UA78256C2 - Method and system for producing a potential over a body - Google Patents

Description

Опис винаходу

Дана заявка стосується способу та системи, у якій використовується гідродинамічний ефект для створення 2 потенціалу по поверхні тел. Одержана цим шляхом сила використовується для руху і маневрування кораблів, підводних човнів, літаків та літальних апаратів.

Гідродинаміка вивчає питання співвідношення сил між потоком рідини або газу та суміжним потоком рідини чи газу або тілом. Потік-передає силу відповідно до його швидкості та масової густини. Надалі для стислості в даній заявці слово "рідина" буде позначати "рідина або газ". 70 У потоці або на його периферії тиск зменшується так, що спільна енергія потоку іа рідини, що обтікає потік, залишаються постійними. Цей принцип був описаний Д.Бернуллі |11.

Енергія потоку еквівалентна потенціалу різниці статичних тисків. Тиск вимірюється в паскалях, а енергія потоку становить 1/г2руг, також у паскалях. Їхню еквівалентність видно з такого: Ра-Мт 25 )птЗ-УМ/т Зв,

Гідродинамічний ефект є функцією масової густини рідини та квадрата її швидкості. т Потік можна представити у вигляді вектора тиску. Звідси випливає, що різниця тисків передається в перпендикулярному до потоку напрямку, створюючи силу, порівн. хХхЕ--ОВ/2ї (Дж.Максвелл). Міра обміну енергією вектора визначається як інтеграл взаємодії за даний час.

Гідродинамічний принцип відрізняється від кінетичного принципу, описаного в трьох законах Ньютона. При використанні гідромеханіки в техніці необхідно мати на увазі різну природу цих двох принципів, тому що вони накладають різні обмеження та приводять до різних технічних наслідків. Фізичні функції та технічні елементи кінетичної технології необхідно концептуально розділяти одні від одних, а також від функцій та елементів гідродинамічної технології.

Сила, одержувана реактивним пристроєм, є добутком маси на прискорення, тобто Е-т.а, або добутком сч кількості маси на одиницю часу та її швидкість, тобто, Бет.2.М. о

Сила, створювана різницею тисків потоку - це різниця тиску по відношенню до незбуреної рідини, помножена на площу поверхні, на яку вона діє. Тут масова густина р рідини є коефіцієнтом, тобто, Е-:др.А; або Ее12р.М2.А.

Гідродинамічна сила є функцією квадрата швидкості потоку.

Весла та хвостові стабілізатори є реактивними пристроями. Для технічного використання кінетики рідини (Се) необхідно встановити по осі реактивний пристрій для поглинання пропульсивного імпульсу, наприклад, ю пропелер, гвинт, ракету, сопло або реактивний двигун.

У тому випадку, коли потік використовується для створення імпульсу шляхом зменшення тиску рідини, що с його обтікає, він не створює реактивної сили, тому що вони взаємно перпендикулярні. со

Піднімальна сила крила літака створюється за рахунок того, що воно при своєму русі розсікає зустрічне повітря, створюючи два потоки повітря. Оскільки потоки проходять з двох боків крила, вони набувають різних - швидкостей та різних курсів. Крило піднімається за рахунок різниці поперечних сил потоків, яка, внаслідок швидкості літака, є відносно невеликою різницею істотно зниженого тиску, тому що і бік підвищеного тиску, і бік зниженого тиску зазнають дії повітряного потоку, що має високу швидкість. «

Частина піднімальної сили крила є кінетичною. Вона створюється вертикальною складовою потоку, викликаною кутом атаки крила, наприклад, занурення глісера. - с Пасажирські літаки демонструють нижчу потребу в потужності при технічному використанні гідродинаміки ч порівняно з кінетикою. На старті їхня рушійна сила становить приблизно 40 відсотків від сили, що була б я потрібною як вертикальна реактивна сила, щоб підняти літак проти прискорення сили ваги (третій закон

Ньютона). При польоті літака на висоті 11000м його рушійна сила складає менше 25 відсотків від необхідної вертикальної реактивної сили. Це не означає, що порушується третій закон Ньютона. Ми не маємо наміру -і описувати тут гідродинаміку. Гідродинамічні сили не можуть бути точно описані чи обчислені за моделями, со використовуваними у кінетичній частині гідромеханіки.

