WO2019212388A1 - Method for generating hydrofoil lift - Google Patents

Method for generating hydrofoil lift Download PDF

Info

Publication number
WO2019212388A1
WO2019212388A1 PCT/RU2019/000283 RU2019000283W WO2019212388A1 WO 2019212388 A1 WO2019212388 A1 WO 2019212388A1 RU 2019000283 W RU2019000283 W RU 2019000283W WO 2019212388 A1 WO2019212388 A1 WO 2019212388A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hydrofoil
wing
lower edge
ejector
holes
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/000283
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Эдуард Васильевич ОЛЬХОВСКИЙ
Original Assignee
Olkhovskii Eduard Vasilevich
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 Olkhovskii Eduard Vasilevich filed Critical Olkhovskii Eduard Vasilevich
Publication of WO2019212388A1 publication Critical patent/WO2019212388A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/16—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving additional lift from hydrodynamic forces
    • B63B1/24—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving additional lift from hydrodynamic forces of hydrofoil type

Definitions

  • the invention relates to the field of shipbuilding, in particular to the design of the wings of hydrofoils and horizontal rudders of underwater vehicles.
  • the proposed method for creating the lifting force of a hydrofoil is applicable in a wide range of speeds and has a significant energy gain in comparison with the prototype, in which the angle of attack is increased to create increased lifting force during acceleration.
  • the technical result of the invention is the creation of an underwater wing of the vessel, which has low power consumption and high hydrodynamic quality.
  • This goal is achieved by the fact that on the lower edge of the wing creates a system of blind holes perpendicular to the chord of the wing or tilted in the direction of flow.
  • the holes can be round, ellipsoidal, conical with a base on the lower edge, pyramidal with a base on the lower edge or square.
  • the effectiveness of the system is determined by the ratio of the length of the holes to the cross-sectional area or the average cross-sectional area. The greater the length in "calibers", the higher the efficiency of the ejector holes.
  • the control of the lifting force (its change) is carried out by changing the angle of attack of the ejector hydrofoil to positive or negative angles.
  • the increase in lift occurs with an increase in negative angles of attack. This is because on the lower edge due to the characteristic curvature, as the negative angle of attack increases, the flow velocity in the boundary layer increases compared with the upper edge, and thereby the ejector effect sharply increases. The reaction of the medium to voids creates pressure on the lower edge.
  • the lifting force of the “inverted wing” created due to the difference between the flows around the upper and lower edges is directed downward in this case, it is subtracted from it during vector addition with the resulting force arising in the ejector holes.
  • the ejector component of the resulting force is several times (2-times) larger and thereby we gain in the total force.
  • FIG. 1 shows a section through an ejector hydrofoil.
  • FIG. 2 shows a section of an ejector hydrofoil downstream with a characteristic curvature at the lower edge.
  • FIG. 3 shows a part of an ejector sub-wing in a section in isometry.
  • FIG. 4 shows a part of an ejector hydrofoil with a characteristic curvature at the lower edge in isometry.
  • the operation of the ejector wing is illustrated by the positions: (Fig.1,2, 3,4) wing 1, blind holes 2, the lower edge of the wing 3, the upper edge of the wing 4.
  • the ejector wing works as follows:
  • blind holes 2 located on the lower edge of the wing 3 perpendicular to the chord of the wing or with an inclination towards the flow.
  • the lower edge 3 of the wing is surrounded by an oncoming flow, while water is sucked (ejected) from the holes 2, forming a total zone of reduced pressure.
  • the reaction of the medium to voids creates pressure on the lower edge.
  • the larger the angle of attack of the wing the greater the ejection effect due to the greater flow velocity and, accordingly, large ejection angles.
  • the zone of creation of the lifting force of the wing using the ejection holes can be considered from 0 degrees to the zone of flow stall - this depends on the speed of the incoming flow and the shape of the wing.
  • the formation of the lifting force depends on the depth of the blind holes, the diameter of the holes or their average area, their inclination in the flow, the total area of the holes on the lower edge, the flow velocity and its angle with respect to the lower edge.
  • the lower edge Since the lifting force of the wing is formed due to the ejection of water from the holes, the lower edge has a total pressure caused by the reaction of the medium to voids, significantly larger than the upper one and creates a significantly higher lifting force with respect to the ordinary wing at the same speeds and angles of attack, respectively, in the negative and plus side.
  • a method for creating the lifting force of a hydrofoil and an ejector hydrofoil of Olkhovsky allows to achieve a significant gain in the energy of hydrofoil vessels when they move in water by creating a significantly higher lifting force (two to three times) at the same cost energy.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of shipbuilding, particularly to hydrofoil designs for watercraft and boats. The technical result of the invention consists in creating a watercraft hydrofoil that exhibits low energy consumption and a high lift-to-drag ratio. The essence of the invention consists in that, in order to generate lift for a hydrofoil consisting of a lower edge and an upper edge having a specific curvature, a system of blind holes is created on the lower edge of an ejector hydrofoil, said holes being perpendicular to the chord of the hydrofoil or inclined in the direction of a flow.

