Проект "Локомоторное судно"
МПК
В63В38/00
В63Н1/36
В63Н1/37
B63H9/02
В06В1/16
В06В1/18
B06B1/20
F03D3/02
F03D9/00
F03D9/02
Модульное судно с несимметричным обтеканием корпусов
и форсированный ветродвигатель для их гибридного привода
Изобретение в целом
относится к локомоторным многокорпусным модульным судам-платформам
с синергетическим эффектом получения конкурентоспособности от интегрируемых двигательно-движительных комплексов,
двигательно-движительные комплексы каждого модуля судна
относятся к энергосберегающим неинерциальным механическим системам общего назначения (получения и передачи механических колебаний водоизмещающих корпусов),
водоизмещающие корпусы несимметричного (волнового) обтекания
относятся к плавниковым устройствам с гибридным приводом и, обладая свойством рекуперации энергии встречного потока, сами являются частью гибридного привода,
часть гибридного привода плавниковых устройств относится к центробежным источникам получения и передачи механических колебаний, а еще
часть гибридного привода плавниковых устройств
относится к форсированным ветродвигателям с принудительной циркуляцией потока.
По известным видам потребляемой энергии судно можно отнести и к ветроволноходам.
Изобретение может быть применено
во-первых, в исследовательском судостроении
для экспериментального выявления, доказательства и исследования лучшей ходкости и новых мореходных свойств судов с локомоторными корпусами,
интегрированными в гибридный агрегат преобразования альтернативных видов энергии, преимущественно в неинерциальной системе отсчета
от вторичных и возобновляемых источников,
во-вторых, в промышленном производстве ходких модульных специализированных судов,
с конкурентоспособной технологией автоматизированного высокоточного производства
единичных модулей локомоторных судов,
с возможностью трансформирования судна от размеров единичного модуля до размеров укрупненного судна-платформы с множественными идентичными модулями жесткого разъемного взаимного соединения, а также,
в-третьих, может быть широко применено в ветроэнергетике, в том числе
при осуществлении автономных (в том числе плавучих) электростанций и энергосберегающих предприятий с энергообеспечением от форсированных (турбовентиляторного типа) ветродвигателей
с их возможностью извлечения распространенной энергии слабых ветров.
Плавучий водоизмещающий корпус судна с доисторических времен осуществляют
подобно библейскому «ковчегу», с тех времен без обновления существенных признаков, -
крупногабаритным, но цельным и неразъемным на части,
подвижность (локомоцию) которых относительно друг друга исключают априори,
с большой металлоемкостью, массивностью, инерционностью, ограничивающими возможность его маневренности и динамизации (локомоции),
с двойной (для водонепроницаемости) стальной оболочкой удобообтекаемой
неизменяемой симметричной иглоподобной (цилиндрической) формы,
усиленной продольно-поперечным набором многочисленных переборок, балок, шпангоутов и стрингеров, стесняющими внутреннее пространство,
с осложненной функцией,
кроме гидростатического поддержания на водной поверхности и пропульсации в окружающей водной среде (продвижения с преодолением гидродинамического сопротивления среды), еще и
с функцией содержания и сохранения внутри него, как в библейском «ковчеге»,
небезопасно от разрушения, разгерметизации и затопления, –
большой присоединенной массы, - людей, животных, двигательно-движительного комплекса, запасов топлива, судовых устройств, опасных грузов и ценных товаров.
Причем строительство крупногабаритного корпуса в Украине осуществляют
по традиционным (неоригинальным) архитектурным проектам,
по неконкурентным технологиям 60-70 годов, снижающим синергетический эффект производства наукоемкого продукта (судна) в благоприятных географических условиях,
путем наращивания тяжелых (соответственно габаритам судна) элементов конструкции
(прикреплением сваркой, с подгонкой друг к другу «по месту», предварительно изготовляемых с припуском на «причерчивание» и «контуровку»)
до укрупненных неидентичных изделий, отличающихся друг от друга в соответствие с архитектурным местоположением, -
до секций, блоков, модулей и цельного корпуса,
сначала на стационарных площадках-постелях, конверторах, затем – на достроечном стационарном стапеле,
известно также укрупнение судов методом «центральной вставки», все -
с долговременным циклом финансирования слабо синхронизированных и контролируемых, преимущественно ручных разметочных и сборочно-монтажных сварочных работ, в том числе на стапеле, что увеличивает «критический путь» цикла,
ограничивающим возможность
получения конкурентного качества формы корпуса,
«паспортизации, учета и исправления суммарных деформаций» в размерных цепях и
организации автоматизированного производства, в том числе конвейерного,
с высокоточным изготовлением сборочных элементов без припусков, в «чистый размер»,
с формированием конструкции корпуса без доработки элементов «по месту».
Цельный (не локомоторный, неподвижный) массивный корпус на траектории продвижения (пропульсации) в воде не рыскает (не вращается с перемещением в бок) и не изгибается, подобно гидробионтам, что минимизирует затраты энергии для пропульсации традиционного тяжелого корпуса, но, по мнению автора изобретения,
«хорошая» истина стала догматическим представлением об «идеальном судне»,
а что-либо, возможно «лучшее», - воспринимается как «враг хорошему».
В результате стационарного (не волнового, не локомоторного) процесса симметричного преобразования (деформации) потока корпусом судна
осуществляют непроизводительные затраты энергии судовой силовой установки на симметричное разделение, раздвигание и отбрасывание водных масс по бокам и сообщения им уравновешенных по бортам фронтальных и боковых сил и ускорений,
и генерируют нормальные к смоченным локальным поверхностям симметричные и уравновешенные по бортам реактивные внешние силы гидростатического и гидродинамического давлений, - главный результат преобразования кинетической энергии судна (встречного потока),
то есть создают условия возникновения разновеликих вдоль корпуса, но симметричных и уравновешенных по бокам локальных сил и явлений,
как «реакции опоры» на пропульсивную силу, а именно -
силы трения и лобового (ударного) скачка уплотнения и сопротивления, относящиеся
к инерциальной (условной или относительной) системе отсчета,
где «выполняются» все «законы сохранения» (энергии, импульса, момента импульса…),
для сравнения, - для сил и явлений, относящихся к иной – неинерциальной (ортогональной) системе отсчета,
«законы сохранения не выполняются», и известны, например, как
явления деформации встречного потока (эффекта Магнуса, обтекания Бернулли, кавитации, волнового, индуктивного и вихревого сопротивлений), с генерацией сил ортогональных к направлению потока.
Но именно путем подвижности (локомоции) относительно стационарного корпуса и относительно окружающей среды,
путем динамизации (привода в движение от судовой силовой установки) устройств с уплощенными поверхностями (локомоторных устройств-движителей)
осуществляют несимметричное преобразование встречного потока,
генерируют несимметричные неуравновешенные силы и моменты сил давления среды на смоченные поверхности, отталкивания от среды и сопротивления среды движению (локомоции) динамичных устройств,
баланс которых с силами на стационарном корпусе, при подводе избыточной мощности судовой силовой установки на движитель, может быть только положительным, то есть сопротивление движителей движению судна отсутствует «по определению», но сопротивление среды собственно локомоции движителя никуда не исчезает, и важно оценивать потери мощности двигателя на преодоление этого сопротивления,
оценивать качество пропульсации судна, показатели его энергетической эффективности, иначе - мореходного качества – ходкости судна. То есть ходкость, как способность судна развивать скорость хода, отнесенную к единице затрачиваемой мощности двигателя, – синоним энергосбережения и энергетической эффективности судна, хоть и в неявном виде, связана с качеством (характером) локомоции.
Комплексная задача повышения ходкости судна частично решается путем повышения КПД и снижения неэффективных затрат энергии судовой силовой установки на пропульсацию,
в частности изучают и ветроволноходы, - аналоги локомоторных судов, или - суда с дополнительной установленной мощностью нетрадиционных силовых установок – волновых и ветродвигателей,
работающие с дармовыми возобновляемыми источниками энергии (волн и ветра),
частично снижающими затраты и запасы на судне углеводородного топлива.
Однако известные ветроэнергетические установки несовместимы с судном (полностью или отчасти) по многим причинам, прежде всего,
во-первых, их малого (около 30%) КПД, соответственно закону сохранения массового расхода и предельной возможности торможения (по Бецу 59.3%) потока при преобразовании его кинетической энергии в нефорсированных, - простейших самотечных (со свободным протоком) энергетических авторотационных ветровых турбинах, например, в роторе Савониуса (для сравнения – известны устройства-приемники ветровой энергии с принудительной циркуляцией потока, например турбопарус Кусто),
изначально адаптированных к стационарному размещению в географически локальных малораспространенных местах с регулярными избыточно сильными ветрами скоростью приблизительно 8-50 метров в секунду (на остальных обширных территориях вероятность наличия ветра со скоростью 2 метра в секунду в 6 раз выше вероятности наличия ветра со скоростью 8 метров в секунду <renewable.com.ua что нужно знать о ветроэнергетике>), в отличие (не путать) от
масштабированных неинерционных (легких) моделей для электропитания неэнергетических (бытовых) электронных приборов, например анемометра, -
маломерных «вертушек», с малой мощностью (приблизительно до 0.5 кВт), едва достаточной для самовращения без существенной нагрузки потребителей, но
весьма чувствительных к образованию «воздушной подушки» (давления) на лопастях даже слабыми ветрами со скоростью в районе 0-5 метров в секунду,
во-вторых, они имеют
малую заместительную (вместо традиционно установленной) мощность,
несопоставимую с большей потребностью преодоления
большого сопротивления традиционного стационарного, большого и тяжелого корпуса,
которые возрастают соответственно по кубической и по квадратической зависимостям
(Ньютона) от скорости судна, что вызывает необходимость,
в-третьих, изыскания возможности аккумулирования электроэнергии, генерируемой неравными порциями, - в крупногабаритных аккумуляторах большой емкости,
а также необходимость изыскания на судне избыточных площадей и пространства для их размещения, подобно Л.Б.Левину на его «самоходном морском судне» (RU2392178),
также как и для размещения самих крупногабаритных приемников ветра (лопастных роторов и стационарных конфузоров – известных концентраторов мелкодисперсной энергии потока),
в-четвертых, по конструктивному недостатку – передачи большого давления ветра на мачтовую опору пропеллерных роторов, - тормозящей судно (при встречном ветре) и его опрокидывающей (при боковом ветре) силы.
в-пятых, известные ветродвигатели применяют в инерциальной системе отсчета, для непосредственного привода потребителей (генераторов, движителей…), которые в инерциальной системе отсчета оказывают тормозящее воздействие на ветродвигатель,
еще более снижая и без того малый его КПД.
При этом следует учитывать, что термин «КПД» для «дармовых» источников энергии,
в отличие от «купленных», имеет условное применение, -
для сравнения между собой различной (экономической и энергетической) эффективности различных устройств в одинаковых условиях (скорости утилизируемого потока). Очевидно, что сравнивать КПД устройств для приема различных по спектру,
легких и ураганных ветров, – неуместно. Также неуместно судить об эффективности устройств просто по их «быстроходности», или просто по номинальной мощности, или даже по «коэффициенту использования энергии», или просто по «стартовой скорости», или даже по номинальной мощности, отнесенной к площади номинального пересекаемого потока, что несколько лучше.
По мнению автора, подобно относительному термину «ходкость судна», более корректно применение относительного термина «приведенной мощности на разных скоростных режимах», или в частности, - «приведенной стартовой мощности», -
способности ветродвигателя развивать стартовую мощность единицей площади пересекаемого потока, отнесенную к величине этой «стартовой» (минимальной) скорости или, в обобщающем варианте, к районированной скорости «регулярных» (распространенных слабых) ветров, а еще лучше - к квадрату этой скорости.
Но, если возможность существенного снижения сопротивления корпусов очевидно может влиять на возможность успешного заместительного применения ветродвигателей для пропульсации судна, то обратная связь этих возможностей в известных аналогах очевидно отсутствует и требует экспериментального выявления в новых конструкциях комплексных агрегатов-ветроволноходов, в судах нового типа – локомоторных судах.
В более широком смысле, устройства возобновляемой энергии и их КПД следует оценивать и осуществлять по синергетическому эффекту получения конкурентоспособности от полного агрегатного комплекса, –
всей совокупности энергоприемников, двигателей, преобразователей, усилителей, трансформаторов, приводов, трансмиссии, движителей, потребителей (исполнительных механизмов), аккумуляторов, регуляторов и управляющих устройств, несущей основы…,
причем как в прямом, так и в обратном направлении цепочки взаимодействия (торможения двигателя движителем), что и предполагается в данном изобретении.
Снижение сопротивления корпуса, другой аспект комплексной задачи повышения ходкости традиционными способами, как и повышение КПД традиционного двигательно-движительного комплекса, доведены до своих пределов, уточняемых единицами и десятыми долями процентов,
за счет оптимизации формы его обводов, подбором относительной полноты, относительной широты и других размерений корпуса в целом, и выступающих смоченных частей в частности,
причем всякий раз заново, при проектировании каждого нового (специализированного) судна с новыми размерениями и с новыми данными двигательно-движительной установки, что само по себе обременительно, но также
требует дорогостоящей универсальности специалистов и производственной базы для судов разного класса. В более широком смысле потребность в специализированных судах вступает в противоречие с экономическими и технологическими требованиями стандартизации их проектирования, производства и эксплуатации.