Сила, що створюється при використанні цього принципу в даній технології, розраховується зараз за ко допомогою циркуляційної моделі, як відношення реактивної сили до доцентрової сили ту 2/В, або за рівнянням, с 20 яке описує принцип Бернуллі. Ці три підходи є моделями, тобто, інструментами розрахунку, причому рівняння

Бернуллі є також і теорією, тобто, постулатом, який стосується конкретних властивостей реальності. 0 На цей принцип дається посилання в норвезькій заявці на видачу патенту |З), і він є функціональним принципом запатентованого пристрою |8). У застосовуваній на практиці технології він становить частину функції крил літака. 29 Застосування цього принципу є відомим з експерименту, проведеного з метою збільшення піднімальної сили

ГФ! літаків при низькій швидкості. При використанні подовженого сопла додатковий потік повітря втягується між соплом та поверхністю, що обдувається. У порівнянні з реактивною силою потоку збільшення сили тяги склало о 1,37 ІБ). Проте, цей пристрій не є оптимальним, тому що більше високий к.к.д. досягається в тому випадку, коли потік має найвищу швидкість поруч із поверхнею, наприклад, крила літака. Відповідно до цього розрахунку, 60 збільшення сили тяги у пасажирського літака становить 2,5-4.

Оптимальне перетворення енергії для технічного застосування передбачає розділення в апараті різних функцій фізичних змінних. Це було зроблено, наприклад, Уаттом, який розмістив конденсатор поза циліндром парового двигуна, і саме цей принцип застосовується при перетворенні тиску двигуна внутрішнього згоряння за допомогою помпи на тиск у рідині. бо Замість створення різниці потоків у пасивний спосіб, шляхом переміщення тіла в рідині, її можна створити у активний спосіб, шляхом переміщення рідини по тілу. У цьому випадку можна створити потенціал за допомогою потоку, утвореного лише з одного боку тіла. У цьому лежить причина застосування гідродинамічного принципу для морських судів і для створення літаків з такими властивостями, яких сучасні літаки не мають.

Вода навколо корабля в стані спокою перебуває в гідростатичній рівновазі Тиск води дорівнює енергетичному потенціалу, тобто, Ра-Мт2-)т. Статичний тиск на заданій глибині є постійним. Будь-яка зміна статичного тиску рідини у відкритому басейні повинна бути непрямою, шляхом зміни динамічного тиску.

Технічно це здійснюється створенням потоків води. У випадку літаків та літальних апаратів використовуються потоки повітря.

Потік або потоки води поруч із судном порушують рівновагу шляхом зменшення локального статичного тиску 70 до рівня, обчислюваного за рівнянням Бернуллі. Це еквівалентно зменшенню локальної сили на ділянці поверхні судна, що обтікається потоками, звільняючи в такий спосіб локальний потенціал прилеглої рідини.

У поєднанні з тиском незбуреної рідини з протилежного боку судна підтримувані потоки створюють різницю тиску по відношенню до потенціалу. Ця різниця вивільняє свій потенціал, надаючи імпульс судну.

Цей гідродинамічно створений імпульс спрямований перпендикулярно до напрямку потоків. Він 75 використовується для підйому та руху.

При переміщенні тіла швидкість з його протилежного боку, тобто, з боку, що не обтікається потоком, створює знижений тиск і супутню силу. Доти, поки цей знижений тиск не такий високий, як тиск навколишнього середовища, буде існувати результуюча сила, що штовхає тіло.

Описана в заявці система є простим апаратом, який забезпечує технічний ефект шляхом створення різниці тиску у рідині, що обтікає судно, вивільняючи у такий спосіб частину її потенціалу, що використовується для підйому або руху. Дотепер з літературних джерел невідомі роботи, присвячені емпіричним або теоретичним основам для розрахунку розподілу енергії в рідині, сил або ефектів. У прикладеному до заявки списку літератури є роботи, що стосуються загалом гідродинамічної технології (4, 7). Іншу застосовну інформацію можна знайти в сучасних підручниках, наприклад, підручниках з морської гідродинаміки, обертових машині су термодинаміки.

