Руль шиллинга


Способы улучшения маневренных характеристик судна

Средства активного управления

Для улучшения маневренных характеристик при управлении судном на малых скоро­стях на некоторых судах используются средства активного управления (САУ).

К ним относятся:

крыльчатые движители,

активные рули,

подруливающие устройства,

поворотные винтовые колонки и раздельные поворотные насадки.

 

Крыльчатые движители (КД).

 

Применяются в качестве основного движителя на буксирах, паромах, плавкранах, ры­боловных судах и в виде вспомогательного средства управления на больших пассажирских судах и танкерах. КД позволяет создавать силу тяги в любом направлении и изменять ее величину. Конструктивно КД представляет собой диск с вертикальной осью вращения, установленный заподлицо с корпусом в днищевой его части, на котором установлены верти­кальные поворотные лопасти (от 4 до 8).В воде находятся только лопасти, а механизмы вращения диска и поворота лопастей размещены внутри корпуса судна. При вращении диска лопасти поворачиваются таким образом, что перпендикуляры, проведенные из середины лопастей пересекаются в точке N, называемой центром управления.

При движении лопасти возникает подъемная сила R, составляющая которой Р создает силу тяги в направлении движения судна. Силы лобового сопротивления r преодолеваются силовой установкой.

С помощью привода лопастей центр управления N может быть установлен в любой точке внутри окружности, тем самым изменяя направление и величину силы тяги. Переме­щение центра управления вдоль вертикального диаметра изменяет величину силы тяги от “полного хода вперед“- в верхнем положении, через “стоп” - в центре, до “полного хода назад” - в нижнем положении. Перемещением центра управления в стороны от вертикаль­ного диаметра меняется не только величина, но и направление силы тяги, т.е. производятся повороты судна. Скорость и направление вращения диска КД при этом могут оставаться постоянными. Таким образом, КД сочетает в себе функции винта и руля и суда, имеющие его в качестве основного движителя не имеют рулевого устройства, а их хорошая поворот­ливость обеспечивается изменением направления силы тяги. Суда, оснащенные КД обла­дают хорошими тормозными качествами. Время торможения у них значительно меньше, чем у судов с гребными винтами, а длина тормозного пути не превосходит длины корпуса.

К недостаткам КД относятся:

сложность конструкции и его относительно большая масса;

суда, имеющие КД в качестве основного движителя, не приспособлены для плавания в открытом море, т.к. на волнении диск и лопасти подвергаются большим напряжениям;

при плавании во льдах КД требует надежной конструктивной защиты;

увеличивается фактическая осадка судна.

 

 

 

Активные рули (АР).

 

Это рули с установленными на них вспомогательными винтами, расположенными обычно на задней кромке пера руля. Активными рулями оборудовано большое количество транспортных и промысловых судов. АР перекладывается с борта на борт обычной рулевой машиной, но с целью повышения эффективности руля предельные углы его перекладки увеличиваются до 70° - 90°. АР используется на малых скоростях до 5 узлов. При больших скоростях винт АР отключается и перекладка руля осуществляется в обычных пределах - до 35° на каждый борт. При перекладке АР на нем возникает боковая сила Рру, к которой до­бавляется составляющая силы тяги винта Ру. Чем больше угол перекладки, тем больше величина Ру, достигающая максимума Р при угле перекладки равном 90°.

АР позволяет осуществлять повороты не только на малых скоростях, но и при отсутст­вии хода. При маневрировании на стесненных акваториях винт АР может использоваться в качестве основного движителя, что обеспечивает высокие маневренные качества судна.

К недостаткам АР относится усложнение конструкции пера руля и повышение сопро­тивления движению судна при больших скоростях.

 

 

Подруливающие устройства (ПУ)

Необходимость создания эффективных средств управления носовой оконечностью судна привела к оборудованию судов подруливающими устройствами. ПУ создают силу тяги в направлении, перпендикулярном ДП судна независимо от работы главных движите­лей и рулевого устройства. Подруливающими устройствами оборудованы большое коли­чесво судов самого разного назначения, в том числе практически все суда типа Ро-Ро. В сочетании с винтом и рулем ПУ обеспечивают высокую маневренность судна:возможность разворота на месте при отсутствии хода.

При этом центр вращения располагается позади ЦТ судна на расстоянии примерно равном 0,15 L, где L - длина судна;

отход от причала практически лагом:

 

Руль перекладывается в сторону причала, дается самый малый ход вперед, ПУ включа­ется в сторону от причала. За счет струи от винта, набрасываемой на руль, появляется боко­вая сила руля Рру, которая вместе с силой Рпу отводит судно от причала. Продольная со­ставляюшая скорости Vx за счет инерционности судна в начальный период работы винта будет небольшой по величине;

при движении судна совместная работа винта, руля и ПУ обеспечивает высокую пово­ротливость судна, поскольку сила тяги ПУ может создавать дополнительный момент, способствующий развороту в ту или иную сторону.

 

 

 

Поворотные винтовые колонки (ПВК)

ПВК представляют собой гребной винт, направление тяги которого может изменяться на 360° за счет поворота относительно вертикальной оси. Применяются в качестве главных движителей на судах, к управляемости которых предъявляются особенно высокие требова­ния, но скорость которых невелика (плавкраны, портовые буксиры, пожарные суда). Как вспомогательное движительно-рулевое устройство ПВК используются на судах, на которых по условиям работы необходимо длительное время удерживаться на месте в открытом море (кабелеукладчики, океанографические суда, плавучие буровые установки и др.). В этом случае ПВК являются подруливающими устройствами навесного типа.

Улучшение маневренных характеристик судна, оснащенного ПВК, достигается за счет возможности изменения силы тяги по направлению и величине.

 

 

Раздельные поворотные насадки (РПН)

Поворотная насадка - это стальное кольцо, профиль которого представляет элемент крыла. Площадь входного отверстия насадки больше чем выходного. Гребной винт распола­гается в наиболее узком ее сечении. Поэтому увеличивается скорость протекания жидкости через сечение винта и, следовательно, повышается его КПД. Поворотная насадка устанавли­вается на баллере и поворачивается до 40° на каждый борт, заменяя руль, причем в этом качестве насадка имеет большую эффективность, чем обычный руль, поскольку боковая сила, разворачивающая судно, создается за счет изменения направления силы тяги винта, которая существенно больше боковой силы руля.

РПН устанавливаются на двухвинтовых судах и имеют конструкцию привода, позво­ляющую выполнять раздельную их перекладку. РПН установлены на многих транспортных судах, главным образом речных и смешанного плавания и обеспечивают их высокие манев­ренные характеристики.

Разворотом поворотных насадок и изменением силы тяги винтов можно приложить боковую силу к любой точке ДП в пределах корпуса судна и вне его:

 

винты работают враздрай, РПН переложены внутрь:

В этом случае боковая сила Ру приложена к ДП вне корпуса судна и создает значи­тельный разворачивающий момент за счет увеличения плеча ее действия; судно быстро разворачивается влево совместно с перемещением ЦТ судна вправо;

винты работают враздрай, РПН переложены наружу:

 

В этом случае боковая сила приложена к ДП внутри корпуса и вызывает боковое пе­ремещение судна влево совместно с разворотом вправо. Если точку приложения силы со­вместить с ЦТ, то будет наблюдаться чистое боковое перемещение без разворота.

 

Из новых средств управления следует выделить двойные рули Шиллинга, позволяющие изменить направление тяги винтов на 360˚, движительно-рулевые комплексы типа «Азипод» и «Трипод», рули Бекера-Ястрема.

 

 

Двойные рули Шиллинга

Два пера руля особой конфигурации, улучшающей условия обтекания их потоком воды, располагаются за винтом судна. При следовании судна полным ходом плоскости перьев располагаются параллельно друг другу и разворачиваются синхронно на 35º.

 

Двойные рули Шиллинга

 

При необходимости производства маневров перья рулей могут разворачиваться раз­дельно, что резко улучшает управляемость судна, особенно на малых скоростях движения, поскольку изменяется направление потока воды от винта.

Для экстренного торможения судна не нужно изменять направление вращения глав­ного двигателя. Два пера руля разворачиваются таким образом, чтобы поток от винта менял свое направление на обратное (см. рисунок).