Известны также способы уменьшения шероховатости обшивки, дерзкие попытки применения упругодемпфирующих покрытий, введения в пограничный слой слизей или растворов с полимерными добавками, уменьшающих силу трения с сомнительной экономической эффективностью.
Анализ современного уровня техники показывает, что
локомоция корпуса судна, как способ и устройства снижения сопротивления его продвижению в окружающей среде, - неизвестна,
но известны «парадокс Грея» и необычайная высокая ходкость гидробионтов (дельфинов),
как постановка перед обществом большой задачи, разрешение которой может стать открытием сверхпроводимости (повышенной проводимости) встречного потока
для локомоторных тел и основанием большой ниши новых изобретений новых судов и гидродинамических устройств с повышенной ходкостью.
Также известно, что Алеевым (Экоморфология. http://ekomorf/ru/) была высказана (но не раскрыта) идея возможности снижения сопротивления движению при условии снижения (не раскрыто - снижение каким именно образом?) динамического давления окружающей среды на смоченные поверхности. Задача автора и есть развитие и реализация этой идеи.
Осуществляют пропульсацию судна традиционно с применением какого-либо динамического (локомоторного) преобразовательного устройства,
реже – низкочастотного, например «гребного колеса»,
с большим лобовым сопротивлением лопастей-плиц вращению (продвижению) в среде,
из-за ортогональной установки (с прямым установочным углом) их к направлению окружной траектории,
чаще – с применением высокочастотного, например «гребного винта»,
с лопастями – аналогами самолетного крыла малого удлинения,
с меньшим сопротивлением вращению, из-за косой (наклонной) их установки к потоку,
с непрерывным бесконечно длительным прямым рабочим ходом.
Вращающейся лопастью гребного винта,
часто с «критическим» (за пределами которого наступают турбулентное обтекание, срыв потока и кавитация) углом атаки, равным приблизительно 16-20 угловым градусам, воздействуют на окружающую водную массу и осуществляют
интенсивный нестационарный процесс косого несимметричного обтекания их боковых поверхностей,
с повышенным гидродинамическим давлением на боковую поверхность лопасти, обращенной к косому набегающему потоку, -
фактором нелинейного повышения сопротивления движению, и
с пониженным гидростатическим давлением на обратную – «теневую» поверхность, -
фактором нелинейного снижения сопротивления движению,
то есть осуществляют интенсивную локомоцию, -
с интенсивным процессом генерации перепада (преимущественно гидродинамического) давлений по бокам лопастей и упора ими на окружающую среду,
с генерацией большой по модулю наклонной вперед боковой подъемной силы, иначе - силы тяги (упора),
а также больших сил сопротивления.
В результате высокоскоростного вращения гребного винта
водную массу интенсивно деформируют с большим углом атаки и большими углами скоса, как тангенциальным, так и радиальным,
и отбрасывают в виде конусной высокоскоростной закрученной и вспененной вихревой струи, направленной в сторону, противоположную движению судна,
чем принципиально «опорное» движение приближают к отбрасыванию воды,
то есть к водометному «реактивному» движению. Причем известно, в зависимости от угла атаки, различают «легкие» и «тяжелые» винты, -
синонимы нагрузки, сопротивления и «ходкости» винта.
Отношение боковой (подъемной) силы к общему сопротивлению движения в авиации носит название «аэродинамического качества крыла» и достигает значений от нескольких единиц до нескольких десятков единиц,
в чем проявляется замечательный эффект трансформирования энергии встречного потока (вторичной энергии) в ортогональную (неинерциальную) систему отсчета (анализ автора), максимум которого достигают при «наивыгоднейшем угле атаки», в значении приблизительно 4-5 угловых градусов. При этом генерацию малого сопротивления и существенной подъемной силы осуществляют не столько за счет образования на больших углах атаки области повышенного давления «воздушной подушки» под крылом, по принципу «гидравлического удара» Жуковского, сколько за счет образования области «разряжения» над крылом, по принципу «обтекания Бернулли». «Наивыгоднейшему углу атаки» соответствует «наивыгоднейший режим движения самолета», и по мнению автора, может соответствовать «режим максимальной ходкости» (например глиссирующего корпуса), с максимальным «гидродинамическим качеством» уплощенных устройств (днища глиссера) – аналогов крыла, и с «гидродинамическим качеством» всей плавучей системы несущих водоизмещающих корпусов, как отношение суммы всех боковых движущих сил или их моментов к сопротивлению движения судна. Очевидно, в частном случае, традиционный нединамичный корпус симметричного обтекания имеет «нулевое качество».
По мнению автора изобретения, «ходкость», «качество» локомоторного устройства и его КПД связаны некоторыми эмпирическими зависимостями (коэффициентами), которые предстоит еще установить, возможно корреляционным анализом, то есть КПД локомоторного устройства может быть оценено и исчислено по его большому «качеству».
Косое несимметричное обтекание призваны объяснять известные и признанные теории аэродинамики и гидродинамики, в частности – «импульсная» Б.Н.Юрьева, «вихревая» и «гидравлического удара» - Н.Е.Жуковского.
Чаще мощность силовой установки используют
в инерциальной (условной) системе отсчета,
в «движительном» режиме, непосредственно в «движителях» -
передатчиках механической энергии от силовых установок во внешнюю среду,
подобно мешалкам и толкателям,
для пропульсации судна гребным, воздушным винтом или плавниковым движителем,
причем любой движитель оказывает тормозящее действие на силовую установку,
в той мере, насколько велико сопротивление среды, так что для поддержания оборотов на расчетном режиме, например на винт, подводят почти удвоенный запас мощности,
что ухудшает показатели ходкости судна,
но также (реже) –
в неинерциальной (ортогональной) системе отсчета (анализ автора),
в «двигательном» режиме опосредованно, с помощью «двигателей» - приемников немеханической (не от силовых установок), - кинетической энергии и силы давления внешней среды на их уплощенные контактные (смоченные) поверхности,
подобно флюгерам и демпферам,
например, для генерации гидродинамической силы или силы давления «воздушной подушки» - силы поддержания аппарата тяжелее окружающей среды, крылом самолета, подводным крылом судна и несущим винтом вертолета, при движении в среде или на границе двух сред, или
например, для авторотации механической системы (пропеллеров автожира, ветровой или гидротурбины),
или для приема кинетической энергии суммарного относительного потока,
вызванного не только прямолинейным (ветром, течением) или волновым движением среды, но и собственным движением «двигателя» (косого паруса спортивной яхты, лопасти турбины, ротора Флетнера),
то есть с проявлением «рекуперации вторичной энергии» (анализ автора)
собственного движения какого-либо аэродинамического или гидродинамического устройства, аналога крыла.
То есть плавниковые движители и двигатели известны как более или менее успешные самостоятельные устройства, конструктивно подобные и обратимые,
хотя и неравнозначные по КПД, как и другие известные обратимые устройства, например электродвигатели и электрогенераторы, компрессоры, насосы и гидродинамические двигатели, гребные винты и гидротурбины, воздушный винт вертолета и авторотационный винт автожира, вентиляторы и ветродвигатели.
Менее известно (но должно привлекать внимание) то,
что в указанных устройствах в той или иной мере осуществляют процессы с использованием в неинерциальной системе отсчета какой-либо энергии и соответствующих сил - центробежной, подъемной, гравитационной или выталкивающей сил, ортогональных направлениям движения (токов), и
что обратимые устройства могут дополнять друг друга в совместном применении, проявляя синергетический эффект, например, воздушный компрессор или вентилятор и газовая турбина в турбокомпрессорном или турбовентиляторном авиационном двигателе, для улучшения уже известных или для получения новых свойств комплексных устройств.
В частности, по анализу автора предлагаемого изобретения, свойством сочетания обратимых режимов обладает и радиальный ветродвигатель с ротором Савониуса
(Шести-лопастной савониус. e-veterok.ru), с малым КПД из-за ограничения Беца,
а именно, свойством авторотации под воздействием обоих из радиальных потоков,
как в центростремительной части его траектории, - от периферии, от наветренной области повышенного динамического давления к центральной области ротора,
так и в центробежной части траектории потока, - от центра к периферии, к подветренной области с пониженным давлением,
чем осуществляют повторное (вторичное и дополнительное),
после первичного извлечения энергии ветра наветренными лопастями и
после прохождения потоком центральной области, -
дополнительное извлечение энергии относительного потока и на диаметрально противоположных подветренных лопастях, движущихся против ветра.
«Плавниковую» пропульсацию судна осуществляют так же,
путем опоры на окружающую среду, но с помощью иного динамичного, крупногабаритного машущего устройства - плавника, аналога самолетного крыла, подвешенного к несущей основе (традиционно к корпусу судна) и
приводимого, с той или иной сложностью махов (алгоритма локомоции), при помощи, шарнирно-рычажных механизмов, трансмиссии и судовых двигателей, в том числе при помощи шаговых электродвигателей.
Причем результат взаимодействия с окружающей средой низкочастотного машущего устройства, по сравнению с высокооборотным гребным винтом, зависит не только
от собственных эволюций относительно несущего корпуса, но в значительной мере и
от относительного движения среды, в том числе от течений и от волновых колебаний поверхностных водных масс, влияющих на направление и угол атаки (обтекания).
Локомоцию плавниковых устройств в большинстве аналогов осуществляют
с сохранением стационарности судна, его корпуса,
с полным соблюдением законов сохранения (энергии…) в инерциальной системе отсчета,
с применением алгоритма локомоции преимущественно с гармоническими элементарными составляющими,
алгоритма, при котором все точки (части) плавникового тела движутся
по идентичной для всех точек синусоидальной траектории,
без изменения амплитуды, скорости и сложности локомоции вдоль плавникового тела,
с алгоритмом, получаемым преобразованием вращения от единственного источника, -
непосредственно от приводного вала,
при помощи, например, кривошипно-шатунного механизма,
алгоритмом локомоции с простейшими (гармоничными) последовательными элементарными движениями плавника, -
с изгибным (редко),
а чаще только с возвратно-вращательным и с боковым возвратно-поступательным движениями, с взаимным сдвигом по фазе на П/2,
часто только последнее из которых и используют для генерации движущих сил,
причем только один из видов боковых движений – движение «навстречу» боковой составляющей встречного потока,
в режиме интенсивной (с большим углом атаки) генерации наклонной вперед подъемной силы и ее составляющей силы тяги,
что приводит к импульсному изменению угла атаки и
к ударному характеру обтекания плавника,
с большим индуктивным сопротивлением,
с краткой длительностью интенсивной генерации движущей силы, -
менее чем 2П/2 за колебательный цикл,
и даже в самом колебательном цикле различают
прямой «рабочий» ход (мах),
с генерацией движущей силы и
«подготовительный» (нерабочий) ход - перекладки наклона плавника относительно несущей основы (корпуса) и относительно направления набегающего потока,
без генерации движущей силы.
Подобная практика нашла и теоретическую опору в небесспорной гипотезе
о превосходстве якобы синусоидальных «угревидного» и «скомброидного» способов плавания,
которые по существу синусоидальными не являются (по признаку изменения-возрастания амплитуды, скорости и сложности движения частей тела вдоль тел гидробионтов),
с противоречивыми признаками и условиями, -
с требованием безальтернативного превышения скорости синусоидальной локомоции плавниковых тел и устройств над скоростью хода судна или гидробионта,
для гарантированной генерации импульсов наклонной вперед подъемной силы
и ее продольной тяговой составляющей и одновременно
с стремлением к уравниванию этих скоростей (Слижевский Н.Б. «Гидробионика в судостроении», г.Николаев, 2002). Более того, по этой гипотезе в меньшей частоте локомоции видят источник торможения (якобы недопустимого сопротивления) тел обтекания.
Кроме того, при традиционном моделировании несправедливо противопоставляют сложные конструкции тонких плавников изгибно-пластинчатого исполнения
более простым техническим конструкциям корпусного исполнения, способным одновременно выполнять дополнительную гидростатическую функцию несущего водоизмещающего корпуса.
Очевиден также недостаток существенно малых габаритных размеров и избыток большой частоты колебаний известных устройств, более приближающих их к мешалкам и барботажным устройствам.
Корпус колеблющегося плавника с симметричным профилем, как и машущее крыло, обладает свойством еще более интенсивно, чем стационарное «косое» крыло, лопасть винта или стационарный «косой» парус яхты, генерировать, по наиболее близко подходящей теории «гидравлического удара» Н.Е.Жуковского, быстро нарастающие перепад гидродинамического давления по бокам и подъемную силу из-за ударно-импульсного характера косого обтекания плавника, подобно заслонке, резко перекрывающей поток жидкости в трубе. Максимум бокового энергетического импульса получают при углах атаки, в более широком диапазоне, для малогабаритных плавников и крыльев приблизительно до 30 угловых градусов и выше, без угрозы срыва потока, который не успевает угрожать устойчивости опорного движения в среде, в условиях быстрого чередования прямого «интенсивного» (маха) и менее интенсивного подготовительного ходов. Более того, срыв потока, как явление вредное для крупногабаритных устройств, - для мелких устройств, птиц и насекомых, при волновом знакопеременном высокочастотном обтекании может являться естественной сутью, преимуществом и существенным признаком устройств и способов осуществления поддержания и пропульсации.
