Рулевое устройство Советский патент 1992 года по МПК B63H25/00 

Изобретение относится к судостроению, а именно к рулевым устройствам быстроходных судов с динамическими принципами поддержания, преимущественно для амфибийных судов на воздушной подушке.

Известны рулевые устройства судна на воздушной подушке, представляющие собой вертикальные воздушные рули, устанавливаемые за стабилизаторами или отдельно от них.

Известны также поворотные вертикальные пилоны, на которых расположены воздушные винты.

Указанные органы управления имеются, например, на английском судне SR NJ 4 (см. книгу Макливи Р. Суда на подводных крыльях и воздушной подушке, Судостроение, 1981, с. 114-115).

Все эти рулевые устройства работают по принципу несущего крыла - боковая сила

на них создается за счет отклонения рабочего элемента от нейтрального положения. Эта сила пропорциональна углу отклонения элемента - углу атаки аи определяется известной зависимостью

рУ2 2

Y CY

S,

CY a

Максимальное значение коэффициента подъемной силы симметричного крыла при удлинениях, характерных для воздушных рулей, стабилизаторов и пилонов, составляет Сумакс -1,0 + 1,2 и достигается при критических углах атаки, акр - 20-30°.

Общие недостатки всех перечисленных выше рулевых устройств:

1. Обеспечение необходимой величины боковой силы Y при фиксированных плотности воздуха р п скорости потока V, а также ограниченных значениях Сумакс может быть

достигнуто только за счет значительного увеличения площади элемента S рулевого устройства.

2.Регулирование величины боковой силы Y возможно за счет изменения угла «ли- бо за счет поворота вектора тяги движителей (поворотные пилоны). Однако в последнем случае уменьшается проекция тяги движителей на направление движения,

а следовательно, падазг скорость судна.

3.Максимальное значение боковой силы Y достигается при критическом значении угла атаки акр , при отклонении от которого г) гу или иную сторону сила Y интенсивно снижается за счет уменьшения козффици- ента подъемной силы Су.

4.Обеспечение максимального значения боковой силы в процессе маневрирования требует непрерывного управления углом перекладки рабочего элемента (воздушного руля, стабилизатора) для компенсации изменяющихся углов дрейфа.

Известно устройство, развивающее очень большую подъемную силу, для ветряного движителя, используемого для судов и других случаев (см. заявку ЕПВ 1; 0055638, кл. В 63 Н 9/00).

Данное устройство позволяет получить высокие значения коэффициента подъемной силы, а следовательно, и величины подъемной силы при умеренной площади несущих элементов.

Недостатком таких устройств являются сложность конструкции, необходимость выполнения выходящей кромки несущего элемента в виде полуцилиндра, сложность управления величиной подъемной силы и ее реверсирования.

Цель изобретения - повышение маневренных качеств судна путем увеличения бо- ковой силы на рулевом устройстве.

Указанная цель достигается тем, что рулевое устройство выполнено в виде жестко закрепленного на корпусе судна стабилизатора, который в кормовой части выполнен пустотелым и разделен продольной переборкой на две полости, причем оболочка пустотелой части стабилизатора выполнена перфорированной и-может быть снабжена поворотными заслонками.

Кроме того, в продольной переборке выполнена ниша, в которой установлена пластина с возможностью перемеидеиия вдоль продольной оси стабилизатора.

Кроме того, упомянутые полости стабилизатора разделены на части горизонтальными перегородками, а на его кормовой кромке закреплен поворотный закрылок.

0

5

0

5

0

5 0

5

0

5

Таким образом, разделение стабилизатора на две полости, давление в которых может регулироваться независимо, обеспечивает отсос воздуха и (или) подачу его в окружающий поток для создания боковой силы, изменение ее по величине и ее реверсирование.

Эти признаки отличают данное техническое решение от прототипа и обусловливают соответствие его критерию новизна.

У предлагаемого технического решения появились свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, поэтому можно сделать вывод, что это изобретение обладает критерием существенные отличия.

Положительный эффект от применения предлагаемого технического решения состоит в повышении эффективности работы устройства и упрощении конструкции, а именно:

1)за счет высоких значений коэффициента подъемной силы CY 10-12 предлагаемое рулевое устройство обеспечивает получение необходимой боковой силы при существенно меньшей площади рабочих элементов, а также эффективное управление этой боковой силой как по величине, так и по направлению;

2)исключается необходимость использования рулевой машины, а также устройства поворота руля, что существенно упрощает конструкцию и повышает ее, надежность;

3)при использовании предлагаемого рулевого устройства на судах на воздушной подушке системы подачи и отсоса воздуха могут включаться в систему подъемного комплекса, что исключит необходимость применения специального нагнетателя;

4)предлагаемое устройство может использоваться также в качестве противокре- нового.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг.2 -то же, с поворотными заслонками; на фиг.З - то же, с выдвижной пластиной; на фиг,4 - то же, с поворотным закрылком; на фиг.5 -то же, с разделенной на секции полой кормовой частью; на фиг.б - сечение А-А нз фиг.5; на фиг.7 - сечение Б-Б на фиг.5; на фиг.8 - принцип упрс вле- ния судном по крену при помощи предлагаемого устройства.