 

Экстренное торможение судна двойными винтами Шиллинга

 

При сложном маневрировании судном управляет, как правило, сам капитан с помощью джойстика.

 

 

Руль Бекера-Ястрема

Руль Бекера-Ястрема состоит из трех частей: цилиндра, который при своем вращении способствует установлению ламинарного потока вдоль обеих сторон пера руля (предложено Ястремом), основного пера руля и закрылка, который разворачивается на угол, в два раза превышающий угол разворота пера руля.

 

Морской руль Бекера-Ястрема

 

Благодаря такой конструкции можно направить поток от винта перпендикулярно ДП судна и тем самым резко сократить диаметр циркуляции судна.

 

 

О возможности швартовки судна под управлением ЭВМ

В связи с внедрением на судах мирового флота движительно-рулевых комплексов типа «Азипод» и «Трипод», дополненных носовыми подруливающими устройствами, появилась возможность произвести автоматическую швартовку судна. На суперсо­временных пассажирских лайнерах капитан намечает на электронной карте маршрут судна и конечное положение контура судна у причала. Затем включает режим автоматической швар­товки и судно само подходит точно к указанному месту швартовки. При этом автоматически учитываются погодные условия и течение. Судно само удерживается у причала. После заводки и закрепления швартовов режим автоматической швартовки отключается.

 

 

Использование якорного устройства для улучшения маневренных характеристик судна

 

Судовое якорное устройство позволяет существенно расширить возможности судна при маневрировании в стесненных условиях, особенно если оно не имеет САУ. Это достига­ется благодаря использованию держащей силы отданного якоря совместно с силами от гребного винта и руля. У судна появляется точка опоры, относительно которой оно будет разворачиваться. Рассмотрим схему действующих на судно сил при маневрировании с от­данным якорем.

На судно действуют три силы: боковая сила руля Рру, сила тяги винта Ре и держащая сила якоря Ря, которую можно регулировать по величине длиной вытравленной якорной цепи.

 

 

Развороты судна

При разворотах, для предотвращения продольного перемещения судна, режим работы машины выбирается так, чтобы Ре< Ря. Боковая сила руля Рру, возникающая от набрасы­ваемой на руль винтовой струи, создает разворачивающий судно момент. Разворот происхо­дит за счет забрасывания кормы в сторону, обратную переложенному рулю. При этом носо­вая оконечность судна будет двигаться по круговой траектории вокруг отданного якоря.

 

 

Продольное движение судна

Режим работы силовой установки выбирается так, чтобы Ре> Ря. В результате, при движении судна якорь протаскивается по грунту. Боковая сила руля (угол его перекладки ) должна компенсировать разворачивающий момент, создаваемый силами Ре и Ря, поскольку они действуют в разных плоскостях. Тормозящая сила якоря позволяет увеличивать частоту оборотов винта и, следовательно, существенно повышать эффективность руля, сохраняя хорошую управляемость судна без увеличения его скорости. Уменьшая силу тяги винта, можно практически сразу остановить судно.

 

 

Торможение судна якорями, отданными на грунт

Торможение судна якорями, отданными на грунт, может производиться несколькими способами.

Основные рекомендации сводятся к тому, чтобы судно при этом имело минимальный ход, грунт не был каменистым и не было запрета на отдачу якорей.

При первом способе длина вытравленной за борт цепи не должна превышать полу­тора глубин места. Якорь при этом не забирает грунт, чем сводится к минимуму опасность обрыва якорной цепи. Как этого достичь?

Пламмер в своей книге «Маневрирование судов в узкостях» так описывает порядок отдачи якоря с целью торможения судна. После подачи команды "отдать якорь" ослаб­ляют стопор, чтобы якорная цепь свободно шла по барабану. Якорь настолько быстро ударится о грунт, что образуется слабина якорь-цепи в несколько метров, а затем на не­сколько мгновений якорь-цепь сама перестанет травиться. В этот момент стопор должен быть зажат как можно крепче. В этом случае даже, если судно и обладает значительной инерцией переднего хода, якорь-цепь можно надежно застопорить до того как она полу­чит сильное натяжение. Затем якорь вместо того, чтобы держать, выйдет из грунта, по­скольку якорь-цепь в это время направлена почти вертикально, и начнет ползти по грунту, не задерживаясь за него.

Если якорь отдан и вытравлен только короткий отрезок якорь-цепи, рыскание судна будет почти наверняка устранено. Пламмер рекомендует отдавать якорь вышеуказанным способом и в том случае, если судно начинает рыскать в непосредственной близости от встречного судна, когда уже некогда принимать какие-либо иные меры.

Экспериментальные исследования показали, что при протаскивании якоря по грунту (имеется в виду мягкий грунт и горизонтальное положение веретена якоря) он при заборе грунта развивает на время 1.0-1.5 с повышенную держащую силу, превышающую разрывное усилие цепи. Особенностью якоря Холла является то, что он, протаскиваясь по грунту, собирает перед собой вал, через который он через определенное время переваливается, затем вновь забирает грунт, развивая при этом повышенную держащую силу.

 

При втором способе держащая сила якоря используется в полную меру. Следова­тельно, длина вытравленной за борт якорной цепи должна быть достаточной для развития якорем полной держащей силы, но при этом, чтобы якорь-цепь не оборвалась, длина вытравленной за борт цепи должна быть не менее указанной в таблице.

 

Скорость судна, узлы

10

8

6

4

2

1

Необходимая длина цепи (м) при калибре цепи 43 мм и более

 

300

 

240

 

180

 

120

 

60

 

30

Необходимая длина цепи (м) при калибре цепи менее 43 мм

 

250

 

200

 

 

150

 

100

 

50

 

25

 

Как видно из таблицы, необходимая длина цепи в большой степени зависит от скорости судна на момент отдачи якоря. Для практических целей можно сформулировать так: на узел скорости - одна смычка.

Установлено, что при отклонении веретена якоря на 5º от горизонтали он теряет примерно 1/4 часть держащей силы. Если отклонение веретена доходит до 15º, то держащая сила якоря ослабевает более чем на половину.

Судоводителям следует помнить, что работа машины на задний ход на мелководье менее эффективна, а в условиях узкости подчас и опасна из-за разворота судна. !!!!!

Исследования по применению якорей, отданных в воду не до грунта, показали их высо­кую эффективность. При отдаче двух якорей с 2-3 смычками цепи тормозной путь судна сокращался на 30-50%. Больший эффект был отмечен при пассивном торможении и при малых начальных скоростях. Испытания проводились на 10 типах судов водоизмещением до 62 тысяч тонн.

Очень важно то обстоятельство, что на малых скоростях хода сопротивление отданных в воду якорей с 3-4 смычками цепи превышает величину сопротивления корпуса судна в 2 раза. А это позволяет резко улучшить управляемость судна, так как центр вращения смещается в нос. Даже если только одни якоря опустить в воду поворотливость судна значительно улучша­ется.

 

 

Работа маневренно - движительного комплекса судна в переменном режиме (СПОСОБ КИКЕНГА)

Развороты судна на ограниченной акватории можно осуществлять и без отдачи якоря при работе движительно-рулевого устройства в переменном режиме. На судне с ВФШ пра­вого вращения можно произвести разворот вправо, а с ВРШ – то же, но с большей эффек­тивностью.

Рассмотрим методологию проведения разворота на примере судна с ВФШ пра­вого вращения:

в начальный момент, когда судно остановлено относительно воды, руль перекладыва­ется право на борт и дается ход вперед. Возникающая за счет винтовой струи боковая сила руля забрасывает корму влево;

как только судно начнет движение вперед машине дают задний ход. Возникающие при реверсе нескомпенсированные боковые силы от работы винта, направленные влево, будут способствовать развороту судна. Как только судно начнет движение назад повторяют действия по предыдущему пункту.

Эффективность разворота судна с ВРШ через правый борт обусловлена тем, что при винте левого вращения, коим обладают абсолютное большинство судов с ВРШ, на перед­нем ходу в работу включается сила реакции воды на вращение винта.

