Успейте опубликовать статью: прием статей до 20 апреля , публикация выпуска 30 апреля
Теория и практика науки и образования №8 (8) октябрь 2026 г.
Технические науки
Препринт
04.10.2026
Движитель для привода надводных и подводных судов
Автор
Янушпольский Владислав Давидович
Библиографическое описание
Янушпольский В.Д. Движитель для привода надводных и подводных судов // Теория и практика науки и образования. — 2026. — № 8 (8). — URL: https://smart-science.net/arhiv/8/2/
Теория и практика науки и образования №8 (8) октябрь 2026 г.
⏳ Препринт · Файл будет доступен после публикации выпуска
Аннотация
Устройство относится к машиностроению, касается движителей для привода надводных и подводных судов в том числе беспилотных. Основной элемент предлагаемого устройства - это пропеллер 1 (рисунок 1), который образуется при вращении выпукло – вогнутого профиля подводного крыла вокруг горизонтальной прямой, лежащей в плоскости этого профиля, но не пересекающей его. Обнаружено уникальное свойство предложенного пропеллера, когда совершаемая работа (производимая энергия) значительно больше, чем затрачиваемая для этого необходимая энергия.
Ключевые слова
движитель судов
пропеллер
подъемная сила
подводное крыло
эффективность
Abstract
The device belongs to the field of mechanical engineering and concerns propulsion devices for driving of surface and subsurface vessels, including unmanned ones. The main element of the proposed device is propeller 1 (Figure 1), which is formed by the rotation of the convex‑concave profile of the underwater wing around a horizontal line lying in the plane of this profile but not intersecting it. A unique property of the proposed propeller has been discovered: the work performed (the energy produced) is significantly greater than the energy required for this.
Keywords
ship propeller
propeller
lift
hydrofoil
efficiency
Введение
Устройство относится к машиностроению, касается движителей для привода надводных и подводных судов в том числе беспилотных.
Основная часть
Основной элемент предлагаемого устройства - это пропеллер 1 (рисунок 1), который образуется при вращении выпукло – вогнутого профиля подводного крыла вокруг горизонтальной прямой, лежащей в плоскости этого профиля, но не пересекающей его.
Внешняя (выпуклая) сторона 2 профиля (рисунок 1) выполнена в форме четверти окружности, которая в своем начале касается плоскости перпендикулярной к оси вращения водяного крыла, а в конце касается горизонтальной прямой.
Внутренняя (вогнутая) сторона 3 (рисунок 1) выполнена в виде части окружности, начальная и конечная точки которой совпадают с соответствующими точками выпуклой стороны профиля.
Для соединения начальных точек пропеллера со ступицей 4 применяется диск 5. Диск неподвижно закреплен со ступицей 4 и пропеллером 1. Ступица 4 неподвижно соединена с валом 6 двигателя судна, вал 6 передает вращение от двигателя судна через ступицу 4 и соединительный диск 5 к пропеллеру 1.
Внешняя (выпуклая) сторона 2 профиля (рисунок 1) выполнена в форме четверти окружности, которая в своем начале касается плоскости перпендикулярной к оси вращения водяного крыла, а в конце касается горизонтальной прямой.
Внутренняя (вогнутая) сторона 3 (рисунок 1) выполнена в виде части окружности, начальная и конечная точки которой совпадают с соответствующими точками выпуклой стороны профиля.
Для соединения начальных точек пропеллера со ступицей 4 применяется диск 5. Диск неподвижно закреплен со ступицей 4 и пропеллером 1. Ступица 4 неподвижно соединена с валом 6 двигателя судна, вал 6 передает вращение от двигателя судна через ступицу 4 и соединительный диск 5 к пропеллеру 1.
Рисунок 1. Движетель для привода надводных и подводных судов
При вращении соединительного диска и пропеллера в вязкой среде (воде) вокруг своей оси, поверхности соединительного диска, выпуклая и вогнутая поверхности пропеллера увлекают вязкую среду с образованием окружной скорости VОК в пограничном слое [1, 2]. В свою очередь окружная скорость создает центробежную силу [1], которая на обеих сторонах соединительного диска создает радиальное движение (скорость) среды от начала диска к его периферии.
В результате среда с суммарным вектором окружной плюс радиальной скорости движется под некоторым углом к текущей окружности с ускорением от начала диска к его периферии.
На поверхности пропеллера окружная скорость создает центробежную силу [1], которая на внешней (выпуклой) стороне пропеллера создает разряжение, а на внутренней (вогнутой) стороне увеличивает давление.
В результате образуется радиальное движение (скорость) среды от начала профиля к его к периферии. При этом на внешней (выпуклой) стороне это движение происходит с увеличением скорости за счет снижения давления по ходу движения.
С внутренней (вогнутой) стороны под действием радиальной составляющей касательной к образующей части окружности создается радиальное движение (скорость) среды, которая движется с замедлением против роста давления.
