PL B1. MĄCZKA WACŁAW, Lublin, PL BUP 24/09. WACŁAW MĄCZKA, Lublin, PL WUP 08/14 RZECZPOSPOLITA POLSKA

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. B60V 1/22 ( ) B60V 1/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Łódź poduszkowa z pędnikiem aerodynamicznym (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 24/09 (73) Uprawniony z patentu: MĄCZKA WACŁAW, Lublin, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/14 (72) Twórca(y) wynalazku: WACŁAW MĄCZKA, Lublin, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest łódź poduszkowa z pędnikiem aerodynamicznym prędkości podróżnej. Pierwsze próby poduszkowców ze stałościanami przeprowadzał konstruktor brytyjski W. Denny w 1961 roku. Była to łódź oznaczona jako D-1 wybudowana w stoczni brytyjskiej Hoveroraft Lim jak podaje inż. Moldenhawer w książce pt. Poduszkowce wydanej przez Wydawnictwa Komunikacji i Łączności w 1966 roku. Wspomniana łódź chociaż osiągała przez napęd śrubowy małą prędkość podróżną, zaledwie 37 km/h miała ważną zaletę, którą była stosunkowo mała moc do wytworzenia poduszki powietrznej. Obciążenie mocy łodzi wynosiło 61,4 kg/k W, a więc trzykrotnie mniej aniżeli w innych poduszkowcach bez stałościanów bocznych. Do wytworzenia poduszki w łodzi D-1 trzeba było dwóch silników po 18,4 kw każdy. Jeden silnik napędzał wentylator z przodu a drugi z tyłu łodzi. Ciśnienie w poduszce wynosiło około 1,1 kpa, zaś powierzchnia poduszki wynosiła około 50 m 2. Łódź była przeznaczona do celów doświadczalnych z trzy osobową załogą i 900 kg masy bagażu. Później zbudowano nową wersję oznaczoną D-2 i przeznaczoną dla 70 pasażerów lub 5,5 ton ładunku użytecznego, która unosiła się nad wodą na wysokości 7,5 cm. Łódź D-2 przeznaczona była do żeglugi na płytkich wodach, zaś zanurzenie stałościanów wynosiło około 8 cm. Do napędu dwóch śrub służyły dwa silniki tłokowe wysokoprężne po 275 kw każdy. Łódź D-2 rozwijała prędkość 37 km/h i miała zasięg 160 km. W polskim opisie patentowym nr opisany jest rotacyjny silnik spalinowy scalony z doładowarką o ciągłym przepływie wyporowym czynnika roboczego. Mechanizm roboczy tego silnika scalonego z doładowarką jest dwuwirnikowy z jednym wirnikiem łopatkowym i z jednym wrębowym, wyporowym umieszczonym w jego wnętrzu. Dziesięciołopatkowy wirnik umieszczony jest w korpusie, którego cylinder ma zarys okręgu. Komora spalania umieszczona jest poza przestrzenią cylindra i połączona jednym szeregiem krótkich otworków ze strefą sprężania, zaś drugim szeregiem krótkich otworków łączy się ze strefą rozprężania spalin, przy czym otworki jednego szeregu znajdują się miedzy otworkami drugiego szeregu. W omawianym silniku można stosować całkowity stopień sprężania około 30, zaś komora spalania pracuje ze stałym nieruchomym frontem płomienia, zainicjowanego od świecy iskrowej, która po rozruchu silnika jest wyłączana. Wobec tego liczba oktanowa lub cetanowa paliwa do tego silnika jest cechą zbędną. Ważną cechą omawianego silnika jest jego zwarta budowa co wpływa na jego małą masę na jednostkę mocy wynikającą z jego szybkobieżności. Polski opis patentowy nr przedstawia również maszynę chłodniczą i grzewczą obiegu parowego bez zaworu redukcyjnego ciśnienia czynnika chłodniczego oraz obiegu gazowego. Omawiana maszyna jest odmianą maszyny przepływu ciągłego wyporowego stosowaną w silniku spalinowym opisanym w tym samym opisie patentowym. Opis patentowy polski nr przedstawia wentylator ciągłego przepływu poprzecznego do osi obrotów jego wirników wymuszający przepływ wyporowodynamiczny cieczy lub gazu. Ten wentylator jest też odmianą maszyny przepływowej opisanej w opisie patentowym polskim nr i ma zastosowanie do samolotów skróconego startu i lądowania lub do samolotów pionowego startu i lądowania oraz do poduszkowców. Opis patentowy polski nr zawiera przykład odmiany tulejowej przegubu Cardana do przenoszenia momentu obrotowego z jednej sekcji wentylatora do drugiej sekcji tego wentylatora, zaś wielosekcyjny