 

 

 

Способы уменьшения тормозного пути судна на глубокой воде

Транспортные суда, особенно крупнотоннажные, имеют большие тормозные пути обусловленные их значительной инерционностью и низкой энерговооруженностью (мощ­ность двигателя на единицу водоизмещения). Поэтому при экстренном торможении для предотвращения аварии необходимо предпринимать действия для уменьшения тормозного пути. Существующие конструктивные решения задачи (использование выдвигаемых из корпуса тормозных щитов, тормозных парашютов и т.п.) не нашли применения на обычных транспортных судах. Поэтому практически единственным способом уменьшения пути при экстренном торможении является торможение с использованием перекладок руля. Перело­женный на борт руль и начало движения судна с углом дрейфа увеличивает общее лобовое сопротивление воды, что приводит уменьшению скорости. Особенно резкое снижение ско­рости наблюдается сразу же после перекладки руля.

Методология выполнения маневра заключается в следующем:

руль перекладывается на борт;

при изменении курса на 20° - руль перекладывается на противоположный борт;

при максимальном отклонении от первоначального курса - средний ход вперед;

при выходе на первоначальный курс - руль перекладывается на противоположный борт;

при максимальном отклонении от первоначального курса - малый ход вперед;

при выходе на первоначальный курс - руль перекладывается на противоположный борт;

при максимальном отклонении от первоначального курса - самый малый ход вперед;

при выходе на первоначальный курс - руль перекладывается на противоположный борт, полный ход назад.

При таком способе выполнения маневра судно останавливается на небольшом рас­стоянии от линии первоначального курса (равном примерно половине его длины), а тормоз­ной путь уменьшается примерно на 20%.

sea-library.ru

ВОПРОС 1 - СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ

Средства управления судном.

Общая классификация средств управления (СУ) судов показана на рис. 1.

Все СУ подразделяются на главные средства управления (ГСУ) и вспомо­гательные средства управления (ВСУ).

Отличительной особенностью ГСУ, предназначенных для использования при наличии скорости, является то, что для их действия необходима работа главных двигателей судна.

Главные средства управления делятся на главные движительные устройства (ГДУ), тормозные устройства (ТУ), рулевые уст­ройства (РУ) и главные движительно-рулевые устройства (ГДРУ). С точки зре­ния управления судном интерес представляют только рабочие органы этих уст­ройств, предназначенные для создания передаваемой на корпус силы.

Главные движительные устройства создают силу, приближенно по направле­нию совпадающую с диаметральной плоскостью судна, поэтому они используются, когда цель управления состоит в поддержании или изменении скорости судна.

Тормозные устройства, также создающие силу в направлении диаметральной плоскости (ДП), предназначены в отличие от главных движительных устройств не для произвольного управления скоростью, а лишь для уменьшения скорости пе­реднего хода. Действие тормозных устройств проявляется только при наличии скорости судна, для набора которой используется главный двигатель, и лишь с уче­том этого обстоятельства тормозное устройство может быть отнесено к ГСУ. Если судно имеет скорость переднего хода, то ТУ может действовать и при неработающем главном двигателе, когда судно движется по инерции. Кроме того, ТУ использу­ется и при работе винта на задний ход (режим реверса).

Принцип действия всех существующих ТУ заключается в увеличении сопро­тивления воды движению судна. Достигается это ухудшением обтекания корпуса путем выдвижения или откидывания тормозных щитов, раскрытием составных частей (чаш) носового бульба и т. п. Тормозные устройства являются аварийным средством управления и используются, как правило, только в критических ситуациях.

Рулевые устройства отличаются тем, что их действие проявляется только при наличии скорости судна. Рулевые устройства поэтому эффективны только при ра­боте главных движителей (или в течение короткого времени после остановки послед­них) и непригодны для обеспечения управляемости судна на предельно малых ско­ростях хода и без хода.

В качестве рабочих органов РУ применяются рули и поворотные насадки на гребные винты.

Руль представляет собой крыло, которое поворачивается вокруг вертикаль­ной оси и располагается в потоке воды за корпусом судна. Для увеличения ско­рости обтекания руля его часто размещают полностью или частично в струе, отбра­сываемой гребным винтом.

Действие руля основано на том, что гидродинамическая сила, возникающая на пере руля при наличии угла атаки, через связи руля с корпусом передается на корпус судна.

Сила, возникающая на руле, пропорциональна квадрату скорости обтекания руля или приближенно квадрату скорости движения судна. Поскольку гидродина­мические силы и моменты, возникающие на корпусе судна, также пропорциональны квадрату скорости движения, эффективность работы руля на малых скоростях прак­тически от скорости хода не зависит (при безветрии). Если скорость хода велика, эффективность руля может уменьшаться в результате кавитации руля или в резуль­тате проникновения к рулю атмосферного воздуха (аэрации).

Судовые рули могут быть классифицированы следующим образом: По способу соединения пера руля с корпусом судна: а) прос­тые — с несколькими опорами на ахтерштевне; б) полуподвесные — висящие на баллере и опертые на корпус или специальный кронштейн в одной точке по высоте руля; в) подвесные — полностью висящие на баллере; по положению оси баллера относительно пера руля: а) небалансирные — с осью баллера, размещенной в носовой части руля непосредственно в районе передней кромки пера; б) балансирные — с осью баллера, расположен­ной на некотором удалении от передней кромки пера руля.

Рис.1. Классификация средств управления судном.

Полуподвесные балансирные рули называются также полубалансирными. По­ложение оси баллера по хорде руля сильно влияет на величину момента, действую­щего на руль относительно оси баллера. Этот момент называется моментом на бал­лере.

Современные рули самоходных судов имеют обтекаемый профиль.

Разновидностью простых небалансирных рулей являются рули за рудерпостом, отличительная особенность которых заключается в том, что они имеют общий профиль с рудер­постом (в непереложенном положении). Таким образом, комплекс руль — рудерпост представ­ляет собой разрезной руль, передняя часть которого (рудерпост) не перекладывается.

В последнее время получили распространение так называемые роторные рули. Роторный руль представляет собой поворотное перо, перед которым расположен цилиндр, способный вращаться вокруг собственной оси, соосной с осью поворота основного пера. Лобовая часть этого цилиндра и основное перо образуют общий крыловой профиль.

Направление вращения цилиндра зависит от знака угла перекладки пера руля, за исключением зоны углов ± 10°, внутри которой цилиндр остается неподвиж­ным.

Благодаря вращению цилиндра, расположенного в носовой части руля, обте­кание основного пера при углах перекладки, больших 35—40°, происходит без срыва потока, как это бывает у рулей обычной конструкции. Вследствие этого роторные рули могут перекладываться на углы 70—80°, при этом эффективность рулей увели­чивается пропорционально углу перекладки. Судно, на котором установлен ротор­ный руль, может разворачиваться практически на месте. Эффективность роторного руля как средства управления судном существенно повышается в случае установки его в струе гребного винта. Это свойство роторных рулей особенно важно для обе­спечения маневрирования на малых скоростях хода (при маневрировании в портах, при швартовных операциях и др.), когда обычные рули работают плохо.

На ходовых режимах, при которых не требуются большие перекладки руля, эффект вращения цилиндра практически отсутствует. Цилиндр останавливают, и роторный руль работает как обычный.

Помимо роторных применяются также другие типы рулей повышенной эффективности, среди которых следует отметить: рули Энкеля, рули Шиллинга, двухзвенные рули Беккера.

Фланкирующие рули, применяемые в иностранном судостроении на речных и озерных буксирах-толкачах, представляет собой систему рулей, расположенных за и перед винтами в винтовой струе, причем совместная перекладка всех рулей, размещенных перед винтами, происходит независимо от совместной перекладки рулей за винтами. Работа винтов враздрай при со­ответствующей перекладке рулей обеспечивает по­лучение боковой силы желаемого направления. Часто под термином «фланкирующие рули» пони­мают только рули, расположенные перед винтами.

Поворотная направляющая насадка на гребной винт представляет собой коль­цевое крыло, закрепленное на баллере и окружающее гребной винт. Кроме баллера, насадка может быть также шарнирно соединена со специальным кронштейном на корпусе судна. Насадка, прикрепленная только к баллеру, именуется подвесной, опирающаяся на кронштейн, — полуподвесной. Основное назначение любой (и том числе и поворотной) насадки заключается в повышении КПД движительного комплекса.

