PL215828B1 - Sposób falowego napedu jednostek plywajacych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób falowego napędu, polegający na generowaniu fali lokomotorycznej do napędu jednostek pływających.

Obecnie istnieje szereg urządzeń wykorzystujących falujące elementy parcia jako źródło napędu pojazdów pływających, w których to masy cieczy przemieszczane są w kierunku prostopadłym do płaszczyzny oscylacji tych elementów.

Znany z opisu US 3620651 sposób wymuszania przepływu płynu wykorzystujący odpowiednio zamocowany, połączony z generatorem ruchu poprzez układ dźwigni, powierzchniowy element parcia, który realizuje sinusoidalny przebieg funkcji położenia wymuszając tym samym przepływ płynu w kierunku prostopadłym do płaszczyzny oscylacji. Wspólnym dla całego układu generatorem ruchu jest wał korbowy o stałej wartości wykorbienia. Sposób generowania fali lokomotorycznej umożliwia zmianę częstotliwości pracy natomiast brak w nim możliwości niezależnej zmiany amplitud składowych.

W opisie US 3435800 jest przedstawiony sposób wymuszania przepływu płynu wykorzystujący falujący element parcia rozpięty między kadłubami katamaranu. W tym rozwiązaniu, do wymuszania falowego ruchu powierzchniowego elementu parcia używa się systemu hydraulicznego, w skład, którego wchodzą pompa o stałym wydatku, rozdzielacz wielotłoczkowy oraz układ rozmieszczonych wewnątrz powierzchniowego elementu parcia dwóch warstw kanałów stanowiących generator ruchu. Czynnik roboczy jest naprzemiennie wtłaczany a następnie z nich wypompowywany. Działanie takie powoduje fluktuacje naprężeń wewnątrz kanałów a co za tym idzie lokalne odkształcenie elementu. Zestawienie tych odkształceń lokalnych w odpowiedni ciąg daje w efekcie falowy ruch całego powierzchniowego elementu parcia. Z uwagi na to, że tłoki rozdzielacza zasilane są z jednego wału korbowego posiadają stały skok a co za tym idzie, układ posiada jedynie możliwość zmiany częstotliwości pracy.

Z opisu o numerze RU 2009958 znany jest sposób wymuszania przepływu płynu wykorzystujący powierzchniowy element parcia wykonany z zestawu przymocowanych na sztywno do kadłuba odkształcalnych ramion, połączonych błoną. Tylko pierwsze ramię połączone jest z generatorem. Układ również posiada jedynie możliwość zmiany częstotliwości pracy.

Znany jest również sposób wymuszania przepływu płynu, przedstawiony w opisie US 5511666, zasadniczo podobny do wyżej opisanego z tą różnicą, że mechanizm wykonawczy składa się z dużej ilości, ciasno upakowanych ramion, które współdziałając ze sobą wymuszają powstanie fali lokomotorycznej w kierunku prostopadłym do płaszczyzny ich oscylacji. Falowy ruch ramion generowany jest przez postępowy ruch krzywko podobnych ślizgaczy sterujących. Podobnie sposób ten zapewnia jedynie możliwość zmiany częstotliwości pracy układu ponieważ ruch wszystkich ramion wymuszany jest przez wspólny ślizgacz o stałej geometrii.

Z opisu ES2170004 znany jest sposób wymuszania przepływu płynu polegający na wprawianiu w ruch zestawu ramion połączonych ze sobą elastyczną błoną stanowiącą powierzchniowy element parcia. Generatorem ruchu w tym przypadku jest wał krzywkowy, w związku z czym i tutaj istnieje możliwość, tylko i wyłącznie, zmiany częstotliwości pracy układu.

W opisie EP0903288 ujawniono sposób wymuszania przepływu płynu, polegający na wprowadzaniu w ruch w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku przepływu płynu, pewnej liczby ramion, które na pewnej części swej długości wystają z kadłuba jednostki, oraz na których zamocowany jest powierzchniowy element parcia, charakteryzujący się tym, że każde z ramion, wykonujących ruch wahliwy bądź posuwisto zwrotny, napędzane jest indywidualnym generatorem o zmiennej amplitudzie i częstotliwości wychyleń, sterowanym z centralnej, elektronicznej jednostki sterującej.

Celem rozwiązania według wynalazku jest optymalizacja sterowania charakterystyką fali lokomotorycznej odpowiednio do prędkości jednostki pływającej.

Istotą sposobu falowego napędu jednostek pływających jest to, że ramiona wykonujące ruch wahliwy lub posuwisto - zwrotny generują falę lokomotoryczną o zmiennej charakterystyce, przy czym stosunek sąsiadujących w danej chwili ze sobą amplitud tej fali przyjmuje wartość od 1 do 2.

Korzystnie stosunki dowolnych amplitud są proporcjonalne do stosunku dowolnych wyrazów ciągu: 1, s, s², s³, ... , sⁿ, w którym sⁿ = s^n-1 + s^n-2.

Korzystnie zarys konturu powierzchni elementu parcia, gdy ramiona ułożone są w tej samej płaszczyźnie, ma kształt linii krzywej.

PL 215 828 B1

Korzystnie zarys konturu jest symetryczny względem osi symetrii elementu parcia.

