Патент на изобретение №2373104

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА ОТНОСИТЕЛЬНО ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к судостроению, при этом оно касается устройств для перемещения плавающего объекта в направлении скорости движения объекта относительно жидкости и может быть использовано в насосных установках. Устройство состоит из, по меньшей мере, одного крыла с задней отклоняемой частью, которая перемещается в направлении горизонтальной плоскости, и передней частью, которая перемещается в направлении скорости движения. Передняя часть связана с объектом таким образом, что отклоняемая часть может перемещаться в жидкости поперек горизонтальной плоскости между двумя положениями, которые находятся с каждой стороны нейтральной плоскости. Устройство включает в себя средства для оказания воздействия, которые способствуют свободному колебательному движению крыла, и движущую установку для оказания воздействия на крыло, когда величина амплитуды колебания крыла меньше заранее установленной предельной величины. Изобретение позволяет ускорять движение плавающего объекта при относительно низкой затрате энергии. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 28 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройствам для перемещения плавающего объекта в направлении скорости движения этого объекта относительно жидкости.

Уровень техники

Поршневой двигатель состоит из частей, которые для каждого хода поршня подвергаются ускорению, затем замедлению и опять ускорению. Эти ускорения и замедления являются неблагоприятными, но должны приниматься, так как они – составная часть работы двигателя. Но, к примеру, в роторном двигателе они отсутствуют.

Из NO 310401 известно устройство для движения судов, в котором составные части приводного механизма или двигателя приспособлены для колебания с собственной частотой. В этом колебательном движущем устройстве масса также ускоряется и замедляется, но это обуславливает само колебание и не приводит к потере энергии. Это устройство, таким образом, хорошо подходит для перемещения таких движущихся элементов, которые двигаются вперед и назад и которые могут быть одинарно связаны с колебательным устройством.

Из NO 310401 также известно, что движущее устройство служит для перемещения одного листового элемента в форме плитки/листа, который может передвигаться в направлении скорости движения судна таким образом, что плоскость передвижения плиты перпендикулярна направлению движения судна.

Для достижения достаточно большой силы продвижения необходимо, чтобы объект имел большую протяженность в направлении поперечного сечения судна, что может быть недостатком в том случае, если поперечное сечение судна под водой должно быть небольшим.

Далее хорошо известно, что пловцы могут использовать эластичные элементы, похожие на подводные крылья/плавники, так называемые ласты, которые надеваются на каждую ногу. За счет движения ласт поперечно относительно направления плавания, а также возможного поворота ласт вокруг голеностопного сустава пловец может достигнуть большой скорости при относительно низкой затрате энергии. В конце каждого движения ноги в одном направлении пловец должен использовать энергию для того, чтобы остановить это движение, а также для того, чтобы ускорить движение ноги в обратном направлении, а это требует затрат энергии.

Из US 5370561 известно, что кормовая часть судна держится на двух качающихся рычагах, которые выступают из судна в воду назад и вниз. С задней частью каждого рычага соединено подводное крыло/плавник, и, когда рычаги поочередно подвергаются колебанию в одну и другую сторону, создается сила воздействия воды, направленная вперед и воздействующая на подводное крыло/плавник для движения судна вперед. В этом устройстве рычаги, которые непрерывно приводятся в действие двигателем, управляющий механизм, включающий в себя приводной зубчатый ремень, который соединен с подводным крылом/плавником, датчик, определяющий положение подводного крыла/плавника, управляющие средства и торсионный двигатель способствуют раскачиванию подводного крыла/плавника в направлении к нейтральной позиции и к моменту движения, который создается энергией воды. Если в качестве этого двигателя непрерывного действия будет выбран поршневой двигатель, потребление моторного топлива будет высоким. Управляющее устройство должно быть все время в использовании, что дополнительно увеличивает потребление моторного топлива. Кроме того, управляющее устройство является сложным, требующим много места и ремонта, а потому оно дорого в использовании.

В US 1245540 описана помпа с водонасосной станцией, в которой размещено качающееся подводное крыло/плавник, которое приспособлено для поочередного втягивания жидкости во внутрь водонасосной станции и выталкивания жидкости из станции. Движущее устройство для подводного крыла/плавника подробнее не описано.

Устройство с комбинацией самих по себе известных элементов: колебательный механизм для движения самого по себе известного элемента в форме плитки/листа для движения жидкости, где элемент в форме плитки/листа пригоден для движения в основном под прямым углом по отношению к направлению движения определенного предмета в жидкости, является простым и дешевым в использовании, и для него при использовании требуются небольшие затраты энергии. Здесь таким предметом может быть плавающее средство, например судно, а элемент в форме плитки/листа может быть расположен в задней части судна для перемещения судна вперед. Этим предметом может быть, например, трубопровод для жидкостей, а элемент в форме плитки/листа может быть расположен в жидкости для того, чтобы качать жидкость относительно трубопровода.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является создание устройства, описанного выше, но которое не обладает перечисленными выше недостатками.

В первом аспекте изобретение предлагает устройство для перемещения объекта в направлении скорости движения относительно жидкости. Устройство содержит, по меньшей мере, одно крыло с отклоняемой частью, которая перемещается в направлении горизонтальной плоскости, и передней частью, которая перемещается в направлении скорости движения, первые соединительные средства, с помощью которых передняя часть соединяется с объектом и которые способствуют перемещению отклоняемой части в жидкости поперек горизонтальной плоскости между двумя положениями, находящимися с каждой стороны нейтральной плоскости, средства для оказания воздействия, которые совместно с крылом образуют колебательный механизм, предназначенный для создания свободно колебательного движения крыла, и движущую установку, прерывистым образом воздействующую на крыло для запуска его в движение и ускорения его движения, когда величина амплитуды колебания крыла меньше, чем заранее установленная предельная величина.

