RU2335429C1 - Suspended wind engine for small vessels - Google Patents

Suspended wind engine for small vessels Download PDF

Info

Publication number
RU2335429C1
RU2335429C1 RU2007100459/11A RU2007100459A RU2335429C1 RU 2335429 C1 RU2335429 C1 RU 2335429C1 RU 2007100459/11 A RU2007100459/11 A RU 2007100459/11A RU 2007100459 A RU2007100459 A RU 2007100459A RU 2335429 C1 RU2335429 C1 RU 2335429C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
propeller
wind
fin
mast
wind turbine
Prior art date
Application number
RU2007100459/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007100459A (en
Inventor
Георгий Павлович Лысенко (RU)
Георгий Павлович Лысенко
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (технический университет)
Георгий Павлович Лысенко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (технический университет), Георгий Павлович Лысенко filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (технический университет)
Priority to RU2007100459/11A priority Critical patent/RU2335429C1/en
Publication of RU2007100459A publication Critical patent/RU2007100459A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2335429C1 publication Critical patent/RU2335429C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236Renewable or hybrid-electric solutions

Abstract

FIELD: transportation, engines and pumps.
SUBSTANCE: suspended wind engine for small vessels includes mast, windwheel with flexible or rigid blades containing ribs, transmission, propulsive screw with drive located in body, and fin. Windwheel, transmission, fin and propulsive screw are integrated in one structure equipped with horizontal half-axles fitted into mast bearings.
EFFECT: providing safe for crew movement of small vessel at any angle to wind direction.
4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям для маломерных судов, в частности к ветродвигателям, и может быть применено как экологически чистое и бесшумное устройство для передвижения по воде.The invention relates to engines for small boats, in particular to wind turbines, and can be used as an environmentally friendly and noiseless device for movement on water.

Известен ветродвигатель для судна, включающий в себя мачту, установленную в вертикальной плоскости вблизи от центра бокового сопротивления транспортного средства, ветроколесо с большим количеством гибких или жестких лопастей с нервюрами, установленное на вершине мачты и способное поворачиваться вокруг вертикальной оси, балансировочную штангу, уравновешивающую и фиксирующую ветроколесо при повороте его вокруг вертикальной оси и установке перпендикулярно ветру под действием набегающего воздушного потока. Гибкие или жесткие лопасти уравновешены с помощью противовесов вокруг собственных осей и снабжены механизмом регулирования шага, обеспечивающим возможность поворота лопасти вокруг собственной оси. В рабочем положении лопасти направлены под углом не более 45 градусов к направлению ветра. Мощность от ветроколеса передается к стационарному гребному винту через механическую передачу. Управление движением судна осуществляется с помощью руля. Ветроколесо снабжено тормозным устройством. (UK Patent Application GB 2286570 A, опубл. 23.08.1995 г.).Known wind turbine for a vessel, including a mast mounted in a vertical plane near the center of the lateral resistance of the vehicle, a wind wheel with a large number of flexible or rigid blades with ribs, mounted on the top of the mast and able to rotate around a vertical axis, balancing rod, balancing and fixing the wind wheel when it is rotated around a vertical axis and installed perpendicular to the wind under the influence of the incoming air flow. Flexible or rigid blades are balanced by means of counterweights around their own axes and are equipped with a pitch control mechanism that allows the blade to rotate around its own axis. In the working position, the blades are directed at an angle of not more than 45 degrees to the direction of the wind. Power is transmitted from the wind wheel to the stationary propeller via a mechanical transmission. The movement of the vessel is controlled using the steering wheel. The wind wheel is equipped with a brake device. (UK Patent Application GB 2286570 A, publ. 08.23.1995).

Недостатками такого двигателя является то, что необходимость размещения мачты в центре бокового сопротивления приводит к тому, что вращающееся ветроколесо окажется непосредственно над головами экипажа, что опасно и психологически неприемлемо, кроме того, поворота лопасти вокруг собственной оси недостаточно для эффективной работы ветродвигателя по ветру и против ветра.The disadvantages of this engine is that the need to place the mast in the center of lateral resistance leads to the fact that the rotating wind wheel will be directly above the heads of the crew, which is dangerous and psychologically unacceptable, in addition, turning the blade around its own axis is not enough for the wind turbine to work effectively against and against the wind.

Стационарное закрепление гребного винта ограничивает возможность плавания на мелководье.The stationary fixing of the propeller limits the possibility of swimming in shallow water.

Большое количество лопастей, установленных под углом не более 45 градусов к направлению ветра, не может обеспечить высокой скорости судна против ветра.A large number of blades installed at an angle of not more than 45 degrees to the direction of the wind cannot provide a high speed of the vessel against the wind.