Кроме того, по мнению автора изобретения, в отличие от гребного винта, габаритные размеры машущего крыла, как и водоизмещение плавника, могут быть, как в природе, значительно увеличены, до сопоставимости с размерами самого несущего корпуса судна. Тогда для генерации эквивалентной пропульсивной силы крыловидным плавником возможна выгодная компенсация - снижение частоты колебаний при увеличении площади боковых поверхностей, взаимодействующих с окружающей средой, или точнее по «теории адаптивной морфологии животных»,
по Алееву (Экоморфология. http://ekomorf/ru/),
увеличением приведенной удельной поверхности, при условии одновременного снижения сил сопротивления за счет понижения динамического давления. Причем, увеличение площади боковых поверхностей крыловидного плавника возможно, в большей мере за счет увеличения его удлинения, что также снижает индуктивное сопротивление и существенно (на порядок) повышает его водоизмещение, по сравнению с традиционным иглоподобным корпусом.
В результате таким плавником окружающую среду возможно в меньшей мере деформировать и отбрасывать, а в большей мере отталкиваться от нее, как от твердой и массивной опоры, с большим КПД, с улучшенной ходкостью. А наличие плавников с увеличенным водоизмещением неизбежно приводит к существенному изменению архитектуры до многокорпусного судна, с вертикальными крыловидными корпусами, с соответственным изменением (снижением) доли водоизмещения стационарным корпусом (если таковой останется) в общем водоизмещении судна, - к существенному изменению (улучшению) его мореходных качеств, к синергетическому эффекту от совместного действия компонентов судна.
Стационарное несимметричное крыло (корпус, плавник), особенно с изогнутой (выпукло-вогнутой) формой профиля распространено преимущественно у крупногабаритных птиц, и обладает известным свойством искривления (криволинейного преобразования) обтекающего встречного потока (ветра), то есть
свойством неинтенсивной изгибной деформации потока без нарушения его ламинарности,
с эффективной генерацией подъемной силы и силы тяги на малых углах атаки,
и даже на отрицательных углах атаки, приблизительно до -6 градусов
(что можно наблюдать у крупных птиц при полете с махами крыла вверх или при полете морских птиц «без махов», «парении» без «восходящих теплых потоков», «…то крылом волны касаясь, то…»),
при которых, кроме подъемной силы, несмотря на общий наклон (хорды профиля) назад, генерируют на локальном наклонном вперед переднем участке профиля
продольную составляющую локальной (боковой) силы, - силу тяги.
Причем, изгиб потока начинают осуществлять еще перед крылом,
в виде переднего угла скоса потока
(«Основы полета. Оксфордская авиационная академия», http://aviacom.ucoz.ru/Principleflight3.doc),
и на боковых поверхностях генерируют перепад преимущественно гидростатического давления, неинтенсивно,
с меньшим сопротивлением среды, с малой ударностью, за счет малого угла атаки, но еще в большей мере из-за различия длин путей, окружных скоростей и направлений боковых рукавов обтекающего потока на разных радиусах их криволинейной траектории (по закону Бернулли),
то есть осуществляют безударную (с малыми углами атаки) локомоцию, объяснимую действием закона Бернулли, далее упрощенно «локомоцию, обтекание и генерацию подъемной силы по закону Бернулли».
Очевидно, что маховые движения крупногабаритным крылом в природе также являются адаптивными и осуществляют преимущественно с адаптивно малым и автоматически получаемым «наивыгоднейшим» углом атаки,
так как, по мнению автора изобретения, он одновременно является физическим пределом, подобным пределу прочности материалов или «пределу Беца» эффективности самотечных ветровых турбин,
а махи с большими углами атаки,
с проявлением гидравлического удара (Н.Е.Жуковского),
имеют ограниченное применение, так как (по кубической зависимости мощности) затруднительно и невыгодно получать большую скорость махов при большом сопротивлении среды.
Жесткий (не изгибный) несимметричный водоизмещающий корпус лодки венецианского гондольера, - аналог адаптивной морфологии и перехода
от стационарного к динамичному автоколебательному корпусу,
на локальной смоченной поверхности более крутого бока несимметричной носовой оконечности которого генерируют локальную неуравновешенную боковую силу гидродинамического давления и разворачивающий момент этой силы, которые
позволяют гондольеру автоматически восстанавливать курс лодки,
изменяемый реактивным моментом от несимметричных мощных гребков одним веслом, расположенном не с боку, а позади корпуса, что
актуально для прохода в узких венецианских каналах.
Аналогом двигателя-генератора боковой внешней силы (в неинерциальной системе отсчета) также является ротор Флеттнера, использующий вместо центрально-ударного воздействия встречного потока на круговой стационарный корпус - альтернативное косо-ударное обтекание на том же,
но вращающемся роторе, по недостаточно раскрытому известному «эффекту Магнуса»
(лишь недавно, в 90-х годах, В.П.Козловым открыто явление реверса силы Магнуса),
с явлениями образования несимметричных форм обтекающих боковых рукавов потока,
с сокращением (сжатием) короткого и с растяжением (разрежением) длинного,
с соответственным повышением и понижением статического давления рукавов,
то есть с перепадом боковых давлений по закону Бернулли,
со смещением в бок точки (лобового) удара, торможения и разделения потока,
с генерацией боковой составляющей косого ударного импульса,
с перераспределением и уменьшением суммарных сил трения за счет нелинейного снижения их на одном боку, где направление окружной скорости ротора совпадает с направлением ускорения обтекающего встречного потока,
с уменьшением статического давления (по Бернулли) и гидродинамического сопротивления на том же боку с более длинной траекторией обтекающего потока.
В авиации также известны прообразы локомоции, -
«нежелательные» эволюции самолета, вроде «болтанки» и вращения «в штопоре», или крутильно-маховые автоколебания крыла, в частности вредная резонирующая вибрация типа «флаттер», -
результаты дисбаланса действующих весовых, инерционных, упругих и аэродинамических сил вокруг центров и осей масс, сил жесткости и упругости конструкции (крыла), аэродинамических давлений, мигрирующих вдоль хорды в зависимости от угла атаки, а также вдоль лонжерона в зависимости от скорости маха.
Известны прообразы локомоторных устройств - «механизация» крыла и фюзеляжа, изменяющие форму или кривизну аэродинамического профиля, стабилизирующие форму потока, или создающие дополнительные и корректирующие внешние аэродинамические силы поддержания, торможения или управляющие моменты сил, -
элероны, закрылки, предкрылки, триммеры, тормозящие щитки, поперечные аэродинамические шайбы, хвостовые стабилизаторы и носовые дестабилизаторы продольной устойчивости…,
в том числе сгруппированные в жесткие «аэродинамические решетки», в которых часто проявляются дополнительные эффекты (синергетические) группового взаимодействия элементов решетки (щелевое крыло, биплан, триплан, коробчатый или ячеистый воздушные змеи…),
известны также специальные механизмы управления и модулирования локомоцией (вертолетный «автомат перекоса» лопастей несущего винта, механизмы поворота плиц гребного колеса и лопастей крыльчатого движителя…).
Известны также «геометрическая и аэродинамическая крутки» крыла или лопасти, как способ стабилизации и уменьшения вредных автоколебаний.
В традиционном судостроении подобные устройства имеют ограниченное распространение, чаще на спортивных яхтах, реже на больших судах, в основном в качестве гидродинамических гасителей бортовой качки, например в виде динамичных крыльевых стабилизаторов или статических скуловых забортных стрингеров, но могли бы быть, по мнению заявителя, более активно и полезно задействованы как средства ходкой и маневренной локомоции судна.
Известны также роторные источники и преобразователи механических колебаний, снабженные вращающимися неуравновешенными массами, представляющие энергосберегающую неинерциальную систему (общего назначения) преобразования механической энергии, получения и передачи механического колебания, например,
по дипломной работе («Исследование возможности создания ветроволнохода», Николаев, морской университет. 1998.) инженера-корпусника Е.Б.Щербины (Винокуровой) и ее консультанта – авиатора и судового проверщика Б.Г.Винокурова (http://borisv.weebly.com), автора предлагаемого изобретения,
а также по изобретению Э.И.Линевича (патент RU 2377458, 2008 года, «Способ работы силового привода вращения и электростанция для его осуществления»), – по разной терминологии –
или инерционно-импульсные, или центробежно-импульсные двигатели-генераторы внешних центробежных сил и механических колебаний,
или преобразователи и трансформаторы крутящего момента,
в которых известно, классические законы сохранения (энергии, импульса, момента импульса…) «могут не выполняться»,
или (далее) инерцоиды, что проще и короче, и по сути одно и то же, если не путать с однозвучным названием виртуального «безопорного движителя».
Недостаток известных подобных энергетических преобразовательных устройств, по мнению автора изобретения, состоит в кратковременной импульсной длительности использования действия дешевой центробежной силы и
в недостаточном использовании (скрытой возможности) пространства для размещения больших неуравновешенных масс в инерционных двигателях,
так как их центробежная движущая сила, при прочих равных условиях, пропорциональна объему, то есть кубу линейного размера (радиуса эквивалентного шара) занимаемого массами пространства, сопоставимого с кубическим темпом роста потребной мощности силовой установки судна для эффективного преодоления им сопротивления движению.
Нераскрыта и возможность синергетического группового применения подобных генераторов-инерцоидов
с многовариантными приводами и комбинациями направлений вращений.
В книге «Ветроходы атомного века» профессора Ю.С.Крючкова оптимистично утверждается, что нет ни технических, ни теоретических проблем для реализации альтернативной энергетики в современном судостроении, однако общепризнанной обобщенной теории локомоторного судна, колебательного полета и плавания, машущего крыла, плавникового устройства и эффективного ветродвигателя пока еще нет,
чем и вызван столь длительный обзор уровня современной техники,
как в официальном ученом мире «нет истинного знания закона деформации (локомоции) тел гидробионтов и физической связи скорости локомоторной волны со скоростью плавания» (Е.В.Романенко, Институт проблем экологии и эволюции имени А.И.Северцева РАН, «Гидродинамика дельфинов»),
хотя есть стремление к построению некой «композитной» теории, например, Ю.И.Лобановским (www.synerjetics.ru/article/flapping-flight.pdf),
в результате колебательное плавниковое устройство остается быть и нетрадиционным, и недостаточно исследованным, но
оно является перспективным по КПД, предположительно не менее 90-95%, и
его признак колебательной динамичности многие авторы предполагают сообщить и самому корпусу судна, например Ю.П.Саламатов (Красноярск, 2000): «Исследование и разработка пространственно-временной модели эволюции технических систем».
Поэтому некорректно в рамках патентного закона защищать способ, опирающийся на слабую, незавершенную или непризнанную теорию,
и поиск путей дальнейшего развития мореходных свойств автор изобретения осуществляет сравнительным анализом уже защищенных патентами аналогов и
предложением альтернативного устройства - локомоторного судна, как нового устройства,
перспективного прежде всего возможностью изменения, получения и использования снижения давления среды на смоченные поверхности судна с целью снижения сопротивления его движению, а также
перспективного для автоматизированной технологии построения, вплоть до конвейерного стандартизированного модульного производства, по мнению автора – ключевой возможности решения общих проблем отечественного судостроения и возможности открытия новой ниши производства специализированных судов с синергетическим эффектом взаимодействия составляющих судовых комплексов (компонентов),
но необходимого, вместе с тем,
для опережающего развития экспериментального исследования
низкочастотной несинусоидальной подвижности легких плавучих корпусов
при помощи заместительного гибридного их привода и механизмов модуляции,
интегрированного с устройствами преобразующими и аккумулирующими энергию,
для исследования взаимодействия локомоторных устройств с динамичной окружающей средой, преимущественно в неинерциальной системе отсчета,
с демпфированием и утилизацией плотной возобновляемой энергии волн водной поверхности легкими поплавковыми динамичными корпусами,
с рекуперацией преобразованной (вторичной) энергии судовой силовой установки, -
вторичной энергии давления относительного уплотненного воздушного потока, - «воздушной подушки» на лопастях компрессора (вентилятора) турбокомпрессорного (турбовентиляторного) ветродвигателя,
в том числе на лопастях движущихся навстречу ветру,
вторичной плотной энергии относительного встречного водного потока динамичными корпусами, в результате собственного поступательного движения судна,
вторичной энергии вращательного движения дебалансной массы роторов-инерцоидов,
гравитационной энергии колебательных масс (маятниковых устройств),
с неинтенсивным преобразованием Бернулли (деформацией) встречного водного потока в боковые несимметричные криволинейные обтекающие рукава,
с изменением (понижением) суммарного давления среды (читать сопротивления) на смоченную поверхность динамичных демпфирующих корпусов,
причем преимущественно в неинтенсивном безударном режиме бокового их «дрейфа» вместе или попутно с боковой составляющей встречного потока,
с поддержанием малых углов атаки, в диапазоне приблизительно от -5 до +5 угловых градусов, по адаптивному к нестационарной внешней среде несинусоидальному алгоритму,
с продленной длительностью генерации существенной боковой движущей силы, как в прямом, так и в подготовительном ходе.