В предпочтительном варианте первые соединительные средства содержат шарнирное соединение, которое обеспечивает качающееся движение крыла по отношению к объекту.

Передняя часть может быть выполнена в виде штанги, которая может быть соединена с отклоняемой частью с помощью вторых соединительных средств. Вторые соединительные средства предпочтительно выполнены в виде шарнирного устройства. Вторые соединительные средства могут содержать гибкий участок передней части или отклоняемой части. Вторые соединительные средства могут также включать в себя средства, которые эластично упругим образом способствуют удержанию отклоняемой части и передней части в заранее установленном положении относительно друг друга.

Первые соединительные средства предпочтительно включают в себя средства для перемещения передней части поперек нейтральной плоскости. Средства для поступательного перемещения передней части предпочтительно содержат элемент, на котором расположена передняя часть и который расположен внутри объекта с возможностью движения в направлении, поперечном нейтральной плоскости. Указанный элемент может быть выполнен в виде скользящего элемента, который расположен на направляющей, проходящей в поперечном к нейтральной плоскости направлении, или в виде рычага, по меньшей мере, один конец которого расположен внутри объекта.

В следующем предпочтительном варианте, по меньшей мере, с одной стороны крыла предусмотрена стенка, установленная неподвижно по отношению к объекту. Одно крыло и стенка снабжены, по меньшей мере, одним обратным клапаном, который открывается по направлению к пространству, ограниченному крылом и стенкой.

В дальнейшем варианте предусмотрена одна стенка и одно крыло, причем пространство между крылом и стенкой расширяется назад относительно направления движения объекта, за исключением случая, когда крыло проходит вблизи стенки. Могут быть также предусмотрены две стенки, причем пространство между указанными стенками расширяется назад относительно направления движения объекта.

В наиболее предпочтительном варианте предусмотрены два крыла, имеющие совпадающие оси поворота или соответствующие оси поворота, которые расположены вблизи друг друга, причем крылья установлены с возможностью перемещения в противоположных фазах. Отклоняемая часть и/или передняя часть выполнены предпочтительно эластично гибкими.

Последовательные участки отклоняемой части на виде спереди предпочтительно расположены с возможностью последовательного перемещения в положение напротив стенки, а отклоняемая часть на виде сверху предпочтительно имеет по существу треугольную форму подобно хвосту рыбы, при этом вершина треугольника направлена вперед.

Устройство может быть расположено в канале или трубопроводе и выполнено с возможностью прокачки через них жидкости.

Во втором аспекте изобретение предлагает установку, содержащую ряд описанных выше устройств, которые расположены, по меньшей мере, в два ряда, проходящие под углом друг к другу.

В предпочтительном варианте движущие установки устройств выполнены с возможностью индивидуального управления.

Краткое описание чертежей

Изобретение далее будет описано более подробно с одновременной ссылкой на чертежи, где схематично изображены варианты изобретения, и где элемент в форме плитки/листа для упрощения будет называться крылом.

На фиг.1 показан вид сбоку первого варианта устройства в соответствии с изобретением, где жесткий элемент, в дальнейшем называемый крылом, в своей передней части является вращающим и расположен в корпусе плавающего средства, например судна.

На фиг.1а показано сечение, которое на фиг.1 обозначено буквой В.

На фиг.2 показан вид сбоку второго варианта устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя крыло, передняя часть которого эластично связана с несущей штангой, которая в свою очередь является вращающейся по отношению к корпусу в своей передней части.

На фиг.3 показан вид сверху устройства, изображенного на фиг.2.

На фиг.4 показано увеличенное изображение вида сбоку крыла в соответствии с фиг.2, где сплошная линия показывает среднее положение несущей штанги и крыла, а штрихпунктирная линия показывает другие положения несущей штанги и крыла.

На фиг.5 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, где крыло расположено в корпусе таким образом, что оно может качаться и одновременно передвигаться в направлении своего поперечного сечения.

На фиг.6 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя жесткое крыло, которое похоже на крыло, изображенное на фиг.1, но которое приспособлено для передвижения между двумя стенками.

На фиг.7 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя крыло, которое похоже на крыло, изображенное на фиг.1, но в котором с каждой стороны крыла расположена стенка, которая является неподвижной по отношению к корпусу и которая оснащена обратными клапанами.

На фиг.8 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя два крыла, качающихся вокруг одной и той же оси, которые могут перемещаться в противоположных фазах между двумя стенками и которые оснащены клапанами.

На фиг.9 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя крыло, которое в своей передней части является подвижным и расположено, например, в корпусе плавучего средства, причем крыло изготовлено из пружинистого, сгибаемого материала с уменьшением жесткости от передней части крыла к задней его части.

На фиг.10-13 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя крыло, которое похоже на крыло, изображенное на фиг.9, но с каждой стороны крыла расположена стенка, которая оснащена обратным клапаном и которая похожа на крыло, изображенное на фиг.7, тогда как на чертежах показаны соответствующие различные стадии положения крыла в момент качания.

На фиг.14 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя крыло, где передняя часть эластично связана со штангой, которая связана с движущей установкой.

На фиг.15 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя крыло, которое качающимся образом связано с частью поверхности корпуса, и которое может качаться к корпусу или от корпуса, и, к тому же, оснащено обратными клапанами.

На фиг.16 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя качающиеся крылья такого же типа, как изображенное на фиг.15, и которые расположены горизонтально с каждой стороны корпуса.

На фиг.17 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя два крыла, которые перемещаются в противоположных фазах и оснащены обратными клапанами.

На фиг.18 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя два крыла такого же типа, как крыло, изображенное на фиг.6.

На фиг.19 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя три крыла такого же типа, как крыло, изображенное на фиг.7.

На фиг.20 показан вид сверху трубопровода или канала с устройством в соответствии с изобретением, причем в трубопроводе расположено крыло и одна пара стенок, оснащенных обратными клапанами в соответствии с фиг.7, при этом верхняя покрышка трубопровода удалена.

