способ компенсации дрейфа и повышения остойчивости парусного катамарана на ходу и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ компенсации дрейфа и повышения остойчивости парусного катамарана на ходу путем изменения положения швертов относительно корпусов катамарана, отличающийся тем, что шверт подветренного корпуса поворачивают на величину угла атаки вокруг вертикальной оси, лежащей в плоскости, параллельной диаметральной плоскости подветренного корпуса, одновременно наветренный шверт разворачивают вокруг горизонтальной оси, лежащей в плоскости, параллельной диаметральной плоскости наветреннего корпуса.

2. Устройство для компенсации дрейфа и повышения остойчивости парусного катамарана на ходу, содержащее швертовые колодцы и шверты с механизмами изменения положения швертов относительно корпусов катамарана, отличающееся тем, что шверты скреплены с валами, установленными в подшипниках скольжения, которые смонтированы на жестких основаниях, подвешенных в кардановых подвесках, закрепленных на жестких рамах, которые установлены в швертовых колодцах, при этом каждый кардановый подвес оснащен двумя механизмами ориентации валов, содержащими кулисы с ползунами, имеющими рычаги, которые скреплены с маточными гайками ходовых винтов с маховичками этих механизмов для ориентации валов разворотом относительно осей карданового подвеса, а валы снабжены рычагами их поворота вокруг собственных осей с тросами для фиксации этих рычагов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано для повышения маневренности и ходкости парусного катамарана.

Известен способ компенсации дрейфа и повышения остойчивости парусного катамарана на ходу путем изменения положения швертов относительно корпусов катамарана (см. Справочник по малотоннажному судостроению, составитель Б.Г. Мордвинов. Л. Судостроение. 1988, стр.171).

Известно также устройство для компенсации дрейфа и повышения остойчивости парусного катамарана на ходу, содержащее швертовые колодцы и шверты с механизмами изменения положения швертов относительно корпусов катамарана (см. там же).

Однако известные способ компенсации дрейфа и повышения остойчивости парусного катамарана на ходу и устройство для его осуществления не обеспечивают катамаран достаточной маневренностью, остойчивостью и ходкостью.

Технический результат от реализации группы изобретений состоит в повышении маневренности, остойчивости и ходкости.

Этот результат при реализации способа достигается тем, что шверт подветренного корпуса поворачивают на величину угла атаки вокруг вертикальной оси, лежащей в плоскости, параллельной диаметральной плоскости подветренного корпуса, одновременно наветренный шверт разворачивают вокруг горизонтальной оси, лежащей в плоскости, параллельной диаметральной плоскости наветренного корпуса.

В то же время вышеуказанный технический результат при реализации устройства достигается тем, что шверты скреплены с валами, установленными в подшипниках скольжения, которые смонтированы на жестких основаниях, подвешенных в кардановых подвесках, закрепленных на жестких рамах, которые установлены в швертовых колодцах, при этом каждый кардановый подвес оснащен двумя механизмами ориентации валов, содержащими кулисы с ползунами, имеющими рычаги, которые скреплены с маточными гайками ходовых винтов с маховичками этих механизмов для ориентации валов разворотам относительно осей карданового подвеса, а валы снабжены рычагами их поворота вокруг собственных осей с тросами для фиксации этих рычагов.

Изобретения поясняются чертежами, где на фиг.1 схематически изображена аксонометрическая проекция парусного катамарана; на фиг.2 парусный катамаран при вертикальном положении швертов; на фиг.3 то же при отклоненном одном из швертов наружу от внешнего борта его корпуса; на фиг.4 то же при отклоненном другом шверте наружу от внешнего борта его корпуса; на фиг.5 то же при отклонении обоих швертов наружу от внешних бортов их корпусов; на фиг. 6 то же при отклонении обоих швертов в сторону диаметральной плоскости катамарана; на фиг. 7 то же при горизонтальном положении обоих швертов, отклоненных в сторону диаметральной плоскости катамарана; на фиг.8 то же с указанием кинематической схемы отклонения швертов при отклонении одного из них наружу от борта его корпуса; на фиг.9 то же с указанием кинематической схемы отклонения швертов при отклонении другого из них наружу от борта его корпуса; на фиг.10 аксонометрическая проекция парусного катамарана с указанием швертовых Т-образных колодцев; на фиг.11 узел А на фиг.10, механизм управления швертами парусного катамарана; на фиг. 12 показан кривошипно-шатунный механизм поворота вала шверта; на фиг.13 изображена червячная передача для поворота вала шверта; на фиг.14 показан механизм одновременной настройки обоих швертов с помощью самотормозящихся червячных передач.

Парусный катамаран (фиг. 1) снабжен парусами 1 и 2, подветренным 3 и наветренным 4 корпусами с килями-швертами подветренного 5 и наветренного 6 корпусов, установленными в швертовые колодцы с возможностью регулирования величины выдвижения швертов от полностью убранного в швертовый колодец до выдвинутого на всю длину шверта.