С другой стороны, результатом экспериментальных исследований локомоторного судна может стать развитие теории локомоторного движения, -
доказательство и раскрытие автором сущности явления сверхпроводимости
(повышенной проводимости) гидробионтов и динамичных корпусов судна в окружающей среде, иначе – явления или эффекта их повышенной ходкости, а также
выявление и раскрытие условий для осуществления локомоторной ходкости.
Известно судно - качеход, предназначенный для использования энергии качки для поступательного движения в условиях волнения водной поверхности (патент 2006 года, RU 2392177, В.В.Горшкова), который можно изучать как факт отречения от догмата
стационарности корпуса, как реальную попытку осуществления колебательного плавательного аппарата с динамичным (локомоторным) несущим корпусом, с колебательным двигательно-движительным комплексом. Качеход содержит, кроме традиционной энергетической установки с гребным винтом, - два качеприводных движителя с корпусным упругим плавником крыловидного профиля, прикрепленные под корпусом судна в его оконечностях. Крыло получает машущие движения от качки корпуса судна и нестационарное волновое обтекание. То есть сам корпус судна участвует в процессе приема, накопления и преобразования энергии переменных внешних сил, которые вступают в резонанс. Корпус суммирует кинетическую энергию собственных инерционных колебаний и энергию колебаний водной поверхности, то есть работает как корпусный двигатель-генератор, и передает ее корпусному плавниковому движителю, для опосредованной пропульсации. Плавником, в свою очередь, циклически перераспределяют боковые гидродинамические силы поочередно с бока на бок, и не только генерируют наклонную подъемную силу, но и демпфируют вредное явление качки. Недостатком аналога является метеорологический (вероятностный) характер наличия необходимого волнения водной поверхности, недостаточность силы волнения для возбуждения колебаний корпуса с большой инерционной массой, а также применение плоских горизонтальных козырьков, как и корпус, работающих в двигательном режиме опосредованной пропульсации, установленных на оконечностях корпуса, вблизи ватерлинии, для усиления (вредного) явления качки.
Тот же автор исключал влияние инерционных сил, в изобретении RU 2356783, опубликованном ранее, в 2009 году, согласно которого несущий корпус осуществляют с возможностью изгиба, в шарнирном сочленении с секциями оконечностей, обладающими малой инерционной массой. Корпусами автономных облегченных секций активизируют их колебание, легче воспринимают внешнюю энергию волн и преобразуют ее в механическую энергию подпружиненных корпусных плавниковых движителей,
с помощью шарнирно-рычажного механизма их подвески и привода (ШРМ), обеспечивающего применение мощного бокового движения плавника с высокой скоростью и амплитудой, что является существенным признаком и положительным результатом интенсивного плавникового движителя. Этот аналог имеет дополнительный недостаток ограничения (уменьшения) полезных площадей судна палубой и объемом центральной «неподвижной» несущей секции.
За прототип принят корабль с малогабаритным низкочастотным горизонтальным плавниковым гибким движителем тонкого пластинчатого исполнения (патент RU 2360831, В.Н.Храмушина, от 10 июля 2009 года, Бюллетень №19),
подвешенным к стационарному корпусу,
осуществляющим плоские (в вертикальной плоскости) составные колебания относительно несущей основы (корпуса судна) и относительно окружающей водной среды,
с возвратно-поступательной, возвратно-вращательной и изгибной составляющими,
приближенными к синусоидальной траектории «скомброидного» движения, то есть
с неизменными вдоль тела функцией, степенью свободы, амплитудой, скоростью и сложностью движения всех точек (частей) плавника,
с нулевыми углами атаки в крайних боковых его положениях, где боковая скорость плавника также нулевая и минимальны гидродинамические движущие и силы сопротивления, и
с максимальными углами атаки в срединном его положении,
где боковая скорость плавника максимальна, и
где его подъемная сила могут быть положительными, очевидно при «скомброидном» условии превышения скорости локомоторной волны над скоростью судна.
В крайних боковых положениях изогнутого плавника
подготовительный ход плавника находится в длительной стадии своего развития, то есть остается незавершенным и «бесполезным», и
генерацию существенной по модулю движущей силы получают только в середине прямого хода, выпрямленным профилем, причем импульсивно, с краткой длительностью, менее чем 2П/2 за колебательный цикл.
Плавник работает в инерциальной системе отсчета, по безальтернативному, благодаря своей неупругой гибкости, чисто «скомброидному» движительному принципу.
Прототип интересен стремлением автора к дифференцированному анализу процесса волнового обтекания движителя,
указанием на кривизну траектории волнового (знакопеременного) движения плавника и
на наличие фазовых отличий его обтекания,
на дискретность фаз синусоидальной траектории,
с выделением прямого рабочего (движительного) хода
«отталкивания от водной среды» в средней его части,
с интенсивной генерацией наклонной боковой отталкивающей (и ее пропульсивной составляющей) силы,
очевидно «по принципу косого гидравлического удара Н.Е.Жуковского», и
с выделением промежуточных фаз - подготовительных (роторных) ходов,
с неинтенсивной (сниженной) генерацией индуктивного сопротивления.
Недостаток прототипа – возможность генерации вредных инерционных сил на высокочастотном плавнике при прохождении им крайних боковых положений и
неиспользуемая возможность генерации внешней (не от силовой установки) движущей силы, из-за тонкости и неупругой гибкости плавника,
«по принципу безударного криволинейного обтекания Бернулли».
Подобный анализ прототипа приводит к осознанию возможности и необходимости адаптивного рационального сочетания фазовых отличий процесса обтекания, приводящих
к комбинации в способах плавания различных углов атаки и даже «зеркальных» направлений обтекания с генерацией «зеркальных» боковых подъемных сил,
к комбинации как движительного, так и двигательного режимов работы,
использования для плавниковых устройств гибридного привода от
сил и моментов, передаваемых как от судовой силовой установки,
так и от воздействия внешней среды,
в соответствии со специализацией плавника (участков тела), и даже независимо от специализации, -
необходимости совмещения в одном устройстве различных свойств и функций, в разных фазах и скоростях локомоции, при разных скоростях судна.
Поэтому «чистые способы» плавания, особенно
для крупногабаритных вытянутых и массивных тел гидробионтов и локомоторной плавательной техники,
с отягощающими реактивными моментами и неконтролируемыми инерционными силами разных участков тел гидробионтов или частей колебательных машин,
представляются, по мнению автора предлагаемого изобретения,
осуществляемыми ограниченно, возможно на начальном этапе развития,
с адаптацией внутри отдельных видов маломерных устройств, или как частные варианты (переходных) режимов, например, как
«разгонный» режим или
пассивный режим, подобный моторному режиму «малого газа», с приостановленным (приторможенным) движением.
И главное, они не раскрывают «магии» чрезвычайно высокой ходкости крупных гидробионтов, биологических прототипов новых локомоторных судов, не раскрывают «парадокса Грэя».
Наличие у прототипа
нединамичного крупногабаритного несущего корпуса,
недостаточных габаритов плавника
с излишне большой частотой неоптимального вида колебаний,
с импульсивной боковой подъемной силой, действующей только в середине прямого хода,
с интенсивным импульсным ударным типом обтекания,
с большим сопротивлением боковому движению плавника,
а также передача вредной вибрации на несущий корпус
и размещение движителя (вариантного аналога этого же автора) в защитном коробе, для гашения этой вибрации, -
препятствуют повышению КПД двигательно-движительного комплекса и ходкости судна.
Кроме того, сокрыта работа прототипа в условиях резкого снижения скорости локомоции плавника относительно скорости судна, то есть, сокрыта возможность его работы в двигательном режиме. Однако неочевидное указание на реальную возможность получения двигательного режима выражено тем же автором (в ином аналоге)
в предложении использования плавникового устройства для гашения качки корабля путем демпфирования энергии волн, при котором боковое движение плавника совпадает по направлению с движением и под воздействием окружающей водной среды, с боковым движением косого набегающего потока.
Не раскрыта также возможность изменения (повышения) упругости пластинчатого плавника,
возможность обращения его в упругий двуплечий рычаг,
подобный рычагу (мотылю) движителя В.П.Костенко,
возможность активации его в крайних боковых положениях,
и возможность увеличения длительности генерации боковой наклонной подъемной силы хотя бы на локальных поверхностях его хвостовой оконечности.
Центральной идеей или техническим замыслом предлагаемого изобретения является осуществление ходкого (за счет подвижности корпуса и эффектов снижения давления окружающей среды при несимметричном его обтекании) локомоторного судна-платформы на динамичных, очевидно легких непотопляемых поплавковых корпусах уплощенной обтекаемой формы, в том числе дискообразной, крыловидной или подобной телам и плавникам гидробионтов, с возможностью
экспериментального выявления синергетических эффектов, доказательства и исследования их ходкости и новых мореходных свойств,
по Алееву (Экоморфология. http//ekomorf/ru) c адаптивными,
очевидно сложными (необязательно синусоидальными) движениями,
с возрастанием амплитуды, скорости, сложности и функциональности движений
вдоль привода, вдоль передаточной цепочки механических преобразований,
в частности, вдоль хорды изгибного крыла (корпуса плавника) и (или)
вдоль лонжерона машущего крыла (корпуса плавника),
с длительной и равномерной (не импульсной) генерацией движущей силы,
очевидно с возможностью постоянного или максимально длительного поддержания во всех фазах наивыгоднейшего угла атаки локальных смоченных поверхностей при их обтекании в различных, как в движительном, так и в двигательном режимах,
которые как известно, математически (и механически) возможно получить наложением и суммированием нескольких независимых элементарных (синусоидальных) составляющих,
очевидно от нескольких (разных) источников колебаний и вращательных движений,
очевидно при помощи энергосберегающего гибридного привода, с использованием внешних сил в неинерциальной системе отсчета,
рекуперации (возвращении и направлении части материалов и энергии для повторного использования)
энергии относительного встречного водного потока динамичными корпусами,
энергии вращательного движения двигателя-инерцоида,
гравитационной энергии колебательных масс (маятниковых устройств),
энергии давления «воздушной подушки» относительного (с суммарной скоростью) воздушного потока, получаемого вентилятором, дополнительной частью нового, «турбовентиляторного» типа форсированного ветродвигателя с принудительной циркуляцией потока.
При этом множество возможных локомоторных устройств с разнообразными приводами, с многоцелевым назначением и с разнообразными свойствами,
но объединенные единым и общим техническим замыслом,
не может быть «необходимым и достаточным» или «исчерпывающим» в вечной гонке рекордных достижений скорости и ходкости судов, но
может быть «канонизировано» в качестве «теоретических моделей», подобно известным шахматным партиям из известных приемов,
поэтому не рассматривается автором как численно ограниченные (исчерпывающие) варианты изобретения, и
все они заслуживают многостороннего изучения, исследования, экспериментального отбора и оптимизации состава, также как и их разнообразные локальные формы и размерения,
поэтому в заявке они представлены достаточно кратко и схематично,
без инжиниринговой детализации проектирования,
с приоритетом наглядности, раскрытия обобщенных существенных признаков и демонстрации исследовательского, некоторого возможного (из много возможного) разнообразия их комплексного состава.
Заявленное изобретение предназначено для осуществления
модульного судна-платформы на локомоторных (динамичных) плавучих корпусах,
и заместительного ветродвигателя для их (гибридного) привода.
При решении поставленной задачи может быть получен основной синергетический, двойственный и неделимый технический результат повышения ходкости судна, иначе -
снижения потребной мощности, затрат и резервирования запасов ископаемого энергетического топлива судовой силовой установки на текущую и отложенную пропульсацию, при одновременном
снижении общего сопротивления окружающей среды движению водоизмещающих корпусов судна, а также
другие положительные результаты и синергетические эффекты,
которые могут быть уточнены в процессе многовариантного изготовления и исследования нетрадиционного локомоторного судна, например,
получение впервые возможности глобальной изменяемости размеров и конструктивной трансформации,
в различных вариантах конфигурации судна, с различными локомоторными устройствами, как в процессе исследований и модернизации, так и в процессе серийной модификации,
вместе с получением впервые возможности быстрого и нетрудоемкого ремонта водоизмещающего несущего корпуса судна и агрегатов путем простой их замены,
получение впервые альтернативных типов водоизмещающих корпусов
с дополнительными (новыми) функциями и мореходными свойствами,
повышение живучести и непотопляемости судна,
повышение длительности автономного плавания,
расширение возможности создания специализированных модульных судов с коротким циклом финансирования и производства,
получение впервые форсированного ветродвигателя, извлекающего энергию регулярных слабых ветров,
получение впервые судового электролитического МГД-генератора на морской воде,
получение впервые локомоторного судна,
как частный случай неинерциальной механической системы общего назначения (получения и передачи энергии колебаний),
как эффективного агрегата с двигательно-движительным комплексом на возобновляемой и вторичной (рекуперируемой) энергии, в котором нагрузка «движителя» не оказывает тормозящего воздействия на «двигатель».