В результате среда с суммарным вектором окружной плюс радиальной скорости движется по наружной (выпуклой) и внутренний (вогнутой) поверхности с некоторой усредненной кривизной. Таким образом движение с усредненной кривизной генерирует (подъемную) силу [3], которая создает на выпуклой стороне пропеллера разрежение, а на вогнутой стороне повышенное давление. В результате под действием разности давления на поверхности с выпуклой и вогнутой сторон профиля пропеллера генерируется движущая (подъемная) сила [3] FY направленная по оси пропеллера 1 вправо.
При работе над настоящим устройством был выполнен эксперимент для определения движущей (подъемной) силы пропеллера со средним диаметром dСР =0,15м и оборотами W = 24 об/с (паспортные данные электродвигателя экспериментальной установки).
Получен следующий результат – экспериментальная движущая (подъемная) сила FYЭ = 450 г. +/- 15% = 5Н.
Далее выполнены необходимые расчеты. В первую очередь суммарной силы лобового сопротивления и затрат мощности на преодоление лобового сопротивление соединительного диска, пропеллера и подводной части судна. Кроме этого, выполнен расчет мощности двигателя NД судна необходимой для привода соединительного диска и пропеллера.
Сила (в ньютонах) лобового сопротивления предмета при его движении в вязкой сред
FХ =CХ*p*pl*0,5*(V1)2, где:
CХ - коэффициент лобового сопротивления предмета;
p=1000 кг/м3 - плотность среды (воды);
pl - лобовая поверхность движущего предмета, м2;
V1 - скорость движения вдоль оси, м/с.
Соединительный диск диаметром 0,14 м и коэффициентом лобового сопротивления 1,1:
FХ1 = 1,1*103*0,015*0,5*(V1)2 = 8,4*(V1)2, Н.
Пропеллер: коэффициент лобового сопротивления для полусферы равен 0,33 площадь пропеллера в плане 0,007 м2:
FХ11 = 0,33*103*0,007*0,5*(V1)2 = 1,15*(V1)2, Н.
В первом приближении примем подводную часть судна в форме цилиндра (коэффициент лобового сопротивления равен 0,84). Площадь сечения цилиндра примем равной шести площадям соединительного диска и пропеллера 0.14м2.
Сила лобового сопротивления подводной части судна:
FХ111= 0,84*103*0,14*0,5*(V1)2 = 59*(V1)2, Н.
Суммарная сила лобового сопротивления:
FХ = (8.4+15+59) = 69*(V1)2, Н.
Теперь можно определить скорость движения V1 судна. Из равенства движущей силы пропеллера и суммарной силы лобового сопротивления:
FYЭ = FХ,
V1 = (5/69)0,5 = 0,27 м.
Суммарная мощность необходимая для преодоления суммарного лобового сопротивления:
NХ = 69*(V1)3 = 1,4 Вт.
Выполним оценку (в первом приближении) силы трения соединительного диска и пропеллера в воде с двух сторон в ньютонах (формула Ньютона) [1, 2]:
FТР=2*d*pl*VОК/L, где:
d=10 -3*Па*с - динамическая вязкость воды;
pl - площадь соединительного диска и пропеллера,0,025 м2;
VОК - окружная скорость наружной окружности соединительного диска 10,6 м/с;
L – толщина слоя воды, где происходит изменение скорости VОК до нуля, принято (в первом приближении) из эксперимента L = 0,08 м.
FТР=2*10-3*0,025*10,6/0,08 = 0,007 Н.
Мощность трения соединительного диска и пропеллера, VОК – окружная скорость наружной окружности соединительного диска 10,6 м/с:
NТР = FТР* VОК = 0,007*10,6 = 0,074 Вт.
Мощность привода соединительного диска и пропеллера равна мощности трения соединительного диска и пропеллера при их вращении в воде вокруг своей оси:
NД = NТР/0,85 = 0,074/0.85 = 0,087 Вт.
Для расчета эффективности предложенного пропеллера воспользуемся формулой из технической литературы (интернета) для расчета эффективности (КПД) гребного винта:
КПД =NХ / NД, где:
NХ - мощность необходимая для преодоления суммарного
лобового сопротивления, Вт;
NД - мощность двигателя судна (мощность привода соединительного диска и пропеллера), Вт.
Для пропеллера с dСР =0,15м:
КПД= 1,4Вт/0,09Вт = 15.
В результате среда с суммарным вектором окружной плюс радиальной скорости движется под некоторым углом к текущей окружности с ускорением от начала диска к его периферии.
На поверхности пропеллера окружная скорость создает центробежную силу [1], которая на внешней (выпуклой) стороне пропеллера создает разряжение, а на внутренней (вогнутой) стороне увеличивает давление.
В результате образуется радиальное движение (скорость) среды от начала профиля к его к периферии. При этом на внешней (выпуклой) стороне это движение происходит с увеличением скорости за счет снижения давления по ходу движения.
С внутренней (вогнутой) стороны под действием радиальной составляющей касательной к образующей части окружности создается радиальное движение (скорость) среды, которая движется с замедлением против роста давления.
