RU2169101C2

RU2169101C2 - Method of forming thrust of ship's water-jet propulsor

Info

Publication number: RU2169101C2
Application number: RU99111442A
Authority: RU
Inventors: В.В. Эшинский
Original assignee: АООТ "ОКБ Сухого"
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2001-06-20

Abstract

FIELD: shipbuilding; devices for forming thrust of water-jet propulsors. SUBSTANCE: proposed method includes filling in turn at least two working chambers with water due to velocity head of outside flow. Filling is changed by delivery of gas under excessive pressure to chambers filled with water. Pulses of hydro-jet thrust are formed alternate emptying of working chambers. When gas is fed to working chambers, hydraulic impact is formed in water filling these chambers. Excessive pressure of gas is maintained in the course of its delivery directly proportional to product of fourth power of required jet velocity of water-jet propulsor nozzle by second power of ratio of duration of gas delivery to length of flow section of engine by water. This ratio is directly proportional to ratio of square root of excessive pressure of delivered gas to second power of required nozzle jet velocity. EFFECT: increased impulse thrust of water-jet propulsor. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к жидкостным реактивным движителям, в которых реактивная струя создается с помощью насосов и импульсов давления, воздействующих на столб жидкости, преимущественно, при воспламенении газовой или паровой смеси. The invention relates to liquid jet propulsion devices, in which a jet stream is created using pumps and pressure pulses acting on a liquid column, mainly when igniting a gas or vapor mixture.

Предшествующий уровень техники. The prior art.

Реактивная тяга, создаваемая с помощью импульсов давления газа, может быть существенно более высокой, чем при использовании газа в качестве непрерывной эжектирующей среды, в изобретении по патенту США N 5,598,700. The thrust generated by gas pressure pulses can be significantly higher than when using gas as a continuous ejection medium in US Pat. No. 5,598,700.

Использование импульсов давления газа может быть реализовано подобно тому, как это предусмотрено патентом РФ N 2050307. The use of gas pressure pulses can be implemented similarly as provided for by RF patent N 2050307.

Наибольший же эффект от использования импульсов давления газа может быть достигнут, если способ создания тяги гидрореактивного движителя судна включает поочередное заполнение по меньшей мере двух рабочих камер двигателя водой за счет скоростного напора ее наружного потока, чередующееся с поочередной подачей в заполненные водой камеры газа под избыточным давлением, и создание импульсов гидрореактивной тяги при поочередном опорожнении рабочих камер, как это предусмотрено изобретением по авторскому свидетельству СССР N 508440. The greatest effect from the use of gas pressure pulses can be achieved if the method for creating thrust of a hydro-jet propulsion of a vessel involves filling at least two working chambers of the engine with water due to the high-pressure head of its external flow, alternating with alternating supply of gas to the chambers filled with water under excess pressure , and the creation of pulses of hydroreactive traction by alternately emptying the working chambers, as provided for by the invention according to the USSR copyright certificate N 508440.

Однако и в этом случае не реализованы все возможности повышения тяги движителя. However, in this case, all the possibilities of increasing the thrust of the propulsion are not realized.

Сущность изобретения
В основу изобретения положена задача создания повышенной импульсной тяги гидрореактивного движителя за счет создания в воде, истекающей из сопла движителя, напора, соответствующего давлению гидроудара.SUMMARY OF THE INVENTION
The basis of the invention is the creation of increased impulse thrust of a jet propulsion due to the creation in the water flowing out of the nozzle of the propulsion, the pressure corresponding to the pressure of the hydraulic shock.