В63В38/00
В63Н1/36
В63Н1/37
B63H9/02
В06В1/16
В06В1/18
B06B1/20
F03D3/02
F03D9/00
F03D9/02
Модульное судно с несимметричным обтеканием корпусов
и форсированный ветродвигатель для их гибридного привода
Изобретение в целом
относится к локомоторным многокорпусным модульным судам-платформам
с синергетическим эффектом получения конкурентоспособности от интегрируемых двигательно-движительных комплексов,
двигательно-движительные комплексы каждого модуля судна
относятся к энергосберегающим неинерциальным механическим системам общего назначения (получения и передачи механических колебаний водоизмещающих корпусов),
водоизмещающие корпусы несимметричного (волнового) обтекания
относятся к плавниковым устройствам с гибридным приводом и, обладая свойством рекуперации энергии встречного потока, сами являются частью гибридного привода,
часть гибридного привода плавниковых устройств относится к центробежным источникам получения и передачи механических колебаний, а еще
часть гибридного привода плавниковых устройств
относится к форсированным ветродвигателям с принудительной циркуляцией потока.
По известным видам потребляемой энергии судно можно отнести и к ветроволноходам.
Изобретение может быть применено
во-первых, в исследовательском судостроении
для экспериментального выявления, доказательства и исследования лучшей ходкости и новых мореходных свойств судов с локомоторными корпусами,
интегрированными в гибридный агрегат преобразования альтернативных видов энергии, преимущественно в неинерциальной системе отсчета
от вторичных и возобновляемых источников,
во-вторых, в промышленном производстве ходких модульных специализированных судов,
с конкурентоспособной технологией автоматизированного высокоточного производства
единичных модулей локомоторных судов,
с возможностью трансформирования судна от размеров единичного модуля до размеров укрупненного судна-платформы с множественными идентичными модулями жесткого разъемного взаимного соединения, а также,
в-третьих, может быть широко применено в ветроэнергетике, в том числе
при осуществлении автономных (в том числе плавучих) электростанций и энергосберегающих предприятий с энергообеспечением от форсированных (турбовентиляторного типа) ветродвигателей
с их возможностью извлечения распространенной энергии слабых ветров.
Плавучий водоизмещающий корпус судна с доисторических времен осуществляют
подобно библейскому «ковчегу», с тех времен без обновления существенных признаков, -
крупногабаритным, но цельным и неразъемным на части,
подвижность (локомоцию) которых относительно друг друга исключают априори,
с большой металлоемкостью, массивностью, инерционностью, ограничивающими возможность его маневренности и динамизации (локомоции),
с двойной (для водонепроницаемости) стальной оболочкой удобообтекаемой
неизменяемой симметричной иглоподобной (цилиндрической) формы,
усиленной продольно-поперечным набором многочисленных переборок, балок, шпангоутов и стрингеров, стесняющими внутреннее пространство,
с осложненной функцией,
кроме гидростатического поддержания на водной поверхности и пропульсации в окружающей водной среде (продвижения с преодолением гидродинамического сопротивления среды), еще и
с функцией содержания и сохранения внутри него, как в библейском «ковчеге»,
небезопасно от разрушения, разгерметизации и затопления, –
большой присоединенной массы, - людей, животных, двигательно-движительного комплекса, запасов топлива, судовых устройств, опасных грузов и ценных товаров.
Причем строительство крупногабаритного корпуса в Украине осуществляют
по традиционным (неоригинальным) архитектурным проектам,
по неконкурентным технологиям 60-70 годов, снижающим синергетический эффект производства наукоемкого продукта (судна) в благоприятных географических условиях,
путем наращивания тяжелых (соответственно габаритам судна) элементов конструкции
(прикреплением сваркой, с подгонкой друг к другу «по месту», предварительно изготовляемых с припуском на «причерчивание» и «контуровку»)
до укрупненных неидентичных изделий, отличающихся друг от друга в соответствие с архитектурным местоположением, -
до секций, блоков, модулей и цельного корпуса,
сначала на стационарных площадках-постелях, конверторах, затем – на достроечном стационарном стапеле,
известно также укрупнение судов методом «центральной вставки», все -
с долговременным циклом финансирования слабо синхронизированных и контролируемых, преимущественно ручных разметочных и сборочно-монтажных сварочных работ, в том числе на стапеле, что увеличивает «критический путь» цикла,
ограничивающим возможность
получения конкурентного качества формы корпуса,
«паспортизации, учета и исправления суммарных деформаций» в размерных цепях и
организации автоматизированного производства, в том числе конвейерного,
с высокоточным изготовлением сборочных элементов без припусков, в «чистый размер»,
с формированием конструкции корпуса без доработки элементов «по месту».
Цельный (не локомоторный, неподвижный) массивный корпус на траектории продвижения (пропульсации) в воде не рыскает (не вращается с перемещением в бок) и не изгибается, подобно гидробионтам, что минимизирует затраты энергии для пропульсации традиционного тяжелого корпуса, но, по мнению автора изобретения,
«хорошая» истина стала догматическим представлением об «идеальном судне»,
а что-либо, возможно «лучшее», - воспринимается как «враг хорошему».
В результате стационарного (не волнового, не локомоторного) процесса симметричного преобразования (деформации) потока корпусом судна
осуществляют непроизводительные затраты энергии судовой силовой установки на симметричное разделение, раздвигание и отбрасывание водных масс по бокам и сообщения им уравновешенных по бортам фронтальных и боковых сил и ускорений,
и генерируют нормальные к смоченным локальным поверхностям симметричные и уравновешенные по бортам реактивные внешние силы гидростатического и гидродинамического давлений, - главный результат преобразования кинетической энергии судна (встречного потока),
то есть создают условия возникновения разновеликих вдоль корпуса, но симметричных и уравновешенных по бокам локальных сил и явлений,
как «реакции опоры» на пропульсивную силу, а именно -
силы трения и лобового (ударного) скачка уплотнения и сопротивления, относящиеся
к инерциальной (условной или относительной) системе отсчета,
где «выполняются» все «законы сохранения» (энергии, импульса, момента импульса…),
для сравнения, - для сил и явлений, относящихся к иной – неинерциальной (ортогональной) системе отсчета,
«законы сохранения не выполняются», и известны, например, как
явления деформации встречного потока (эффекта Магнуса, обтекания Бернулли, кавитации, волнового, индуктивного и вихревого сопротивлений), с генерацией сил ортогональных к направлению потока.
Но именно путем подвижности (локомоции) относительно стационарного корпуса и относительно окружающей среды,
путем динамизации (привода в движение от судовой силовой установки) устройств с уплощенными поверхностями (локомоторных устройств-движителей)
осуществляют несимметричное преобразование встречного потока,
генерируют несимметричные неуравновешенные силы и моменты сил давления среды на смоченные поверхности, отталкивания от среды и сопротивления среды движению (локомоции) динамичных устройств,
баланс которых с силами на стационарном корпусе, при подводе избыточной мощности судовой силовой установки на движитель, может быть только положительным, то есть сопротивление движителей движению судна отсутствует «по определению», но сопротивление среды собственно локомоции движителя никуда не исчезает, и важно оценивать потери мощности двигателя на преодоление этого сопротивления,
оценивать качество пропульсации судна, показатели его энергетической эффективности, иначе - мореходного качества – ходкости судна. То есть ходкость, как способность судна развивать скорость хода, отнесенную к единице затрачиваемой мощности двигателя, – синоним энергосбережения и энергетической эффективности судна, хоть и в неявном виде, связана с качеством (характером) локомоции.
Комплексная задача повышения ходкости судна частично решается путем повышения КПД и снижения неэффективных затрат энергии судовой силовой установки на пропульсацию,
в частности изучают и ветроволноходы, - аналоги локомоторных судов, или - суда с дополнительной установленной мощностью нетрадиционных силовых установок – волновых и ветродвигателей,
работающие с дармовыми возобновляемыми источниками энергии (волн и ветра),
частично снижающими затраты и запасы на судне углеводородного топлива.
Однако известные ветроэнергетические установки несовместимы с судном (полностью или отчасти) по многим причинам, прежде всего,
во-первых, их малого (около 30%) КПД, соответственно закону сохранения массового расхода и предельной возможности торможения (по Бецу 59.3%) потока при преобразовании его кинетической энергии в нефорсированных, - простейших самотечных (со свободным протоком) энергетических авторотационных ветровых турбинах, например, в роторе Савониуса (для сравнения – известны устройства-приемники ветровой энергии с принудительной циркуляцией потока, например турбопарус Кусто),
изначально адаптированных к стационарному размещению в географически локальных малораспространенных местах с регулярными избыточно сильными ветрами скоростью приблизительно 8-50 метров в секунду (на остальных обширных территориях вероятность наличия ветра со скоростью 2 метра в секунду в 6 раз выше вероятности наличия ветра со скоростью 8 метров в секунду <renewable.com.ua что нужно знать о ветроэнергетике>), в отличие (не путать) от
масштабированных неинерционных (легких) моделей для электропитания неэнергетических (бытовых) электронных приборов, например анемометра, -
маломерных «вертушек», с малой мощностью (приблизительно до 0.5 кВт), едва достаточной для самовращения без существенной нагрузки потребителей, но
весьма чувствительных к образованию «воздушной подушки» (давления) на лопастях даже слабыми ветрами со скоростью в районе 0-5 метров в секунду,
во-вторых, они имеют
малую заместительную (вместо традиционно установленной) мощность,
несопоставимую с большей потребностью преодоления
большого сопротивления традиционного стационарного, большого и тяжелого корпуса,
которые возрастают соответственно по кубической и по квадратической зависимостям
(Ньютона) от скорости судна, что вызывает необходимость,
в-третьих, изыскания возможности аккумулирования электроэнергии, генерируемой неравными порциями, - в крупногабаритных аккумуляторах большой емкости,
а также необходимость изыскания на судне избыточных площадей и пространства для их размещения, подобно Л.Б.Левину на его «самоходном морском судне» (RU2392178),
также как и для размещения самих крупногабаритных приемников ветра (лопастных роторов и стационарных конфузоров – известных концентраторов мелкодисперсной энергии потока),
в-четвертых, по конструктивному недостатку – передачи большого давления ветра на мачтовую опору пропеллерных роторов, - тормозящей судно (при встречном ветре) и его опрокидывающей (при боковом ветре) силы.
в-пятых, известные ветродвигатели применяют в инерциальной системе отсчета, для непосредственного привода потребителей (генераторов, движителей…), которые в инерциальной системе отсчета оказывают тормозящее воздействие на ветродвигатель,
еще более снижая и без того малый его КПД.
При этом следует учитывать, что термин «КПД» для «дармовых» источников энергии,
в отличие от «купленных», имеет условное применение, -
для сравнения между собой различной (экономической и энергетической) эффективности различных устройств в одинаковых условиях (скорости утилизируемого потока). Очевидно, что сравнивать КПД устройств для приема различных по спектру,
легких и ураганных ветров, – неуместно. Также неуместно судить об эффективности устройств просто по их «быстроходности», или просто по номинальной мощности, или даже по «коэффициенту использования энергии», или просто по «стартовой скорости», или даже по номинальной мощности, отнесенной к площади номинального пересекаемого потока, что несколько лучше.
По мнению автора, подобно относительному термину «ходкость судна», более корректно применение относительного термина «приведенной мощности на разных скоростных режимах», или в частности, - «приведенной стартовой мощности», -
способности ветродвигателя развивать стартовую мощность единицей площади пересекаемого потока, отнесенную к величине этой «стартовой» (минимальной) скорости или, в обобщающем варианте, к районированной скорости «регулярных» (распространенных слабых) ветров, а еще лучше - к квадрату этой скорости.
Но, если возможность существенного снижения сопротивления корпусов очевидно может влиять на возможность успешного заместительного применения ветродвигателей для пропульсации судна, то обратная связь этих возможностей в известных аналогах очевидно отсутствует и требует экспериментального выявления в новых конструкциях комплексных агрегатов-ветроволноходов, в судах нового типа – локомоторных судах.
В более широком смысле, устройства возобновляемой энергии и их КПД следует оценивать и осуществлять по синергетическому эффекту получения конкурентоспособности от полного агрегатного комплекса, –
всей совокупности энергоприемников, двигателей, преобразователей, усилителей, трансформаторов, приводов, трансмиссии, движителей, потребителей (исполнительных механизмов), аккумуляторов, регуляторов и управляющих устройств, несущей основы…,
причем как в прямом, так и в обратном направлении цепочки взаимодействия (торможения двигателя движителем), что и предполагается в данном изобретении.
Снижение сопротивления корпуса, другой аспект комплексной задачи повышения ходкости традиционными способами, как и повышение КПД традиционного двигательно-движительного комплекса, доведены до своих пределов, уточняемых единицами и десятыми долями процентов,
за счет оптимизации формы его обводов, подбором относительной полноты, относительной широты и других размерений корпуса в целом, и выступающих смоченных частей в частности,
причем всякий раз заново, при проектировании каждого нового (специализированного) судна с новыми размерениями и с новыми данными двигательно-движительной установки, что само по себе обременительно, но также
требует дорогостоящей универсальности специалистов и производственной базы для судов разного класса. В более широком смысле потребность в специализированных судах вступает в противоречие с экономическими и технологическими требованиями стандартизации их проектирования, производства и эксплуатации.