Поворотная направляющая насадка на гребной винт в качестве органа управ­ления судном по своему действию аналогична рулю. При перекладке насадки на ней возникает гидродинамическая сила, передающаяся на корпус и вызывающая поворот судна. Если сопоставить боковую (подъемную) силу, возникающую при ходе судна на переложенной насадке и на размещенном в винтовой струе руле аналогичной фо­рмы в проекции на ДП судна, то на насадке эта сила оказывается примерно на 40 — 50 % большей. Преимущество насадки в этом отношении обусловлено тем, что пере­кладка насадки ведет к интенсивному отклонению потока, отбрасываемого винтом, и, как следствие, к значительному повороту вектора тяги комплекса винт — пово­ротная насадка. Этот поворот тем больше, чем меньше скорость хода и больше наг­рузка винта, поэтому наибольшее отклонение вектора тяги наблюдается в швартов­ном режиме работы комплекса.

На судне могут быть установлены одна или две поворотные насадки. Если на одновинтовом судне имеется одна насадка, то она в соответствии с приведенной клас­сификацией всегда относится к группе рулевых устройств. Если же на двухвинтовом судне поворотных насадок две, то к группе рулевых устройств они будут относиться лишь в том случае, если конструкция привода обеспечивает совместную (т. е. в одном направлении и на одинаковый угол) перекладку насадок. В том случае, когда при­вод допускает раздельную перекладку (т. е. каждая насадка может быть переложена на любой угол в любом направлении независимо от другой насадки), насадки называ­ются раздельными, и тогда они относятся к группе главных движительно-рулевых устройств. Однако, даже и в последнем случае эти насадки при движении судна на скоростях свыше 3—4 уз перекладываются совместно (либо перекладывается только одна насадка).

Главные движительно-рулевые устройства, в отличие от РУ, обеспечивают управляемость судна не только при наличии скорости хода, но и без нее. К рабочим органам ГДРУ относятся любые главные движители и насадки к ним, способные менять направление тяги в широких пределах. На средних и больших скоростях хода боковая сила этих устройств меняется пропорционально квадрату скорости, однако при уменьшении скорости хода боковая сила падает не до нуля, а до некоторого определенного значения, различного для разных устройств. В случае, если судно оборудовано ГДРУ, рулевое устройство на нем может отсутствовать. Аналогично РУ действие ГДРУ сопряжено с работой главных двигателей.

Поворотная винтовая колонка (ПВК) представляет собой гребной винт (или комплекс винт—насадка), направление тяги которого может меняться в широких пределах вследствие поворота устройства относительно оси, перпендикулярной к оси гребного винта .

Если ось гребного винта колонки параллельна ДП судна, ПВК является глав­ным движительным устройством. Действие ПВК как ГДРУ проявляется при по­вороте ее на некоторый угол относительно вертикальной оси. Как правило, угол поворота ПВК составляет 360°, что позволяет менять направление тяги ПВК, не прибегая к реверсированию приводного двигателя. Поворотные винтовые колонки в качестве ГДРУ применяются на судах, к маневренным свойствам которых предъ­являются высокие требования, а скорость их невелика.

Если на судне установлены две ПВК, каждая из которых может поворачиваться независимо от другой, эффективность их действия повышается.

Вспомогательные средства управления (ВСУ) характерны тем, что для их работы включения главных двигателей не требуется, поскольку ВСУ оборудованы собственными двигателями. Предназ­начены ВСУ для обеспечения управляемости судна только на предельно малых ходах и без хода, и эф­фективность их, как правило, растет по мере уменьшения скорости хода.

Вспомогательные средства управления по ха­рактеру своего воздействия на судно подразделяются на подруливающие устройст­ва (ПУ) и вспомогательные движительно-рулевые устройства (ВДРУ). Первые создают тягу, ориентированную относительно судна определенным образом (как правило, нормально к ДП), вторые — тягу, направление которой может меняться в широких пределах.

Подруливающее устройство чаще всего представляет собой движитель, разме­щенный в поперечном канале подводной части корпуса в носу или в корме судна. В качестве движителя ПУ обычно устанавливают ВФШ или ВРШ, либо крыльчатый движитель или насос. Канал ПУ может быть прямым либо изогнутым, вса­сывающее отверстие канала может располагаться на одном уровне с выходным от­верстием или на разных уровнях, однако все эти особенности имеют зна­чение, лишь при проектировании ПУ, но с точки зрения управляемости важны только местоположение устройства по длине судна и тяга этого устройства.

Азимутальные ПУ, представляют собой поворотные винтовые колонки, которые во время перехода судна находятся внутри корпуса, а при необходимости их использования вдвигаются в рабочее положение.

Вспомогательные движительно-рулевые устройства могут состоять из крыльчатых движителей, поворотных винтовых колонок и активных рулей (АР).

В качестве ВДРУ ПВК применяются на судах, к которым предъявляются высокие требования в отношении управляемости на предельно малых скоростях ходи, а также на судах, которым по условиям эксплуатации необходимо длительное вpемя, без хода удерживать в определенном положении ДП или находиться в определенной и точке открытого моря. К таким судам относятся рыбоперерабатывающие базы, оке­анографические и научно-исследовательские суда, кабелеукладчики, суда для об­служивания нефтяных промыслов, плавучие буровые установки и др.

Одним из видов ВДРУ является активный руль. Этот руль представляет собой сочетание обычного руля с небольшим гребным винтом, расположенным за задней кромкой руля. Обычно для увеличения тяги винта последний снабжа­ется насадкой, жестко связанной с пером руля. При перекладке АР помимо подъем­ной силы, возникающей на пере руля, боковую составляющую дает также и тяга гребного винта, роль которой по сравне­нию с силой, действующей на перо, тем большая, чем меньше скорость судна. По­этому при эксплуатации АР электромотор последнего включают лишь на предельно малых скоростях хода и выключают его, когда скорость судна под действием глав­ных движителей превышает 3—4 уз.

Дополнительным назначением АР является обеспечение малой скорости хо­да судна, недостижимой при использова­нии главных движителей из-за ограни­чения минимальных частот вращения двигателей. Мотор и винт АР выбирают из условия, чтобы судно, снабженное АР, могло двигаться под мотором этого руля со скоростью 3—4 уз.

Суда с АР имеют возможность со­вершать разворот без хода практически на месте. С этой целью привод руля де­лается с таким расчетом, чтобы угол пе­рекладки руля достигал 70—90°.

Главные и вспомогательные движительно-рулевые устройства, а также подруливающие устройства, обладают общим свойством, которое заключается в их способности создавать боковую силу, действующую на судно, не имеющее хода. Поэтому все перечисленные устройства объединяются термином «средства активного управления» (САУ), под которыми понимается любое сочетание специальных уст­ройств и главных движителей, способное создавать боковую силу на судне ход которого отсутствует.

Наибольшей эффективности САУ достигают при работе в швартовном режиме. Этим свойством САУ определяется их назначение, которое состоит в обеспечении управляемости судна, не имеющего хода или движу­щегося с предельно малой скоростью хода.

