РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1994 года по МПК B63H25/08 B63H25/38 

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовому устройству, обеспечивающему управляемость (маневренность) судна.

Известно рулевое устройство, которое включает в себя перо руля, опору, баллер, верхний и нижний подшипники, рулевую машину, рулевой привод, привод управления, пост управления [1].

Недостатками данного устройства являются:
1. Руль с узлом крепления к баллеру и опорой выступают за днище и создают сопротивление движению пропорциональное площади руля и квадрату скорости хода.

2. Геометрические размеры руля и профилировка в сечениях по длине (размаху) неоптимальны для широкого диапазона скоростей хода. Коэффициент подъемной силы руля достигает максимальных значений при больших углах отклонения ( ≃30-40^о), что увеличивает время перекладки руля с борта на борт.

3. Размеры элементов рулевого устройства не позволяют компактно размещать их в отсеке, производить осмотр и ремонт руля, опоры, соединения с баллером без докования.

4. В составе рулевого устройства имеется большое число подвижных (вращающихся) элементов, что увеличивает вероятность отказа при эксплуатации.

Наиболее близким аналогом является рулевое устройство, содержащее по меньшей мере, одну пару рулей, расположенных в кормовой части судна симметрично относительно его диаметральной плоскости, каждый из которых выполнен с приводом его вертикального перемещения [2].

Недостатком его является то, что профилировка рулей в сечениях по длине неоптимальны для широкого диапазона скоростей хода. Коэффициент подъемной силы на рулях с двояковыпуклыми профилями достигает максимальных значений при больших углах перекладки (30^о - 40^о), что увеличивает время их перекладки.

Технический результат изобретения достигается тем, что в известном рулевом устройстве каждый из рулей выполнен в виде крыла, имеющего несимметричный профиль в поперечных сечениях, причем рули обращены друг к другу своими выпуклыми поверхностями профилей.

На фиг.1 изображено рулевое устройство; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1; на фиг. 5 - расположение рулей в нише корпуса судна; на фиг.6 - расположение рулей вне корпуса судна. Рулевое устройство состоит из руля 1, размещаемого своим корпусом к нише 2, а штоком к рулю 1, системы гидравлики 4, соединенной с гидроцилиндром 3, трубопроводами 5, системы и поста управления 6.

Руль 1 соединен со штоком гидроцилиндра 3 посредством конструктивного узла 7, передающего гидродинамическую нагрузку от руля 1 на корпус ниши 2 через опорные подшипники 8.

Ограничение вертикальных перемещений конструктивного узла 7 с рулем 1 осуществляется верхним и нижним ограничи- телями 9. Стопорение руля в крайнем положении верхнем (при длительных стоянках, доковании и т.д.) осуществляется стопором 10.

Конструктивное исполнение узла 7, подшипников 8, ограничителей 9, стопора 10, системы управления рулевым устройством 6, гидроцилиндра 3 не является предметом настоящего изобретения.

Рулевое устройство работает следующим образом.

Для выполнения маневра судном (например, влево) с поста управления 6 подается команда в систему управления гидравлики 4, соединенную с исполнительным механизмом - гидроцилиндром 3 левого борта трубопроводом 5, на выдвижение руля левого борта 1. Под давлением гидрожидкости в гидроцилиндре 3 шток проходит в движение, передавая усилие на конструктивный узел 7, который скользя по подшипникам 8, выдвигает руль 1 из ниши 2 в гидропоток за пределы днища. Поток воды воздействует на руль 1, установленный под фиксированным углом атаки, в результате чего на нем возникает гидродинамическая сила, значение которой зависит от величины выдвижения руля в поток. Чем больше выдвинут руль 1 в поток, тем больше величина гидродинамической силы возникает на нем и следовательно, тем больше момент, поворачивающий судно. Гидродинамическая сила руля 1 передается через конструктивный узел 7 и подшипники 8 на корпус ниши 2, чем и обеспечивается выполнение заданного маневра судна. По окончании маневра (изменения курса на заданный угол в требуемую сторону) с поста управления 6 дается команда на втягивание руля 1 в исходное положение внутрь ниши 2. Система управления передает команду в систему гидравлики 4, в результате чего давление под штоком гидроцилиндра 3 увеличивается, а над штоком уменьшается. Шток втягивается в гидроцилиндр 3, увлекая за собой конструктивный узел 7 и руль 1 в нишу. При достижении крайнего верхнего положения конструктивный узел 7 упрется в ограничитель 9 верхнего положения и останавливается. В процессе втягивания руля 1 из-за изменения его площади уменьшается гидродинамическая сила на руле и при полном втягивании в нишу 2 она становится равной нулю.

При необходимости удержания судна на прямом курсе в условиях ветро-волновых возмущений (рыскания) рулевой поочередно подается команды с поста управления 6 на выдвижение и втягивание рулей то правого, то левого борта, тем самым управляет судном. По окончании рейса после швартовки к причалу рули убираются в крайнее верхнее положение и стопорятся стопором 10, что позволяет производить осмотр и ремонт гидросистемы 4 со снятием давления в гидроцилиндре 3.

Рули могут быть размещены внутри корпуса (в нише) или за транцем. В поднятом положении рули не выступают за днище и не создают сопротивление движению. На быстроходных судах для исключения повышения давления в нише от воздействия гидродинамического напора перед вырезом для ниши на днище может быть установлен небольшой реданчик.

Расположение профиля рулей относительно диаметральной плоскости имеет особое значение для повышения эффектив- ности использования гидродинамических сил и создания момента, поворачивающего судно. Рекомендуется установка рулей выпуклой стороной профиля вовнутрь, в сторону диаметральной плоскости судна. Это обеспечивает использование силы сопротивления (Х) руля для создания дополнительного момента ( ΔМ_вр) вращения судна ΔМ_вр=Х ˙ l_y, который увеличивает суммарный вращающий момент (М_вр) от подъемной силы (Y) на руле
М_вр = Y ˙ l_x + ΔM_вр, где l_x, l_y - плечи сил Y и Х соответственно, относительно центра тяжести судна.

Использование: судостроение. Сущность изобретения: в кормовой части судна в нише 2 или на транце симметрично относительно его диаметральной плоскости устанавливаются по меньшей мере одна пара рулей 1, выполненных в виде крыла, соединенного с приводом его вертикального перемещения и имеющего несимметричный профиль в сечениях с фиксированными установочными углами атаки. Выпуклой поверхностью рули 1 обращены друг к другу. В нерабочем положении рули 1 убраны в нише 2 или за транец так, чтобы не создавать сопротивление движению судна. При необходимости совершения маневра по команде с поста управления 6 рулями сигнал поступает в систему управления. Исполнительный механизм, в частности гидропривод, выдвигает руль 1 в поток за пределы днища с того борта, на который нужно осуществить поворот. Величина выдвига руля 1 зависит от скорости хода судна и характера маневра. 6 ил.

РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее по меньшей мере одну пару рулей, расположенных в кормовой части судна симметрично относительно его диаметральной плоскости, каждый из которых выполнен с приводом его вертикального перемещения, отличающееся тем, что каждый руль выполнен в виде крыла, имеющего несимметричный профиль в поперечных сечениях, причем рули обращены друг к другу выпуклыми поверхностями профилей.