На фиг.21 показан вид сверху трубопровода в соответствии с фиг.20, причем боковая покрышка трубопровода удалена.

На фиг.22 показано сечение, которое на фиг.21 обозначено буквой А.

На фиг.23 показано поперечное сечение Х-Х трубопровода, изображенного на фиг.21.

На фиг.24 показан вид сверху устройства, включающего в себя три крыла такого же типа, как крыло, изображенное на фиг.14.

На фиг.25 показан вид сверху устройства, включающего в себя пять крыльев такого же типа, как крыло, изображенное на фиг.8 или 16, где схематично изображена движущая установка.

На фиг.26 показано сечение установки, состоящей из устройств в соответствии с изобретением.

На фиг.27 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя три крыла.

Осуществление изобретения

Выражение “направо” будет далее означать направление к правой стороне чертежа, а выражение “вверх” будет далее означать направление от читателя к противоположной стороне чертежа.

Как показано на фиг.1, в воде 1 расположен корпус 2 плавучего средства, например судна, которое перемещается налево со скоростью F относительно воды. По существу обтекаемое и пластинчатое крыло 3 или колебательный элемент имеет плоскость, которая располагается горизонтально в продольном направлении плавучего средства. Как это изображено на фиг.1а, крыло 3 имеет отклоняемую часть 17 и переднюю часть 18. Передняя часть крыла имеет ось 4 поворота, с помощью которой передняя часть крыла расположена в корпусе таким образом, что крыло 3 может колебаться вокруг горизонтальной оси вращения 5. Ось 4 поворота формирует, таким образом, петлю и первое соединительное устройство 121.

В движущей установке 6 расположена движущая тяга 7, которая может воздействовать на рычаг 8, который в свою очередь связан с осью 4 поворота.

Когда движущая установка 6 посредством движущей тяги 7 создает силу, направленную направо к рычагу 8, крыло покачивается или поворачивается по часовой стрелке.

Один конец пружины 9, такой как торсионная пружина спиральной формы, присоединен к корпусу 2, а другой конец торсионной пружины прикреплен к оси 4 поворота. Торсионная пружина 9 служит для поддержки крыла 3 таким образом, чтобы поверхность крыла располагалась в нейтральной плоскости Р, например горизонтальной плоскости, когда крыло не нагружено. Эти составные части, которые перемещаются вместе с крылом 3, имеют соответствующие нейтральные позиции. Пружина 9, таким образом, растягивается сильнее в противоположном направлении, когда крыло перемещается в сторону от своей нейтральной позиции против часовой стрелки, и пружина 9 старается вернуть крыло 3 назад в нейтральную позицию.

На показанных вариантах крыло 3, ось 4 поворота, рычаг 8, а также дополнительный по выбору компонент образуют единую массу. Торсионная пружина 9 и эта масса образуют пружинно-массовое устройство или средства оказания воздействия, которые могут поворачиваться с резонансной частотой, которая определяется исходя из твердости пружины, массы вышеназванных составных частей и ослабления поворотного движения.

Чертежи являются схематичными и те составные части, которые приводят к усложнению понимания изобретения, не изображены. Поэтому конструкции, препятствующие попаданию воды в корпус через отверстия между составными частями устройства и корпусом, не изображены, так как такие конструкции очевидны для специалиста.

Эксплуатация устройства будет описана ниже, но положение составных частей, изображенное на фиг.1 сплошной линией, рассматриваться не будет.

Вначале движущая установка 6 создает короткую, почти импульсную движущую силу, направленную направо в направлении к рычагу 8 через движущую тягу 7, причем рычаг 8 и крыло 3 движутся по часовой стрелке. Эти составные части принимают, таким образом, определенную величину энергии, которая сначала передается воде, которая окружает крыло. Эта часть энергии преобразуется в кинетическую энергию таким образом, что вода перемещается в основном в направлении перпендикулярно нейтральной плоскости Р. Другая оставшаяся часть энергии в момент движения крыла к положению N на фиг.1 преобразуется в потенциальную энергию пружины 9. Когда крыло достигает положения N, вся энергия, которая была отдана движущей установкой, преобразуется в кинетическую энергию воды и потенциальную энергию пружины 9, тогда как скорость движения крыла равна нулю. Сила, с которой пружина воздействует на крыло 3, теперь максимальна.

Когда крыло достигает положения N, пружина воздействует на крыло таким образом, что крыло движется в противоположную сторону, т.е. обратно к нейтральной плоскости Р против часовой стрелки, причем потенциальная энергия пружины преобразуется в кинетическую энергию воды, крыла 3 и составных частей, которые движутся вместе. Затем крыло 3 движется под углом по отношению к скорости движения F. Когда крыло достигает нейтральной плоскости Р, вся потенциальная энергия пружины 9 преобразуется в кинетическую энергию крыла и воды таким образом, что скорость движения воды имеет компонент, направленный назад. Следовательно, на крыло и корпус будет направлена реактивная сила в направлении скорости F. Затем часть кинетической энергии вновь преобразуется в потенциальную энергию пружины 9, вследствие чего крыло останавливается в положении, указанном на фиг.1 буквой О. После этого крыло ускоряется по часовой стрелке и описанный выше порядок действия повторяется; вследствие этого крыло и составные части, находящиеся в движении, а также пружина образуют свободно качающуюся или колебательную конструкцию. При каждом повороте крыла 3 между крайними позициями крыла N и О вода толкается назад, т.е. вправо, одновременно на корпус действует реактивная сила влево, т.е. вперед в направлении F. Таким образом, именно отклоняемая часть 17 создает движение воды. Передняя часть способствует этому движению в незначительной степени.