Description

СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ ПОДВОДНОГО КРЫЛА  METHOD FOR CREATING LIFTING POWER OF A WATER
Область техники Technical field
Изобретение относится к области судостроения, в частности к конструкциям крыльев судов на подводных крыльях и горизонтальным рулям подводных аппаратов.  The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to the design of the wings of hydrofoils and horizontal rudders of underwater vehicles.
Предшествующий уровень техники  State of the art
Известен патент РФ N°2177424, в котором рассматривается тримаран на вращающихся подводных межкорпусных крыльях. Недостатками указанных крыльев является их высокое гидродинамическое сопротивление при движении.  Known RF patent N ° 2177424, which considers trimaran on rotating underwater hull wings. The disadvantages of these wings is their high hydrodynamic resistance during movement.
Известен патент РФ N°2270128, в котором рассматривается улучшение гидродинамического качества подводного крыла за счет специального симметричного профиля. Это не дает ощутимого выигрыша и приводит к проигрышу в энергии при увеличенных углах атаки подводного крыла.  Known RF patent N ° 2270128, which considers the improvement of the hydrodynamic quality of a hydrofoil due to a special symmetrical profile. This does not give a tangible gain and leads to a loss in energy with increased angles of attack of the hydrofoil.
Раскрытие изобретений  Disclosure of inventions
Предлагаемый способ создания подъёмной силы подводного крыла применим в широком диапазоне скоростей и имеет существенный выигрыш в энергии по сравнению с прототипом, в котором для создания повышенной подъёмной силы при разгоне увеличивается угол атаки.  The proposed method for creating the lifting force of a hydrofoil is applicable in a wide range of speeds and has a significant energy gain in comparison with the prototype, in which the angle of attack is increased to create increased lifting force during acceleration.
Техническим результатом изобретения является создание подводного крыла судна, которое обладает малым энергопотреблением и высоким гидродинамическим качеством. Поставленная цель достигается тем, что на нижней кромке крыла создается система глухих отверстий, перпендикулярных хорде крыла или наклоненных в сторону движения потока. Отверстия могут быть круглыми, эллипсоидными, коническими с основанием на нижнюю кромку, пирамидальными с основанием на нижнюю кромку или квадратными. Во всех случаях эффективность системы определяется отношением длины отверстий к площади сечения или средней площади сечения. Чем больше длина в «калибрах», тем выше эффективность эжекторных отверстий. Эжектируемая движением потока, обтекающего нижнюю кромку крыла, вода отсасывается из заглушенных отверстий, тем самым снижая давление в отверстиях. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку, которое значительно превышает давление, вызванное разностью скоростей обтекания верхней и нижней кромки. Таким образом, подъёмная сила создается не за счет разности скоростей потока, а за счет реакции среды на пустоты и так как она в несколько раз превышает подъёмную силу стандартного крыла, то при сложении она является основной результирующей подъёмной силой. The technical result of the invention is the creation of an underwater wing of the vessel, which has low power consumption and high hydrodynamic quality. This goal is achieved by the fact that on the lower edge of the wing creates a system of blind holes perpendicular to the chord of the wing or tilted in the direction of flow. The holes can be round, ellipsoidal, conical with a base on the lower edge, pyramidal with a base on the lower edge or square. In all cases, the effectiveness of the system is determined by the ratio of the length of the holes to the cross-sectional area or the average cross-sectional area. The greater the length in "calibers", the higher the efficiency of the ejector holes. Ejected by the movement of a stream flowing around the lower edge of the wing, the water is sucked out of the plugged holes, thereby reducing the pressure in the holes. The reaction of the medium to voids creates pressure on the lower edge, which significantly exceeds the pressure caused by the difference in the velocity of flow around the upper and lower edges. Thus, lift is created not due to the difference in flow rates, but due to the reaction of the medium to voids, and since it is several times higher than the lifting force of a standard wing, it is the main resulting lifting force when added.