zespół wentylatora ma odkształcalną oś swojego obrotu. Istotą łodzi poduszkowej z pędnikiem aerodynamicznym o konstrukcji wręgowopodłużnicowej z pokryciem pracującym jest to, że posiada prostokątny obrys płata o powierzchni dolnej w kształcie dolnej powierzchni płata lotniczego, zaś powierzchnia górna tego płata w przedniej jego części z krawędzią natarcia jest górną powierzchnią grubego płata lotniczego z płynnym przejściem w profil cienki z krawędzią spływu, z początkiem krzywizny odległym o 31% cięciwy płata i końcem tej krzywizny odległym o 43% tej cięciwy, przy czym odległości te mierzone są od krawędzi natarcia płata. Łódź posiada na odcinku płynnego przejścia płata kanał zakrzywiony, rozszerzający się ku tyłowi łodzi utworzony z powierzchni walcowej okręgu głów łopatek wirnika pędnika aerodynamicznego i walcowej powierzchni krzywizny płynnego przejścia grubego profilu w cienki płata, zaś w jego grubszej części mieści się przestrzeń użytkowa łodzi. Do końców płata są przymocowane sztywno pionowe stałościany lewy i prawy o symetrycznym profilu lotniczym wysunięte w dół o obrysie w kształcie trapezu z większym pionowym bokiem u krawędzi natarcia płata i mniejszym bokiem u krawędzi spływu płata, zaś pozostałe dwa boki to cięciwa płata ustawiona pod kątem natarcia około 15 do powierzchni wody, przy ustalonym ruchu łodzi i zanurzony poziomy bok, przy czym część powierzchni stałościanu lewego i prawego zanurzona w wodzie jest po-

3 PL B1 3 kryta kontrolowaną warstwą lodu, zaś we wnętrzu zanurzonych części stałościanów lewego i prawego umieszczone są wymienniki zamrażające dolnego źródła ciepła. Stosunek kwadratu rozpiętości płata do jego powierzchni jest równy około 2. Łódź posiada górne zwężenie obrysu stałościanu lewego i prawego, zaś oba zwężenia mają symetryczny profil lotniczy i wyposażone są w stery kierunku, przy czym oba zwężenia połączone są poziomym statecznikiem przylegającym ruchowo od spodu do wirników pędnika aerodynamicznego łodzi. Łódź ma przymocowane do wewnętrznej powierzchni zewnętrznej ścianki stałościanu lewego i prawego sondy ultradźwiękowe korzystnie po trzy na ściankę zewnętrzną stałościanu lewego i prawego, leżące na prostej w jednakowych odległościach i połączone przewodami elektrycznymi z blokami sterującymi, w ten sposób, że sondy stałościanu lewego łączą się z blokiem lewym, zaś sondy stałościanu prawego łączą się z blokiem prawym komputera pokładowego, zaś blok lewy połączony jest przewodem elektrycznym z zaworem elektromechanicznym pneumatycznego silnika scalonego z chłodziarką stałościanu lewego, zaś blok prawy łączy się przewodem elektrycznym z zaworem elektromechanicznym silnika napędzającego chłodziarkę stałościanu prawego. Korzystnym skutkiem stosowania łodzi poduszkowej według wynalazku jest uproszczenie jej konstrukcji przez wyeliminowanie kierownic powietrza i wentylatorów tłoczących powietrze do poduszki. Przez zastosowanie stałościanów moc do wytworzenia poduszki jest znacznie mniejsza w porównaniu z mocą do wytworzenia tej poduszki w klasycznym poduszkowcu o tej samej nośności. Zapotrzebowanie mocy na ciąg podróżny łodzi według wynalazku jest mniejsze od zapotrzebowania na moc śmigieł ciągu podróżnego klasycznego poduszkowca, dzięki zmniejszeniu oporów tarcia stałościanów o wodę przez zastosowanie na ich zanurzonych powierzchniach warstwy lodu o optymalnej grubości, kontrolowanej przez komputer pokładowy połączony z sondami ultradźwiękowymi. Konstrukcję według wynalazku można modyfikować w celu zwiększenia siły nośnej płata przy zachowaniu małego zanurzenia stałościanów oraz w celu korzystnego rozmieszczenia mas obciążonej łodzi. Zastosowanie rotacyjnych silników wysokoprężnych pozwoli na zmniejszenie zużycia paliwa do pokonania odległości porównywalnej z zasięgiem klasycznego poduszkowca. Prosta budowa i jej technologiczność pozwoli na obniżenie masy własnej łodzi według wynalazku w porównaniu z masą własną klasycznego poduszkowca o tej samej nośności. Łódź