Аэродинамическая подъемная сила , формируемая при обдувании ветром парусов 1 и 2, приложена к центру парусности (ЦП) 7 парусного вооружения катамарана. Сила может быть представлена в виде двух составляющих и . Составляющая приводит в движение парусный катамаран, а составляющая вызывает дрейф и крен парусного судна. При этом крен парусного судна вызывается моментом силы относительно центра бокового сопротивления (ЦБС) 8 подветренного корпуса 3 катамарана (фиг. 3 и 4).

В связи с этим заявляемая в предлагаемом способе цель дoлжна быть направлена на нейтрализацию действия составляющей аэродинамической подъемной силы парусного вооружения .

По предлагаемому способу шверт 5 подветренного корпуса 3 поворачивают на величину угла атаки ₁ вокруг вертикальной оси , лежащей в плоскости, параллельной диаметральной плоскости подветренного корпуса 3 (здесь и далее по тексту ₁ меньше критического угла атаки, при котором происходит срыв потоков со шверта-крыла, ₁ [(0; (10-12))]).

При повороте шверта 5 вокруг оси против часовой стрелки на угол атаки ₁ и обтекании шверта потоком воды, вызванным движением катамарана под парусами, к шверту 5 приложена гидродинамическая подъемная сила "поперечная сила", компенсирующая действие cилы , вызывающей дрейф парусного судна.

Подбором величины угла поворота шверта 5 вокруг оси , т.е. подбором угла атаки ₁, экипаж парусного катамарана получает возможность оптимальной компенсации дрейфа судна с минимизацией потерь на гидродинамическое лобовое сопротивление корпусов судна.

Одновременно по предлагаемому способу экипаж парусного катамарана производит поворот шверта 6 наветренного корпуса 4 вокруг горизонтальной оси , установленной в плоскости, параллельной диаметральной плоскости наветренного корпуса 4, на некоторый угол _i.

В том случае, если у шверта 6 несимметричный профиль, например плоско-выпуклый, выпуклостью профиля направленной внизу, на шверте 6 при движении парусного катамарана формируется гидродинамическая подъемная сила . Вертикальная составляющая гидродинамической подъемной силы :



где - угол поворота шверта 6 вокруг оси аа,

вызывает относительно ЦБС 8 наветренного корпуса 3 (фиг.3 и 4) восстанавливающий момент, препятствующий крену и опрокидыванию парусного катамарана на ходу под парусами из-за момента силы .

На фиг.1 шверт 6 наветренного корпуса 4 развернут в горизонтальное положение. При этом величина восстанавливающего момента силы относительно ЦБС 8 будет максимальной (при скорости катамарана V const при sin sin 90^o 1). Очевидно, что любое промежуточноe положение шверта наветренного корпуса между положениями шверта 6 и 9 приведет к меньшим значениям восстанавливающего момента, а это означает, что, изменяя угловое положение шверта 6 наветренного корпуса 4 поворотом шверта на угол b_i вокруг оси , экипаж катамарана получает возможность регулировать остойчивость парусного судна на ходу под парусами.

На фиг. 3 и 4 схематически показаны положения швертов катамарана при движении под парусами левым и правым галсами. Во всех этих случаях шверт подветренного корпуса обеспечивает компенсацию дрейфа , а шверт наветренного корпуса обеспечивает компенсацию момента закренивающей опрокидывающей силы F_ВК (на чертежах показаны два шверта с плоско-выпуклыми сечениями).

Предлагаемый способ позволяет по новому взглянуть на использование швертов парусного катамарана (фиг.5, 6 и 7).

В том случае, если плоско-выпуклые шверты повернуты в разные стороны от корпусов катамарана выпуклостями вниз (фиг. 5), судно на ходу должно "проседать", загруженное дополнительно гидродинамическими подъемными силами, сформированными на швертах-крыльях и направленными вниз.

При расположении швертов в пространстве между корпусами (фиг.6 и 7) под действием гидродинамических сил, формируемых швертами, катамаран на ходу под парусами имеет тенденцию к выходу на шверты-крылья.

Для прохождения по мелководью и хранения на берегу без уборки швертов в швертовые колодцы может быть рекомендован поворот швертов в горизонтальное положение в пространство между корпусами (фиг.7). Этот вариант поворота швертов вокруг горизонтальных осей и позволяет считать возможным установку швертов вне швертовых колодцев на валах в подшипниках, закрепленных на днище корпусов катамарана под обтекателями.

Предлагаемый способ позволяет производить компенсацию дрейфа и повышение остойчивости парусного катамарана, в том числе и при использовании швертов симметричного сечения. В этом случае должны быть привлечены дополнительно механизмы для выставки углов атаки швертов путем их вращения вокруг осей и (см. фиг.1).