Использование в прототипе руля для управления судном, снабженным ветродвигателем, приводит к существенному уменьшению скорости движения против ветра из-за увеличения гидродинамического сопротивления симметричного профиля при наличии на нем угла атаки.The use of a rudder in a prototype for controlling a ship equipped with a wind turbine leads to a significant decrease in the speed of movement against the wind due to an increase in the hydrodynamic resistance of a symmetrical profile in the presence of an angle of attack on it.

Целью изобретения является обеспечение безопасного для экипажа движения маломерного судна под любым углом к направлению ветра, в том числе и против ветра с максимально возможной скоростью и обеспечение возможности его плавания на мелководье и участках, заросших водорослями.The aim of the invention is the provision of safe for the crew of the movement of a small vessel at any angle to the direction of the wind, including against the wind at the highest possible speed and making it possible to sail in shallow water and areas overgrown with algae.

Поставленная цель достигается тем, что в подвесном ветродвигателе, включающем в себя мачту, ветроколесо с гибкими или жесткими лопастями, снабженными нервюрами, трансмиссию, плавник и гребной винт с приводом в корпусе, согласно изобретению ветроколесо, трансмиссия, плавник и гребной винт объединены в одну конструкцию, снабженную горизонтальными полуосями, вставленными в подшипники мачты, нервюры гибких лопастей снабжены втулками с пазами разной длины, корпус привода гребного винта снабжен подшипником с возможностью поворота корпуса, а плавник гребного винта выполнен с осевым отверстием, сквозь которое проходит поворотный корпус привода гребного винта, и в своей верхней части плавник выполнен с фигурным выступом для фиксации замком мачты, при этом угол установки концов гибких или жестких лопастей к плоскости вращения ветроколеса выполнен в диапазоне 20-25 градусов, а угол установки лопастей на расстоянии 0,25 радиуса от центра ветроколеса выполнен в диапазоне от 55 до 65 градусов.This goal is achieved by the fact that in an outboard wind turbine that includes a mast, a wind wheel with flexible or rigid blades equipped with ribs, a transmission, a fin and a propeller with a drive in the housing, according to the invention, the wind wheel, a transmission, a fin and a propeller are combined into one design equipped with horizontal axles inserted in the bearings of the mast, the ribs of the flexible blades are equipped with bushings with grooves of different lengths, the propeller drive housing is equipped with a bearing to rotate the housing, and the propeller fin is made with an axial hole through which the rotary propeller drive housing passes, and in its upper part the fin is made with a figured protrusion for fixing the mast lock, while the installation angle of the ends of the flexible or rigid blades to the plane of rotation of the wind wheel is made in the range of 20 25 degrees, and the angle of installation of the blades at a distance of 0.25 radius from the center of the wind wheel is made in the range from 55 to 65 degrees.

На фиг.1 изображена конструктивная схема подвесного ветродвигателя с гибкими лопастями.Figure 1 shows a structural diagram of an outboard wind turbine with flexible blades.

На фиг.2 изображен общий вид подвесного ветродвигателя с гибкими лопастями на надувной лодке.Figure 2 shows a General view of an outboard wind turbine with flexible blades on an inflatable boat.

На фиг.3 изображен общий вид подвесного ветродвигателя с гибкими лопастями в поднятом положении.Figure 3 shows a General view of an outboard wind turbine with flexible blades in a raised position.

На фиг.4 изображен общий вид подвесного ветродвигателя с жесткими лопастями на байдарке.Figure 4 shows a General view of an outboard wind turbine with rigid blades on a kayak.

На фиг.5 изображен общий вид подвесного ветродвигателя с жесткими лопастями в поднятом положении.Figure 5 shows a General view of an outboard wind turbine with rigid blades in a raised position.