poduszkowa nie wytwarza podczas podróży mgły z przodu i po bokach jej płata. Przy zmianie prędkości podróżnej łodzi następuje jedynie zmiana prędkości obrotowej pędnika aerodynamicznego, zaś stosowanie przekładni kół zębatych jest zbędne, ponieważ silniki spalinowe scalone z ich doładowarkami napędzają bezpośrednio końce wielosekcyjnego pędnika aerodynamicznego. Korzystnym skutkiem stosowania łodzi według wynalazku jest możliwość wykorzystania jej do żeglugi na bardzo płytkich wodach śródlądowych rzek oraz wód przybrzeżnych morza przez to, że zanurzenie stałościanów w wodzie jest rzędu 8 cm. Możliwy jest również przelot łodzi nad powierzchnią gęstego błota, z którym nie stykają się stałościany. Konstrukcję według wynalazku można modyfikować w celu zwiększenia siły nośnej płata przy zachowaniu małego zanurzenia stałościanów, oraz w celu korzystnego rozmieszczenia mas obciążonej łodzi. Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój A-A płaszczyzną symetrii wzdłużnej łodzi, fig. 2 - przekrój poziomy B-B płaszczyzną przechodzącą przez oś obrotu wirnika łopatkowego pędnika łodzi, fig. 3 - widok A łodzi, fig. 4 - schemat układu chłodniczego wytwarzającego oblodzenie stałościanów i fig. 5 - schemat blokowy układu kontroli grubości warstwy lodu na stałościanach. Łódź poduszkowa posiada płat 1 o cięciwie 2, na którego końcach przymocowane są sztywno stałościany lewy L i prawy P. Zwężone górne części stałościanu lewego L i prawego P ze sterem 3 kierunku połączone są statecznikiem 4, do którego od spodu przylegają ruchowo wirniki 5 wrębowe i wirniki 6 łopatkowe poszczególnych sekcji pędnika aerodynamicznego, którego głowy i stopy łopatek są zaokrąglone. Wewnątrz płata 1 w pobliżu środka Sc ciężkości obciążonej łodzi znajduje się zbiornik 7 paliwa, zaś za osią poprzeczną przechodzącą przez ten środek znajduje się chłodziarka 8 lewa przy stałościanie lewym L i chłodziarka 8 prawa przy stałościanie prawym P. Obie są scalone z silnikami 9 pneumatycznymi i prądnicami 10. Silniki 9 pobierają przewodami 11 sprężone powietrze ze stref sprężania doładowarek 12 silników 13 spalinowych. W przedniej części łodzi znajdują się fotele 14 pasażerów i fotele 15 dwu osobowej załogi, zaś za płaszczyzną wirników chłodziarek 8 znajduje się bagażnik 16 na większy bagaż pasażerów. Krawędź spływu płata 1 posiada ruchomą klapę 17. Wał odbioru mocy z silnika 13 nie pokazany na rysunku łączy się z wałem skrajnej sekcji pędnika za pomocą tulejowej odmiany przegubu Cardana, wymienionej w stanie techniki. Podobne przeguby łączą końce wałów ze sobą w poszczególnych sekcjach pędnika. Sekcje te poprzedzielane są miedzy sobą parami pionowych ścianek 18 łączących statecznik 4 z płatem 1, w których ułożyskowane są końce wałów

4 4 PL B1 wirników 6 łopatkowych każdej sekcji. Na wewnętrznej powierzchni ścianek 19 stałościanu lewego L i prawego P przymocowane są sondy 20 ultradźwiękowe połączone przewodami elektrycznymi z blokiem Kl i Kp sterującym komputera 21 pokładowego. Blok Kl połączony jest przewodami elektrycznymi z zaworem 22 elektromechanicznym lewego silnika 9 pneumatycznego, zaś blok Kp połączony jest z zaworem 22 prawego silnika 9. Wymienniki 23 zamrażające stałościanów lewego L i prawego P znajdują się w ich wnętrzach, w objętości miedzy zanurzonym bokiem 24 stałościanu lewego L i prawego P a poziomem 33 wody na zewnątrz łodzi. Jeden koniec wymiennika 23 stałościanu lewego L połączony jest przewodem rurkowym z króćcem Ks stycznym lewej chłodziarki 8, zaś drugi jego koniec łączy się z króćcem Ko osiowym tej chłodziarki. Podobnie jest połączony wymiennik 23 stałościanu prawego P z króćcami Ks i Ko prawej chłodziarki 8. Lewy wymiennik 26 ciepła, umieszczony jest za pędnikiem w pobliżu stałościanu lewego L, zaś prawy wymiennik 26 znajduje się przy stałościanie prawym P. Jeden koniec tego wymiennika łączy się z króćcem Kt tłocznym chłodziarki 8, zaś drugi koniec połączony jest z króćcem Kz zasilania tej chłodziarki dla stałościanu