Устройство согласно изобретению включает также конструкцию (не показана), с помощью которой амплитуда поворота может контролироваться. Эта конструкция может, к примеру, включать в себя датчики, которые устанавливают угловую позицию крыла и его движение, и соединенный с ними компьютер. Когда амплитуда поворота уменьшилась и стала меньше, чем заранее установленная предельная величина, и было установлено, что рычаг 8 начал движение удаления от движущей установки 6, компьютер посылает управляющий сигнал движущей установке 6 для того, чтобы приложить непродолжительную силу к рычагу 8 таким образом, что колебательной конструкции будет сообщено большое количество энергии, которая будет компенсировать уменьшение амплитуды. Следовательно, движущая установка 6 может быть небольшой и использоваться только в случае необходимости сообщения дополнительной энергии колебательной конструкции.

Движущая установка может состоять, например, из камеры сгорания, куда в определенный момент помещаются легковоспламеняющийся материал в газообразном состоянии или в твердой форме, который быстро сгорает и воздействует на поршень или мембрану, которые связаны с движущей тягой 7.

На фиг.2 показано устройство, похожее на устройство, изображенное на фиг.1, но отличающееся тем, что жесткое крыло 3 состоит из жесткой, по существу, плоской отклоняемой части 17 и передней части крыла, выполненной в виде жесткой штанги или несущей штанги 10. Здесь следует принять во внимание, что именно отклоняемая часть создает движение воды, в то время как передняя часть способствует этому незначительно. Расстояние между осью вращения 5 и отклоняемой частью 17, таким образом, увеличилось. Когда крыло 3 находится в нейтральном положении, плоскость отклоняемой части располагается в нейтральной плоскости Р.

Передний конец несущей штанги соединен с корпусом таким образом, что конец может колебаться вокруг оси вращения 5.

Задний конец несущей штанги гибко соединен через специальные средства (не показано) с передним участком отклоняемой части 17 в месте соединения 75. Это соединение создает другое соединительное устройство 122, которое тоже может быть петлевым или шарнирным устройством.

Эти средства упругопластичным образом приводят к тому, что несущая штанга 10 и отклоняемая часть 17 оказываются во взаимно выпрямленном положении, в котором несущая штанга движется в горизонтальной плоскости. На переднем конце несущей штанги может быть установлена, например, торсионная пружина 9, которая служит для удерживания несущей штанги 10 в нейтральной плоскости, которая показана на фиг.2 сплошной линией.

Как показано на фиг.3, отклоняемая часть 17 имеет по существу треугольную форму, если смотреть сверху, т.к. отклоняемая часть может иметь форму хвоста рыбы, где часть 76 на переднем, внешнем участке отклоняемой части, которая является неэффективной в отношении продвижения и может быть выполнена почти прямоугольной, не рассматривается. Отклоняемая часть 17, однако, может иметь другую форму, например по существу, форму эллипса.

На фиг.4 штрихпунктирная линия показывает различные положения несущей штанги 10 и отклоняемой части 17, где несущая штанга 10 также отклонена от своей нейтральной позиции.

Таким образом, несущая штанга 10 и отклоняемая часть 17 показаны в первой позиции S1 и, соответственно, К1, где несущая штанга начала двигаться на небольшое расстояние против часовой стрелки от нейтральной линии. По причине эластичного участка соединения 75, а также по причине инерции отклоняемой части и сопротивления воды отклоняемая часть тем не менее поворачивается на небольшое расстояние в положение К1 по отношению к несущей штанге 10.

Когда несущая штанга повернута к своему верхнему крайнему положению S2, отклоняемая часть далее перемещается в почти горизонтальное положение К2.

Как только несущая штанга 10 последовательно движется к нейтральной позиции и по часовой стрелке к положению S3 (которое для упрощения соответствует положению S1), отклоняемая часть 17 по тем же самым причинам сразу же поворачивается по часовой стрелке к положению КЗ по отношению к несущей штанге. Во время движения несущей штанги 10 по часовой стрелке мимо нейтральной позиции штанга занимает промежуточное положение S4 и далее нижнее крайнее положение S5 таким образом, что взаимное положение отклоняемой части и несущей штанги изменяется незначительно.

Далее несущая штанга может быть перемещена от нижнего крайнего положения к нейтральной позиции, причем направление движения для несущей штанги и отклоняемой части совпадает с вышеописанным направлением движения от верхнего крайнего положения к нейтральной позиции.

Вместо выполнения несущей штанги 10 и отклоняемой части 17 жесткими несущая штанга или отклоняемая часть, или оба элемента могут быть эластично сгибаемыми. Несмотря на то что на участке 75 желательно расположение эластичных элементов, связь между несущей штангой и крылом может быть жесткой. Таким средством может быть торсионная пружина, если один конец связан с несущей штангой 10, а другой конец связан с отклоняемой частью 17. Альтернативно связь может образовываться посредством использования эластично сгибаемых материалов, которые связаны с несущей штангой 10 и отклоняемой частью 17.

На фиг.5 изображен еще один вариант изобретения, где корпус 2 является опорой для отклоняемой части или крыла 3, которое похоже на крыло, изображенное на фиг.1. Крыло 3 посредством первой пружины 11 связано со скользящим элементом 12, который расположен на направляющей 13, которая прикреплена к корпусу и расположена перпендикулярно к направлению скорости движения F и поверхности крыла. Крыло 3, таким образом, приспособлено для поступательного движения поперек нейтральной плоскости Р. Первая пружина 11 удерживает крыло 3 таким образом, что поверхность крыла перемещается в направлении скорости движения F, т.е. в нейтральную позицию по отношению к скользящему элементу 12, но позволяет крылу упруго поворачиваться на некоторые углы в противоположных направлениях вокруг оси вращения 5, которая расположена близко к переднему концу крыла.

Верхняя часть скользящего элемента 12 связана с одним концом комбинированной сжимаемой и растяжимой пружины или другой пружины 14. Другой конец пружины 14 присоединен к корпусу 2.