Управление подъемной силой (её изменение) осуществляется изменением угла атаки эжекторного подводного крыла на положительные или отрицательные углы.  The control of the lifting force (its change) is carried out by changing the angle of attack of the ejector hydrofoil to positive or negative angles.
При использовании обычной аэродинамической схемы подводного крыла с характерной кривизной на верхней кромке крыла, увеличение подъёмной силы происходит с увеличением угла атаки крыла. На нем как обычно возникает разница давлений за счет разности скоростей обтекания и вызванная этой разностью подъёмная сила, направленная вверх. Нижняя кромка, снабженная в большом количестве наклоненными в сторону движения потока глухими отверстиями, также обтекается набегающим потоком и за счет эжекторного эффекта в отверстиях создаётся разрежение, которое увеличивается с увеличением угла атаки, так как увеличивается угол эжектирования. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку. Эти силы векторно складываются, и так как они направлены в одну сторону, результирующая сила будет значительно превышать подъёмную силу обычного подводного крыла.  When using the usual aerodynamic design of a hydrofoil with a characteristic curvature on the upper edge of the wing, an increase in lift occurs with an increase in the angle of attack of the wing. On it, as usual, a pressure difference arises due to the difference in the flow rates and the lifting force caused by this difference, directed upward. The lower edge, equipped with a large number of blind holes tilted towards the flow direction, also flows around the free stream and due to the ejector effect, a vacuum is created in the holes, which increases with increasing angle of attack, since the angle of ejection increases. The reaction of the medium to voids creates pressure on the lower edge. These forces are vectorially added, and since they are directed in one direction, the resulting force will significantly exceed the lifting force of a conventional hydrofoil.
При варианте «перевернутого крыла», то есть когда характерная кривизна находится на нижней кромке крыла, и также на нижней кромке расположено большое количество глухих отверстий, перпендикулярных хорде крыла или наклоненных в сторону потока, увеличение подъёмной силы происходит при увеличении отрицательных углов атаки. Это происходит потому, что на нижней кромке за счет характерной кривизны при увеличении отрицательного угла атаки возрастает по сравнению с верхней кромкой скорость обтекания в пограничном слое и тем самым резко возрастает эжекторный эффект. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку. Так как подъёмная сила «перевернутого крыла», создаваемая за счет разности обтекания потоками верхней и нижней кромок направлена в этом случае вниз, то при векторном сложении с результирующей силой, возникающей в эжекторных отверстиях, она вычитается из неё. Эжекторная составляющая результирующей силы в несколько раз (в 2-Зраза) больше и тем самым мы получаем выигрыш в общей силе.  In the “inverted wing” variant, that is, when the characteristic curvature is on the lower edge of the wing, and also on the lower edge there are a large number of blind holes perpendicular to the wing chord or tilted towards the flow, the increase in lift occurs with an increase in negative angles of attack. This is because on the lower edge due to the characteristic curvature, as the negative angle of attack increases, the flow velocity in the boundary layer increases compared with the upper edge, and thereby the ejector effect sharply increases. The reaction of the medium to voids creates pressure on the lower edge. Since the lifting force of the “inverted wing” created due to the difference between the flows around the upper and lower edges is directed downward in this case, it is subtracted from it during vector addition with the resulting force arising in the ejector holes. The ejector component of the resulting force is several times (2-times) larger and thereby we gain in the total force.
Краткое описание чертежей  Brief Description of the Drawings
На фиг. 1 показан разрез эжекторного подводного крыла по потоку.  In FIG. 1 shows a section through an ejector hydrofoil.