lewego L i prawego P ze ścianami 29 i 19. Łódź poduszkowa wyposażona jest w akumulator 27 elektrochemiczny i silnik 28 elektryczny, rozruchowy. Monitor 30 komputera 21 połączony jest przewodami elektrycznymi z blokami Kl i Kp tego komputera. Działanie łodzi poduszkowej jest następujące: Po nadaniu prędkości kątowej wirnikowi 6 łopatkowemu i wirnikowi 5 wrębowemu każdej sekcji pędnika przez dwa silniki 13 spalinowe, we wnętrzu wirnika łopatkowego powstaje podciśnienie spowodowane wirem powietrza z jednoczesnym wysuwaniem się łopatek pędnika z wirnika 5 wrębowego, powodujące poprzeczne zasysanie strumienia powietrza i jego odśrodkowy, poprzeczny wypływ wyporowodynamiczny ku tyłowi łodzi, dający ciąg pędnika i prędkość V łodzi. Moment reakcyjny silników 13. pędnika unosi krawędź natarcia płata 1 ku górze i ustawia jego cięciwę 2 pod optymalnym kątem natarcia regulowanym klapą 17. Wówczas zaczyna napływać strumień powietrza atmosferycznego z prędkością V pod płat 1 z jednoczesnym dławieniem wypływu tego strumienia przez szczelinę 32 między krawędzią spływu klapy 17 a powierzchnią 34 wody pod płatem 1. Boczny wypływ strumienia powietrza jest zamknięty dwoma stałościanami lewym L i prawym P przez ich częściowe zanurzenie h w wodzie i w ten sposób powstaje poduszka powietrzna bez dodatkowych wentylatorów. W celu zmniejszenia wodnego oporu tarcia stałościanów lewego L i prawego P wytwarzana jest na ich powierzchniach wodnych warstwa 31 lodu o optymalnej grubości przez obieg chłodniczy powietrza w układzie chłodniczym lewej i prawej chłodziarki 8. Działanie układu chłodniczego jest następujące, na przykładzie stałościanu lewego L. Do wymiennika 23 zamrażającego napływa odśrodkowo z króćca Ks stycznego chłodziarki 8 powietrze o niskiej temperaturze spowodowanej jego adiabatycznym rozprężaniem w strefie rozprężania tej chłodziarki, które napływa do tej strefy przez jej króciec Kz z wymiennika 26. Do tego wymiennika tłoczone jest powietrze chłodnicze przez króciec Kt ze strefy sprężania tej chłodziarki, natomiast miedzy łopatki jej wirnika łopatkowego przez jej króciec Ko osiowy odśrodkowo napływa podgrzane strumieniem g, ciepła w wymienniku 23 powietrze chłodnicze i obieg jego się zamyka. Działanie układu kontroli grubości warstwy 31 lodu na przykładzie jednej sondy stałościanu lewego L jest następujące. Po wysłaniu sygnału ultradźwiękowego przez sondę 20 powracają do niej dwa echa. Drugie echo występuje po pierwszym echu z czasem opóźnienia. Pierwsze echo płynie od powierzchni wspólnej dwóch ośrodków, metalowego i lodowego, zaś drugie echo płynie od zewnętrznej powierzchni warstwy 31 lodu. Wartość czasu opóźnienia i wartość prędkości dźwięku w lodzie jest wpisywana do pamięci komputera 21, który oblicza grubość warstwy 31 lodu równej połowie iloczynu tych wartości. Jeżeli obliczona średnia grubość warstwy 7 lodu jest większa od wartości optymalnej, zaprogramowanej to blok Kl podaje sygnał elektryczny o większym potencjale do zaworu 22 elektromechanicznego, który dławi dopływ sprężonego powietrza przez króciec K do silnika 9 pneumatycznego scalonego z chłodziarką 8 i jego i moment M obrotowy zmniejszają się powodując zmniejszenie wydajności chłodniczej chłodziarki 8. Wówczas wartość grubości warstwy 31 lodu przy ustalonym ruchu łodzi zmniejsza się do wartości optymalnej. Jeżeli natomiast średnia wartość grubości warstwy 31 lodu jest mniejsza od wartości optymalnej, zaprogramowanej to blok Kl podaje sygnał elektryczny o mniejszym potencjale do zaworu 22, który oddławia dopływ sprężonego powietrza do silnika 9 i jego i moment M obrotowy rosną powodując wzrost wydajności chłodniczej chłodziarki 8 co powoduje wzrost wartości grubości warstwy 31 lodu do wartości optymalnej. Do monitora 30 płyną sygnały elektryczne z bloku Kl i Kp po obliczeniu grubości warstwy 31 dla każdego sygnału od sond 20 oddzielnie. Wartość średnia jest obliczana z trzech pomiarów oddzielnie dla stałościanu lewego L i stałościanu prawego P.