Известны также способы уменьшения шероховатости обшивки, дерзкие попытки применения упругодемпфирующих покрытий, введения в пограничный слой слизей или растворов с полимерными добавками, уменьшающих силу трения с сомнительной экономической эффективностью.
Анализ современного уровня техники показывает, что
локомоция корпуса судна, как способ и устройства снижения сопротивления его продвижению в окружающей среде, - неизвестна,
но известны «парадокс Грея» и необычайная высокая ходкость гидробионтов (дельфинов),
как постановка перед обществом большой задачи, разрешение которой может стать открытием сверхпроводимости (повышенной проводимости) встречного потока
для локомоторных тел и основанием большой ниши новых изобретений новых судов и гидродинамических устройств с повышенной ходкостью.
Также известно, что Алеевым (Экоморфология. http://ekomorf/ru/) была высказана (но не раскрыта) идея возможности снижения сопротивления движению при условии снижения (не раскрыто - снижение каким именно образом?) динамического давления окружающей среды на смоченные поверхности. Задача автора и есть развитие и реализация этой идеи.
Осуществляют пропульсацию судна традиционно с применением какого-либо динамического (локомоторного) преобразовательного устройства,
реже – низкочастотного, например «гребного колеса»,
с большим лобовым сопротивлением лопастей-плиц вращению (продвижению) в среде,
из-за ортогональной установки (с прямым установочным углом) их к направлению окружной траектории,
чаще – с применением высокочастотного, например «гребного винта»,
с лопастями – аналогами самолетного крыла малого удлинения,
с меньшим сопротивлением вращению, из-за косой (наклонной) их установки к потоку,
с непрерывным бесконечно длительным прямым рабочим ходом.
Вращающейся лопастью гребного винта,
часто с «критическим» (за пределами которого наступают турбулентное обтекание, срыв потока и кавитация) углом атаки, равным приблизительно 16-20 угловым градусам, воздействуют на окружающую водную массу и осуществляют
интенсивный нестационарный процесс косого несимметричного обтекания их боковых поверхностей,
с повышенным гидродинамическим давлением на боковую поверхность лопасти, обращенной к косому набегающему потоку, -
фактором нелинейного повышения сопротивления движению, и
с пониженным гидростатическим давлением на обратную – «теневую» поверхность, -
фактором нелинейного снижения сопротивления движению,
то есть осуществляют интенсивную локомоцию, -
с интенсивным процессом генерации перепада (преимущественно гидродинамического) давлений по бокам лопастей и упора ими на окружающую среду,
с генерацией большой по модулю наклонной вперед боковой подъемной силы, иначе - силы тяги (упора),
а также больших сил сопротивления.
В результате высокоскоростного вращения гребного винта
водную массу интенсивно деформируют с большим углом атаки и большими углами скоса, как тангенциальным, так и радиальным,
и отбрасывают в виде конусной высокоскоростной закрученной и вспененной вихревой струи, направленной в сторону, противоположную движению судна,
чем принципиально «опорное» движение приближают к отбрасыванию воды,
то есть к водометному «реактивному» движению. Причем известно, в зависимости от угла атаки, различают «легкие» и «тяжелые» винты, -
синонимы нагрузки, сопротивления и «ходкости» винта.
Отношение боковой (подъемной) силы к общему сопротивлению движения в авиации носит название «аэродинамического качества крыла» и достигает значений от нескольких единиц до нескольких десятков единиц,
в чем проявляется замечательный эффект трансформирования энергии встречного потока (вторичной энергии) в ортогональную (неинерциальную) систему отсчета (анализ автора), максимум которого достигают при «наивыгоднейшем угле атаки», в значении приблизительно 4-5 угловых градусов. При этом генерацию малого сопротивления и существенной подъемной силы осуществляют не столько за счет образования на больших углах атаки области повышенного давления «воздушной подушки» под крылом, по принципу «гидравлического удара» Жуковского, сколько за счет образования области «разряжения» над крылом, по принципу «обтекания Бернулли». «Наивыгоднейшему углу атаки» соответствует «наивыгоднейший режим движения самолета», и по мнению автора, может соответствовать «режим максимальной ходкости» (например глиссирующего корпуса), с максимальным «гидродинамическим качеством» уплощенных устройств (днища глиссера) – аналогов крыла, и с «гидродинамическим качеством» всей плавучей системы несущих водоизмещающих корпусов, как отношение суммы всех боковых движущих сил или их моментов к сопротивлению движения судна. Очевидно, в частном случае, традиционный нединамичный корпус симметричного обтекания имеет «нулевое качество».
По мнению автора изобретения, «ходкость», «качество» локомоторного устройства и его КПД связаны некоторыми эмпирическими зависимостями (коэффициентами), которые предстоит еще установить, возможно корреляционным анализом, то есть КПД локомоторного устройства может быть оценено и исчислено по его большому «качеству».
Косое несимметричное обтекание призваны объяснять известные и признанные теории аэродинамики и гидродинамики, в частности – «импульсная» Б.Н.Юрьева, «вихревая» и «гидравлического удара» - Н.Е.Жуковского.
Чаще мощность силовой установки используют
в инерциальной (условной) системе отсчета,
в «движительном» режиме, непосредственно в «движителях» -
передатчиках механической энергии от силовых установок во внешнюю среду,
подобно мешалкам и толкателям,
для пропульсации судна гребным, воздушным винтом или плавниковым движителем,
причем любой движитель оказывает тормозящее действие на силовую установку,
в той мере, насколько велико сопротивление среды, так что для поддержания оборотов на расчетном режиме, например на винт, подводят почти удвоенный запас мощности,
что ухудшает показатели ходкости судна,
но также (реже) –
в неинерциальной (ортогональной) системе отсчета (анализ автора),
в «двигательном» режиме опосредованно, с помощью «двигателей» - приемников немеханической (не от силовых установок), - кинетической энергии и силы давления внешней среды на их уплощенные контактные (смоченные) поверхности,
подобно флюгерам и демпферам,
например, для генерации гидродинамической силы или силы давления «воздушной подушки» - силы поддержания аппарата тяжелее окружающей среды, крылом самолета, подводным крылом судна и несущим винтом вертолета, при движении в среде или на границе двух сред, или
например, для авторотации механической системы (пропеллеров автожира, ветровой или гидротурбины),
или для приема кинетической энергии суммарного относительного потока,
вызванного не только прямолинейным (ветром, течением) или волновым движением среды, но и собственным движением «двигателя» (косого паруса спортивной яхты, лопасти турбины, ротора Флетнера),
то есть с проявлением «рекуперации вторичной энергии» (анализ автора)
собственного движения какого-либо аэродинамического или гидродинамического устройства, аналога крыла.
То есть плавниковые движители и двигатели известны как более или менее успешные самостоятельные устройства, конструктивно подобные и обратимые,
хотя и неравнозначные по КПД, как и другие известные обратимые устройства, например электродвигатели и электрогенераторы, компрессоры, насосы и гидродинамические двигатели, гребные винты и гидротурбины, воздушный винт вертолета и авторотационный винт автожира, вентиляторы и ветродвигатели.
Менее известно (но должно привлекать внимание) то,
что в указанных устройствах в той или иной мере осуществляют процессы с использованием в неинерциальной системе отсчета какой-либо энергии и соответствующих сил - центробежной, подъемной, гравитационной или выталкивающей сил, ортогональных направлениям движения (токов), и
что обратимые устройства могут дополнять друг друга в совместном применении, проявляя синергетический эффект, например, воздушный компрессор или вентилятор и газовая турбина в турбокомпрессорном или турбовентиляторном авиационном двигателе, для улучшения уже известных или для получения новых свойств комплексных устройств.
В частности, по анализу автора предлагаемого изобретения, свойством сочетания обратимых режимов обладает и радиальный ветродвигатель с ротором Савониуса
(Шести-лопастной савониус. e-veterok.ru), с малым КПД из-за ограничения Беца,
а именно, свойством авторотации под воздействием обоих из радиальных потоков,
как в центростремительной части его траектории, - от периферии, от наветренной области повышенного динамического давления к центральной области ротора,
так и в центробежной части траектории потока, - от центра к периферии, к подветренной области с пониженным давлением,
чем осуществляют повторное (вторичное и дополнительное),
после первичного извлечения энергии ветра наветренными лопастями и
после прохождения потоком центральной области, -
дополнительное извлечение энергии относительного потока и на диаметрально противоположных подветренных лопастях, движущихся против ветра.
«Плавниковую» пропульсацию судна осуществляют так же,
путем опоры на окружающую среду, но с помощью иного динамичного, крупногабаритного машущего устройства - плавника, аналога самолетного крыла, подвешенного к несущей основе (традиционно к корпусу судна) и
приводимого, с той или иной сложностью махов (алгоритма локомоции), при помощи, шарнирно-рычажных механизмов, трансмиссии и судовых двигателей, в том числе при помощи шаговых электродвигателей.
Причем результат взаимодействия с окружающей средой низкочастотного машущего устройства, по сравнению с высокооборотным гребным винтом, зависит не только
от собственных эволюций относительно несущего корпуса, но в значительной мере и
от относительного движения среды, в том числе от течений и от волновых колебаний поверхностных водных масс, влияющих на направление и угол атаки (обтекания).
Локомоцию плавниковых устройств в большинстве аналогов осуществляют
с сохранением стационарности судна, его корпуса,
с полным соблюдением законов сохранения (энергии…) в инерциальной системе отсчета,
с применением алгоритма локомоции преимущественно с гармоническими элементарными составляющими,
алгоритма, при котором все точки (части) плавникового тела движутся
по идентичной для всех точек синусоидальной траектории,
без изменения амплитуды, скорости и сложности локомоции вдоль плавникового тела,
с алгоритмом, получаемым преобразованием вращения от единственного источника, -
непосредственно от приводного вала,
при помощи, например, кривошипно-шатунного механизма,
алгоритмом локомоции с простейшими (гармоничными) последовательными элементарными движениями плавника, -
с изгибным (редко),
а чаще только с возвратно-вращательным и с боковым возвратно-поступательным движениями, с взаимным сдвигом по фазе на П/2,
часто только последнее из которых и используют для генерации движущих сил,
причем только один из видов боковых движений – движение «навстречу» боковой составляющей встречного потока,
в режиме интенсивной (с большим углом атаки) генерации наклонной вперед подъемной силы и ее составляющей силы тяги,
что приводит к импульсному изменению угла атаки и
к ударному характеру обтекания плавника,
с большим индуктивным сопротивлением,
с краткой длительностью интенсивной генерации движущей силы, -
менее чем 2П/2 за колебательный цикл,
и даже в самом колебательном цикле различают
прямой «рабочий» ход (мах),
с генерацией движущей силы и
«подготовительный» (нерабочий) ход - перекладки наклона плавника относительно несущей основы (корпуса) и относительно направления набегающего потока,
без генерации движущей силы.
Подобная практика нашла и теоретическую опору в небесспорной гипотезе
о превосходстве якобы синусоидальных «угревидного» и «скомброидного» способов плавания,
которые по существу синусоидальными не являются (по признаку изменения-возрастания амплитуды, скорости и сложности движения частей тела вдоль тел гидробионтов),
с противоречивыми признаками и условиями, -
с требованием безальтернативного превышения скорости синусоидальной локомоции плавниковых тел и устройств над скоростью хода судна или гидробионта,
для гарантированной генерации импульсов наклонной вперед подъемной силы
и ее продольной тяговой составляющей и одновременно
с стремлением к уравниванию этих скоростей (Слижевский Н.Б. «Гидробионика в судостроении», г.Николаев, 2002). Более того, по этой гипотезе в меньшей частоте локомоции видят источник торможения (якобы недопустимого сопротивления) тел обтекания.
Кроме того, при традиционном моделировании несправедливо противопоставляют сложные конструкции тонких плавников изгибно-пластинчатого исполнения
более простым техническим конструкциям корпусного исполнения, способным одновременно выполнять дополнительную гидростатическую функцию несущего водоизмещающего корпуса.
Очевиден также недостаток существенно малых габаритных размеров и избыток большой частоты колебаний известных устройств, более приближающих их к мешалкам и барботажным устройствам.
Корпус колеблющегося плавника с симметричным профилем, как и машущее крыло, обладает свойством еще более интенсивно, чем стационарное «косое» крыло, лопасть винта или стационарный «косой» парус яхты, генерировать, по наиболее близко подходящей теории «гидравлического удара» Н.Е.Жуковского, быстро нарастающие перепад гидродинамического давления по бокам и подъемную силу из-за ударно-импульсного характера косого обтекания плавника, подобно заслонке, резко перекрывающей поток жидкости в трубе. Максимум бокового энергетического импульса получают при углах атаки, в более широком диапазоне, для малогабаритных плавников и крыльев приблизительно до 30 угловых градусов и выше, без угрозы срыва потока, который не успевает угрожать устойчивости опорного движения в среде, в условиях быстрого чередования прямого «интенсивного» (маха) и менее интенсивного подготовительного ходов. Более того, срыв потока, как явление вредное для крупногабаритных устройств, - для мелких устройств, птиц и насекомых, при волновом знакопеременном высокочастотном обтекании может являться естественной сутью, преимуществом и существенным признаком устройств и способов осуществления поддержания и пропульсации.