Предлагаемое рулевое устройство содержит симметричное тело крылообразного профиля постоянного или переменного по высоте поперечного сечения. Поперечное сечение рулевого устройства (фиг. 1) выполнено в виде крыльевого профиля большой относительной толщины. Поперечная вертикальная переборка 1, расположенная в районе максимальной толщины профиля, делит его на две части, каждая из которых в общем случае имеет форму полуэллипса. Последние сопрягаются с месте их общей, малой оси, где установлена переборка 1. Варианты формы профиля: эллипс, полуэллипс, сопряженный с полуокружностью, окружность. Передняя (носовая) часть 2 профиля имеет непроницаемую обшивку, задняя (кормовая) часть профиля продольной вертикальной переборкой 3 разделена на две полости 4 и 5, давление в которых может регулироваться независимо, а обшивка (поверхность) 6 этой части выполнена проницаемой (перфорированной), что позволяет осуществлять обмен воздухом (отсос либо подачу) с окружающим потоком.

Площадь проходного сечения проницаемой поверхности может регулироваться с помощью поворотных заслонок 7, имеющих два фиксированных положения открыто и закрыто,

Кроме того, дополнительно предлагается:

-выдвижная пластина 8, располагаемая в нише 9, которая находится в месте установки переборки 4 (фиг.8);

-секционирование рулевого устройства путем установки горизонтальной переборки 12. разделяющей заднюю (кормовую) часть профиля на отдельные секции 13 и 14;

-управляемый закрылок 10, поворачивающийся относительно оси 11, расположенной за выходящей (задней) кромкой профиля (фиг.4),

Устройство действует следующим образом.

За счет обеспечения о полости 4 пониженного давления через проницаемую обшивку 6 в нее из окружающей среды поступает поздух, который затем отсасывается специальным насосом; за счет повышенного давления в полости 5 из нее осуществляется непрерывная подача воздуха в поток, обтекающий профиль вдоль его оси симметрии со скоростью V. При этом на поверхности профиля, с которой производится отсос, давление падает, на поверхности, где производится подача воздуха, давление повышается. На профиле возникает подьемная сила I, величина которой возрастает с ростом отсоса в полости 4, подачи (вдува) из полости 5 и достигает максимума при одновременном отсосе и подачо воздуха в окружающий поток. Получаемый в результате коэффициент подъемной силы может достигать величины СуМакс -10-12, т.е. на порядок выше, чем у лучших крыльевых профилей.

Регулирование величины подъемной силы может осуществляться за счет изменения количества отсасываемого воздуха Qi. подаваемого 02, изменения площади отсоса

(подачи), а также расположения этой площади относительно выходной кромки. Площадь проницаемой поверхности может регулироваться, в частности, с помощью поворотных заслонок 7 (фиг.2).

Реверс подъемной силы - изменение ее направления на противоположное - осуществляется изменением давления в полостях 5 и 4 либо в обеих одновременно.

Ограниченная по величине боковая сила создается на предлагаемом рулевом устройстве и без хода (т.е. при отсутствии внешнего потока), за счет реакции струй отсасываемого и выдуваемого воздуха.

Дополнительными средствами регулирования величины подъемной силы Y являются выдвижная пластина 8 и управляемый закрылок 9.

Вариант рулевого устройства, выполненный секционированным по высоте, позволяет на отдельных секциях - верхней 13 и нижней 14 - при необходимости создавать подъемные (боковые)силы разных знаков YB

и ц (фиг,5), что обеспечивает появление кренящего (восстанавливающего) момента, т.е. такое рулевое устройство может выполнять дополнительную функцию -служить средством управления по крену.

Когда рулевое устройство содержит два

стабилизатора, расположенных побортно, симметрично диаметральной плоскости судна, егс эффективность соответственно повышается. Если элементы к тому же секционированы по высоте, на одном из них может создаваться требуемая боковая сила Тр, а на другом - восстанавливающий момент MB, компенсирующий кренящий момент Мф, сопровождающий боковую силу на

первом элементе. На фиг.6 приводится схема, иллюстрирующая это положение; ьа левом элементе рулевого устройства 1 чэ обеих секциях, верхней и нижней, создаются равные по величине подъемные (боковые)

силы одного знака вл Inn. которые обеспечивают необходимое для маневрирования значение боковой силы Тр вл + вп. Одновременно возникает кренящий момент МКр. На правом элементе рулевого устройства 1

на разных (верхней и нижней) секциях создаются равные по величине, но противоположные по направлению подъемные (боковые) силы УВл и Уи, которые обеспечивают восстанавливающий момент, компенсирующий угол крена,

Формула изобретения

1.Рулевое устройство преимущественно судна на воздушной подушке, включающее стабилизатор, жестко закрепленный на корпусе судна, отличающееся тем, что, с целью улучшения маневренности судна, стабилизатор в кормовой части выполнен пустотелым и разделен продольной переборкой на две полости, причем оболочка пустотелой части стабилизатора выполнена перфорированной.

2.Устройство по п. 1, отличаю щ е е- с я тем, что упомянутая перфорированная

0

оболочка снабжена поворотными заслонками.

.3. Устройство по п. 1, отличаю щ е е- с я тем, что в продольной переборке выполнена ниша, о которой установлена пластина с возможностью перемещения вдоль продольной оси стабилизатора.

4.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что упомянутые полости разделены на части горизонтальными перегородками.

5.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что на кормовой кромке стабилизатора закреплен поворотный закрылок.

Использование: управление судами на воздушной подушке. Сущность изобретения: рулевое устройство выполнено в виде неповоротного стабилизатора, имеющего полость, разделенную переборкой на две части для обеспечения возможности регулирования давления воздуха, причем поверхность полой части выполнена перфорированной. Дополнительными средствами регулирования величины боковой силы являются выдвижная пластина и управляемый закрылок. С целью стабилизации судна по крену путем создания боковых сил разных знаков полая кормовая часть по высоте разделена на секции. 4 з.п, ф-лы, 8 ил.

7г

5Д/г /

3

/г г.

44

а

и

J

У,

т/)

/

Ј

/7

ЗЯ

М

е