В результате среда с суммарным вектором окружной плюс радиальной скорости движется по наружной (выпуклой) и внутренний (вогнутой) поверхности с некоторой усредненной кривизной. Таким образом движение с усредненной кривизной генерирует (подъемную) силу [3], которая создает на выпуклой стороне пропеллера разрежение, а на вогнутой стороне повышенное давление. В результате под действием разности давления на поверхности с выпуклой и вогнутой сторон профиля пропеллера генерируется движущая (подъемная) сила [3] FY направленная по оси пропеллера 1 вправо.
При работе над настоящим устройством был выполнен эксперимент для определения движущей (подъемной) силы пропеллера со средним диаметром dСР =0,15м и оборотами W = 24 об/с (паспортные данные электродвигателя экспериментальной установки).
Получен следующий результат – экспериментальная движущая (подъемная) сила FYЭ = 450 г. +/- 15% = 5Н.
Далее выполнены необходимые расчеты. В первую очередь суммарной силы лобового сопротивления и затрат мощности на преодоление лобового сопротивление соединительного диска, пропеллера и подводной части судна. Кроме этого, выполнен расчет мощности двигателя NД судна необходимой для привода соединительного диска и пропеллера.
Сила (в ньютонах) лобового сопротивления предмета при его движении в вязкой сред
FХ =CХ*p*pl*0,5*(V1)2, где:
CХ - коэффициент лобового сопротивления предмета;
p=1000 кг/м3 - плотность среды (воды);
pl - лобовая поверхность движущего предмета, м2;
V1 - скорость движения вдоль оси, м/с.
Соединительный диск диаметром 0,14 м и коэффициентом лобового сопротивления 1,1:
FХ1 = 1,1*103*0,015*0,5*(V1)2 = 8,4*(V1)2, Н.
Пропеллер: коэффициент лобового сопротивления для полусферы равен 0,33 площадь пропеллера в плане 0,007 м2:
FХ11 = 0,33*103*0,007*0,5*(V1)2 = 1,15*(V1)2, Н.
В первом приближении примем подводную часть судна в форме цилиндра (коэффициент лобового сопротивления равен 0,84). Площадь сечения цилиндра примем равной шести площадям соединительного диска и пропеллера 0.14м2.
Сила лобового сопротивления подводной части судна:
FХ111= 0,84*103*0,14*0,5*(V1)2 = 59*(V1)2, Н.
Суммарная сила лобового сопротивления:
FХ = (8.4+15+59) = 69*(V1)2, Н.
Теперь можно определить скорость движения V1 судна. Из равенства движущей силы пропеллера и суммарной силы лобового сопротивления:
FYЭ = FХ,
V1 = (5/69)0,5 = 0,27 м.
Суммарная мощность необходимая для преодоления суммарного лобового сопротивления:
NХ = 69*(V1)3 = 1,4 Вт.
Выполним оценку (в первом приближении) силы трения соединительного диска и пропеллера в воде с двух сторон в ньютонах (формула Ньютона) [1, 2]:
FТР=2*d*pl*VОК/L, где:
d=10 -3*Па*с - динамическая вязкость воды;
pl - площадь соединительного диска и пропеллера,0,025 м2;
VОК - окружная скорость наружной окружности соединительного диска 10,6 м/с;
L – толщина слоя воды, где происходит изменение скорости VОК до нуля, принято (в первом приближении) из эксперимента L = 0,08 м.
FТР=2*10-3*0,025*10,6/0,08 = 0,007 Н.
Мощность трения соединительного диска и пропеллера, VОК – окружная скорость наружной окружности соединительного диска 10,6 м/с:
NТР = FТР* VОК = 0,007*10,6 = 0,074 Вт.
Мощность привода соединительного диска и пропеллера равна мощности трения соединительного диска и пропеллера при их вращении в воде вокруг своей оси:
NД = NТР/0,85 = 0,074/0.85 = 0,087 Вт.
Для расчета эффективности предложенного пропеллера воспользуемся формулой из технической литературы (интернета) для расчета эффективности (КПД) гребного винта:
КПД =NХ / NД, где:
NХ - мощность необходимая для преодоления суммарного
лобового сопротивления, Вт;
NД - мощность двигателя судна (мощность привода соединительного диска и пропеллера), Вт.
Для пропеллера с dСР =0,15м:
КПД= 1,4Вт/0,09Вт = 15.
Заключение
Из полученного значения КПД следует, что эффективность предлагаемого движителя (пропеллера) значительно больше единицы (по определению для КПД гребного винта). Это важно для приводанадводных и подводных судов особенно для беспилотных.
***
- Ворович И. И. Лекции по динамике Ньютона. — М. : Институт компьютерных исследований, 2004. — 680 с.
- Вайсман Н. М., Великов В. А., Жарковский А. А. Механика жидкости и газа. Гидравлика. — СПб. : Политехн. ун-т, 2016. — 222 с.
- Хейфец Л. Л. Катер на одном крыле // Катера и яхты. — Л. : Судостроение, 1974. — № 4 (50). — 104 с.
📝
Опубликуйте свою статью
Препринт в течение 3-5 рабочих дней после оплаты.
Справка о публикации и электронная версия журнала включены.