Одновременность выполнения операций поворота шверта подветренного и наветренного корпусов может быть обеспечена в том числе с помощью кинематической схемы привода, показанного на фиг.8 и 9.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит (фиг.11, на примере механизмов левого корпуса катамарана) шверт 10, жестко скрепленный с валом 11, установленным в подшипники скольжения 12 и 13, собранные на жестком основании 14, подвешенном в кардановом подвесе 15 с осями и , закрепленном на жесткой раме 16, опущенной в швертовый колодец 17 (швертовый колодец правого корпуса 18) корпуса катамарана 19. Кардановый подвес 15 снабжен двумя механизмами 20 и 21 (фиг.1 и 2), содержащими кулисы 22, 23 с ползунами кулис 24, 25, рычагами ползунов 26, 27, скрепленными с маточными гайками 28, 29 ходовых винтов 30, 31 с маховичками 32, 33 ручного управления ориентацией вала 11 по азимуту и разворотом относительно горизонтальной оси карданового подвеса, перпендикулярной диаметральной плоскости корпуса катамарана. Вал 11 снабжен рычагом 34 поворота вала вокруг оси аа с тросами 35, 36. Тросы 35, 36 закрепляют на "утках" 37, 38 и таким образом фиксируют рычаг вала 34, вал 11, а с ним и шверт 10 в выбранном положении.

Шверт 10 и механизм управления швертом закреплены на жесткой раме 16 и опущены в Т-образный (в плане) швертовый колодец 17 (18) в корпусе катамарана 19. Например, на мелководье рама 16 может быть извлечена из швертового колодца обычным способом.

По предлагаемому способу с помощью устройства для его осуществления в процессе движения под парусами выполняется следующая последовательность операций по управлению швертами парусного катамарана. Прежде всего настраивают шверт подветренного корпуса на конкретное значение угла атаки = ₁ для компенсации дрейфа при движении с прогнозируемой скоростью. Для этого с помощью механизма ориентации вала 11 (фиг.11) по азимуту 20 вращением маховичка 32 с ходовым винтом 30 двигают маточную гайку 28 и через посредство ползуна 25 с рычагом 26 кулисы 22 жесткий корпус карданового подвеса 15 поворачивают вокруг оси на угол = ₁ по часовой стрелке для левого корпуса и против часовой стрелки для правого корпуса в том случае, когда эти корпуса работают как подветренные. При вращении швертов вокруг осей и из вертикального в горизонтальное положение углы атаки ₁= ₂ трансформируются в углы стреловидности швертов-крыльев. Т.к. ходовой винт с маточной гайкой самотормозящаяся пара, то выбранные значения ₁= ₂ сохраняются без дополнительных фиксаций.

После того, как установлены углы атаки ₁ и ₂, определяющие величину силы, компенсирующей дрейф катамарана [F_Дi(_i, V)], где V скорость движения катамарана, выставляют углы атаки швертов, работающих в режиме противодействия опрокидывающему моменту силы . C этой целью с помощью механизма ориентации 21 вала 11 (фиг.11) вращением маховичка 33 вращают ходовой винт 31 и посредством маточной гайки 29 через рычаг 27, ползун 24 и кулису 23 поворачивают жесткое основание 14 с подшипниками скольжения 12 и 13 вокруг оси на угол атаки , равный углу атаки шверта 10 в положении, показанном поз.6 на фиг.1. Величина угла g в этом случае определяется необходимостью компенсации опрокидывающего момента силы и выбирается с учетом прогнозируемой скорости движения под парусами.

После настройки швертов левого и правого корпусов по углам атаки ₁ и ₂ движение парусного катамарана выбранным галсом сопровождается регулировкой положения шверта 6 наветренного корпуса 4 путем выбора конкретного значения угла поворота _i (фиг.1). Для этого поворачивают рычаг 34 вокруг оси (фиг.11) на угол _i и фиксируют положение шверта путем крепления тросов 35 и 36 на утках 37 и 38 (фиг.11). Аналогичные операции выполняются для шверта правого корпуса при смене галса (фиг.1).

Поворот вала 11 на угол _i, может быть осуществлен в том числе с использованием кривошипно-шатунного механизма, показанного на фиг.12, либо с использованием червячного колеса 39 однозаходного червяка 40 вала 41 с маховичком 42 ручного управления (фиг.13). При этом шверт 10 устанавливают на угол _i с помощью зубчатой пары 43 и 44.

Для быстрой, простой, одновременной настройки швертов левого и правого корпусов может быть предложено устройство, изображенное на фиг.14. Повороты швертов вокруг осей и обеспечиваются самотормозящимися червячными передачами, парами 39 и 40. Посредством конических зубчатых колес 45, 46 левого корпуса и конических зубчатых колес 47, 48 правого корпуса, вала 49 с муфтой 50 для отключения линии валов левого и правого корпусов обеспечивается "согласованное включение" швертов наветренного и подветренного корпусов в работу по обеспечению компенсации дрейфа и повышению остойчивости парусного катамарана на ходу. На фиг.14 место сопряжения швертов с днищами корпусов катамарана защищено обтекателями 51 и 52.

Предложенная совокупность существенных технических решений позволяет превратить шверты с механизмами управления швертами в оперативно управляемые гидравлические шверты-крылья, позволяющие с максимальным КПД использовать парусное вооружение катамарана. 2 4 6 8 10