studfiles.net

руль - Моряк

Увеличение площади руля ведет к возрастанию поперечной силы руля, но в это же время возрастает демпфирующее действие руля. На практике установлено, что увеличение площади руля приводит к улучшению поворотливости лишь при больших углах перекладки. Увеличение относительного удлинения руля (отношение высоты руля к его средней ... Опубликовано: 2 года назад. Автор: Dimokk 0 Увеличение частоты вращения двигателя для лучшей уп­равляемости дает только вре­менный эффект и увеличивает скорость судна. Поэтому в слу­чаях, когда мы не можем позво­лить иметь большую скорость, лучше не увеличивать частоту вращения двигателя при пере­кладке руля, например, на 20°, а прежде всего использовать пе­рекладку руля ... Опубликовано: 2 года назад. Автор: Dimokk 0 При заднем ходе сила на пе­ре руля играет незначительную роль. Поскольку судно редко имеет  значительный  задний ход, то сила, создаваемая дав­лением воды на перо руля во время заднего хода, мала. Более того, так как ЦВ на заднем ходу находится ближе к корме, сила от действия руля имеет малый рычаг. Более мощной силой, чем си­ла от ... Опубликовано: 2 года назад. Автор: Dimokk 0 На судне, имеющем один винт правого вращения, руль, отклоняя струю воды от винта, прилагает силу в кормовой час­ти судна. Силу от действия руля можно разложить на поперечную и продольную составляющие. Для управления судном нам нужна поперечная составляющая; про­дольная составляющая вызывает уменьшение скорости судна и является ... Опубликовано: 2 года назад. Автор: Dimokk 0 Точка ЦВ является центром вращательного движения. Это вращательное движение приво­дит к образованию инерции этого движения, величина кото­рой зависит от массы судна1. Когда  возникает  инерция вращательного движения, сила, вновь приложенная к судну, не будет оказывать немедленного влияния на положение ЦВ, и плечо этой силы какое-то ... Опубликовано: 2 года назад. Автор: Dimokk 0 Если на судне, имеющем ход вперед, переложить руль, он со­здаст поперечную силу в кормо­вой части судна. Сразу же, как только начнется разворот судна, подводное сопротивление начи­нает создавать поперечную силу в носу. Получившееся в резуль­тате поперечное сопротивление в носу действует в направле­нии, противоположном попереч­ной ... Опубликовано: 2 года назад. Автор: Dimokk 0 Руль Бекера-Ястрема состоит из трех частей: цилиндра, который при своем вращении способствует установлению ламинарного потока вдоль обеих сторон пера руля (предложено Ястремом), основного пера руля и закрылка, который разворачивается на угол, в два раза превышающий угол разворота пера руля. Благодаря такой конструкции можно ... Опубликовано: 2 года назад. Автор: Dimokk 0 Два пера руля особой конфигурации, улучшающей условия обтекания их потоком воды, располагаются за винтом судна. При следовании судна полным ходом плоскости перьев располагаются параллельно друг другу и разворачиваются синхронно на 35º. При необходимости производства маневров перья рулей могут разворачиваться раз­дельно, что ... Опубликовано: 2 года назад. Автор: Dimokk 0 В справочнике приведены основные данные, необходимые судовым механикам для правильной эксплуатации автоматизированных электрогидравлических приводов. Даны рекомендации по обнаружению и устранению характерных неисправностей в системах управления, описаны элементы отдельных узлов. Рекомендуется судовым механикам, электромеханикам ... Опубликовано: 3 года назад. Автор: Dimokk 0 Винторулевой комплекс морских судов, как правило, не обеспечивает их необходимую маневренность при движении на малых скоростях. Поэтому на многих судах для улучшения маневренных характеристик используются средства активного управления (САУ), которые позволяют создавать силу тяги в направлениях, отличных от направления диаметральной ... Опубликовано: 3 года назад. Автор: DIM4IK 0

seaspirit.ru

судовой руль - патент РФ 2090443

Использование: судостроение. Сущность изобретения: судовой руль имеет двугорбый профиль, причем контур выпуклого участка в носовой части профиля соответствует профилю крыла АСА, максимальная толщина которого расположена на расстоянии 0,3 длины хорды профиля от его передней кромки, а наименьшая толщина крыла в среднем вогнутом участке не превышает 0,10-0,15 максимальной толщины носового выпуклого участка и расположена она на расстоянии 0678-0,82 от передней кромки профиля, а хвостовая часть имеет плавнообтекаемый выпуклый участок с закруглением в направлении задней кромки, максимальная толщина которого расположена на расстоянии 0,92-0,95 длины хорды от передней кромки и составляет 0,3-0,4 максимальной толщины выпуклого носового участка профиля руля, причем касательная к кривой закругления профиля в задней кромке контура составляет с хордой профиля угол, равный 60-65 градусов. Профиль шайб в носовой части до сечения с максимальной толщиной профиля совпадает с контуром руля, а ниже этого сечения шайбы имеют прямолинейный, не выходящий за пределы максимальной толщины профиля участок, который заканчивается плавным закруглением у задней кромки профиля руля. 2 ил. Изобретение относится к судостроению и касается вопроса проектирования и создания судовых рулей. Известен судовой руль, имеющий обтекаемую поверхность, спрофилированную по плавной кривой, контур которой имеет двугорбую симметричную форму относительно продольной плоскости, проходящей через переднюю и заднюю кромки руля, с плавнообтекаемым выпуклым участком в носовой части, плавнообтекаемым вогнутым участком в средней части и плавнообтекаемым выпуклым участком в кормовой части с закруглением в направлении задней кромки (см.патент США N 4592299, кл. В 63 H 25/38, 1986). Данный судовой руль принят в качестве наиболее близкого аналога изобретения. Недостатками известного руля являются большее сопротивление по сравнению с традиционными рулями, что приводит при той же мощности двигателя к уменьшению скорости хода, низкие характеристики, влияющие на управляемость судна. Техническим результатом изобретения является создание судового руля, позволяющего улучшить характеристики управляемости: устойчивости прямолинейного движения и поворотливости судна и условия работы рулевого устройства, не оказывая при этом отрицательного влияния на другие эксплуатационные качества судна. Он достигается тем, что судовой руль, имеющий обтекаемую поверхность, спрофилированную по плавной кривой, контур которой имеет двугорбую симметричную форму относительно продольной плоскости, проходящей через переднюю и заднюю кромки руля, с плавнообтекаемым выпуклым участком в носовой части, плавнобтекаемым вогнутым участком в средней части и плавнообтекаемым выпуклым участком в кормовой части с закруглением в направлении задней кромки, снабжен шайбами, установленными по торцам руля симметрично его профиля, причем контур выпуклого участка в носовой части профиля соответствует профилю крыла NACA с максимальной толщиной, расположенный на расстоянии 0,3 длины хорды от его передней кромки, а наименьшая толщина крыла в среднем вогнутом участке не превышает 0,1-0,15 максимальной толщины носового выпуклого участка и расположена она на расстоянии 0,78-0,82 хорды от передней кромки профиля, а максимальная толщина выпуклого участка в кормовой части расположена на расстоянии 0,9-0,95 длины хорды от передней кромки и составляет 0,3-0,4 максимальной толщины выпуклого носового участка профиля руля, причем касательная к кривой закругления профиля в задней кромке контура составляет с хордой профиля угол, равный 60-65o, при этом профиль шайб, установленных по торцам руля, в носовой части до сечения с максимальной толщиной профиля совпадает с контуром руля, а далее за этим сечением шайбы имеют прямолинейный участок, не выходящий за пределы максимальной толщины носового участка профиля, который заканчивается плавным закруглением у задней кромки профиля руля. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вид руля в плане; на фиг.2 профиль руля с шайбой. Профиль руля 1 имеет горб 2 на носовом участке и горб 3 хвостовой части, между ними имеется впадина 4. По торцам руля имеются шайбы 5. При действии на руль набегающего потока на нижней поверхности руля возникает подпор, а на верхней разряжение. Эта разность давлений определяет величину боковой (подъемной) силы, возникающей на руле. Наличие двух горбов является гидродинамическим эквивалентом изгиба средней линии профиля, что, как известно из теории крыла, приводит к увеличению подъемной силы по сравнению со случаем прямой средней линии профиля. Наличие второго горба в хвостовой части приводит к перераспределению давления в хорде, что определяет характер изменения крутящего момента на руле по сравнению с обычным рулем или рулем Шиллинга. Шайбы, установленные по торцам руля, обеспечивают прочность конструкции средней части профиля с минимальной толщиной, а также хвостовой части профиля.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Судовой руль, имеющий обтекаемую поверхность, спрофилированную по плавной кривой, контур которой имеет двугорбую симметричную форму относительно продольной плоскости, проходящей через переднюю и заднюю кромки руля, с плавнообтекаемым выпуклым участком в носовой части, плавнообтекаемым вогнутым участком в средней части и плавнообтекаемым выпуклым участком в кормовой части с закруглением в направлении задней кромки, отличающийся тем, что он снабжен шайбами, установленными по торцам руля симметрично оси его профиля, причем контур выпуклого участка в носовой части профиля соответствует профилю крыла NACA, максимальная толщина которого расположена на расстоянии 0,3 длины хорды профиля от его передней кромки, а наименьшая толщина крыла в среднем вогнутом участке не превышает 0,1 0,15 максимальной толщины носового выпуклого участка и расположена она на расстоянии 0,78 0,82 от передней кромки профиля, а максимальная толщина выпуклого участка в кормовой части расположена на расстоянии 0,92 0,95 длины хорды от передней кромки и составляет 0,3 0,4 максимальной толщины выпуклого носового участка профиля руля, причем касательная к кривой закругления профиля в задней кромке контура составляет с хордой профиля угол 60 65o, при этом профиль шайб в носовой части до сечения с максимальной толщиной профиля совпадает с контуром руля, а далее за этим сечением шайбы имеют прямолинейный, не выходящий за пределы максимальной толщины профиля участок, который заканчивается плавным закруглением у задней кромки профиля руля.

