активный судовой руль-движитель

Формула изобретения

1. Рулевое устройство судна, обеспечивающее устойчивость на курсе и поворотливость на ходу, состоящее из пера руля, баллера и рулевой машинки, отличающееся тем, что в активном судовом руле перо руля выполнено из двух упругих стальных пластин прямоугольной формы, разнесенных по вертикали на определенное расстояние, одни концы которых жестко закреплены в нижней части баллера, установленного на подвижной платформе, а вторые соединены вертикальной стойкой, в средней части которой закреплен трос, располагаемый между пластинами пера и проходящий далее через баллер на устройство натяжения троса, при уменьшении длины которого пластины пера принудительно изгибаются в форме дуги сегмента окружности, которая при колебаниях баллера в секторе 180° преобразуется в зеркальную относительно троса (хорды), при этом совершаются плавные волнообразные колебания, изменяющие форму изгиба упругих стальных пластин так, что продольно-поперечные упругие силы пластин в водной среде создают отталкивающее усилие (тяговую силу) подобно хвосту рыбы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что прикрепление упругих пластин пера руля к баллеру осуществляется совместно с несколькими упругими рессорными пластинами таких же ширины и толщины, но различной и меньшей длины, располагаемыми симметрично с двух сторон каждой упругой пластины пера руля.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что колебания баллера в пределах сектора 180° обеспечиваются цилиндрической червячной передачей с червячным колесом, жестко закрепленным в верхней части баллера, и сопряженным с ним червяком, с обеих сторон оси которого подсоединены валы двух силовых электродвигателей, жестко закрепленных на подвижной платформе, имеющей вид полуокружности, вращение которой вправо или влево относительно продольной оси судна обеспечивает его поворот.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к судостроению, к активным судовым рулям-движителям и может быть использовано на судах надводного плавания в качестве активного руля и основного главного двигателя.

Известно устройство, патент США 6079348, июнь 27.2000, аппарат для ныряния, состоящий из удлиненного корпуса в который помещается человек, с эластичным соединением по крайней мере в одной части корпуса и оканчивающийся в задней части корпуса по крайней мере одним плавником, перемещающийся в воде при колебательных движениях в эластичном соединении и плавнике. Причем форма аппарата изменяется за счет изгиба в дискретном конечном числе эластичных сочленений.

В предлагаемом изобретении принудительно изменяется геометрия формы изгиба упругих пластин пера руля, изменение происходит плавно, волнообразно и непрерывно по всему протяжению пластин.

Известно устройство, заявка на изобретение №94021128 от 06.02.1994, Семенов Г.А., Россия. Устройство состоит из двух упругих армированных пластин, располагаемых параллельно друг другу, совершающих асинхронные колебания и использующих для создания тяговой силы обратное действие клина. При синхронном повороте пластины выполняют роль рулевого или тормозного устройства.

Предлагаемое изобретение отличается тем, что упругие пластины активного руля-движителя располагаются соосно в вертикальной плоскости, на определенном расстоянии друг от друга, а тяговое усилие создается за счет продольно-поперечных упругих сил пластин, образующих перо руля, геометрия формы изгиба которых непрерывно и волнообразно изменяется при колебательных движениях баллера в секторе 180°. При отклонении всего устройства от продольной оси судна оно выполняет роль активного руля.

Известно устройство: «Рулевое устройство» (Политехнический словарь, М., «Советская энциклопедия», 1989 г., с.462) - прототип.

Рулевое устройство судна, обеспечивающее устойчивость на курсе и поворотливость судна на ходу, включает в себя рулевую машинку с румпельным приводом в виде одноплечного рычага, жестко соединенного с головной частью баллера, и перо руля по форме профиля плоское или обтекаемое, закрепленное в нижней части баллера.

К недостаткам судового руля следует отнести то, что он обеспечивает низкую поворотливость судна, так как перо оказывает пассивное сопротивление поступательному движению судна и не может принимать участия в создании тяговой силы.

Целью изобретения является повышение поворотливости судна путем создания тягового усилия (тяговой силы) с помощью руля особой конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве движителя используются пластины руля, совершающие вынужденные колебания, геометрия формы изгиба которых принудительно плавно, волнообразно изменяется от начальной до критической, чем создается тяговая сила, при этом перо руля выполнено из двух упругих, например стальных, пластин прямоугольной формы, разнесенных в одной плоскости по вертикали на определенное расстояние, одни концы которых жестко закреплены в нижней части баллера, а вторые концы соединены вертикальной стойкой, в средней части которой шарнирно закреплен трос, располагаемый симметрично между упругими пластинами пера, заведенный в поперечное отверстие с осью скольжения в баллере и далее проходящий по продольной проточке в нем вверх на ось устройства натяжения троса, установленного на румпеле, который жестко соединен с верхней частью баллера. При укорачивании троса пластины выгибаются в виде дуги сектора окружности, а при колебательном движении баллера в секторе 180° геометрия формы изгиба пластин плавно, волнообразно изменяется на зеркально-симметричную.