Для решения этой задачи способ создания тяги гидрореактивного движителя судна, включающий поочередное заполнение, по меньшей мере двух рабочих камер двигателя водой за счет скоростного напора ее наружного потока, чередующееся с поочередной подачей в заполненные водой камеры газа под избыточным давлением, и создание импульсов гидрореактивной тяги при поочередном опорожнении рабочих камер, отличающийся тем, что предусматривает так же, что при подаче в рабочие камеры газа создают гидроудар в заполняющей их воде, для чего избыточное давление газа в процессе его подачи поддерживают прямо пропорциональным, приблизительно, произведению четвертой степени требуемой скорости истечения воды из сопла гидрореактивного движителя на вторую степень - квадрат отношения длительности подачи газа к длине проточной части двигателя по воде, при том что это отношение прямо пропорционально отношению, приблизительно, корня квадратного из избыточного давления подаваемого газа к второй степени - квадрату требуемой скорости истечения воды из сопла гидрореактивного движителя. To solve this problem, a method of generating thrust of a hydro-jet propulsion of a vessel, comprising alternately filling at least two working chambers of the engine with water due to the high-pressure head of its external flow, alternating with alternately supplying gas to the chambers filled with water under excessive pressure, and generating pulses of hydro-reactive thrust at alternately emptying the working chambers, characterized in that it also provides that when the gas is supplied to the working chambers, a hydraulic shock is created in the water filling them, for which an excess pressure the gas in the process of its supply is supported directly proportional, approximately, to the product of the fourth degree of the required rate of water outflow from the nozzle of the hydroreactive propulsion unit by the second degree - the square of the ratio of the duration of gas supply to the length of the engine’s flowing part through water, while this ratio is directly proportional to the ratio, approximately , the square root of the excess pressure of the supplied gas to the second degree - the square of the required rate of water outflow from the nozzle of the jet propulsion.

При такой скорости истечения напор водяного столба составляет:
H = (V/ Φ )² • 1/2g,
где Φ =0,8-0,9 - безразмерный коэффициент скорости.At this rate of discharge, the pressure of the water column is:
H = (V / Φ) ² • 1 / 2g,
where Φ = 0.8-0.9 is the dimensionless velocity coefficient.

Избыточное давление, создаваемое в процессе подачи газа в рабочие камеры, соответствует напору водяного столба. The excess pressure created during the gas supply to the working chambers corresponds to the pressure of the water column.

H₀ = V⁴/g • ( τ/L)² • C,
где H₀ - напор, соответствующий давлению газа в рабочей камере двигателя,
τ - длительность подачи газа в рабочую камеру,
L - длина проточной части двигателя по воде,
C = 0,06-0,12 - безразмерный коэффициент пропорциональности.H ₀ = V ⁴ / g • (τ / L) ² • C,
where H ₀ - the pressure corresponding to the gas pressure in the working chamber of the engine,
τ is the duration of gas supply to the working chamber,
L is the length of the engine through water,
C = 0.06-0.12 - dimensionless coefficient of proportionality.

Скорость истечения воды из сопла движителя тем больше, чем меньше отношение L/a, где

,
где а₀ - скорость распространения звука в воде,
D - приведенный внутренний диаметр водопровода от рабочей камеры до сопла движителя,
К - объемный модуль воды,
δ - толщина стенки водопровода,
E - модуль упругости материала водопровода.The rate of water outflow from the propulsion nozzle is greater, the lower the ratio L / a, where

,
where a ₀ is the speed of sound propagation in water,
D is the reduced inner diameter of the water supply from the working chamber to the propulsion nozzle,
K is the volumetric module of water,
δ is the wall thickness of the water supply,
E is the modulus of elasticity of the water supply material.

Предпочтительно, если избыточное давление в рабочих камерах создают с частотой от 1 до 10 Герц. Preferably, if the overpressure in the working chambers is created with a frequency of from 1 to 10 Hz.