На фиг. 2 показан разрез эжекторнго подводного крыла по потоку с характерной кривизной на нижней кромке.  In FIG. 2 shows a section of an ejector hydrofoil downstream with a characteristic curvature at the lower edge.
На фиг. 3 показана часть эжекторного подводногокрыла в разрезе в изометрии. На фиг. 4 показана часть эжекторного подводного крыла с зарактерной кривизной на нижней кромке в изометрии. In FIG. 3 shows a part of an ejector sub-wing in a section in isometry. In FIG. 4 shows a part of an ejector hydrofoil with a characteristic curvature at the lower edge in isometry.
Лучшие варианты осуществления изобретений The best options for carrying out the inventions
Работа эжекторного крыла иллюстрируется позициями: (Фиг.1,2, 3,4) крыло 1, глухие отверстия 2, нижняя кромка крыла 3, верхняя кромка крыла 4.  The operation of the ejector wing is illustrated by the positions: (Fig.1,2, 3,4) wing 1, blind holes 2, the lower edge of the wing 3, the upper edge of the wing 4.
Эжекторное крыло работает следующим образом:  The ejector wing works as follows:
Для создания подъёмной силы крыла 1 оно снабжено глухими отверстиями 2, расположенными на нижней кромке крыла 3 перпендикулярно хорде крыла или с наклоном в сторону потока. Фиг.1,2, 3,4.  To create the lifting force of the wing 1, it is provided with blind holes 2 located on the lower edge of the wing 3 perpendicular to the chord of the wing or with an inclination towards the flow. Figure 1.2, 3.4.
Нижняя кромка 3 крыла обтекается набегающим потоком, при этом из отверстий 2 отсасывается (эжектируется) вода, образуя суммарную зону пониженного давления. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку. Чем больше угол атаки крыла, тем больше эжектирующий эффект за счет большей скорости обтекания и соответственно больших углов эжектирования. Зоной создания подъёмной силы крыла с помощью эжектирующих отверстий теоретически можно считать от 0 градусов до зоны срыва потока - это зависит от скорости набегающего потока и формы крыла. Формирование подъёмной силы зависит от глубины глухих отверстий, диаметра отверстий или их средней площади, их наклона по потоку, суммарной площади отверстий на нижней кромке, скорости потока и его угла по отношению к нижней кромке.  The lower edge 3 of the wing is surrounded by an oncoming flow, while water is sucked (ejected) from the holes 2, forming a total zone of reduced pressure. The reaction of the medium to voids creates pressure on the lower edge. The larger the angle of attack of the wing, the greater the ejection effect due to the greater flow velocity and, accordingly, large ejection angles. Theoretically, the zone of creation of the lifting force of the wing using the ejection holes can be considered from 0 degrees to the zone of flow stall - this depends on the speed of the incoming flow and the shape of the wing. The formation of the lifting force depends on the depth of the blind holes, the diameter of the holes or their average area, their inclination in the flow, the total area of the holes on the lower edge, the flow velocity and its angle with respect to the lower edge.
Промышленная применимость  Industrial applicability
Так как подъёмная сила крыла формируется за счет эжекции воды из отверстий, нижняя кромка имеет суммарное давление, вызванное реакцией среды на пустоты, существенно больше верхней и создает существенно большую подъёмную силу по отношению к обычному крылу на тех же скоростях и углах атаки соответственно в минусовую и плюсовую сторону.  Since the lifting force of the wing is formed due to the ejection of water from the holes, the lower edge has a total pressure caused by the reaction of the medium to voids, significantly larger than the upper one and creates a significantly higher lifting force with respect to the ordinary wing at the same speeds and angles of attack, respectively, in the negative and plus side.
Таким образом, использование изобретения «Способ создания подъёмной силы подводного крыла и эжекторное подводное крыло Ольховского» позволяет достичь существенного выигрыша в энергетике судов на подводных крыльях при их движении в воде за счет создания значительно большей подъёмной силы (в два-три раза) при одинаковых затратах энергии.  Thus, the use of the invention “A method for creating the lifting force of a hydrofoil and an ejector hydrofoil of Olkhovsky” allows to achieve a significant gain in the energy of hydrofoil vessels when they move in water by creating a significantly higher lifting force (two to three times) at the same cost energy.