Даний винахід стосується способу та системи для створення різниці тиску по поверхні тіла шляхом активної і9) подачі струменів рідини до одного чи більше боків тіла, тим самим створюючи область низького тиску. Різниця тисків створюється між областю низького тиску та протилежним боком тіла.

Спосіб за даним винаходом описаний у пункті 1 формули винаходу, а система описана в пунктах 2-11 «ОО формули винаходу. /

Описану тут систему не можна створити на основі пристрою, описаного в роботі І5). Система створена у о непрямий спосіб на основі принципів гідромеханіки, застосовуваних у сучасній технології, наприклад, у крилах Ге літаків, пропелерах, гвинтах, помпах і турбінах. Додатково були використані характерні властивості обертових труб і близького обтікання. со

Обтікання створює знижений тиск по поверхні, який разом з тиском на протилежному боці тіла створює ча піднімальну силу. Підтримуване обтікання створює імпульс, який може бути використаний для руху та маневрування. Як показано вище, цей спосіб є кращим для створення сили, ніж реактивні пристрої.

Різниця швидкості повітря по крилу літака складає 5-1095. Доти, поки швидкість літака залишається вище « граничної, гідродинамічний потенціал різниці швидкості по крилу літака буде, як показано вище, мати більш 70 високий к.к.д. потужності для створення піднімальної сили, ніж реактивна сила. 8 с Швидкість технічно створеного потоку повітря відповідно до представленого тут способу буде обмежена й швидкістю звуку навіть для літаків, що мають досить низьку швидкість. Таким чином, можна буде створити и"? більшу по величині питому піднімальну силу. У межах даного обмеження піднімальна сила буде залежати від використовуваної потужності і дозволить забезпечити конкурентоспроможні швидкості літаків.

За рахунок нахиляння несучого тіла воно використовується для створення одночасно рушійної та -І піднімальної сили. Оскільки к.к.д. реактивних двигунів не дуже високий, рух нахиленого несучого тіла, що обтікається струменем, під дією горизонтального вектора сили буде більш ефективним. Це дозволить літакам со літати на малій висоті та з невеликою швидкістю. Маневрування за допомогою тіл, що нахиляються у ко поздовжньому та поперечному напрямках, матиме великі переваги, дозволяючи поєднати маневреність вертольота з невеликою силовою установкою, необхідною для гідродинамічного підйому та руху. і-й Тертя та в'язкий опір по зануреній поверхні існують при кожному контакті між потоками та поверхнями, тому

Ф вони неминучі на судах.

Дві інші складові опору видні при буксируванні корабля, а саме, підвищений тиск попереду та знижений тиск позаду. Внаслідок використання гвинта, який спочатку втягує воду, а потім прискорює її Через диск, тиск навколо корми ще більше знижений, створюючи силу, що протидіє руху корабля вперед. Поява перед носом корабля головної хвилі вказує на підвищений тиск, який є енергією, необхідною для видалення води з курсу

Ф, корабля. ко Ці дві складові, головна хвиля та коефіцієнт засмоктування, розглядаються зараз як динамічні опори, пов'язані з рухом кораблів. Разом вони споживають 30-45 відсотків потужності на валу двигуна у більшості бо кораблів (2, 6).

Їх також можна представити як загальні технічні втрати, викликані гвинтом. За винятком частини зниженого тиску на кормі, вони не пов'язані з рушійною силою корабля як такою.

Зараз задача рушійної сили кораблів вирішується методами часткової оптимізації, тому що використання реактивної сили гвинта накладає ряд обмежень на форму та робочі характеристики кораблів. Вони приймаються 65 за умови руху кораблів як такі, див. відповідну літературу, наприклад, роботи 2 та 6. Моделі для розрахунку потужності, швидкості та передбачуваних оптимальних властивостей гвинтів є емпіричними і мають слабкий зв'язок з фізикою. Для прогнозування робочих характеристик корабля випробовується його модель, яка повинна мати певний розмір для того, щоб уникнути неточностей внаслідок використання коефіцієнтів масштабування.

Сам гвинт є субоптимальним реактивним пристроєм. На основі фізичних функцій стало можливим сконструювати оптимальний гвинт (9). Проте, він не зменшує дві складові опору, пов'язані з реактивним рухом.