www.freepatent.ru

Судовой руль

 

Использование: судостроение. Сущность изобретения: судовой руль имеет двугорбый профиль, причем контур выпуклого участка в носовой части профиля соответствует профилю крыла АСА, максимальная толщина которого расположена на расстоянии 0,3 длины хорды профиля от его передней кромки, а наименьшая толщина крыла в среднем вогнутом участке не превышает 0,10-0,15 максимальной толщины носового выпуклого участка и расположена она на расстоянии 0678-0,82 от передней кромки профиля, а хвостовая часть имеет плавнообтекаемый выпуклый участок с закруглением в направлении задней кромки, максимальная толщина которого расположена на расстоянии 0,92-0,95 длины хорды от передней кромки и составляет 0,3-0,4 максимальной толщины выпуклого носового участка профиля руля, причем касательная к кривой закругления профиля в задней кромке контура составляет с хордой профиля угол, равный 60-65 градусов. Профиль шайб в носовой части до сечения с максимальной толщиной профиля совпадает с контуром руля, а ниже этого сечения шайбы имеют прямолинейный, не выходящий за пределы максимальной толщины профиля участок, который заканчивается плавным закруглением у задней кромки профиля руля. 2 ил.

Изобретение относится к судостроению и касается вопроса проектирования и создания судовых рулей.

Известен судовой руль, имеющий обтекаемую поверхность, спрофилированную по плавной кривой, контур которой имеет двугорбую симметричную форму относительно продольной плоскости, проходящей через переднюю и заднюю кромки руля, с плавнообтекаемым выпуклым участком в носовой части, плавнообтекаемым вогнутым участком в средней части и плавнообтекаемым выпуклым участком в кормовой части с закруглением в направлении задней кромки (см.патент США N 4592299, кл. В 63 H 25/38, 1986).

Данный судовой руль принят в качестве наиболее близкого аналога изобретения.

Недостатками известного руля являются большее сопротивление по сравнению с традиционными рулями, что приводит при той же мощности двигателя к уменьшению скорости хода, низкие характеристики, влияющие на управляемость судна.

Техническим результатом изобретения является создание судового руля, позволяющего улучшить характеристики управляемости: устойчивости прямолинейного движения и поворотливости судна и условия работы рулевого устройства, не оказывая при этом отрицательного влияния на другие эксплуатационные качества судна.

Он достигается тем, что судовой руль, имеющий обтекаемую поверхность, спрофилированную по плавной кривой, контур которой имеет двугорбую симметричную форму относительно продольной плоскости, проходящей через переднюю и заднюю кромки руля, с плавнообтекаемым выпуклым участком в носовой части, плавнобтекаемым вогнутым участком в средней части и плавнообтекаемым выпуклым участком в кормовой части с закруглением в направлении задней кромки, снабжен шайбами, установленными по торцам руля симметрично его профиля, причем контур выпуклого участка в носовой части профиля соответствует профилю крыла NACA с максимальной толщиной, расположенный на расстоянии 0,3 длины хорды от его передней кромки, а наименьшая толщина крыла в среднем вогнутом участке не превышает 0,1-0,15 максимальной толщины носового выпуклого участка и расположена она на расстоянии 0,78-0,82 хорды от передней кромки профиля, а максимальная толщина выпуклого участка в кормовой части расположена на расстоянии 0,9-0,95 длины хорды от передней кромки и составляет 0,3-0,4 максимальной толщины выпуклого носового участка профиля руля, причем касательная к кривой закругления профиля в задней кромке контура составляет с хордой профиля угол, равный 60-65o, при этом профиль шайб, установленных по торцам руля, в носовой части до сечения с максимальной толщиной профиля совпадает с контуром руля, а далее за этим сечением шайбы имеют прямолинейный участок, не выходящий за пределы максимальной толщины носового участка профиля, который заканчивается плавным закруглением у задней кромки профиля руля.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вид руля в плане; на фиг.2 профиль руля с шайбой.

Профиль руля 1 имеет горб 2 на носовом участке и горб 3 хвостовой части, между ними имеется впадина 4. По торцам руля имеются шайбы 5.

При действии на руль набегающего потока на нижней поверхности руля возникает подпор, а на верхней разряжение. Эта разность давлений определяет величину боковой (подъемной) силы, возникающей на руле. Наличие двух горбов является гидродинамическим эквивалентом изгиба средней линии профиля, что, как известно из теории крыла, приводит к увеличению подъемной силы по сравнению со случаем прямой средней линии профиля. Наличие второго горба в хвостовой части приводит к перераспределению давления в хорде, что определяет характер изменения крутящего момента на руле по сравнению с обычным рулем или рулем Шиллинга. Шайбы, установленные по торцам руля, обеспечивают прочность конструкции средней части профиля с минимальной толщиной, а также хвостовой части профиля.

Судовой руль, имеющий обтекаемую поверхность, спрофилированную по плавной кривой, контур которой имеет двугорбую симметричную форму относительно продольной плоскости, проходящей через переднюю и заднюю кромки руля, с плавнообтекаемым выпуклым участком в носовой части, плавнообтекаемым вогнутым участком в средней части и плавнообтекаемым выпуклым участком в кормовой части с закруглением в направлении задней кромки, отличающийся тем, что он снабжен шайбами, установленными по торцам руля симметрично оси его профиля, причем контур выпуклого участка в носовой части профиля соответствует профилю крыла NACA, максимальная толщина которого расположена на расстоянии 0,3 длины хорды профиля от его передней кромки, а наименьшая толщина крыла в среднем вогнутом участке не превышает 0,1 0,15 максимальной толщины носового выпуклого участка и расположена она на расстоянии 0,78 0,82 от передней кромки профиля, а максимальная толщина выпуклого участка в кормовой части расположена на расстоянии 0,92 0,95 длины хорды от передней кромки и составляет 0,3 0,4 максимальной толщины выпуклого носового участка профиля руля, причем касательная к кривой закругления профиля в задней кромке контура составляет с хордой профиля угол 60 65o, при этом профиль шайб в носовой части до сечения с максимальной толщиной профиля совпадает с контуром руля, а далее за этим сечением шайбы имеют прямолинейный, не выходящий за пределы максимальной толщины профиля участок, который заканчивается плавным закруглением у задней кромки профиля руля.

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Пропульсивная установка на судне

Изобретение относится к судостроению, а именно к пропульсивной установке на судне. Пропульсивная установка содержит, по меньшей мере, один неподвижный пропульсивный агрегат, который расположен в корме судна. Пропульсивный агрегат содержит полую опорную конструкцию, которая прикреплена к корпусу судна. Камера имеет передний и задний концы и прикреплена к опорной конструкции. Электрический двигатель установлен внутри камеры. Вал имеет первый и второй концы. Винт соединен посредством вала с электрическим двигателем. Руль установлен с возможностью поворачивания на заднем конце камеры. Пропульсивный агрегат установлен так, что линия (SL) вала образует угол (α) вертикального наклона в диапазоне от 1 до 8 градусов относительно ватерлинии (WL) так, что передний конец камеры находится ниже, чем задний конец камеры относительно ватерлинии (WL). Достигается улучшение пропульсивной установки на судах. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к пропульсивной установке на судне согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Установка предназначена для использования на судах, обеспеченных по меньшей мере одним пропульсивным агрегатом, расположенным в корме судна. Судно может иметь либо только один пропульсивный агрегат, расположенный в корме судна, либо два параллельных пропульсивных агрегата, расположенных в корме судна на противоположных сторонах осевой линии корпуса судна. Пропульсивные агрегаты используются в частности на больших судах, например крейсерах, танкерах, перевозящих нефть или сжиженный природный газ, судах для перевозки транспортных средств, контейнерных судах и паромах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В WO 98/54052 раскрыто судно с двойными винтами и двойными рулями Шиллинга, т.е. соответственный руль для каждого винта. Каждый руль установлен с возможностью поворачивания посредством соответственного вала, имеет выпуклый участок носовой части, суженный средний участок и расширяющуюся хвостовую часть. Расширяющаяся хвостовая часть расширяется наружу по существу только на внутренней стороне каждого руля, т.е. стороне, которая обращена к другой рулевой паре. Каждый руль имеет верхнее перо и нижнее перо, при этом перья продолжаются намного больше на внутренней стороне, чем на внешней стороне, причем перья выровнены с линиями потока от соответственного винта, а нижнее перо имеет наклоненный вниз участок на внутренней стороне. Рули способны образовывать своего рода угол развала относительно осевой линии корпуса.