Кроме того, по мнению автора изобретения, в отличие от гребного винта, габаритные размеры машущего крыла, как и водоизмещение плавника, могут быть, как в природе, значительно увеличены, до сопоставимости с размерами самого несущего корпуса судна. Тогда для генерации эквивалентной пропульсивной силы крыловидным плавником возможна выгодная компенсация - снижение частоты колебаний при увеличении площади боковых поверхностей, взаимодействующих с окружающей средой, или точнее по «теории адаптивной морфологии животных»,
по Алееву (Экоморфология. http://ekomorf/ru/),
увеличением приведенной удельной поверхности, при условии одновременного снижения сил сопротивления за счет понижения динамического давления. Причем, увеличение площади боковых поверхностей крыловидного плавника возможно, в большей мере за счет увеличения его удлинения, что также снижает индуктивное сопротивление и существенно (на порядок) повышает его водоизмещение, по сравнению с традиционным иглоподобным корпусом.
В результате таким плавником окружающую среду возможно в меньшей мере деформировать и отбрасывать, а в большей мере отталкиваться от нее, как от твердой и массивной опоры, с большим КПД, с улучшенной ходкостью. А наличие плавников с увеличенным водоизмещением неизбежно приводит к существенному изменению архитектуры до многокорпусного судна, с вертикальными крыловидными корпусами, с соответственным изменением (снижением) доли водоизмещения стационарным корпусом (если таковой останется) в общем водоизмещении судна, - к существенному изменению (улучшению) его мореходных качеств, к синергетическому эффекту от совместного действия компонентов судна.
Стационарное несимметричное крыло (корпус, плавник), особенно с изогнутой (выпукло-вогнутой) формой профиля распространено преимущественно у крупногабаритных птиц, и обладает известным свойством искривления (криволинейного преобразования) обтекающего встречного потока (ветра), то есть
свойством неинтенсивной изгибной деформации потока без нарушения его ламинарности,
с эффективной генерацией подъемной силы и силы тяги на малых углах атаки,
и даже на отрицательных углах атаки, приблизительно до -6 градусов
(что можно наблюдать у крупных птиц при полете с махами крыла вверх или при полете морских птиц «без махов», «парении» без «восходящих теплых потоков», «…то крылом волны касаясь, то…»),
при которых, кроме подъемной силы, несмотря на общий наклон (хорды профиля) назад, генерируют на локальном наклонном вперед переднем участке профиля
продольную составляющую локальной (боковой) силы, - силу тяги.
Причем, изгиб потока начинают осуществлять еще перед крылом,
в виде переднего угла скоса потока
(«Основы полета. Оксфордская авиационная академия», http://aviacom.ucoz.ru/Principleflight3.doc),
и на боковых поверхностях генерируют перепад преимущественно гидростатического давления, неинтенсивно,
с меньшим сопротивлением среды, с малой ударностью, за счет малого угла атаки, но еще в большей мере из-за различия длин путей, окружных скоростей и направлений боковых рукавов обтекающего потока на разных радиусах их криволинейной траектории (по закону Бернулли),
то есть осуществляют безударную (с малыми углами атаки) локомоцию, объяснимую действием закона Бернулли, далее упрощенно «локомоцию, обтекание и генерацию подъемной силы по закону Бернулли».
Очевидно, что маховые движения крупногабаритным крылом в природе также являются адаптивными и осуществляют преимущественно с адаптивно малым и автоматически получаемым «наивыгоднейшим» углом атаки,
так как, по мнению автора изобретения, он одновременно является физическим пределом, подобным пределу прочности материалов или «пределу Беца» эффективности самотечных ветровых турбин,
а махи с большими углами атаки,
с проявлением гидравлического удара (Н.Е.Жуковского),
имеют ограниченное применение, так как (по кубической зависимости мощности) затруднительно и невыгодно получать большую скорость махов при большом сопротивлении среды.
Жесткий (не изгибный) несимметричный водоизмещающий корпус лодки венецианского гондольера, - аналог адаптивной морфологии и перехода
от стационарного к динамичному автоколебательному корпусу,
на локальной смоченной поверхности более крутого бока несимметричной носовой оконечности которого генерируют локальную неуравновешенную боковую силу гидродинамического давления и разворачивающий момент этой силы, которые
позволяют гондольеру автоматически восстанавливать курс лодки,
изменяемый реактивным моментом от несимметричных мощных гребков одним веслом, расположенном не с боку, а позади корпуса, что
актуально для прохода в узких венецианских каналах.
Аналогом двигателя-генератора боковой внешней силы (в неинерциальной системе отсчета) также является ротор Флеттнера, использующий вместо центрально-ударного воздействия встречного потока на круговой стационарный корпус - альтернативное косо-ударное обтекание на том же,
но вращающемся роторе, по недостаточно раскрытому известному «эффекту Магнуса»
(лишь недавно, в 90-х годах, В.П.Козловым открыто явление реверса силы Магнуса),
с явлениями образования несимметричных форм обтекающих боковых рукавов потока,
с сокращением (сжатием) короткого и с растяжением (разрежением) длинного,
с соответственным повышением и понижением статического давления рукавов,
то есть с перепадом боковых давлений по закону Бернулли,
со смещением в бок точки (лобового) удара, торможения и разделения потока,
с генерацией боковой составляющей косого ударного импульса,
с перераспределением и уменьшением суммарных сил трения за счет нелинейного снижения их на одном боку, где направление окружной скорости ротора совпадает с направлением ускорения обтекающего встречного потока,
с уменьшением статического давления (по Бернулли) и гидродинамического сопротивления на том же боку с более длинной траекторией обтекающего потока.
В авиации также известны прообразы локомоции, -
«нежелательные» эволюции самолета, вроде «болтанки» и вращения «в штопоре», или крутильно-маховые автоколебания крыла, в частности вредная резонирующая вибрация типа «флаттер», -
результаты дисбаланса действующих весовых, инерционных, упругих и аэродинамических сил вокруг центров и осей масс, сил жесткости и упругости конструкции (крыла), аэродинамических давлений, мигрирующих вдоль хорды в зависимости от угла атаки, а также вдоль лонжерона в зависимости от скорости маха.
Известны прообразы локомоторных устройств - «механизация» крыла и фюзеляжа, изменяющие форму или кривизну аэродинамического профиля, стабилизирующие форму потока, или создающие дополнительные и корректирующие внешние аэродинамические силы поддержания, торможения или управляющие моменты сил, -
элероны, закрылки, предкрылки, триммеры, тормозящие щитки, поперечные аэродинамические шайбы, хвостовые стабилизаторы и носовые дестабилизаторы продольной устойчивости…,
в том числе сгруппированные в жесткие «аэродинамические решетки», в которых часто проявляются дополнительные эффекты (синергетические) группового взаимодействия элементов решетки (щелевое крыло, биплан, триплан, коробчатый или ячеистый воздушные змеи…),
известны также специальные механизмы управления и модулирования локомоцией (вертолетный «автомат перекоса» лопастей несущего винта, механизмы поворота плиц гребного колеса и лопастей крыльчатого движителя…).
Известны также «геометрическая и аэродинамическая крутки» крыла или лопасти, как способ стабилизации и уменьшения вредных автоколебаний.
В традиционном судостроении подобные устройства имеют ограниченное распространение, чаще на спортивных яхтах, реже на больших судах, в основном в качестве гидродинамических гасителей бортовой качки, например в виде динамичных крыльевых стабилизаторов или статических скуловых забортных стрингеров, но могли бы быть, по мнению заявителя, более активно и полезно задействованы как средства ходкой и маневренной локомоции судна.
Известны также роторные источники и преобразователи механических колебаний, снабженные вращающимися неуравновешенными массами, представляющие энергосберегающую неинерциальную систему (общего назначения) преобразования механической энергии, получения и передачи механического колебания, например,
по дипломной работе («Исследование возможности создания ветроволнохода», Николаев, морской университет. 1998.) инженера-корпусника Е.Б.Щербины (Винокуровой) и ее консультанта – авиатора и судового проверщика Б.Г.Винокурова (http://borisv.weebly.com), автора предлагаемого изобретения,
а также по изобретению Э.И.Линевича (патент RU 2377458, 2008 года, «Способ работы силового привода вращения и электростанция для его осуществления»), – по разной терминологии –
или инерционно-импульсные, или центробежно-импульсные двигатели-генераторы внешних центробежных сил и механических колебаний,
или преобразователи и трансформаторы крутящего момента,
в которых известно, классические законы сохранения (энергии, импульса, момента импульса…) «могут не выполняться»,
или (далее) инерцоиды, что проще и короче, и по сути одно и то же, если не путать с однозвучным названием виртуального «безопорного движителя».
Недостаток известных подобных энергетических преобразовательных устройств, по мнению автора изобретения, состоит в кратковременной импульсной длительности использования действия дешевой центробежной силы и
в недостаточном использовании (скрытой возможности) пространства для размещения больших неуравновешенных масс в инерционных двигателях,
так как их центробежная движущая сила, при прочих равных условиях, пропорциональна объему, то есть кубу линейного размера (радиуса эквивалентного шара) занимаемого массами пространства, сопоставимого с кубическим темпом роста потребной мощности силовой установки судна для эффективного преодоления им сопротивления движению.
Нераскрыта и возможность синергетического группового применения подобных генераторов-инерцоидов
с многовариантными приводами и комбинациями направлений вращений.
В книге «Ветроходы атомного века» профессора Ю.С.Крючкова оптимистично утверждается, что нет ни технических, ни теоретических проблем для реализации альтернативной энергетики в современном судостроении, однако общепризнанной обобщенной теории локомоторного судна, колебательного полета и плавания, машущего крыла, плавникового устройства и эффективного ветродвигателя пока еще нет,
чем и вызван столь длительный обзор уровня современной техники,
как в официальном ученом мире «нет истинного знания закона деформации (локомоции) тел гидробионтов и физической связи скорости локомоторной волны со скоростью плавания» (Е.В.Романенко, Институт проблем экологии и эволюции имени А.И.Северцева РАН, «Гидродинамика дельфинов»),
хотя есть стремление к построению некой «композитной» теории, например, Ю.И.Лобановским (www.synerjetics.ru/article/flapping-flight.pdf),
в результате колебательное плавниковое устройство остается быть и нетрадиционным, и недостаточно исследованным, но
оно является перспективным по КПД, предположительно не менее 90-95%, и
его признак колебательной динамичности многие авторы предполагают сообщить и самому корпусу судна, например Ю.П.Саламатов (Красноярск, 2000): «Исследование и разработка пространственно-временной модели эволюции технических систем».
Поэтому некорректно в рамках патентного закона защищать способ, опирающийся на слабую, незавершенную или непризнанную теорию,
и поиск путей дальнейшего развития мореходных свойств автор изобретения осуществляет сравнительным анализом уже защищенных патентами аналогов и
предложением альтернативного устройства - локомоторного судна, как нового устройства,
перспективного прежде всего возможностью изменения, получения и использования снижения давления среды на смоченные поверхности судна с целью снижения сопротивления его движению, а также
перспективного для автоматизированной технологии построения, вплоть до конвейерного стандартизированного модульного производства, по мнению автора – ключевой возможности решения общих проблем отечественного судостроения и возможности открытия новой ниши производства специализированных судов с синергетическим эффектом взаимодействия составляющих судовых комплексов (компонентов),
но необходимого, вместе с тем,
для опережающего развития экспериментального исследования
низкочастотной несинусоидальной подвижности легких плавучих корпусов
при помощи заместительного гибридного их привода и механизмов модуляции,
интегрированного с устройствами преобразующими и аккумулирующими энергию,
для исследования взаимодействия локомоторных устройств с динамичной окружающей средой, преимущественно в неинерциальной системе отсчета,
с демпфированием и утилизацией плотной возобновляемой энергии волн водной поверхности легкими поплавковыми динамичными корпусами,
с рекуперацией преобразованной (вторичной) энергии судовой силовой установки, -
вторичной энергии давления относительного уплотненного воздушного потока, - «воздушной подушки» на лопастях компрессора (вентилятора) турбокомпрессорного (турбовентиляторного) ветродвигателя,
в том числе на лопастях движущихся навстречу ветру,
вторичной плотной энергии относительного встречного водного потока динамичными корпусами, в результате собственного поступательного движения судна,
вторичной энергии вращательного движения дебалансной массы роторов-инерцоидов,
гравитационной энергии колебательных масс (маятниковых устройств),
с неинтенсивным преобразованием Бернулли (деформацией) встречного водного потока в боковые несимметричные криволинейные обтекающие рукава,
с изменением (понижением) суммарного давления среды (читать сопротивления) на смоченную поверхность динамичных демпфирующих корпусов,
причем преимущественно в неинтенсивном безударном режиме бокового их «дрейфа» вместе или попутно с боковой составляющей встречного потока,
с поддержанием малых углов атаки, в диапазоне приблизительно от -5 до +5 угловых градусов, по адаптивному к нестационарной внешней среде несинусоидальному алгоритму,
с продленной длительностью генерации существенной боковой движущей силы, как в прямом, так и в подготовительном ходе.