Другая часть скользящего элемента 12 может подвергаться воздействию давления, которое создается движущей установкой 6 через движущую тягу 7. Когда движущая установка 6 не создает силу, приложенную к скользящему элементу, и крыло 3 находится в равновесии, пружины 11 и 14 воздействуют на крыло 3 таким образом, что оно находится в положении, показанном сплошной линией на фиг.5, т.е. в положении, когда крыло перемещается в нейтральной плоскости Р и находится в нейтральном положении относительно направляющей 13.

Если крыло 3 находится в равновесии, в положении, показанном сплошной линией на фиг.5, и движущая установка 6 создает силу, приложенную к скользящему элементу 12, то скользящий элемент 12 будет ускоряться вверх, а крыло 3 одновременно, по причине своей инерции и трения воды, будет повернуто по часовой стрелке на небольшой угол в зависимости от характерных свойств пружины 11, в то время как другая пружина 14 будет сжата. Когда энергия, созданная движущей установкой 6 и воздействующая на движущую конструкцию, которая включает в себя скользящий элемент, а также на пружину 11 и крыло 3, преобразуется в кинетическую энергию воды вокруг крыла 3 и потенциальную энергию первой 11 и второй пружины 14, скользящий элемент 12 находится в своем верхнем положении (не показан), причем крыло расположено в положении, обозначенном буквой С на фиг.5.

Далее первая пружина вызывает поворот крыла в положение D одновременно с тем, как другая пружина 14 вызывает ускорение скользящего элемента 12 вниз. Когда скользящий элемент 12 и крыло 3 проходят через нейтральную плоскость Р, потенциальная энергия пружин 11 и 14 превращается в кинетическую энергию, после чего пружины 11 и 14 сжимаются снова таким же образом, как было описано выше. Следовательно, получается повторяющееся ускорение крыла с постепенно уменьшающейся амплитудой. Когда амплитуда становится меньше заранее установленной предельной величины, движущая установка заново активируется и прикладывает ударную силу против скользящего элемента, и уменьшение амплитуды компенсируется.

Таким образом очевидно, что крыло 3 во время каждого такта колебательного движения перемещается поперек по отношению к нейтральной плоскости, т.е., таким образом, получается эффективное движение воды назад с помощью крыла и соответственно большая реактивная сила, прилагаемая к корпусу, крыло затем приводится в положение, соответствующее положению D в верхней части поворотного такта. Далее очевидно, что крыло согласно фиг.5 перемещается на большое расстояние поперек нейтральной плоскости, также как крыло, показанное на фиг.2. Тем самым получено эффективное устройство.

Вместо того, чтобы устройство включало в себя первую пружину 11, крыло 3 может быть изготовлено из эластичного материала и может быть прикреплено непосредственно к скользящему элементу 12. При этом крыло при ускорении может быть согнуто поперек своей основной плоскости в положение, похожее на положение С и D, одновременно запасается или соответственно освобождается потенциальная энергия от крыла. Так как крыло заострено назад, если смотреть сбоку, может быть достигнуто уменьшение жесткости в этом направлении. Как альтернативный вариант, устройство может содержать пружину 11, которая к тому же изготовлена из эластичного материала. На фиг.6 показано крыло типа, показанного на фиг.1, причем на крыло может воздействовать движущая установка 83, а торсионная пружина 11 заменена функционирующим приспособлением, состоящим из двух цилиндрических (винтовых) пружин 80, 81, которые воздействуют на рычаг 82, жестко соединенный с крылом 3. Крыло 3 располагается между двумя стенками, например, канала или трубопровода 84 с прямоугольным сечением и может таким образом функционировать как насос. Функция этого устройства соответствует функции устройства согласно фиг.1, но здесь достигнуто взаимодействие между крылом 1 и стенками канала 84 таким образом, что достигается лучший эффект.

На фиг.7 показан вид сбоку устройства в соответствии с изобретением, похожего на устройство, показанное на фиг.1. В этом устройстве, однако, под крылом и на крыле помещена стационарная пластинка или стенка 31, 32, соответственно. Взаимное расстояние между стенками 31, 32 увеличивается в направлении от передней части к задней части стенок. Каждая стенка 31, 32 снабжена обратными клапанами 34, 35. Должно быть понятно, что клапанов может быть больше или меньше, чем два. Эти обратные клапаны 34, 35 предназначены для обеспечения возможности течения от внешней стороны стенок, т.е. от пространства со стороны стенок, которое повернуто от крыла 3, к пространству между стенками, как показано стрелками. Около или со стороны передней части крыла 3, может быть расположена поперечно пересекающая стенка 36, которая препятствует движению воды вперед из пространства между стенками 31, 32. Если все крыло 3 расположено в воде сзади судна, то эта передняя стенка может, например, состоять из, по меньшей мере, одного обратного клапана, который позволяет воде заполнить пространство между стенками 31, 32.

Во время ускорения крыла 3 вода засасывается через клапаны 34, 35 пластины 31, 32, от которой крыло 3 в этот момент удаляется, в то же время клапаны противоположной пластины остаются закрытыми. Как показано на фиг.7, где крыло 3 в этот момент передвигается, например, по часовой стрелке, вода, находящаяся между крылом 3 и пластиной 32, к которой крыло 3 передвигается, выталкивается назад, в то время как клапаны 35 остаются закрытыми, одновременно клапаны 34 в верхней пластине открыты так, что вода через клапан 34 заполняет сверху пространство между крылом 3 и пластиной 31, от которой крыло 3 удаляется. Таким образом обеспечивается хороший коэффициент полезного действия устройства в момент ускорения крыла.