Відношення прикладеної потужності до створеного імпульсу (або перший момент маси) є дійсним і для літаків, і для будь-якого тіла, переміщуваного в рідині або утримуваного проти прискорення сили ваги. К.к.д. потужності гідродинамічно створеної сили є більшим, ніж у реактивної сили, і це накладає менші обмеження на конструкцію та робочі характеристики судів. 70 Для кораблів потік, який створює різницю тисків, буде мати швидкість, яка більш ніж удвічі перевищує швидкість корабля. При обтіканні носа корабля сила, створена різницею тисків між ним і поздовжньою проекцією розташованого далі корпуса корабля, буде більшою, ніж сила, створювана гвинтом, тому що розглянуті поверхні більші за величиною. Ця рушійна сила створюється без притаманної втрати к.к.д. як у випадку із гвинтом, наприклад, внаслідок турбулентності потоку за гвинтом.

За цією технологією корабель перетворюється на свій власний рушійний пристрій.

Відомий спосіб створення потоків по носі корабля полягає у використанні сопел |З). Технічно більш ефективним є розміщення сопел в стінках двох камер високого тиску, яким надано форму труб, розташованих по лінії критичних точок або поруч із лінією критичних точок поверхні тіла, на якій необхідно зменшити тиск. За допомогою ланцюжка із сопел у кожній трубі рідина потоку розподіляється по цій поверхні. Якщо зробити труби 2о обертовими, то реактивну силу потоків можна буде використати для гальмування та керування, які можна здійснювати одночасно. Гальмування стане можливим навіть для великих суден.

На морських судах дві труби розміщаються посередні носової частини корабля, щоб розподіляти потоки по скривлених поверхнях. Наприклад, вони сформовані у вигляді одного вертикального круглого напівциліндра або двох вертикальних напівциліндрів, що мають відповідний профіль для здійснення вищеописаного способу. сч

Положення труб визначає передню кромку цих двох засмоктувальних поверхонь. Поздовжня проекція розташованої далі частини корабля визначає бік тиску. і)

Труби захищені вертикальним тілом спереду, так що потік, що відхиляється тілом, стикається з носом корабля у ліній або поруч із лініями, де обтічні потоки стикаються з носом корабля.

Кораблі та пороми, для яких дуже важливе точне маневрування, будуть мати корму, сформовану якіносовий (о зо Кінець. Труби із соплами розташовуються аналогічно. Гальмування виконується шляхом повороту труб на 90 9 вперед або шляхом створення обтікання кормової частини. о

На літаках скривлені поверхні або рухомі тіла з однією скривленою поверхнею обтікаются повітряними Га потоками з труб, розташованих поруч із лініями критичних точок. Щоб зустрічний потік не проходив з боку підвищеного тиску рухомого тіла, до його передньої кромки шарнірно прикріплена пластина. Амортизатори не со допускають флаттер пластини. че

Сила, утворена різницею тиску, використовується для підйому, руху та маневрування. На літаках рух і маневрування забезпечуються шляхом нахилу шарнірно закріплених тіл по осі та в поперечному напрямку, У такий спосіб використовуються як вертикальні, так і горизонтальні складові вектора потенціалу.

Корабель можна інтерпретувати як два разом складених крила, так щоб боки зниженого тиску сформували « ніс і борти корабля (див. креслення). Частина корабля, що відповідає боку підвищеного тиску крила, буде шщ с поздовжньою проекцією корабля в кормовій частині. й Цей спосіб має такі переваги: "» Літаки можна робити невеликими, з повним корпусом і практично безшумним.

Поперечні сили корабля або літака будуть значно вищими, ніж сили, створювані кермом, забезпечуючи ефективне керування. -і Літаки зможуть ширяти, гальмувати в повітрі, літати по кривих з мінімальним радіусом, повертатися на місці, літати боком і приземлятися або злітати вертикально з невеликих площадок. Літак можна буде утримувати бо у вертикальному положенні. ка Потужність буде значно менше, ніж у вертольотів.