Подвесной ветродвигатель для маломерных судов содержит: гребной винт - 1, конический редуктор гребного винта - 2, приводной вал - 3, трубу корпуса приводного вала - 4, замок мачты - 5, заднее ребро мачты - 6, рулевую тягу - 7, корпус судна - 8, переднее ребро мачты - 9, тросово-винтовой зажим - 10, патрубок - 11, кольцевую опору - 12, конический редуктор ветродвигателя - 13, полуось поворота ветродвигателя в вертикальной плоскости - 14, перемычки для соединения ребер мачты - 15, 16, штангу управления ветродвигателем в горизонтальной плоскости - 17, штангу управления гребным винтом - 18, фиксатор штанги управления гребным винтом - 19, ступицу ветродвигателя - 20, втулку флюгерной нервюры - 21, трубчатые лонжероны - 22, флюгерные нервюры - 23, подшипник корпуса привода гребного винта - 24, фигурный выступ плавника - 25, плавник - 26.The outboard wind turbine for small boats contains: propeller - 1, conical gear of the propeller - 2, drive shaft - 3, pipe of the drive shaft housing - 4, mast lock - 5, rear mast edge - 6, steering rod - 7, ship hull - 8, the front edge of the mast - 9, the cable-screw clamp - 10, the nozzle - 11, the ring support - 12, the bevel gear of the wind turbine - 13, the axis of rotation of the wind turbine in the vertical plane - 14, the jumpers for connecting the edges of the mast - 15, 16, the rod horizontal wind turbine control - 17, control bar gr with a propeller - 18, a propeller control rod retainer - 19, a wind turbine hub - 20, a vane rib sleeve - 21, tubular spars - 22, vane ribs - 23, a propeller drive housing bearing - 24, a fin shaped protrusion - 25, a fin - 26.

Гребной винт 1 через конический редуктор 2, приводной вал 3 и конический редуктор 13 соединен со ступицей ветроколеса 20. Приводной вал 3 заключен в трубу корпуса приводного вала 4. Эта труба может поворачиваться в подшипнике 24 с помощью рулевой тяги 7. Передние ребра мачты 9, закрепленной на корме 8, в своей верхней части имеют отверстия, служащие подшипниками для фиксации в них полуосей 14 кольца 12, в котором может поворачиваться патрубок 11, закрепляемый в нужном положении тросово-винтовым зажимом 10, фиксирующим положение штанги 17. В ступицу ветроколеса 20 вставлены круглые лонжероны 22, снабженные упорами для втулок 21, флюгерных нервюр 23. Упоры входят в пазы втулок 21. Плавник гребного винта 26 в рабочем положении фиксируется за свой фигурный выступ 25 замком 5, установленным на заднем ребре мачты 6. На лонжероны 22 и нервюры 23 надевается тканевая оболочка.The propeller 1 through a bevel gear 2, a drive shaft 3 and a bevel gear 13 is connected to the hub of the wind wheel 20. The drive shaft 3 is enclosed in a pipe of the housing of the drive shaft 4. This pipe can be rotated in the bearing 24 using the steering rod 7. The front ribs of the mast 9, fixed on the stern 8, in its upper part there are holes that serve as bearings for fixing in them the axle shafts 14 of the ring 12, in which the nozzle 11 can be rotated, fixed in the desired position by a cable-screw clamp 10, fixing the position of the rod 17. In the hub wind the wheels 20 are inserted round spars 22, equipped with stops for bushings 21, vane ribs 23. The stops enter the grooves of the bush 21. The fin of the propeller 26 in the working position is fixed to its figured protrusion 25 by a lock 5, mounted on the rear edge of the mast 6. On the spars 22 and ribs 23 put on a tissue sheath.

Жесткость мачты обеспечивается перемычками 15 и 16. Штанга управления поворотом корпуса привода гребного винта 18 связана с управляющей кулисой, снабженной фиксатором 19.The rigidity of the mast is provided by jumpers 15 and 16. The control rod for controlling the rotation of the propeller drive housing 18 is connected to a control link provided with a latch 19.

