Családi tervező és feltaláló csoport
Családi tervező és feltaláló csoport
Photos by magaieu
Edward Court a hajó orrában helyezett el propelleres hajtást 1915-ben. Ez kiegészítő hajtásként működött a hátsó propellerek mellett. (Lásd az 1. ábrát.)
A hajók többségénél a nyitott propeller a hajó tatjánál van elhelyezve. Előfordul, hogy a propeller zárt házba kerül. Ilyen például a vízsugár hajtás. Kort gyűrűket is alkalmaznak korlátozott számban, amely néhány százalékkal képes javítani a hajtás (propulzió) hatásfokát a nyitott hajócsavarhoz képest.
A propulzió a hajócsavar segítségével a hajó haladási sebességének 2-3 szorosára gyorsítja fel a vizet – a haladással ellentétes irányba. A vízsugarat gyorsító erő ellen ereje adja a propulzió tolóerejét. A haladással ellentétes vízsugár a tatnál 0,2- 0,6 bar depressziót (nyomás csökkenést) hoz létre a sebességtől függően. Ez adódik hozzá a hajó haladásakor fellépő depresszióhoz, amely gyakran 0,1-0,3 bar közötti érték. Az eredmény az, hogy a hajó tatjánál fellépő depresszió a hajtó teljesítménynek 30-40 % százalékát emészti fel. Másik 30-40 % teljesítmény szükséges a hajó orránál összetorlódó víz eltolásához. Úgy is mondható, hogy a hajó folytonosan a tatnál létrejött depressziós gödörből kapaszkodik fel a feltorlódott orrhullámra, amely “folyamatos hegymenetet” jelent. Eközben a propulzió által felgyorsított vízsugár jelentős mozgási energiát visz magával hasznosítatlanul a környezetbe.
Találmányunkkal a fent leírt veszteségek csökkenthetők 40-50%-kal. A megoldás az, hogy a propulzió hajócsavarja által felgyorsított vizet arra használjuk, hogy a hajó orra előtt létrehozzunk egy depressziós teret, amely csökkenti az orrhullámot, és csökkenti a statikus nyomást is a hajóorr előtti vízben. Ezzel jelentősen csökken a hajó orrára ható áramlási ellenállás. A propulziós vízsugár mozgási energiájának jelentős része hasznosul így amellett, hogy a tatnál csak a hajótest által létrehozott depresszió okoz veszteséget, és a depressziót nem növeli a propulzió vízsugara.
A találmányunkat a 2. ábrán mutatjuk.
A hajó jobbról balra mozog a folytonos vastag nyílnak megfelelően. A propulziót a hajó orránál helyeztük el, amely jelen esetben két hajócsavart és a depressziós teret körülvevő Venturi típusú terelő elemet tartalmaz. A szaggatott vonalú nyilak az áramvonalakat szemléltetik a hajóhoz viszonyítva.
A depressziós tér áthelyezésével elértük, hogy a teljesítmény igény a szokásos érték felére csökken, miközben az indítási és a fékezési tulajdonságok is javulnak. Az orrhullám jelentős csökkenésével elértük, hogy a hajó futása nyugodtabb lesz és a kormányzás is könnyebb.
A 3-8. ábrákon egy “tengeralattjáró” típusú kis-modellel mutatjuk be a működés lényeges elemeit.
A modell méretei: átmérő = 43 mm, hossz = 340 mm, tömeg a tesztkocsival együtt = 493 g, A hajócsavar átmérője = 40 mm.
A tesztcsatorma hossza 4 m, szélessége 400 mm, mélysége 200 mm.
A villamos motor teljesítménye 20 W.
A hullámok alakja alapján követhető az energia tovaterjedése, disszipációja. A 0 m/s sebességről a 4-5 m/s sebességre 3 m alatt gyorsult a tesztkocsi.
A Vízsugaras meghajtás által keltett hullámok és örvények nagysága láthatóan alatta marad a referenciaként mutatott hagyományos elrendezés által keltetteknek.
A képeken jól megfigyelhetőek a depressziós terek, amelyet az áramlásokban létrejött nyomáscsökkenés okozott.
A 9-12. ábrákon a referencia teszteket ismertetjük. Ezeknél a hajócsavar a tatnál volt elhelyezve. A normál tengeralattjáró hajótestet modelleztük. A hullámok maximuma a 60-70 mm-t is elérte. Az örvények, a találmányunkhoz képest, 3-4-szeres ideig megmaradtak. Megállapíthatjuk, hogy a hullámokban megjelenő energia a tathajtású referencia modellnél többszörösen nagyobb, mint az orrhajtású változatban volt.
Az új Vízsugaras meghajtás a gyakorlatban várhatóan 40-50 % -os teljesítmény igény csökkenést, illetve káros anyag kibocsátás csökkenést eredményez a 8-16 m/s sebesség tartományban. A 2. ábrán látható Venturi típusú terelő elemet alkalmazva a legtöbb meglévő hajóorr kialakítás alkalmassá tehető az új propulzió elhelyezésére. További előny, hogy induláskor, illetve kisebb sebességnél a nagy felületű hajóorr találkozik a csökkent nyomású vízzel, ezért a Kort gyűrűhöz képest – ugyanolyan tengely teljesítményt feltételezve - többszörös felületen érvényesül a csökkent nyomásból adódó tolóerő többlet.
Ugyanolyan tömegű hajóhoz, azonos sebességnél a teljesítmény igény csökkenés eléri a 40-50% -ot
A hajtásigény csökkenés 40-50% káros-anyag kibocsátás csökkenéssel is jár
Kevesebb hullámot és örvényt kelt a hajó, ezzel stabilabb a kormányzása, haladása
Ugyanazon propulzió tengely teljesítmény nagyobb sebesség elérését teszi lehetővé
Kevesebb környezeti problémát okoz a jelentősen kisebb habképződés
A gyorsítási és a megállítási távolság is 30-40% -kal csökken a megállított hajócsavar esetén a referencia hajókhoz képest