На кораблях к.к.д. бічного переміщення у сполученні з поздовжнім переміщенням або незалежно від нього і-й буде вищим, ніж к.к.д. поперечно працюючих гвинтів, тому що використовується вся потужність основного

Ф двигуна.

При наявності сопел на носі та на кормі можна буде переміщати весь корабель боком (бічний знос) і повертати його на місці (рискання).

Точне керування забезпечить більше легке проходження по ріках, протоках і каналах. Можна буде додержуватися точного курсу без зсунення корми убік, як це робиться за допомогою руля. Каботажні судна іФ) зможуть маневрувати без бічного зносу та йти швидко навіть на невеликих глибинах. ко Оскільки носова хвиля буде несуттєвою, вихороутворення за кормою буде невеликим, забезпечуючи можливість проходження по ріках, протоках і каналах з більш високою швидкістю без ушкодження берегів або бо невеликих суден.

Систему можна використати на кораблях з широким корпусом, які будуть мати меншу змочувану поверхню і меншу вагу стали по відношенню до їхнього об'єму. Можна буде використовувати коефіцієнти форми, які зараз не застосовуються. Також можна буде сконструювати корабель із меншою осадкою по відношенню до площі палуби або його об'єму та повної вантажопідйомності. 65 При використанні дизель-електричного приводу або паливних елементів можна буде оптимально використовувати об'єм корабля.

Система створена за відомою технологією. Відцентрові помпи використовуються на існуючих морських судах, тому новою деталлю системи руху будуть лише водоструминні сопла. Видалення сторонніх предметів із систем помпи - звичайна процедура на морських судах. Система проста в експлуатації.

Не існує ніякого ризику перевантаження двигуна або помпи.

Система забезпечує високий ступінь безпеки. Труби та сопла менше ушкоджуються, ніж гвинти, тому що вони не виступають і не є переміщуваними додатковими пристосуваннями.

Можна буде ізолювати двигуни та помпи від корпуса. Завдяки цьому шум двигуна та вібрації не будуть поширюватися по кораблю. 70 Не будуть виникати вібрації подібно вібраціям, створюваним у кормовій частині різницею тисків від гвинта.

Сопла не будуть генерувати низькочастотну енергію, але будуть створювати лише високочастотний звук, який поширюється на невелику відстань, тому що він швидко згасає у воді.

Можна буде зменшити ерозію причалу, яка інколи є проблемою для поромів, тому що можна гальмувати кормою під час причалювання. При відплитті двостороннього порому створюються обтічні струмені з носового 7/5 Кінця.

Оскільки поромні причали здебільшого відкриті з одного боку, можна буде використовувати катамарани. Вони будуть мати краще співвідношення між водотоннажністю, осадкою, вантажопідйомністю та швидкістю. Два носових затвори з кожного кінця уможливлять використання існуючих поромних причалів.

Підводні човни зможуть занурюватися під більш гострим кутом, ніж це можливо зараз із використанням лише горизонтального керма.

Література 1. Бапіє! Вегпоції: Нуагодупатіса, 1738. 2. Зм.Аа.Нагуаїа: Кевівіапсе апа Ргориївіоп ої ЗПірв, дойпп УМіеу 5 Бопз, Мем ХогК, 1983.

З. Агпе Кгівіапзеп: Норвезька патентна заявка Мо19905214. с 4. 8.5.Маззеу: Меснапісз ої Пав, 279 едйіоп, Мап Мовігапа Реїппоїд, Іопдоп, 1970. 5. Т.Мепив: Ап ехрегітепіа! іпмевіїдайоп іпіо (Ше зПпаре ої Іпгиві-аидтепійпу зипасев іп о сопішпсіоп і9) м/п Соапаа-депПесіва (|еї зпееїв, Опімегейу ої Тогопіо, 1965. 6. Нагаїа УУаідегпацо: Моївіапа од їтатагій, ІпвійШЕ ог тагіп пудгодупатікк, 1988. 7. ЗМ/.Миап: Еоипдайопг ої Яцід теспапісв, 279 еййіоп, Ргепіїісе-Наї! Іпіегпайопаї), І опдоп, 1970. (се) 8. Удап Іпде Еівізеп, РГІшта АБ: Норвезький патент Мо305796. 9. Агпе Кгізіапзеп: Норвезький патент Мо 143093. ю с