В US 7,033,234 раскрыт способ управления глиссирующей лодкой с V-образным дном с двойными отдельно управляемыми приводными узлами с подводными корпусами, которые продолжаются вниз от дна лодки. При ходе на скорости глиссирования прямо вперед подводные корпуса устанавливают под так называемым углом схождения, т.е. под наклоном по направлению друг к другу с противоположными углами равной величины относительно осевой линии лодки. При поворачивании лодки внутренний приводной узел устанавливают под большим углом поворота, чем внешний приводной узел.

В JP 2006007937 раскрыта установка на судне с двумя гондолами с винтами противоположного вращения, расположенными в корме судна. В первом варианте осуществления первая гондола неподвижно установлена в скег так, что линия вала наклонена вверх. Вторая гондола прикреплена посредством горизонтальной оси к столу управления, причем стол управления вращается вокруг вертикальной оси и этот стол управления может быть опущен и поднят посредством гидравлических цилиндров. Линия вала второй гондолы выровнена с линией вала первой гондолы. Во втором варианте осуществления задний конец первой гондолы прикреплен посредством горизонтальной оси к скегу, а передний конец первой гондолы прикреплен к вертикальному цилиндру. Таким образом, наклон первой гондолы может регулироваться посредством этого цилиндра. В третьем варианте осуществления обе гондолы прикреплены к противоположным концам общей рамы, причем рама поддерживается от средней части горизонтальной оси до стола управления, причем стол управления вращается вокруг вертикальной оси и этот стол управления может быть опущен и поднят посредством гидравлических цилиндров. В этой конструкции нет отдельного руля, а управление судном выполняют путем вращения либо только второй гондолы, расположенной после первой гондолы в направлении движения судна, вокруг вертикальной оси, либо путем вращения обеих гондол вокруг вертикальной оси.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения заключается в улучшении известных из уровня техники пропульсивных установок на судах.

Пропульсивная установка согласно изобретению отличается тем, что содержит признаки согласно отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Пропульсивная установка содержит по меньшей мере один пропульсивный агрегат, расположенный в корме судна. Судно содержит корпус, имеющий горизонтальную ватерлинию. По меньшей мере один пропульсивный агрегат содержит полую опорную конструкцию, прикрепленную к корпусу, камеру, прикрепленную к опорной конструкции, электрический двигатель внутри камеры, винт на переднем конце камеры, причем указанный винт соединен посредством вала с электрическим двигателем, и поддерживаемый с возможностью поворачивания руль на заднем конце камеры.

Согласно изобретению по меньшей мере один пропульсивный агрегат установлен так, что линия вала образует угол вертикального наклона в диапазоне от 1 до 8 градусов относительно ватерлинии так, что передний конец камеры находится ниже, чем задний конец камеры, относительно ватерлинии.

Угол вертикального наклона по меньшей мере одного пропульсивного агрегата улучшает угол притока воды к винту, что улучшает эффективность винта.

Угол вертикального наклона по меньшей мере одного пропульсивного агрегата также уменьшает шум и вибрации в корпусе судна, которые возникают из-за кавитации, так как улучшенный угол притока к винту уменьшает кавитацию.

Угол вертикального наклона по меньшей мере одного пропульсивного агрегата также уменьшает вибрации и силы линии вала. Это происходит за счет того, что на винт воздействуют меньшие асимметрические силы, когда угол притока воды к винту улучшен. Уменьшенные нагрузки и вибрации будут увеличивать срок службы подшипников вала, а также других компонентов, подвергаемых воздействию этих вибраций и сил.

Изобретение предпочтительно может быть использовано на судне, имеющем два пропульсивных агрегата, расположенных вплотную на противоположных сторонах осевой линии судна в корме судна. Каждый пропульсивный агрегат предпочтительно установлен в положении развала, образуя угол горизонтального наклона в диапазоне от 0,5 до 6 градусов относительно осевой линии корпуса. Таким образом, передний конец камеры наклонен в сторону от осевой линии корпуса судна, а задний конец камеры наклонен по направлению к осевой линии корпуса судна.

Эта конструкция развала пропульсивных агрегатов будет дополнительно улучшать эффективность винтов и уменьшать шум и вибрации в корпусе судна.

Изобретение может быть использовано на больших судах, обеспеченных по меньшей мере одним пропульсивным агрегатом в корме судна, например, крейсерах, танкерах, перевозящих нефть или сжиженный природный газ, судах для перевозки транспортных средств, контейнерных судах и паромах. Мощность пропульсивного агрегата на таких больших судах составляет порядка по меньшей мере 1 МВт.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Некоторые конкретные варианты осуществления изобретения описаны далее подробно со ссылкой на сопровождающие фигуры, на которых:

Фиг. 1 показывает пропульсивную установку известного уровня техники.

Фиг. 2 показывает один вариант осуществления пропульсивной установки согласно изобретению.

Фиг. 3 показывает другой вариант осуществления пропульсивной установки согласно изобретению.

Фиг. 4 показывает вид сверху дополнительного варианта осуществления пропульсивной установки согласно изобретению.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 показывает пропульсивную установку известного уровня техники. Установка содержит пропульсивный агрегат 10, расположенный в корме судна. Пропульсивный агрегат 10 содержит опорную конструкцию 11, камеру 12, электрический двигатель 13, вал 14, винт 15 и руль 16. Камера 12 соединена посредством полой опорной конструкции 11 с корпусом 100 судна. Вал 14 имеет первый конец, который соединен с электрическим двигателем 13, и второй конец, выступающий из переднего конца камеры 12 и соединенный с винтом 15. Таким образом, винт 15 расположен на переднем конце камеры 12. Электрический двигатель 13 может представлять собой индукционный двигатель или синхронный двигатель. Пропульсивный агрегат 10 прикреплен к корпусу 100 судна опорной конструкцией 11. Это означает, что винт 15 будет все время оставаться в неподвижном положении относительно корпуса 100 судна. Руль 16 расположен на заднем конце камеры 12. Руль 16 соединен с возможностью поворачивания с корпусом 100 и камерой 12 посредством оси 17. Руль 16 выполнен так, что он образует плавное продолжение опорной конструкции 11 и камеры 12. Нижняя часть руля 16 продолжается на расстоянии ниже камеры 12. Рулевая передача, которая не показана на фигуре, вращает руль 16 на основании команд с навигационного мостика. Фигура также показывает направление S движения судна.

Вал 14 образует линию SL вала пропульсивного агрегата 10. Линия SL вала и ватерлиния WL параллельны, это означает, что угол α между ними составляет 0 градусов. Угол между осью 17 руля 16 и линией SL вала, т.е. угол γ составляет 90 градусов. Угол между осью 17 руля 16 и ватерлинией WL, т.е. угол δ также составляет 90 градусов.

Фиг. 1 также показывает линии F потока воды, текущей к пропульсивному агрегату 10. На фигуре может быть видно, что линии F потока не поступают в винт 15 пропульсивного агрегата 10 под оптимальным углом. Это ослабляет гидродинамическую эффективность винта 15.

Фиг. 2 показывает один вариант осуществления пропульсивной установки согласно изобретению. Пропульсивный агрегат 10 соответствует по существу пропульсивному агрегату, показанному на фиг. 1. Разница по сравнению с установкой, показанной на фиг. 1, заключается в том, что линия SL вала пропульсивного агрегата 10 образует угол α вертикального наклона относительно ватерлинии WL. Это означает, что передний конец камеры 12 находится ниже, чем задний конец камеры 12 относительно ватерлинии WL. Угол потока F воды, поступающего в винт 15, будет улучшен при вертикальном наклоне пропульсивного агрегата 10. Это означает, что гидродинамическая эффективность винта 15 будет улучшена. Угол между осью 17 руля 16 и ватерлинией WL, т.е. угол δ, составляет все еще 90 градусов, как на фиг. 1. Угол между осью 17 руля 16 и линией SL вала, т.е. угол ϒ, составляет, однако, менее 90 градусов в этом варианте осуществления из-за вертикального наклона пропульсивного агрегата 10. Фиг.2 также показывает направление S движения судна.