Przedstawione powyżej rozwiązanie wymusza falowy przepływ płynu, który w połączeniu z układem niezależnie ruchomych, wahliwych lub suwliwych, połączonych w jeden elastyczny zespół elementów konstrukcji, daje możliwość wytworzenia fali lokomotorycznej. Parametry tej fali - tj. amplitudy poszczególnych końcówek ramion oraz częstotliwość ich pracy - mogą być modyfikowane w funkcji prędkości przepływu płynu wzdłuż powierzchniowego elementu parcia, w czasie rzeczywistym, w sposób ciągły i od siebie niezależny. Efektem sterowania charakterystyką fali oraz szczególnej geometrii elementu parcia jest zabezpieczenie Iaminarnego przepływu płynu wzdłuż jego powierzchni oraz zapewnienie optymalnych, wynikających z mechaniki danego płynu, parametrów fali lokomotorycznej, dobranych odpowiednio do żądanej prędkości przepływu płynu przez zanurzony w nim powierzchniowy element parcia, zapewniając tym samym polepszenie współczynnika sprawności hydrodynamicznej.

Sposób według wynalazku jest wyjaśniony na podstawie opisu budowy i działania przykładowego rozwiązania jednostki pływającej, przedstawionej na rysunku. Fig. 1 - przedstawia rzut perspektywiczny pojedynczego zespołu napędowego, fig. 2 - przedstawia w rzucie perspektywicznym jeden ze sposobów rozmieszczenia dwóch powierzchniowych elementów parcia w jednostce wodnej, Fig. 3 - przedstawia geometrię krzywej lokomotorycznej w chwili rozpędzania jednostki z prędkości zerowej, fig. 4 - przedstawia geometrię krzywej lokomotorycznej w chwili osiągnięcia przez jednostkę średniej prędkości postępowej, fig. 5 - przedstawia geometrię krzywej lokomotorycznej w chwili osiągnięcia przez jednostkę jego maksymalnej prędkości postępowej, fig. 6 - przedstawia kontur tworzący powierzchniowy element parcia w rzucie pionowym, fig. 7, fig. 8, fig. 9, fig. 10, fig. 11 - przedstawiają możliwe warianty konfiguracji pędnika dla jednostki nawodnej mono i wielokadłubowej oraz podwodnej.

Sposób sterowania napędem według wynalazku zobrazowano w oparciu o układ napędowy z ramionami wykonującymi ruch wahliwy, przedstawiony na fig. 1. W przedstawionym wariancie powierzchniowy element parcia 1 stanowi elastyczna, gumowa błona łącząca poszczególne ramiona 2. Masy wody przemieszczane są w kierunku prostopadłym do płaszczyzny oscylacji ramion 2. Jako generatorów ruchu 3 użyto siłowników hydraulicznych dwustronnego działania. Każdy generator 3 połączony jest z dwoma niezależnie pracującymi rozdzielaczami 7. Układ wyposażony jest w zbiornik przelewowy 6 oraz pompę 8 o stałym wydatku, która doprowadza czynnik roboczy równolegle do wszystkich generatorów 3. Zależności pomiędzy poszczególnymi amplitudami A ramion 2 przedstawia fig. 3. Zmianę charakterystyki fali lokomotorycznej, zobrazowaną ideowo na fig. 3, fig. 4, fig. 5, uzyskuje się poprzez zmianę czasów otwarcia zaworów rozdzielaczy 7, sterowanych z centralnej, elektronicznej jednostki sterującej 4. Program sterujący pracą rozdzielaczy zapewnia dobór charakterystyki fali w zależności od prędkości jednostki zadanej przez operatora jak również od prędkości aktualnej rozwijanej przez pojazd. Gdy prędkość pojazdu wzrasta od zera tzn., gdy jednostka rusza, amplitudy A fali są stosunkowo duże, a częstotliwość pracy układu niewielka co pokazano na fig. 3. Wraz ze wzrostem prędkości postępowej jednostki, amplitudy A ruchu poszczególnych ramion 2 maleją a częstotliwość pracy całego układu wzrasta, co pokazano na fig. 4 aż do wartości maksymalnej fig. 5, gdzie wartość częstotliwości pracy osiąga maksimum. Wartości sąsiadujących ze sobą amplitud A fali lokomotorycznej w danej chwili nie są równe lecz wzrastają, wraz z odległością od czoła zespołu w kierunku jego środka, w sposób pokazany na fig. 3, fig. 4, fig. 5. Symbolem VC oznaczono umownie względną prędkość przepływu cieczy, natomiast symbolem Vp oznaczono bezwzględną prędkość postępową pojazdu. Na fig. 6 przedstawiono wariant konstrukcyjny jednostki wyposażonej w dwa asymetryczne elementy parcia, natomiast linią 10, w strefie rufowej jednostki, zaznaczono przebieg konturu 5 powierzchniowych elementów parcia w wykonaniu symetrycznym względem osi 9.

Claims (4)

1. Sposób falowego napędu jednostek pływających, polegający na wprowadzaniu w ruch w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku przepływu płynu, pewnej liczby ramion, które na pewnej części swej długości wystają z kadłuba jednostki oraz, na których zamocowany jest powierzchniowy element parcia, przy czym każde z ramion wykonujących ruch wahliwy bądź posuwisto-zwrotny, napędzane jest indywidualnym generatorem o zmiennej amplitudzie (A) i częstotliwości (f) wychyleń, sterowanym z centralnej, elektronicznej jednostki sterującej, znamienny tym, że ramiona (2) generują

PL 215 828 B1 falę lokomotoryczną o zmiennej charakterystyce, taką że stosunek (s) sąsiadujących w danej chwili ze sobą amplitud (A) tej fali przyjmuje wartość z przedziału od 1 do 2.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunki dowolnych amplitud (A) są proporcjonalne do stosunku dowolnych wyrazów ciągu: 1, s, s², s³, ... , sⁿ, w którym sⁿ = s^n-1 + s^n-2.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zarys konturu (5) powierzchni elementu parcia (1), gdy ramiona (2) ułożone są w tej samej płaszczyźnie, ma kształt linii krzywej.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że zarys konturu (5) jest symetryczny względem osi symetrii (9) elementu parcia (1).