С другой стороны, результатом экспериментальных исследований локомоторного судна может стать развитие теории локомоторного движения, -
доказательство и раскрытие автором сущности явления сверхпроводимости
(повышенной проводимости) гидробионтов и динамичных корпусов судна в окружающей среде, иначе – явления или эффекта их повышенной ходкости, а также
выявление и раскрытие условий для осуществления локомоторной ходкости.
Известно судно - качеход, предназначенный для использования энергии качки для поступательного движения в условиях волнения водной поверхности (патент 2006 года, RU 2392177, В.В.Горшкова), который можно изучать как факт отречения от догмата
стационарности корпуса, как реальную попытку осуществления колебательного плавательного аппарата с динамичным (локомоторным) несущим корпусом, с колебательным двигательно-движительным комплексом. Качеход содержит, кроме традиционной энергетической установки с гребным винтом, - два качеприводных движителя с корпусным упругим плавником крыловидного профиля, прикрепленные под корпусом судна в его оконечностях. Крыло получает машущие движения от качки корпуса судна и нестационарное волновое обтекание. То есть сам корпус судна участвует в процессе приема, накопления и преобразования энергии переменных внешних сил, которые вступают в резонанс. Корпус суммирует кинетическую энергию собственных инерционных колебаний и энергию колебаний водной поверхности, то есть работает как корпусный двигатель-генератор, и передает ее корпусному плавниковому движителю, для опосредованной пропульсации. Плавником, в свою очередь, циклически перераспределяют боковые гидродинамические силы поочередно с бока на бок, и не только генерируют наклонную подъемную силу, но и демпфируют вредное явление качки. Недостатком аналога является метеорологический (вероятностный) характер наличия необходимого волнения водной поверхности, недостаточность силы волнения для возбуждения колебаний корпуса с большой инерционной массой, а также применение плоских горизонтальных козырьков, как и корпус, работающих в двигательном режиме опосредованной пропульсации, установленных на оконечностях корпуса, вблизи ватерлинии, для усиления (вредного) явления качки.
Тот же автор исключал влияние инерционных сил, в изобретении RU 2356783, опубликованном ранее, в 2009 году, согласно которого несущий корпус осуществляют с возможностью изгиба, в шарнирном сочленении с секциями оконечностей, обладающими малой инерционной массой. Корпусами автономных облегченных секций активизируют их колебание, легче воспринимают внешнюю энергию волн и преобразуют ее в механическую энергию подпружиненных корпусных плавниковых движителей,
с помощью шарнирно-рычажного механизма их подвески и привода (ШРМ), обеспечивающего применение мощного бокового движения плавника с высокой скоростью и амплитудой, что является существенным признаком и положительным результатом интенсивного плавникового движителя. Этот аналог имеет дополнительный недостаток ограничения (уменьшения) полезных площадей судна палубой и объемом центральной «неподвижной» несущей секции.
За прототип принят корабль с малогабаритным низкочастотным горизонтальным плавниковым гибким движителем тонкого пластинчатого исполнения (патент RU 2360831, В.Н.Храмушина, от 10 июля 2009 года, Бюллетень №19),
подвешенным к стационарному корпусу,
осуществляющим плоские (в вертикальной плоскости) составные колебания относительно несущей основы (корпуса судна) и относительно окружающей водной среды,
с возвратно-поступательной, возвратно-вращательной и изгибной составляющими,
приближенными к синусоидальной траектории «скомброидного» движения, то есть
с неизменными вдоль тела функцией, степенью свободы, амплитудой, скоростью и сложностью движения всех точек (частей) плавника,
с нулевыми углами атаки в крайних боковых его положениях, где боковая скорость плавника также нулевая и минимальны гидродинамические движущие и силы сопротивления, и
с максимальными углами атаки в срединном его положении,
где боковая скорость плавника максимальна, и
где его подъемная сила могут быть положительными, очевидно при «скомброидном» условии превышения скорости локомоторной волны над скоростью судна.
В крайних боковых положениях изогнутого плавника
подготовительный ход плавника находится в длительной стадии своего развития, то есть остается незавершенным и «бесполезным», и
генерацию существенной по модулю движущей силы получают только в середине прямого хода, выпрямленным профилем, причем импульсивно, с краткой длительностью, менее чем 2П/2 за колебательный цикл.
Плавник работает в инерциальной системе отсчета, по безальтернативному, благодаря своей неупругой гибкости, чисто «скомброидному» движительному принципу.
Прототип интересен стремлением автора к дифференцированному анализу процесса волнового обтекания движителя,
указанием на кривизну траектории волнового (знакопеременного) движения плавника и
на наличие фазовых отличий его обтекания,
на дискретность фаз синусоидальной траектории,
с выделением прямого рабочего (движительного) хода
«отталкивания от водной среды» в средней его части,
с интенсивной генерацией наклонной боковой отталкивающей (и ее пропульсивной составляющей) силы,
очевидно «по принципу косого гидравлического удара Н.Е.Жуковского», и
с выделением промежуточных фаз - подготовительных (роторных) ходов,
с неинтенсивной (сниженной) генерацией индуктивного сопротивления.
Недостаток прототипа – возможность генерации вредных инерционных сил на высокочастотном плавнике при прохождении им крайних боковых положений и
неиспользуемая возможность генерации внешней (не от силовой установки) движущей силы, из-за тонкости и неупругой гибкости плавника,
«по принципу безударного криволинейного обтекания Бернулли».
Подобный анализ прототипа приводит к осознанию возможности и необходимости адаптивного рационального сочетания фазовых отличий процесса обтекания, приводящих
к комбинации в способах плавания различных углов атаки и даже «зеркальных» направлений обтекания с генерацией «зеркальных» боковых подъемных сил,
к комбинации как движительного, так и двигательного режимов работы,
использования для плавниковых устройств гибридного привода от
сил и моментов, передаваемых как от судовой силовой установки,
так и от воздействия внешней среды,
в соответствии со специализацией плавника (участков тела), и даже независимо от специализации, -
необходимости совмещения в одном устройстве различных свойств и функций, в разных фазах и скоростях локомоции, при разных скоростях судна.
Поэтому «чистые способы» плавания, особенно
для крупногабаритных вытянутых и массивных тел гидробионтов и локомоторной плавательной техники,
с отягощающими реактивными моментами и неконтролируемыми инерционными силами разных участков тел гидробионтов или частей колебательных машин,
представляются, по мнению автора предлагаемого изобретения,
осуществляемыми ограниченно, возможно на начальном этапе развития,
с адаптацией внутри отдельных видов маломерных устройств, или как частные варианты (переходных) режимов, например, как
«разгонный» режим или
пассивный режим, подобный моторному режиму «малого газа», с приостановленным (приторможенным) движением.
И главное, они не раскрывают «магии» чрезвычайно высокой ходкости крупных гидробионтов, биологических прототипов новых локомоторных судов, не раскрывают «парадокса Грэя».
Наличие у прототипа
нединамичного крупногабаритного несущего корпуса,
недостаточных габаритов плавника
с излишне большой частотой неоптимального вида колебаний,
с импульсивной боковой подъемной силой, действующей только в середине прямого хода,
с интенсивным импульсным ударным типом обтекания,
с большим сопротивлением боковому движению плавника,
а также передача вредной вибрации на несущий корпус
и размещение движителя (вариантного аналога этого же автора) в защитном коробе, для гашения этой вибрации, -
препятствуют повышению КПД двигательно-движительного комплекса и ходкости судна.
Кроме того, сокрыта работа прототипа в условиях резкого снижения скорости локомоции плавника относительно скорости судна, то есть, сокрыта возможность его работы в двигательном режиме. Однако неочевидное указание на реальную возможность получения двигательного режима выражено тем же автором (в ином аналоге)
в предложении использования плавникового устройства для гашения качки корабля путем демпфирования энергии волн, при котором боковое движение плавника совпадает по направлению с движением и под воздействием окружающей водной среды, с боковым движением косого набегающего потока.
Не раскрыта также возможность изменения (повышения) упругости пластинчатого плавника,
возможность обращения его в упругий двуплечий рычаг,
подобный рычагу (мотылю) движителя В.П.Костенко,
возможность активации его в крайних боковых положениях,
и возможность увеличения длительности генерации боковой наклонной подъемной силы хотя бы на локальных поверхностях его хвостовой оконечности.
Центральной идеей или техническим замыслом предлагаемого изобретения является осуществление ходкого (за счет подвижности корпуса и эффектов снижения давления окружающей среды при несимметричном его обтекании) локомоторного судна-платформы на динамичных, очевидно легких непотопляемых поплавковых корпусах уплощенной обтекаемой формы, в том числе дискообразной, крыловидной или подобной телам и плавникам гидробионтов, с возможностью
экспериментального выявления синергетических эффектов, доказательства и исследования их ходкости и новых мореходных свойств,
по Алееву (Экоморфология. http//ekomorf/ru) c адаптивными,
очевидно сложными (необязательно синусоидальными) движениями,
с возрастанием амплитуды, скорости, сложности и функциональности движений
вдоль привода, вдоль передаточной цепочки механических преобразований,
в частности, вдоль хорды изгибного крыла (корпуса плавника) и (или)
вдоль лонжерона машущего крыла (корпуса плавника),
с длительной и равномерной (не импульсной) генерацией движущей силы,
очевидно с возможностью постоянного или максимально длительного поддержания во всех фазах наивыгоднейшего угла атаки локальных смоченных поверхностей при их обтекании в различных, как в движительном, так и в двигательном режимах,
которые как известно, математически (и механически) возможно получить наложением и суммированием нескольких независимых элементарных (синусоидальных) составляющих,
очевидно от нескольких (разных) источников колебаний и вращательных движений,
очевидно при помощи энергосберегающего гибридного привода, с использованием внешних сил в неинерциальной системе отсчета,
рекуперации (возвращении и направлении части материалов и энергии для повторного использования)
энергии относительного встречного водного потока динамичными корпусами,
энергии вращательного движения двигателя-инерцоида,
гравитационной энергии колебательных масс (маятниковых устройств),
энергии давления «воздушной подушки» относительного (с суммарной скоростью) воздушного потока, получаемого вентилятором, дополнительной частью нового, «турбовентиляторного» типа форсированного ветродвигателя с принудительной циркуляцией потока.
При этом множество возможных локомоторных устройств с разнообразными приводами, с многоцелевым назначением и с разнообразными свойствами,
но объединенные единым и общим техническим замыслом,
не может быть «необходимым и достаточным» или «исчерпывающим» в вечной гонке рекордных достижений скорости и ходкости судов, но
может быть «канонизировано» в качестве «теоретических моделей», подобно известным шахматным партиям из известных приемов,
поэтому не рассматривается автором как численно ограниченные (исчерпывающие) варианты изобретения, и
все они заслуживают многостороннего изучения, исследования, экспериментального отбора и оптимизации состава, также как и их разнообразные локальные формы и размерения,
поэтому в заявке они представлены достаточно кратко и схематично,
без инжиниринговой детализации проектирования,
с приоритетом наглядности, раскрытия обобщенных существенных признаков и демонстрации исследовательского, некоторого возможного (из много возможного) разнообразия их комплексного состава.
Заявленное изобретение предназначено для осуществления
модульного судна-платформы на локомоторных (динамичных) плавучих корпусах,
и заместительного ветродвигателя для их (гибридного) привода.
При решении поставленной задачи может быть получен основной синергетический, двойственный и неделимый технический результат повышения ходкости судна, иначе -
снижения потребной мощности, затрат и резервирования запасов ископаемого энергетического топлива судовой силовой установки на текущую и отложенную пропульсацию, при одновременном
снижении общего сопротивления окружающей среды движению водоизмещающих корпусов судна, а также
другие положительные результаты и синергетические эффекты,
которые могут быть уточнены в процессе многовариантного изготовления и исследования нетрадиционного локомоторного судна, например,
получение впервые возможности глобальной изменяемости размеров и конструктивной трансформации,
в различных вариантах конфигурации судна, с различными локомоторными устройствами, как в процессе исследований и модернизации, так и в процессе серийной модификации,
вместе с получением впервые возможности быстрого и нетрудоемкого ремонта водоизмещающего несущего корпуса судна и агрегатов путем простой их замены,
получение впервые альтернативных типов водоизмещающих корпусов
с дополнительными (новыми) функциями и мореходными свойствами,
повышение живучести и непотопляемости судна,
повышение длительности автономного плавания,
расширение возможности создания специализированных модульных судов с коротким циклом финансирования и производства,
получение впервые форсированного ветродвигателя, извлекающего энергию регулярных слабых ветров,
получение впервые судового электролитического МГД-генератора на морской воде,
получение впервые локомоторного судна,
как частный случай неинерциальной механической системы общего назначения (получения и передачи энергии колебаний),
как эффективного агрегата с двигательно-движительным комплексом на возобновляемой и вторичной (рекуперируемой) энергии, в котором нагрузка «движителя» не оказывает тормозящего воздействия на «двигатель».