av et skip til å utvikle den ønskede skyvekraft, kan dyser og deres forsterkere anvendes ved å anordne dem i egnede fordypninger 29 langs sidene som vist på fig. 5 og på venstre side av fig. 4. Disse enheter er noe mindre effektive enn de som er vist i akterenden for skyvekraft^- It is possible that a multiple rudder device can be used at the outlets for the mixer tubes, but steering or maneuvering can also be effected by only using nozzles on one side of the stern. If there is insufficient available space at the stern of a ship to develop the desired thrust, nozzles and their amplifiers can be used by arranging them in suitable recesses 29 along the sides as shown in fig. 5 and on the left side of fig. 4. These units are somewhat less efficient than those shown at the stern for thrust^-

formål, på grunn av deres noe hellende vinkel i forhold til purpose, due to their somewhat inclined angle relative to

skipets senterlinje. Imidlertid kan de være ytterst virk-somme ved manøvrering av fartøyet. Hvis f.eks. de enheter som befinner seg ved baugen, drives alene, utøves på skipet et kraftig svingemoment. Et mer elastisk fremdriftssystem ér vist på fig. 6, hvor drivenhetene ifølge oppfinnelsen er forbundet med en svingetapp 30 inne i passende kanaler 31 langs hver side av skipet. Hoveddrivenhetene, som kan være enten av dysetypen eller propellertypen,. kan være rettet bakover (S), mot babord eller styrbord (D) eller mot baugen (B) for reverseringsformål. Manøvrering kan således bevirkes uten bruken av slepebåter. ship's centreline. However, they can be extremely effective when maneuvering the vessel. If e.g. the units located at the bow are operated alone, a strong turning moment is exerted on the ship. A more elastic propulsion system is shown in fig. 6, where the drive units according to the invention are connected by a pivot pin 30 inside suitable channels 31 along each side of the ship. The main drive units, which can be either of the nozzle type or the propeller type,. can be directed aft (S), to port or starboard (D) or to the bow (B) for reversing purposes. Maneuvering can thus be effected without the use of tugboats.

Det skal bemerkes at de ovenfor beskrevne forsterkere er beskrevet i forbindelse med et flytende medium. Det vil imidlertid være klart at luft kan være det drivénde og drevne medium, idet luften mates fratrykklufttanker, kompressorer eller ventilatorer i én vertikal, hellende eller horisontal retning. .I forbindelse med fly kan grunntanken med et blande-rør og dyser eller munnstykker fbr stor hastighet frembringe de nødvendige store luftvolumer og andre fordeler ved trykk-forskjell på ledeplate og utvidede innganger. Dette ville særlig være anvendelig for løftekrefter nødvendig i én drift av helikoptertypen. Enheter som vist på fig. 1 eller 3, som er rettet oppover, kan anvende munnstykker 13 eller:propellere 23 til å trekke luft gjennom blanderøret 15 eller 25. En stor, lastbærende plattform ville kreve flere slike skyve-kraftenhetér. En enkelt enhet kunne være konstruert for å løfte én mann og de nødvendige mekanismer for å.frembringe kraften. Han kunne da drive seg selv horisontalt ved å vippe plattformen eller ved hjelp av en sekundær propeller. It should be noted that the amplifiers described above are described in connection with a liquid medium. However, it will be clear that air can be the driving and driven medium, as the air is fed from compressed air tanks, compressors or ventilators in one vertical, inclined or horizontal direction. .In connection with aircraft, the basic tank with a mixing tube and nozzles or nozzles for high speed can produce the necessary large air volumes and other advantages due to the pressure difference on the baffle plate and extended inlets. This would be particularly applicable for lifting forces required in one operation of the helicopter type. Units as shown in fig. 1 or 3, which is directed upwards, may use nozzles 13 or propellers 23 to draw air through the mixing tube 15 or 25. A large, load-carrying platform would require several such thrusters. A single unit could be designed to lift one man and the necessary mechanisms to generate the power. He could then propel himself horizontally by tilting the platform or by means of a secondary propeller.

Claims

1. Thrust booster for a boat or vessel which is equipped with a power engine and is operated by a fluid jet drive, characterized by a guide device (11) which surrounds the thrust unit (13), and which has a trumpet-shaped extended inlet (12) placed close to the hull (14) or the vessel wall and causes fluid, such as water or air, to enter the guide device (11) radially and thereby amplify the thrust from the power unit by reducing the fluid pressure acting on the front surface of the trumpet-shaped extended inlet, as the hull or vessel wall (14) nearest the extended inlet (12) is roughened to reduce the velocity of the fluid entering the extended inlet immediately adjacent to the hull or wall (14).

2. Amplifier according to claim 1, characterized in that fixed or movable side wings (26) are arranged at the aforementioned extended entrance (12) to cause radial or swirling flow of the fluid, for example water or air, which enters the extended entrance.

3. Amplifier according to claim 1 or 2, and where the main drive unit is a propeller placed in a nozzle, characterized in that the guide device (11) is placed behind a guide plate (21) which surrounds the propeller, the guide device's extended entrance (20) being close to it widened entrance (22) of the guide plate (21) surrounding the propeller (23).

4. Amplifier according to claim 3, characterized in that the rear surface of the guide plate (21) which surrounds the propeller is roughened.

5. Amplifier according to claim 1, characterized in that the thrust unit can be pivoted on the hull to change the direction of the thrust from the same, and that the amplifier is attached in such a way that it is pivoted together with the thrust unit.