На фиг.8 показано еще одно устройство в соответствии с изобретением, которое состоит из двух крыльев 37, 38, которые могут перемещаться в разных фазах между двумя стенками, которые оснащены обратными клапанами. Когда крылья 37, 38 движутся друг к другу, вода между клапанами выталкивается назад. Когда крылья 37, 38 движутся друг от друга, вода выталкивается между клапанами от обоих стенок.

На фиг.9 показан вид сбоку еще одного устройства в соответствии с изобретением, похожего на устройство, показанное на фиг.1, но где крыло изготовлено из эластичного материала, так что оно может сгибаться в поперечном сечении.

На фиг.10-13 показано устройство в соответствии с изобретением, включающее в себя крыло, которое похоже на крыло, изображенное на фиг.6, но где крыло изготовлено из эластичного материала и где над и под крылом симметрично относительно нейтральной плоскости Р расположена пластина или стенка 51, 52, причем стенки расположены симметрично относительно нейтральной плоскости Р, и расстояние между стенками увеличивается в направлении направо. В стенках расположены обратные клапаны 53, как было описано со ссылкой на фиг.7. Через обратные клапаны вода может заполнить пространство между крылом 3 и соответственно стенками 51, 52 во время ускорения крыла. Впереди передней части крыла стенки 51, 52 связаны друг с другом с помощью поперечной стенки 54, через которую плотно проведен рычаг 8. На рычаг 8 может оказывать воздействие описанная выше движущая установка 6.

На фиг.10 крыло находится в равновесии и располагается в нейтральной плоскости. Для того чтобы запустить устройство, во время нахождения крыла в этой позиции подключается движущая установка 6, которая вырабатывает кратковременную силу, приложенную к рычагу 8, таким образом, что крыло 3 изначально поворачивается вокруг оси поворота 5 против часовой стрелки к положению, показанному на фиг.11. Далее последовательные участки отклоняемой части, как видно спереди в направлении назад, последовательно перемещаются к упору в верхнюю стенку, и вода, таким образом, засасывается внутрь между крылом и нижней стенкой 52 через обратные клапаны в этой стенке. Одновременно вода между верхней стенкой 51 и задней частью крыла 3 выдавливается, в сущности, назад. Для того чтобы помешать воде одновременно выдавливаться с боков, устройство может содержать вертикальные пластины или стенки (не показаны), которые находятся между верхней стенкой 51 и нижней стенкой 52 и близко к боковой линии крыла. Если крыло 3 плотно прилегает к этим вертикальным стенкам, пространство между стенками 51 и 52 в виде пластинок может быть перекрыто с боковых сторон. Когда крыло 3 находится в положении, показанном на фиг.11, пространство между крылом и верхней пластинкой 51 открыто только сзади.

Затем колебательное устройство поворачивает крыло вниз, так что получается форма крыла, изображенная на фиг.12. В это время вода между крылом 3 и нижней стенкой 52 выталкивается назад, в то время как в пространство между крылом 3 и верхней стенкой через обратные клапаны 53 засасывается вода.

Когда крыло 3, таким образом, поворачивается далее по часовой стрелке близко к нижней стенке 52, достигается форма крыла, изображенная на фиг.11. Угол представляет собой угол между нейтральной плоскостью и поверхностью крыла возле переднего конца крыла. Это движение заканчивается тем, что крыло прилегает к нижней стенке по всей своей длине.

Устройство, изображенное на фиг.10-13, таким образом, является простым и эффективным; если оно к тому же включает в себя боковые стенки или пластины, то коэффициент полезного действия может дополнительно увеличиться. В передней части крыла может располагаться торсионная пружина или может быть обеспечена гибкость отклоняемой части 17 тем, что передняя часть является эластично деформируемой, в результате будет достигнут желаемый эффект колебаний.

На фиг.14 показано устройство, которое по своей работе похоже на устройство, показанное на фиг.5, но которое расположено в канале или трубопроводе 90 с верхней стенкой 91 и нижней стенкой 92. Через отверстия в стенках 91, 92 плотно, с возможностью скольжения помещен элемент в форме рычага или штанги 8, который связан с движущей тягой 7 движущей установки, в то время как штанга установлена для перемещения вперед и назад по своей длине. Конец верхней части штанги 8 выступает из верхней стенки 91 и на него воздействуют две пружины 94, 95, которые служат для поддержки штанги 8 в нейтральной позиции, но которые позволяют рычагу упруго перемещаться в сторону.

На соединительном участке 93 в средней части штанги 8 штанга связана с передним концом крыла, причем связь эластична и позволяет крылу поворачиваться вокруг соединительного участка 93.

На фиг.15 показано устройство, которое включает в себя крыло 100, которое установлено с возможностью поворота вокруг оси вращения 5, которая находится возле части стенки 102. Крыло 100 включает в себя обратный клапан 103, который позволяет воде заполнять пространство, ограниченное крылом 100 и частью стенки 102 так, как показано стрелками. Передняя часть крыла 3 связана с пружиной, такой как торсионная пружина 9, и движущая установка 6 установлена для кратковременного создания силы, приложенной к рычагу 8, который связан с крылом 100.

В качестве примера частью стенки может быть часть обшивки или дощатого настила судна. Во время ускоряющегося отклонения крыла в сторону от части стенки 102 достигается движение воды назад и, как следствие, движение судна, как это было описано выше.

На фиг.16 показана сборка, которая включает в себя два крыла, похожих на крыло, показанное на фиг.15. Крылья 100 могут двигаться взаимно независимо или взаимно зависимо, например, в разных фазах. Между крыльями установлена пластина 105, которая связана с судном.

На фиг.17 показан вид сбоку устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя два крыла 61, 62, которые перемещаются в противоположных фазах.

Каждое крыло 3 имеет рычаг 64, 65, и рычаги 64, 65 шарнирно соединены друг с другом посредством связывающего стержневого устройства 66, которое в свою очередь связано с движущей установкой 6. К каждому крылу присоединена спиралеобразная торсионная пружина 69, 70.