Фиг. 3 показывает другой вариант осуществления пропульсивной установки согласно изобретению. Эта установка соответствует по существу конструкции на фиг. 2, т.е. пропульсивный агрегат 10 наклонен под углом α относительно ватерлинии WL. Разница заключается в конструкции руля 16. Угол между осью 17 руля 16 и линией SL вала, т.е. угол γ, составляет в этом варианте осуществления 90 градусов, что соответствует ситуации на фиг. 1. Это означает, что ось 17 руля 16 наклонена относительно ватерлинии WL, т.е. угол δ составляет более 90 градусов. Конструкция, где ось 17 руля 16 образует прямой угол с линией SL вала, является предпочтительной в отношении потока, создаваемого винтом 15. Фигура также показывает направление S движения судна.

Фиг. 4 показывает вид сверху дополнительного варианта осуществления пропульсивной установки согласно изобретению. Имеется два пропульсивных агрегата 10, 20, расположенных вплотную на каждой стороне осевой линии CL корпуса 100 в корме судна. Каждый пропульсивный агрегат 10, 20 содержит камеру 12, 22, соединенную посредством опорной конструкции с корпусом 100 судна, винт 15, 25, расположенный на переднем конце камеры 12, 22, приводимый в движение электрическим двигателем 13, 23, размещенным в камере 12, 22. Руль 16, 26 дополнительно расположен на заднем конце камеры 12, 22. Каждый пропульсивный агрегат 10, 20 может соответствовать пропульсивному агрегату, показанному либо на фиг. 2, либо на фиг.3. Это означает, что каждый пропульсивный агрегат 10, 20 вертикально наклонен относительно ватерлинии WL под углом α, как показано на фиг. 2 и фиг. 3. Конструкция руля 16, 26 может быть либо такой, которая показана на фиг. 2, либо такой, которая показана на фиг. 3. Фигура также показывает направление S движения судна.

В этом варианте осуществления линии SL вала пропульсивных агрегатов 10, 20 расположены в положении развала относительно осевой линии CL корпуса 100 судна. Линии SL вала образуют угол β горизонтального наклона с осевой линией CL корпуса 100 судна так, что линии SL вала будут пересекаться друг с другом в точке на осевой линии CL корпуса судна, причем указанная точка пересечения расположена после судна. Передний конец камер 12, 22 наклонен наружу (положение развала) относительно осевой линии CL корпуса 100 судна, а задний конец камер 12, 22 наклонен внутрь относительно осевой линии CL корпуса 100 судна. Угол β развала находится в диапазоне от 0,5 до 6 градусов. Фигура также показывает грузовой резервуар 200 для сжиженного природного газа (LNG) на судне.

Такая конструкция развала пропульсивных агрегатов 10, 20 будет дополнительно улучшать угол притока воды к винтам 15, 25. Такая конструкция развала будет улучшать эффективность и уменьшать вибрации в корпусе и в вале.

Эффективность варианта осуществления, показанного на фиг. 2, вероятно такая же, как эффективность варианта осуществления, показанного на фиг. 3. Управляемость судна может быть немного лучше у варианта осуществления, показанного на фиг. 2, по сравнению с вариантом осуществления, показанным на фиг. 3. С другой стороны, вариант осуществления, показанный на фиг. 3, может быть лучше с точки зрения обрабатываемости и архитектуры изделия, так как угол α наклона регулируют посредством угла установки изделия, но при этом отсутствует необходимость преобразования самого изделия в каждом проекте. С другой стороны, изделие может иметь заданный угол α вертикального наклона, например 4 градуса, согласно конструкции, показанной на фиг. 2, а оставшиеся, например, 2 градуса в ситуации, где весь угол α вертикального наклона должен составлять 6 градусов, будут, в этом случае, достигаться согласно конструкции, показанной на фиг. 3.

Угол α вертикального наклона и угол β горизонтального наклона, т.е. угол развала, должны определяться отдельно для каждого судна или серии судов. Оптимизацию угла α вертикального наклона и угла β горизонтального наклона выполняют на основании модельного испытания для каждого судна или серии судов. Оптимизацию выполняют отдельно для угла α вертикального наклона и угла β горизонтального наклона. Цель оптимизации заключается в минимизации потребления топлива, т.е. в повышении эффективности. Наилучшую эффективность обычно достигают, когда приток воды к винту является прямым.

Внутри корпуса 100 судна предусмотрен по меньшей мере один генератор (не показан на фигурах), обеспечивающий электроэнергией электрические двигатели 13, 23 в пропульсивных агрегатах 10, 20 посредством электрической сети (не показана на фигурах).

На фигурах отдельный руль 26 поддерживается с возможностью поворачивания на корпусе 100 и на камере 22 пропульсивного агрегата 20. Руль 26 может поддерживаться с возможностью поворачивания на корпусе 100 и/или на пропульсивном агрегате 20. Таким образом, руль 26 может поддерживаться с возможностью поворачивания только на полой опорной конструкции 21 или на корпусе 100 и полой опорной конструкции 21, или на корпусе 100 и камере 22, или на камере 22 и полой опорной конструкции 21.

Представленные выше примеры вариантов осуществления настоящего изобретения не предназначены для ограничения объема охраны изобретения только этими вариантами осуществления. Могут быть выполнены некоторые преобразования изобретения в пределах объема охраны формулы изобретения.

1. Пропульсивная установка на судне, содержащем корпус (100), имеющий горизонтальную ватерлинию (WL) и осевую линию (CL), содержащая, по меньшей мере, один неподвижный пропульсивный агрегат (10, 20), расположенный в корме корпуса (100), причем указанный, по меньшей мере, один пропульсивный агрегат (10, 20) содержит полую опорную конструкцию (11), прикрепленную к корпусу (100), камеру (12), имеющую передний конец и задний конец, прикрепленную к опорной конструкции (11), электрический двигатель (13) внутри камеры (12), вал (14), имеющий первый конец и второй конец, причем указанный первый конец вала (14) соединен с электрическим двигателем (13), а указанный второй конец вала (14) выступает из переднего конца камеры (12) и соединен с винтом (15), причем центральная ось указанного вала (14) образует линию (SL) вала, и поддерживаемый с возможностью поворачивания руль (16) на заднем конце камеры (12), отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один пропульсивный агрегат (10, 20) установлен так, что линия (SL) вала образует угол (α) вертикального наклона в диапазоне от 1 до 8 градусов относительно ватерлинии (WL) так, что передний конец камеры (22) находится ниже заднего конца камеры (22) относительно ватерлинии (WL).

2. Пропульсивная установка по п.1, отличающаяся тем, что пропульсивная установка содержит два неподвижных пропульсивных агрегата (10, 20), расположенных вплотную на противоположных сторонах осевой линии (CL) корпуса (100) судна в корме судна, причем каждый пропульсивный агрегат (10, 20) установлен так, что линия (SL) вала образует угол (α) вертикального наклона в диапазоне от 1 до 8 градусов относительно ватерлинии (WL) так, что передний конец камеры (22) находится ниже, чем задний конец камеры (22), относительно ватерлинии (WL), и линия (SL) вала образует угол (β) горизонтального наклона в диапазоне от 0,5 до 6 градусов относительно осевой линии (CL) корпуса (100) судна так, что передний конец камеры (22) наклонен в сторону от осевой линии (CL), а задний конец камеры (22) наклонен к осевой линии (CL).

3. Пропульсивная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что судно представляет собой крейсер, танкер, перевозящий нефть или сжиженный природный газ, судно для перевозки транспортных средств, контейнерное судно или паром.

4. Пропульсивная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что мощность, по меньшей мере, одного пропульсивного агрегата (10, 20) составляет, по меньшей мере, 1 МВт.

5. Пропульсивная установка по п.3, отличающаяся тем, что мощность по меньшей мере одного пропульсивного агрегата (10, 20) составляет, по меньшей мере, 1 МВт.

www.findpatent.ru


Смотрите также