В зависимости от величины импульсов гидрореактивной тяги и их частоты создается требуемая приведенная тяга движителя. Depending on the magnitude of the pulses of hydroreactive thrust and their frequency, the required reduced thrust of the propulsion device is created.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером его выполнения со ссылками на прилагаемый чертеж, изображающий двигатель с движителем, реализующие патентуемый способ. The invention is further illustrated by a specific example of its implementation with reference to the accompanying drawing, depicting an engine with a mover, implementing the patented method.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Судовой движитель содержит две коаксиальные профилированные трубы: внутреннюю 1 и внешнюю 2. На входе труб расположены общее клапанное устройство 3 и рабочие камеры 4 и 5, сообщенные между собой полостью сопел водяного эжектора 6. Камеры сгорания 7 и 8 соединены обратными клапанами 9, 10 и регулируемым газовоздушным эжектором-смесителем 11 с баллоном 12, заправленным сжиженным газом под давлением. На выходе из камер сгорания 7 и 8 установлены отражатели 13 и 14.Information confirming the possibility of carrying out the invention
The ship mover contains two coaxial shaped pipes: internal 1 and external 2. At the pipe inlet there is a common valve device 3 and working chambers 4 and 5, interconnected by the nozzle cavity of the water ejector 6. Combustion chambers 7 and 8 are connected by check valves 9, 10 and adjustable gas-air ejector-mixer 11 with a cylinder 12, charged with liquefied gas under pressure. At the exit of the combustion chambers 7 and 8, reflectors 13 and 14 are installed.

Продувочные трубы 15 и 16 соединены с выхлопной трубой 17 и выполнены с жиклерами 18, 19 и клапан-таранами 20, 21, которые соединены шарнирно-кулисным коромыслом 22 с ротором магнето 23 системы электрозажигания. Последняя имеет свечи зажигания 24 и 25, расположенные в камерах сгорания 7 и 8. The purge pipes 15 and 16 are connected to the exhaust pipe 17 and are made with nozzles 18, 19 and ram valves 20, 21, which are connected by a rocker-rocker arm 22 with a magneto rotor 23 of the electric ignition system. The latter has spark plugs 24 and 25 located in the combustion chambers 7 and 8.

Газ, поступающий из баллона 12, смешивается в эжекторе-смесителе 11 с воздухом в заданном отношении и поступают в камеру сгорания 7, где топливная смесь воспламеняется свечой зажигания 24. Продукты сгорания выбрасываются в рабочую камеру 4 и при закрытом клапан-таране 20 вытесняют находящийся в рабочей камере 4 столб воды через внутреннюю профилированную трубу 1, создавая тем самым импульс реактивной тяги. При этом центральная часть клапанного устройства 3 перекрывает сечение трубы 1. Выходящие из камеры 7 продукты сгорания дожигаются и накаляют отражатель 13, а часть воды, вытесняемой из рабочей камеры 4, при помощи эжектора 6 поступает в рабочую камеру 5, ускоряя ее заполнение совместно с подсасыванием воды через открытую периферийную часть клапанного устройства 3. При этом используется скоростной напор воды при движении судна. The gas coming from the cylinder 12 is mixed in the ejector-mixer 11 with air in a predetermined ratio and enters the combustion chamber 7, where the fuel mixture is ignited by the spark plug 24. The combustion products are discharged into the working chamber 4 and, when the ram valve 20 is closed, displace the working chamber 4 is a column of water through the internal profiled pipe 1, thereby creating an impulse of jet propulsion. In this case, the central part of the valve device 3 overlaps the cross section of the pipe 1. The combustion products leaving the chamber 7 are burned and glow the reflector 13, and part of the water displaced from the working chamber 4, through the ejector 6 enters the working chamber 5, accelerating its filling together with suction water through the open peripheral part of the valve device 3. In this case, a high-pressure water head is used when the vessel is moving.

В это время камера сгорания 8 заполняется топливной смесью, а рабочая камера 5 - водой. Продукты сгорания предыдущего цикла удаляются через продувочную трубу 16, открытый клапан-таран 21 и выхлопную трубу 17. At this time, the combustion chamber 8 is filled with fuel mixture, and the working chamber 5 is filled with water. The combustion products of the previous cycle are removed through the purge pipe 16, the open ram valve 21 and the exhaust pipe 17.