Подвесной ветродвигатель работает следующим образом. Первоначально подвесной ветродвигатель поднят и ветроколесо занимает горизонтальное положение. При отходе от берега на глубину немного более диаметра гребного винта подвесной ветродвигатель поворачивается на полуосях 14, вставленных в подшипники мачты, и гребной винт опускается в воду. При этом плавник 26 своим фигурным выступом 25 заходит в замок мачты 5 и фиксируется в нем. Наконечник рулевой тяги 7 вставляется в отверстие штанги управления гребным винтом 18. Наконечники тросов, выходящих из тросово-винтового зажима 10, вставляются в отверстия штанги управления ветродвигателем в горизонтальной плоскости 17, и ветроколесо разворачивается в кольцевой опоре 12 перпендикулярно ветру или под необходимым углом к направлению ветра. Это направление фиксируется винтовым зажимом. Под действием набегающего потока флюгерные нервюры 23 поворачиваются вокруг лонжеронов 22 на втулках 21 и становятся на упоры, входящие в пазы втулок 21. Длина паза определяет угол поворота нервюры. У нервюр, расположенных ближе к ступице 20, длина паза больше, чем у концевых нервюр. За счет этого обеспечивается необходимая аэродинамическая крутка гибкой лопасти ветроколеса. Ветроколесо начинает вращаться. Механический момент от ветроколеса передается гребному винту 1 через конический редуктор ветродвигателя 13, приводной вал 3 и конический редуктор гребного винта 2. Управление движением судна по курсу осуществляется поворотом трубы корпуса приводного вала 4 в подшипнике 24 с помощью штанги 18 при неподвижном плавнике 26. Движение по заданному курсу происходит с помощью фиксатора штанги управления гребным винтом 19.Outboard wind turbine operates as follows. Initially, the outboard wind turbine is raised and the wind wheel is in a horizontal position. When moving away from the shore to a depth slightly greater than the diameter of the propeller, the outboard wind turbine rotates on the axles 14 inserted in the bearings of the mast, and the propeller is lowered into the water. In this case, the fin 26 with its figured protrusion 25 enters the castle of the mast 5 and is fixed in it. The tie rod end 7 is inserted into the hole of the propeller control rod 18. The ends of the cables exiting the cable-screw clamp 10 are inserted into the holes of the wind turbine control rod in the horizontal plane 17, and the wind wheel is deployed in the annular support 12 perpendicular to the wind or at the necessary angle to the direction the wind. This direction is fixed with a screw clamp. Under the action of the oncoming flow, the weathervane ribs 23 rotate around the side members 22 on the bushes 21 and stand on the stops included in the grooves of the bushes 21. The length of the groove determines the angle of rotation of the ribs. In ribs located closer to the hub 20, the groove length is longer than in the end ribs. Due to this, the necessary aerodynamic twist of the flexible blade of the wind wheel is provided. The wind wheel begins to spin. The mechanical moment from the wind wheel is transmitted to the propeller 1 through the bevel gear of the wind turbine 13, the drive shaft 3 and the bevel gear of the propeller 2. The vessel is controlled in the direction of rotation by turning the pipe of the drive shaft housing 4 in the bearing 24 using the rod 18 with a stationary fin 26. predetermined course occurs using the lock rod control propeller 19.

При изменении направления ветра на противоположное флюгерные нервюры 23 разворачиваются под действием воздушного потока так, как показано на виде А, и становятся на упоры, изменяя аэродинамическую крутку лопасти на противоположную, а направление вращения ветроколеса и, следовательно, гребного винта остается тем же самым. Таким образом, любое направление ветра в диапазоне 360 градусов по отношению к курсу судна может быть использовано при повороте ветроколеса на 90 градусов в одну или другую сторону. При этом ветроколесо всегда остается вне зоны нахождения экипажа и плоскость его вращения никогда не проходит через область нахождения людей.When the wind direction changes to the opposite, the vane ribs 23 unfold under the action of the air flow as shown in view A and become abutted, changing the aerodynamic twist of the blade to the opposite, and the direction of rotation of the wind wheel and, therefore, the propeller remains the same. Thus, any wind direction in the range of 360 degrees relative to the course of the vessel can be used when the wind wheel rotates 90 degrees in one or the other direction. In this case, the wind wheel always remains outside the crew area and the plane of its rotation never passes through the area where people are located.

Выбор гибких или жестких лопастей определяется типом судна. Для коротких надувных лодок неприемлема ситуация, когда ветроколесо поворачивается на 360 градусов. В этом случае применение гибких лопастей делает эксплуатацию подвесного ветродвигателя безопасной.The choice of flexible or rigid blades is determined by the type of vessel. For short inflatable boats, the situation when the wind wheel is rotated 360 degrees is unacceptable. In this case, the use of flexible blades makes the operation of an outboard wind turbine safe.

Однако аэродинамическое качество гибких лопастей ниже, чем жестких. Для относительно длинных маломерных судов, например для байдарки, возможно осуществлять поворот ветроколеса подвесного ветродвигателя на 360 градусов без опасности для экипажа. При этом всегда возможно выбрать такую плоскость вращения ветроколеса, чтобы она не проходила через плоскость нахождения людей. Применение в этом случае жестких лопастей с высоким аэродинамическим качеством при несущественном изменении схемы управления подвесным ветродвигателем позволяет достичь большей скорости при движении против ветра.However, the aerodynamic quality of flexible blades is lower than rigid. For relatively long small boats, such as kayaks, it is possible to rotate the wind wheel of an outboard wind turbine 360 degrees without danger to the crew. In this case, it is always possible to choose a plane of rotation of the wind wheel so that it does not pass through the plane of finding people. The use in this case of rigid blades with high aerodynamic quality with an insignificant change in the control circuit of an outboard wind turbine allows you to achieve greater speed when moving against the wind.

