выдвижная роторная движительно-рулевая колонка

Формула изобретения

Выдвижная роторная движительно-рулевая колонка, содержащая обтекаемую симметричную вертикальную насадку, имеющую водопроточный канал, выполненный в виде прямоугольной вертикальной щели по всему размаху посередине насадки, в который вмонтирован рабочий орган, состоящий из двух вертикальных роторов, установленных в симметричных цилиндрических нишах по всему размаху насадки с возможностью вращения с реверсом, а также вертикальный закрылок, установленный на выходе водопроточного канала с возможностью поворота относительно вертикальной оси, отличающаяся тем, что вертикальный закрылок выполнен симметричного выпуклого профиля, а его ось поворота расположена в плоскости симметрии насадки, при этом вертикальный закрылок установлен с равными зазорами между выходящими кромками водопроточного канала и наружными выпуклыми поверхностями профиля закрылка при его расположении в плоскости симметрии насадки, причем каждый зазор выполнен с возможностью ограничения перекладки закрылка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к судостроению, в частности к средствам активного управления судами - движительно-рулевым колонкам.

Известна выдвижная поворотная винтовая колонка (см. Э.П.Лебедев и др. Средства активного управления судами. Л.: Судостроение, 1969 г., с.180, рис.135), содержащая обтекаемую симметричную насадку, имеющую водопроточный канал, в который вмонтирован рабочий орган, выполненный в виде гребного винта.

Выдвижная поворотная винтовая колонка изменяет направление тяги в широких пределах за счет поворота устройства относительно оси, перпендикулярной оси гребного винта. Данная колонка применяется на судах, к которым предъявляются особо высокие требования в отношении управляемости на малых скоростях хода, а также на судах, которым необходимо длительное время удерживаться в определенном положении или определенной точке моря.

Также известно роторное движительно-рулевое устройство (активный руль судна) (см. патент на изобретение Российской Федерации № 2207297, МКИ В 63 Н 25/38, опубликованный в 2003 г.), содержащее обтекаемую симметричную вертикальную насадку (перо руля), имеющую водопроточный канал, выполненный в виде прямоугольной вертикальной щели по всему размаху посередине насадки, в который вмонтирован рабочий орган, состоящий из двух вертикальных роторов, установленных в симметричных цилиндрических нишах по всему размаху насадки с возможностью вращения с реверсом, а также вертикальный закрылок, установленный на выходе водопроточного канала с возможностью поворота относительно вертикальной оси. Это устройство принято в качестве прототипа.

Как следует из описания к устройству-прототипу, при вращении вертикальных роторов окружающая вода засасывается через вход и выбрасывается через выход канала по всему размаху насадки. При этом создается тяга роторным водометным движителем, которая реализуется на вращающихся роторах и при заданных углах поворота насадки обеспечивает необходимое маневрирование судна в ограниченной акватории без использования главных движителей. Причем отмечается вариант, когда поворотом закрылков обеспечивается необходимое маневрирование судна без поворота насадки (пера руля), т.е. без использования рулевой машины.

Целью предлагаемого изобретения является повышения эффективности управляемости судна.

Эта цель достигается тем, что в известной выдвижной роторной движительно-рулевой колонке, содержащей обтекаемую симметричную вертикальную насадку, имеющую водопроточный канал, выполненный в виде прямоугольной вертикальной щели по всему размаху посередине насадки, в который вмонтирован рабочий орган, состоящий из двух вертикальных роторов, установленных в симметричных цилиндрических нишах по всему размаху насадки с возможностью вращения с реверсом, а также вертикальный закрылок, установленный на выходе водопроточного канала с возможностью поворота относительно вертикальной оси, согласно предлагаемому техническому решению вертикальный закрылок выполнен симметричного выпуклого профиля, а его ось поворота расположена в плоскости симметрии насадки, при этом вертикальный закрылок установлен с равными зазорами между выходящими кромками водопроточного канала и наружными выпуклыми поверхностями профиля закрылка при его расположении в плоскости симметрии насадки, причем каждый зазор выполнен с возможностью ограничения перекладки закрылка.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:

фиг.1 - поперечный разрез выдвижной роторной движительно-рулевой колонки с закрылком, установленным в плоскости симметрии насадки;

фиг.2 - поперечный разрез выдвижной роторной движительно-рулевой колонки с закрылком, установленным в одном из крайних положений;

фиг.3 - продольный разрез выдвижной роторной движительно-рулевой колонки.

Выдвижная роторная движительно-рулевая колонка содержит обтекаемую симметричную вертикальную насадку 1. Насадка 1 выполнена неповоротной относительно вертикальной оси. Внутри насадки 1 выполнен водопроточный канал, имеющий форму прямоугольной вертикальной щели по всему размаху посередине насадки 1. В вертикальных стенках водопроточного канала по всему размаху насадки 1 выполнены симметричные вертикальные цилиндрические ниши 2, которые делят водопроточный канал на входную часть 3 и выходную часть 4. В ниши 2 вмонтирован рабочий орган, состоящий из двух вертикальных роторов 5 с возможностью вращения с реверсом относительно вертикальных осей 6 посредством привода 7. Каждый ротор 5 при вращении образует ометаемую поверхность радиусом R. Профили поперечного сечения роторов 5 могут быть любых форм, которые при их вращении обеспечивают неперетекание жидкости через цилиндрические ниши 2 из выходной части 4 во входную часть 3 плоского щелевого водопроточного канала. На выходе из выходной части 4 водопроточного канала установлен вертикальный закрылок 8 симметричного выпуклого профиля с возможностью поворота относительно вертикальной оси 9 посредством привода 10. Ось 9 находится в плоскости симметрии насадки 1. Вертикальный закрылок 8 установлен с равными зазорами между выходящими кромками выходной части 4 водопроточного канала и выпуклыми наружными поверхностями профиля закрылка 8 при его расположении в плоскости симметрии насадки 1. Каждый зазор выполнен с возможностью ограничения перекладки закрылка 8.