По заполнении рабочей камеры 5 вода поступает в продувочную трубу 16 и закрывает клапан-таран 21. При этом часть воды через жиклер 19 разбрызгивается на раскаленный в предыдущем цикле отражатель 14 и, превращаясь в пар, совместно с движущимся вверх в рабочей камере водяным поршнем сжимает топливную смесь в камере сгорания 8. В момент закрытия клапана-тарана 21 на контакты свечи зажигания 25 подается высокое напряжение от магнето 23. Топливная смесь в камере, сгорания 8 воспламеняется, а в первом рабочем контуре начинается продувка и заполнение рабочей камеры 4 водой и камеры сгорания 7 топливной смесью. When the working chamber 5 is filled, water enters the purge pipe 16 and closes the ram valve 21. In this case, part of the water is sprayed through the nozzle 19 onto the reflector 14 heated in the previous cycle and, turning into steam, together with the water piston moving upward in the working chamber compresses the fuel piston the mixture in the combustion chamber 8. At the moment of closing the ram valve 21, high voltage from magneto 23 is supplied to the contacts of the spark plug 25. The fuel mixture in the combustion chamber 8 is ignited, and purging and filling of the work begins in the first working circuit whose chamber 4 is water and the combustion chamber 7 is a fuel mixture.

Синхронная работа клапан-таранов 20 и 21 совместно с системой электросжигания 5 обеспечивает последовательное повторение рабочих циклов в обоих рабочих контурах. The synchronous operation of valve rams 20 and 21 in conjunction with the electric combustion system 5 provides a consistent repetition of duty cycles in both work loops.

Таким образом происходит поочередное заполнение по меньшей мере двух рабочих камер 4 и 5 двигателя водой за счет скоростного напора ее наружного потока, чередующееся с поочередной подачей в заполненные водой камеры газа под избыточным давлением, и создание импульсов гидрореактивной тяги при поочередном опорожнении рабочих камер с частотой от 1 до 10 Герц. При подаче в рабочие камеры 4 и 5 газа создают гидроудар в заполняющей их воде. Избыточное давление газа в процессе его подачи поддерживают прямо пропорциональным, приблизительно, произведению четвертой степени требуемой скорости истечения воды из сопел труб 1 и 2 на вторую степень - квадрат отношения длительности подачи газа к длине проточной части двигателя по воде. Это отношение прямо пропорционально отношению, приблизительно, корня квадратного из избыточного давления подаваемого газа к второй степени - квадрату скорости истечения воды из сопел труб 1 и 2, как это показано в разделе "Сущность изобретения". Thus, at least two working chambers 4 and 5 of the engine are alternately filled with water due to the high-pressure head of its external flow, alternating with alternating supply of gas under pressure to the water-filled chambers, and the generation of impulse hydroreactive draft during alternate emptying of the working chambers with a frequency of 1 to 10 Hertz. When gas is supplied to the working chambers 4 and 5, a hydroblow is created in the water filling them. The excess gas pressure in the process of its supply is supported directly proportional to approximately the product of the fourth degree of the required rate of water flow from the nozzles of pipes 1 and 2 by the second degree - the square of the ratio of the duration of gas supply to the length of the engine’s flowing passage through water. This ratio is directly proportional to the ratio of approximately the square root of the excess pressure of the supplied gas to the second degree - the square of the rate of water flow from the nozzles of pipes 1 and 2, as shown in the Summary of the Invention.

Claims

1. A method of creating a thrust of a hydro-jet propulsion of a vessel, comprising alternately filling at least two working chambers of the engine with water due to the high-pressure head of its external flow, alternating with alternately supplying gas filled with water under excess pressure, and generating pulses of hydro-reactive thrust in alternating emptying the working chambers, characterized in that when the gas is supplied to the working chambers, they create a water hammer in the water filling them, for which the excess gas pressure is directly supported during its supply proportional to the product of the fourth degree of the required speed of water flowing out of the nozzle of the hydroreactive propulsion device to the second degree - the square of the ratio of the duration of the gas supply to the length of the engine’s flowing part in water, while this ratio is directly proportional to the ratio of approximately the square root of the excess gas pressure to the second degree - the square of the required speed of the outflow of water from the nozzle of the jet propulsion.

2. The method according to claim 1, characterized in that the excess gas pressure in the working chambers is created with a frequency of from 1 to 10 Hz.