Claims (4)

1. Подвесной ветродвигатель для маломерных судов, включающий в себя мачту, ветроколесо с гибкими или жесткими лопастями, содержащими нервюры, трансмиссию, гребной винт с приводом, размещенным в корпусе, и плавник, отличающийся тем, что ветроколесо, трансмиссия, плавник и гребной винт объединены в одну конструкцию, снабженную горизонтальными полуосями, вставленными в подшипники мачты.1. An outboard wind turbine for small vessels, including a mast, a wind wheel with flexible or rigid blades containing ribs, a transmission, a propeller with a drive located in the hull, and a fin, characterized in that the wind wheel, transmission, fin and propeller are combined in one design equipped with horizontal axles inserted in the bearings of the mast. 2. Подвесной ветродвигатель для маломерных судов по п.1, отличающийся тем, что нервюры гибких лопастей в своей корневой части снабжены втулками с пазами разной длины.2. The outboard wind turbine for small boats according to claim 1, characterized in that the ribs of the flexible blades in their root part are provided with bushings with grooves of different lengths. 3. Подвесной ветродвигатель для маломерных судов по п.1, отличающийся тем, что корпус привода гребного винта снабжен подшипниками с возможностью поворота корпуса, а плавник гребного винта выполнен с осевым отверстием, сквозь которое проходит корпус привода гребного винта, и в своей верхней части плавник выполнен с фигурным выступом для соединения его с мачтой.3. The outboard wind turbine for small boats according to claim 1, characterized in that the propeller drive housing is provided with bearings to rotate the housing, and the propeller fin is made with an axial hole through which the propeller drive housing passes, and in its upper part, the fin made with a curly protrusion for connecting it to the mast. 4. Подвесной ветродвигатель для маломерных судов по п.1, отличающийся тем, что угол установки концов гибких и жестких лопастей к плоскости вращения ветроколеса выполнен в диапазоне 20-25°, а угол установки лопастей на расстоянии 0,25 радиуса от центра ветроколеса выполнен в диапазоне от 55 до 65°.4. The outboard wind turbine for small boats according to claim 1, characterized in that the angle of installation of the ends of the flexible and rigid blades to the plane of rotation of the wind wheel is made in the range of 20-25 °, and the angle of installation of the blades at a distance of 0.25 radius from the center of the wind wheel is made range from 55 to 65 °.
RU2007100459/11A 2007-01-09 2007-01-09 Suspended wind engine for small vessels RU2335429C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007100459/11A RU2335429C1 (en) 2007-01-09 2007-01-09 Suspended wind engine for small vessels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007100459/11A RU2335429C1 (en) 2007-01-09 2007-01-09 Suspended wind engine for small vessels

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007100459A RU2007100459A (en) 2008-07-20
RU2335429C1 true RU2335429C1 (en) 2008-10-10

Family

ID=39927765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007100459/11A RU2335429C1 (en) 2007-01-09 2007-01-09 Suspended wind engine for small vessels

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2335429C1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007100459A (en) 2008-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101640386B1 (en) Floating structure fluid dynamic force use system and wind-propelled vessel
US4276033A (en) Sailing system
US9266595B2 (en) Retractable thruster unit for a marine vessel
US6910434B2 (en) Control device for steering kite on a boat
ES2905804T3 (en) floating platform
RU2629812C1 (en) Propulsive arrangement
KR101422694B1 (en) Propulsion apparatus for ship
KR100506429B1 (en) High-velocity rudder
JP6266685B2 (en) Floating fluid power utilization system and wind power propulsion ship using the same
CN108284930B (en) Propelling device capable of absorbing water at 360 degrees
RU2731811C1 (en) Propeller and thrust unit
RU2335429C1 (en) Suspended wind engine for small vessels
EP1970302A1 (en) Oscillating hydrofoil propulsion and steering system
US20070062428A1 (en) High speed sailing craft
WO2001047770A1 (en) Partially submerged controllable pitch propeller fitted to a transom contoured thereto
KR20160027557A (en) Propulsion system for ship
WO2002042640A1 (en) Wind generator using magnus-effects
CN212685853U (en) Variable wing hydrofoil
CN213800143U (en) Hydrodynamic layout full-rotation rudder propeller
US20020195040A1 (en) Water craft, such as a boat or a ship
KR100496427B1 (en) A boat using wind-force
KR101840705B1 (en) Multiple vertical axis tidal generators and combined power generation using it
FI86831B (en) Wind-powered boat or craft
CN115352582A (en) Ship stabilizing device based on Magnus effect
KR100479586B1 (en) Marine propulsion and steering

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130110