На Фиг.1 показано устройство активного судового руля-движителя.

Судовой руль-движитель состоит из рулевой машинки 1, выполняющей ту же функцию, что и в прототипе, но воздействующей не на баллер, а на рулевую платформу - 2, жестко соединенную с цилиндром 3, на которой установлен привод (на Фиг.1 не показан, один из возможных вариантов конструкции приведен на Фиг.3) качания румпеля 4, как и в прототипе жестко соединенного с головной частью баллера 5, с поперечным отверстием с осью скольжения 6 и вертикальной продольной проточкой в его теле 7, упругих пластин (например, стальных) пера руля прямоугольной формы 8, одни концы которых жестко закреплены в нижней части баллера, а другие концы соединены вертикальной стойкой 9, в средней части которой шарнирно закреплен трос 10, располагаемый между пластинами, протянутый через поперечное отверстие 6 в баллере с осью скольжения и по продольной проточке 7 в баллере и закрепленный на оси 11 устройства натяжения 12, установленного на румпеле 4, вышеперечисленные детали монтируются в приварном цилиндре 13 между палубой и днищем кормовой оконечности судна 14, который служит направляющим для цилиндра 3 рулевой платформы 2, цилиндр 3 в свою очередь является направляющим для баллера 5, показаны также монтажные подшипники 15 и упругие рессорные пластины 16. Прикрепление упругих пластин пера руля 8 к нижней части баллера осуществляется совместно с несколькими упругими рессорными пластинами 16 такой же ширины и толщины, но различной и меньшей длины, располагаемыми симметрично с двух сторон каждой упругой пластины 8, что предотвращает поломку перьев руля, жестко закрепленных в нижней части баллера, путем увеличения радиуса их изгиба при повторяющихся колебательных движениях румпеля (жестко закрепленного в верхней части баллера) в пределах 180°.

Работа активного судового руля-движителя

При вращении устройства натяжения троса 12 (Фиг.1) на его ось 11 наматывается трос 10, выполняющий роль переменной хорды и, укорачиваясь, изменяющий геометрию формы изгиба упругих пластин, которые изгибаются в виде дуги сегмента окружности от начальной формы до критической (см. Фиг.2, положение «а»), при этом румпель 4 (жестко соединенный с баллером и через него с пластинами пера руля) окажется в положении 180°, при повороте румпеля 4 на 90° против часовой стрелки относительно рулевой платформы 2, показанной на Фиг.3, геометрия формы изгиба упругих пластин пера 8 плавно волнообразно изменяется относительно троса (хорды) на большой и малый сегменты (положение «б») и при дальнейшем повороте румпеля 4 еще на 90° против часовой стрелки геометрия изгиба упругих пластин плавно волнообразно изменяется так, что малый сегмент увеличивается, а большой уменьшается и приобретает форму (положение «в», Фиг.2) зеркально-симметричную по отношению к исходной (положению «а», Фиг.2).

При повороте румпеля в секторе от 0 до 180° по часовой стрелке процесс изменения геометрии формы изгиба упругих пластин пера повторяется, при этом такие периодические вынужденные колебания пластин пера руля создают отталкивающее усилие (тяговую силу) в водной среде наподобие хвоста рыбы, что обеспечивает поступательное движение судна за счет упругих продольно-поперечных сил упругих пластин пера руля, что позволяет отказаться от главной силовой установки судна.

При отклонении рулевой платформы 2 (Фиг.3) от продольной оси судна вправо или влево совместно с приводом румпеля поворачивается и перо руля, выполняющее одновременно роль активного движителя и руля при вынужденных колебаниях румпеля в секторе 180° относительно рулевой платформы 2, чем обеспечивается повышение поворотливости судна.

Примечание.

1. Способ «колебания» баллера в секторе 180° с помощью румпеля (см. Фиг.2) выбран авторами с целью наглядной демонстрации динамики изменения геометрии формы изгиба упругих пластин пера руля.

2. На Фиг.3 показан один из возможных вариантов «колебания» баллера в секторе 180° при помощи червячной передачи, когда червячное колесо жестко закреплено в верхней части баллера, а сопряженный с ним винт (червяк) приводится в движение двумя электродвигателями, сопряженными с концами оси червяка и закрепленными на рулевой платформе 2, при этом двигатели поочередно вращаются в противоположные стороны, управляемые релейным или оптоэлектронным коммутатором с концевыми выключателями и схемами управления длительностью и очередностью работы электродвигателей.

3. Устройство натяжения троса представляет собой асинхронный реверсивный двигатель с редуктором и дисковым обтюратором со считывающим устройством, которое при задании определенного количества импульсов включает двигатель на определенное количество оборотов, при этом длина троса (хорды) уменьшается или увеличивается, изменяя геометрию формы изгиба упругих пластин пера в виде дуги сегмента окружности, от начальной формы до критической, при которой упругие пластины пера еще способны принять начальную (неизогнутую) форму равновесия без остаточных деформаций при реверсе (удлинении троса).