Каждое крыло 3 имеет, по меньшей мере, один клапан 67, 68, который похож на клапан, изображенный на фиг.16, в то время как клапаны установлены для того, чтобы дать возможность воде заполнить пространство между крыльями 61, 62, но не в противоположном движении.

В этом устройстве крылья 61, 62 установлены для качания друг к другу или друг от друга в противоположных фазах между крайними положениями, показанными сплошными линиями, и крайними положениями, показанными пунктирными линиями вокруг соответствующей нейтральной позиции. Когда крылья не подвергаются воздействию со стороны движущей установки 6 и пружин 69, 70 и находятся в равновесии, они находятся в соответственно нейтральных положениях или нейтральной плоскости между этими показанными положениями.

Во время движения крыльев 61, 62 друг к другу вода между ними выдавливается наружу и назад из пространства между крыльями 61, 62, одновременно клапаны 67, 68 остаются закрытыми. Когда крылья 61, 62 движутся в сторону друг от друга, вода может поступать в пространство через клапаны 67, 68. Таким образом, устройство согласно изобретению является эффективным.

Для увеличения силы смещения или воздействия насоса в вышеописанных устройствах несколько таких устройств могут быть собраны в одну установку.

На фиг.18 изображено устройство с двумя крыльями такого же типа, как изображенное на фиг.6. Крылья расположены между двумя стенками 21, 22 канала. Между крыльями 3 установлена центральная ведущая пластинка 20 обтекаемой формы. Вместо торсионной спиралевидной пружины, как на фиг.1, установлена, как на фиг.6, пара сжатых пружин 23, 24, которые воздействуют на соответствующие стороны рычага 8, который связан с осью вращения 4 и крылом 3. Крыло 3 связано с соответствующими поворачивающимися рычагами 25, 26, которые связаны друг с другом через ведущий рычаг 27 так, как описано выше. Вместо устройства с двумя крыльями может быть установлено несколько крыльев рядом друг с другом.

На фиг.19 показано устройство, в котором рядом друг с другом и поперечно направлению скорости F могут быть установлены ряд устройств такого же типа, как показано на фиг.7.

Фиг.20-22 показано сечение устройства, которое похоже на устройство, изображенное на фиг.7, но которое помещено в части 42 трубопровода 41 для того, чтобы прокачивать жидкость через трубопровод, причем часть 42 имеет прямоугольное сечение. Трубопровод образует, таким образом, объект, по которому проходит жидкость во время использования устройства.

На фиг.20, на которой показан вид сверху устройства, верхняя крышка 45 (фиг.21) удалена. Таким образом, хорошо видно крыло, которое посредством оси 4 поворота может поворачиваться в противоположные боковые стенки или боковые покрышки 43, 44 части трубопровода 42.

На фиг.21 показан вид сбоку трубопровода 41, причем боковая крышка 44 удалена. Сверху и под крылом 3 помещены соответственно пластинки или стенки 46, 47, и в каждой пластинке установлен ряд клапанов такого типа, который показан на фиг.7. Далее передние части пластинок 46, 47 взаимосвязаны посредством передней пластинки 48. К тому же ряд обратных клапанов 50 расположен между задними частями пластинок для создания препятствия проникновению жидкости вперед в трубопровод во время частичного колебания крыла.

На фиг.22 показано увеличенное сечение А на фиг.21, где отчетливее показано устройство обратного клапана 49.

На фиг.23 показан разрез трубопровода в месте, указанном линией Х-Х на фиг.21. Эта линия пролегает между фланцами, которые соединяют участки трубопровода друг с другом.

На фиг.24 показано устройство с тремя крыльями такого типа, которые показаны на фиг.14, в то время как пружина и движущая установка не показаны. При использовании конструкции с одним рычагом 8 или штангой, которая связана эластично со всеми крыльями 3, включая пружины и движущую установку, можно получить устройство, которое может использоваться в трубопроводах для накачивания жидкости или как движущее приспособление судна, схожее с использованием водного реактивного приспособления. Возможно, крылья будут располагаться в воде рядом с судном так, что рычаг 8 установлен в держателе, который выступает из корпуса.

На фиг.25 показана сборка пяти устройств такого типа, который показан на фиг.16, в то время как схематично изображенные пружины, движущая установка и крылья могут быть взаимосвязаны посредством стержней.

На фиг.26 схематично показано сечение, которое показывает сборку, например, шестнадцати устройств с крыльями типа, показанного на фиг.1-17, вид сзади. Как пример, сборка состоит из четырех рядов устройств, причем каждый ряд состоит из четырех устройств, установленных с промежутками по отношению друг к другу. Сборка может располагаться в трубопроводе 107 для накачки жидкости, или в воде возле кормы судна для его движения. Устройства могут управляться индивидуально, например, для маневрирования судна. Как альтернатива или как дополнение, они могут быть установлены с возможностью поворота вокруг одной общей или индивидуальных осей поворота.

На последней фиг.27 показана сборка, которая похожа на сборку, изображенную на фиг.24, причем с каждой стороны трубопровода установлен вертикальный рычаг 8, который расположен поперек трубопровода 110 и плотно прикреплен через верхнюю и нижнюю части трубопровода. Сзади каждого рычага 8 установлен держатель 111, на котором образован ряд выступов 112, которые расположены с промежутками в вертикальном направлении. Между рычагами 8 расположены три опорных стержня 113 с соответствующими промежуточными расстояниями.

В канале далее расположены три крыла 114. В передней части каждого крыла образованы сквозные отверстия, которые проходят в поперечном сечении крыла. Отверстия расположены по длине крыла, и через каждое отверстие проходит поддерживающий стержень 113. Задние части конца крыла помещены в соответственные выступы 112.

При движении рычага 8 поочередно вверх и вниз может быть достигнуто движение жидкости в трубопроводе в направлении, показанном стрелками.