Claims

Формула изобретения. Claim.
1. Способ создания подъёмной силы подводного крыла, состоящего из нижней верхней кромки с характерной кривизной, отличающийся тем, что на нижней кромке эжекторного подводного крыла создают систему глухих отверстий, перпендикулярных хорде крыла или с наклоном в сторону потока. 1. The method of creating the lifting force of the hydrofoil, consisting of a lower upper edge with a characteristic curvature, characterized in that on the lower edge of the ejector hydrofoil create a system of blind holes perpendicular to the chord of the wing or with an inclination towards the flow.
2. Эжекторное подводное крыло, состоящее из нижней и верхней кромки с характерной кривизной, отличающееся тем, что на нижней кромке эжекторного подводного крыла создана система глухих отверстий, перпендикулярных хорде крыла или с наклоном в сторону потока.  2. An ejector hydrofoil, consisting of a lower and upper edge with a characteristic curvature, characterized in that a system of blind holes is created on the lower edge of the ejector hydrofoil, perpendicular to the wing chord or with an inclination towards the flow.
3. Эжекторное подводное крыло по п. 2, отличающееся тем, что характерную кривизну на эжекторном подводном крыле делают на нижней кромке.  3. The ejector hydrofoil according to claim 2, characterized in that the characteristic curvature on the ejector hydrofoil is made on the lower edge.
PCT/RU2019/000283 2018-05-03 2019-04-19 Method for generating hydrofoil lift WO2019212388A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018116409 2018-05-03
RU2018116409 2018-05-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019212388A1 true WO2019212388A1 (en) 2019-11-07

Family

ID=68386506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/000283 WO2019212388A1 (en) 2018-05-03 2019-04-19 Method for generating hydrofoil lift

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2019212388A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2261558A (en) * 1939-02-28 1941-11-04 Orloff Benjamin Fluid supported vehicle and method of producing the same
US3006307A (en) * 1960-10-12 1961-10-31 Johnson John Algot Marine craft supporting hydrofoil having depth controlling slots
US5378524A (en) * 1991-05-28 1995-01-03 Blood; Charles L. Friction reducing surface and devices employing such surfaces
RU93029115A (en) * 1993-05-26 1995-11-27 Э.В. Ольховский WING OF AIRCRAFT
RU2668347C1 (en) * 2017-07-03 2018-09-28 Виталий Валериевич Кожевин Hydrofoil

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2261558A (en) * 1939-02-28 1941-11-04 Orloff Benjamin Fluid supported vehicle and method of producing the same
US3006307A (en) * 1960-10-12 1961-10-31 Johnson John Algot Marine craft supporting hydrofoil having depth controlling slots
US5378524A (en) * 1991-05-28 1995-01-03 Blood; Charles L. Friction reducing surface and devices employing such surfaces
RU93029115A (en) * 1993-05-26 1995-11-27 Э.В. Ольховский WING OF AIRCRAFT
RU2668347C1 (en) * 2017-07-03 2018-09-28 Виталий Валериевич Кожевин Hydrofoil

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4745411B2 (en) A device to reduce the required amount of propulsion output of a ship
CN104309791B (en) Improve the front nozzle of the marine-vessel propulsion system of energy efficiency
WO2008000838A1 (en) Ship
KR20060127871A (en) Low drag ship hull
KR101846581B1 (en) Pre-swirl Stator of Ship
WO2009118508A2 (en) Improved ventilated hydrofoils for water craft
US20100089303A1 (en) Open sea hydrofoil craft
WO2014091259A1 (en) Vessel with a flow deflecting hydrodynamic bow fin arrangement
KR20060033088A (en) Asymmetric pre-swirl stator for cavitation suppression
KR20160000507U (en) Catamaran
WO2019212388A1 (en) Method for generating hydrofoil lift
KR20090106118A (en) Apparatus for control of separation flow around ships
KR102191628B1 (en) Structure for reducing the drag of a ship and its application
JP2015085930A (en) On-water travel body
KR102061840B1 (en) Rudder bulb for minimizing hub vortex cavitation
EP2694361A1 (en) Marine tunnel thruster
TWI596042B (en) Hydrofoil
KR101556438B1 (en) Device for reducing the power demand for the propulsion of a ship
WO2019212387A1 (en) Method for generating blade lift or propeller thrust, and ejector blade
RU2302356C2 (en) Hull of ship provided with central keel and side bilges
WO2019212385A1 (en) Method for generating screw propeller propulsive force, and olkhovsky ejector screw propeller
KR101792718B1 (en) Counter swirl generating system for ship with vortex generator and flow direction controller
WO2017170359A1 (en) Ship rudder and ship
RU2763918C1 (en) Wave propulsion device for submarine and semi-submarine ships
CN108025799B (en) Ship with a detachable cover

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19796723

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19796723

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1