Роторная движительно-рулевая колонка выполнена выдвижной из корпуса 11 судна. По торцам насадки 1 установлены шайбы 12, восстанавливающие сплошность обшивки корпуса 11 в данном месте при выдвижении или убирании выдвижной роторной движительно-рулевой колонки и фиксирующие насадку 1 по отношению к корпусу 11. Стрелками на фигурах 1 и 2 показано направление вращения роторов 5, а также стрелками показано направление потока воды во входной части 3 и выходной части 4 водопроточного канала и возле закрылка 8. Стрелка Y на фиг.2 показывает направление действия результирующей силы на закрылке 8. На фиг.2 показаны: _эф - эффективный угол перекладки закрылка 8; t - толщина выходной щели между выходящей кромкой выходной части 4 водопроточного канала и наружной выпуклой поверхностью профиля закрылка 8 при эффективном угле _эф перекладки закрылка 8; r - радиус дуги выпуклого профиля закрылка 8 в районе выходной щели; l - длина дуги выпуклого профиля закрылка 8 от выходной щели до хвостовой оконечности закрылка 8. На судне могут быть установлены две и более выдвижных роторных движительно-рулевых колонок.

Выдвижная роторная движительно-рулевая колонка работает следующим образом.

Для обеспечения необходимого маневрирования с помощью выдвижной роторной движительно-рулевой колонки комплекс: насадка 1, закрылок 8 и шайбы 12 выдвигается из корпуса 11 судна. При этом насадка 1 фиксируется неподвижно по отношению к корпусу 11 с помощью верхней шайбы 12 с плоскостью симметрии насадки 1, параллельной диаметральной плоскости корпуса 11 судна.

Для создания прямолинейного движения корпуса 11 закрылок 8 устанавливается в плоскости симметрии насадки 1 с углом перекладки =0°. При вращении вертикальных роторов 5 относительно вертикальных осей 6 посредством привода 7, как показано стрелками на фиг.1, окружающая вода засасывается во входную часть 3 и выбрасывается из выходной части 4 водопроточного канала по всему размаху насадки 1, как показано стрелками. При этом выдвижной роторной движительно-рулевой колонкой создается только тяга, обеспечивающая прямолинейное движение вперед корпуса 11 с заданной скоростью в зависимости от скорости вращения роторов 5 в направлении стрелок . Если требуется обеспечение движения корпуса 11 назад, то это создается за счет реверса направления вращения роторов 5. При необходимости выполнения того или иного маневра закрылок 8 относительно вертикальной оси 9 посредством привода 10 перекладывается на некоторый угол , и часть силы, реализуемой на закрылке 8 и направленной перпендикулярно диаметральной плоскости корпуса 11, будет поворачивать судно в нужном направлении. Управление судном только за счет перекладки закрылка 8 без поворота насадки 1 относительно вертикальной оси позволит исключить мощный привод поворота, что уменьшит массогабаритные характеристики выдвижной роторной движительно-рулевой колонки.

Следует отметить, что для создания максимальной боковой силы в ту или иную сторону выдвижной роторной движительно-рулевой колонкой закрылок 8 поворачивается относительно вертикальной оси 9 посредством привода 10 в необходимое крайнее положение до эффективного угла _эф, при котором один из зазоров закрывается, а другой зазор остается, образуя щель толщиной t, как показано на фиг.2. При вращении роторов 5 относительно вертикальных осей 6 посредством привода 7 в направлении стрелок вода засасывается во входную часть 3 и выбрасывается из выходной части 4 водопроточного канала через плоский щелевой зазор толщиной t. При выходе из плоского щелевого зазора поток воды прилипает по радиусу r к выпуклой наружной поверхности профиля закрылка 8, как показано стрелками на фиг.2 по длине l дуги, и создает на закрылке 8 относительно большую боковую силу за счет эффекта Коанда. Эффект Коанда заключается в том, что струя жидкости, вытекающая из плоской щели, прилипает к выпуклой поверхности. При этом одновременно на этой поверхности закрылка 8 создается относительно большое разрежение и, как следствие, большая результирующая сила в направлении стрелки Y. Результирующая сила Y зависит от геометрических и кинематических параметров роторного водометного движителя и закрылка 8.

Целесообразно установить две и более выдвижные роторные движительно-рулевые колонки, разнесенные на корпусе 11 по отношению к мидель-шпангоуту, которые позволят регулировать их суммарную тягу по направлению и обеспечить судну движение лагом.

В результате предложенная выдвижная движительно-рулевая колонка позволит повысить управляемость судном посредством реализации значительной боковой силы на закрылке за счет эффекта Коанда.