Следует понимать, что многие из описанных и показанных вариантов могут комбинироваться. Таким образом, крылья могут быть жесткими или изготовленными из эластичного материала и могут быть предусмотрены планки или стенки, которые располагаются над и/или под крыльями и/или возле них. Если предусмотрены крылья или стенки, то в них могут быть установлены клапаны.

Хотя выше было указано, что основная плоскость является горизонтальной, следует понимать, что основная плоскость может быть вертикальной или диагональной.

Все варианты устройства согласно изобретению могут быть использованы при движении судна, или для накачивания жидкости в трубопроводе, или в других способах обеспечения взаимного движения жидкости и устройства.

Для ясности были использованы упрощенные средства при показе функций в приведенных вариантах. Например, в качестве пружинного элемента для поддержания крыла в нейтральной позиции были использованы спиралевидная торсионная пружина или винтовая пружина. Специалист, тем не менее, может понять, что могут использоваться какие угодно средства, например пневматические средства, для достижения такого же действия.

Хотя выше было указано, что движущая установка для перемещения крыла имеет прерывистый характер работы, может быть использована движущая установка непрерывного действия.

Формула изобретения

1. Устройство для перемещения объекта в направлении скорости движения (F) относительно жидкости, отличающееся тем, что содержит:
по меньшей мере, одно крыло (3; 61, 62) с отклоняемой частью (17), которая перемещается в направлении горизонтальной плоскости, и передней частью (18), которая перемещается в направлении скорости движения (F),
первые соединительные средства (121), с помощью которых передняя часть (18) соединяется с объектом (2) и которые способствуют перемещению отклоняемой части (17) в жидкости поперек горизонтальной плоскости между двумя положениями, находящимися с каждой стороны нейтральной плоскости (Р),
средства (8, 9) для оказания воздействия, которые совместно с крылом (3; 61, 62) образуют колебательный механизм, предназначенный для создания свободно колебательного движения крыла (3; 61, 62), и
движущую установку (6), прерывистым образом воздействующую на крыло (3; 61, 62) для запуска его в движение и ускорения его движения, когда величина амплитуды колебания крыла (3; 61, 62) меньше, чем заранее установленная предельная величина.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первые соединительные средства содержат шарнирное соединение, которое обеспечивает качающееся движение крыла по отношению к объекту.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что передняя часть (18) выполнена в виде штанги (10).

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что штанга (10) соединена с отклоняемой частью (17) с помощью вторых соединительных средств (122).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что вторые соединительные средства (122) выполнены в виде шарнирного устройства.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что вторые соединительные средства (122) содержат гибкий участок передней части (18) или отклоняемой части (17).

7. Устройство по одному из пп.4-6, отличающееся тем, что вторые соединительные средства (122) включают в себя средства, которые эластично упругим образом способствуют удержанию отклоняемой части (17) и передней части (18) в заранее установленном положении относительно друг друга.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первые соединительные средства (121) включают в себя средства (10; 12, 13) для перемещения передней части поперек нейтральной плоскости.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что средства для поступательного перемещения передней части содержат элемент (12), на котором расположена передняя часть (18) и который расположен внутри объекта с возможностью движения в направлении, поперечном нейтральной плоскости (Р).

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что указанный элемент выполнен в виде скользящего элемента (12), который расположен на направляющей (13), проходящей в поперечном к нейтральной плоскости (Р) направлении.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что указанный элемент выполнен в виде рычага (8), по меньшей мере, один конец которого расположен внутри объекта (2).

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, с одной стороны крыла (3) предусмотрена стенка (21, 22; 31, 32; 46, 47; 51, 52; 84; 91, 92; 100; 102; 110), установленная неподвижно по отношению к объекту.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что одно крыло (61, 62) и стенка (31, 32) снабжены, по меньшей мере, одним обратным клапаном, который открывается по направлению к пространству, ограниченному крылом и стенкой.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что предусмотрена одна стенка (102) и одно крыло (100), причем пространство между крылом и стенкой расширяется назад относительно направления движения (F) объекта, за исключением случая, когда крыло проходит вблизи стенки.

15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что предусмотрены две стенки (31, 32), причем пространство между указанными стенками расширяется назад относительно направления движения (F) объекта.

16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрены два крыла (37, 38; 61, 62), имеющие совпадающие оси поворота или соответствующие оси поворота, которые расположены вблизи друг друга, причем крылья установлены с возможностью перемещения в противоположных фазах.

17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отклоняемая часть (17) крыла (3) и/или передняя часть (18) крыла (3) выполнены эластично гибкими.

18. Устройство по одному из пп.12 или 17, отличающееся тем, что последовательные участки отклоняемой части на виде спереди назад расположены с возможностью последовательного перемещения в положение напротив стенки (51, 52).

19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отклоняемая часть (17) на виде сверху имеет, по существу, треугольную форму подобно хвосту рыбы, при этом вершина треугольника направлена вперед.

20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расположено в канале или трубопроводе (42; 107) и выполнено с возможностью прокачки через них жидкости.

21. Установка для перемещения объекта относительно текучей среды, содержащая ряд устройств, охарактеризованных в одном из пп.1-17, отличающаяся тем, что устройства расположены, по меньшей мере, в два ряда, которые проходят под углом друг к другу.

22. Установка по п.21, отличающаяся тем, что движущие установки (6) устройств выполнены с возможностью индивидуального управления.

РИСУНКИ

TK4A – Поправки к публикациям сведений об изобретениях в бюллетенях “Изобретения (заявки и патенты)” и “Изобретения. Полезные модели”

Напечатано: (73) Клавис Холдинг АС (SE)

Следует читать: (73) Клавис Холдинг АС (NO)

Номер и год публикации бюллетеня: 32-2009

Код раздела: FG4A

Извещение опубликовано: 20.01.2010 БИ: 02/2010