5 PL B1 5 Zastrzeżenia patentowe 1. Łódź poduszkowa z napędem aerodynamicznym o konstrukcji wręgopodłużnicowej z pokryciem pracującym, znamienna tym, że posiada prostokątny obrys płata (1) o powierzchni dolnej w kształcie dolnej powierzchni płata lotniczego, zaś powierzchnia górna tego płata w przedniej jego części z krawędzią natarcia jest górną powierzchnią grubego płata lotniczego, z płynnym przejściem (25) w profil cienki z krawędzią spływu, z początkiem krzywizny odległym o 31% cięciwy płata (1) i końcem tej krzywizny odległym o 43% tej cięciwy, przy czym odległości te mierzone są od krawędzi natarcia płata (1). 2. Łódź według zastrz. 1, znamienna tym, że posiada na odcinku płynnego przejścia (25) płata (1) kanał zakrzywiony, rozszerzający się ku tyłowi łodzi utworzony z powierzchni walcowej okręgu głów łopatek wirnika (6) pędnika aerodynamicznego i walcowej powierzchni krzywizny płynnego przejścia (25) grubego profilu w cienki płata (1), zaś w jego grubszej części mieści się przestrzeń użytkowa łodzi. 3. Łódź według zastrz. 1, znamienna tym, że do końców płata (1) są przymocowane sztywno pionowe stałościany lewy (L) i prawy (P) o symetrycznym profilu lotniczym wysunięte w dół o obrysie w kształcie trapezu z większym pionowym bokiem u krawędzi natarcia płata (1) i mniejszym bokiem u krawędzi spływu płata (1), zaś pozostałe dwa boki to cięciwa (2) płata (1) ustawiona pod kątem natarcia około 15 do powierzchni wody, przy ustalonym ruchu łodzi i zanurzony poziomy bok (24), przy czym część powierzchni stałościanu lewego (L) i prawego (P) zanurzona w wodzie jest pokryta kontrolowaną warstwą (31) lodu, zaś we wnętrzu zanurzonych części stałościanów lewego (L) i prawego (P) umieszczone są wymienniki (23) zamrażające dolnego źródła ciepła. 4. Łódź według zastrz. 1, znamienna tym, że stosunek kwadratu rozpiętości płata (1) do jego powierzchni jest równy około Łódź według zastrz. 1, znamienna tym, że posiada górne zwężenie obrysu stałościanu lewego (L) i prawego (P), zaś oba zwężenia mają symetryczny profil lotniczy i wyposażone są w stery (3) kierunku, przy czym oba zwężenia połączone są poziomym statecznikiem (4) przylegającym ruchowo od spodu do wirników (5 i 6) pędnika aerodynamicznego łodzi. 6. Łódź według zastrz. 1, znamienna tym, że ma przymocowane do wewnętrznej powierzchni zewnętrznej ścianki (19) stałościanu lewego (L) i prawego (P) sondy (20) ultradźwiękowe, korzystnie po trzy na ściankę zewnętrzną stałościanu lewego (L) i prawego (P), leżące na prostej w jednakowych odległościach i połączone przewodami elektrycznymi z blokami sterującymi, w ten sposób, że sondy (20) stałościanu lewego (L) łączą się z blokiem (Kl) lewym, zaś sondy (20) stałościanu prawego (P) łączą się z blokiem (Kp) prawym komputera (21) pokładowego, zaś blok (Kl) lewy połączony jest przewodem elektrycznym z zaworem (22) elektromechanicznym pneumatycznego silnika (9) scalonego z chłodziarką (8) stałościanu lewego (L), zaś blok (Kp) prawy łączy się przewodem elektrycznym z zaworem (22) elektromechanicznym silnika (9) napędzającego chłodziarkę (8) stałościanu prawego (P).

6 6 PL B1 Rysunki

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)