Claims (12)

Формула винаходу с і -

1. Спосіб надання руху, керування або маневрування тіла, у якому створюють потенціал тиску по поверхні тіла з використанням потоків рідини під тиском із сопел, отворів або прорізів по одній або більше поверхнях тіла, причому рідину під тиском нагнітають у вигляді потоків із сопел, отворів або прорізів по одній або « більше поверхнях тіла від передньої кромки, створюючи потенціал тиску по поверхні тіла між передньою та задньою кромкою, який відрізняється тим, що кути між соплами, отворами або прорізями та скривленою - с поверхнею або поверхнями на передній кромці відрегульовують з можливістю проходження потоків із сопел, ц отворів або прорізів у напрямку поверхні або поверхонь під різними кутами для надання руху, керування або "» маневрування тіла.

2. Система для надання руху, керування або маневрування тіла, яка містить засоби для створення потенціалу тиску по поверхні тіла з використанням потоків із сопел, отворів або прорізів по одній чи більше -І поверхнях тіла для надання руху, керування або маневрування, причому щонайменше одна труба із соплами, отворами або прорізами в стінці труби розташована вздовж однієї кромки тіла, тим самим визначаючи його со передню кромку, від якої потоки, що проходять поруч із щонайменше однією скривленою поверхнею тіла, ко знижують тиск по цій поверхні та створюють потенціал тиску по відношенню до його протилежної поверхні довільної форми, яка відрізняється тим, що кути між соплами, отворами або прорізями та скривленою Мн поверхнею або поверхнями на передній кромці виконані регульованими з можливістю проходження потоків із б сопел, отворів або прорізів у напрямку поверхні або поверхонь під різними кутами для надання руху, керування або маневрування тіла.

3. Система за п. 2, яка відрізняється тим, що труби змонтовані з можливістю обертання для забезпечення регулювання кутів між соплами, отворами або прорізами та скривленою поверхнею чи поверхнями.

4. Система за пп. 2-3, яка відрізняється тим, що одне або кілька вільних тіл, з'єднаних одне з одним або з і) судном, створюють результуючу силу, використовувану для підйому, керування та/або надання руху судну, іме) частиною якого або додаткових пристосувань якого вони є або до якого вони шарнірно прикріплені.

5. Система за пп. 2-4, яка відрізняється тим, що поверхня, по якій проходять потоки, виконана опуклою та з 6о однією кривизною.

6. Система за одним із пп. 2-5, яка відрізняється тим, що осі опуклості розташовані перпендикулярно до напрямку потоків.

7. Система за одним із пп. 2-6, яка відрізняється тим, що носова частина морських суден сформована у вигляді двох плоскосиметричних тіл, які мають вертикальні осі кривизни і які разом формують носовий край 65 судна у вигляді одного вертикального круглого півциліндра або у вигляді двох вертикальних півциліндрів, причому кожний має профіль, відмінний від іншого.

8. Система за одним із пп. 2-7, яка відрізняється тим, що труби розташовані уздовж середньої лінії носового краю вертикально.

9. Система за одним із пп. 2-8, яка відрізняється тим, що труби захищені тілом, розміщеним перед трубами та паралельно їм, так, що потік проти судна відводиться до тих ліній піднімаючих, керуючих і рушійних тіл, де потоки від труб стикаються з ними, або на невеликій відстані від них.

10. Система за одним із-пп. 2-9, яка відрізняється тим, що форма корми подібна до форми носової частини корабля.

11. Система за одним із пп. 2-10, яка відрізняється тим, що потенціал для одержання вертикального, 7/0 поздовжнього та поперечного руху та маневрування підводних човнів, літаків і літальних апаратів створюється потоками по тілах, приєднаних або шарнірно прикріплених до суден у двох площинах.

12. Система за одним із пп. 2-11, яка відрізняється тим, що бік підвищеного тиску тіл, приєднаних до повітряних суден, оснащений пластинами, шарнірно прикріпленими до їхньої передньої кромки, рух яких демпфірується амортизаторами. с щі 6) (Се) ІФ) с (ее) і -

- . и? -і (ее) іме) 1 4) іме) 60 б5