Стабилизирующий руль судна Советский патент 1981 года по МПК B63H25/38 B63B39/06 

Изобретение относится к области судостроения, в частности, к стабилизирующим рулям судна, преимущественно устройств умерения килевой и бортовой качки. Известен стабилизирующий руль судна, содержащий перо, состоящее из установленных на баллере верхней и нижней частей, кинематически связанных между собой и дифференциальным приводом 1. Однако в указанном устройстве стабилизирующий руль не позволяет одновременно удержать судно от постоянного (собственного) крена и дифферента, уменьшать (умерять) его килевую качку совместно с управлением, а также улучшить пропульсивные качества движительно-рулевого комплекса судна. Цель изобретения - уменьшение килевой и бортовой качки, и обеспечение одновременного удержания от постоянного крена, и дифферента судна, а улучшение пропульсивных качеств движительнорулевого комплекса судна. Это достигается путем изменения положения частей пера руля относительно друг друга, он снабжен дополнительным пером, баллер которого установлен параллельно баллеру основного руля и которое состоит из верхней и нижней частей, кинематически связанных между собой и с дифференциальным приводом, и подъемно-опускным приводом, кинематически связанным с верхними частями основного и дополнительного перьев руля и установленным на судне, причем кинематическая связь верхних частей основного и дополнительного перьев с дифференциальным и подъемно-опускным приводами, а также кинематическая связь нижних частей основного и дополнительного перьев с дифференциальным приводом выполнена из шарнирно-рычажных пространственно-симметричных пятизвенников, при этом кинематическая связь верхних и нижних частей основного и дополнительного перьев выполнена из щарнирно-соединенных между собой звеньев, свободные концы которых поворотно соединены с верхними и нижними частями перьев, а оси поворота звеньев совмещены с осями соответствующих частей перьев. На фиг. 1 изображен вид со стороны борта стабилизирующего руля; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б фиг. 2; на фиг. 4 схематически показано од: но из положений пера руля с разложением и направлением сил, действующих на части пера руля и судно во время движения. Описываемый руль судна содержит два пера, которые состоят из верхних частей 1 и 2 и нижних частей 3 и 4,. выполненных в

виде размещенных вдоль судна и разделенных между собой боковых граней параллелепипеда, два противоположных ребра которого расположены в диаметральной плоскости судна (ДП).

Верхние части 1 и 2 перьев соединены с нижними 3 и 4 частями побортно двухподвижными кинематическими парами 5 с возможностью изменения углов а относительно продольной оси судна и изменения углов р между частями 2, 3 и 1,4 перьев в поперечной плоскости судна. С рулем кинематически соединены установленные на судне и взаимосвязанные между собой дифференциальный 6 и подъемно-опускной 7 приводы, воздействующие на перья руля, изменяя положения частей 1, 2, 3 и 4 по углу а. к продольной оси судна и углу р между смежными гранями 1, 4 и 2, 3, а также относительно судна по вертикали.

При этом дифференциальный привод 6 связан с верхними 1 и 2 и 3 и 4 частями перьев посредством двухподвижных шарнирно-рычажных пространственных симметричных пятизвенников 8, обеспечивая воздействие как одновременное на все части 1, 2, 3 и 4 перьев, так и раздельное- на каждую из этих частей. Верхние части 1 и 2 перьев руля связаны с подъемно-опускным приводом посредством двухподвижных шарнирно-рычажныхпространственных

симметричных пятизвенников 9.

Двухподвижная кинематическая пара 5 состоит из звеньев 10 и И, шарнирно-соединенных между собой и поворотно соединенных с частями перьев соосно с последними.

Взаимосвязь дифференциального 6 и подъемно-опускного 7 приводов осуществлена посредством вращающихся подъемноопускных баллеров 12 и 13, являющихся общими для обоих приводов и скользящими по вертикали в шлицах приводных конических шестерен 14 и 15 дифференциального привода 6, и вала 16.

Кроме изображенного на фигурах 1, 2 и 3 варианта механических приводов 6 и 7, и пятизвенников 8 и 9, эти приводы могут быть выполнены также гидравлическими с сохранением кинематических связей по вращению частей перьев руля и с сохранением неизменности осей в поперечной плоскости судна. Кинематические связи частей перьев руля могут иметь другие варианты исполнения двухподвижных пар и механизмов.

Устройство работает следующим образом.

Посредством действия приводов 6 и 7 части руля приводятся в соответствующие положения частей перьев 1, 2, 3 и 4 руля для поворота судна. Силы г, образующиеся при движении судна во встречном потоке, разложатся, как показано, например, на схеме фиг. 4 на горизонтальные составляющие Уг и вертикальные - Zi, соответствующие 1-4-й четвертям координатной плоскости, совпадающей с поперечной плоскостью судна. При этом сумма сил 2г. 0, а 5

2.Y. .умноженная на плечо этих сил до

центра тяжести судна / даст максимальный момент Му. на поворот судна. Равенство

JQ же пар сил, образующих равные, но противоположно направленные моменты приведет к равенству SvWz. 0, т. е. к отсутствию

кренящих и дифферентующих моментов. Отклонение частей перьев руля 1, 2, 3 и4

соответствующее сумме сил Sr. и 2г. 0

означает отсутствие моментов для поворота и дифферента судна. Наличие же. 4-х пар моментов, образованных парами сил , 20 з-У4; 2-Z, приведет к образованию суммы моментов противодействующих крену 2Мк. +2Alz. М - кренящему

максимальному.

г Отклонение частей перьев руля 1, 2, 3 и 4, соответствующее сумме сил Ег. X 2Mz. ,

образующих максимальное противодействие дифференту и дифферентующим моментам на волнении, а равенство 2г; 0 и лротивонаправленность пар моментов сил и УЗ-У4 приведет к отсутствию кренящих моментов и моментов, действующих на поворот судна.

5 Отклонение частей перьев руля 1, 2, 3 и 4 соответствующее положениям одновременного противодействия кренящему и дифферентирующему моменту и образованию момента для поворота судна Ег. X 2Mz - противодействие дифференту; Ег. Х . -момент для поворота судна. Наличие пар моментов, образованных парами сил УЗ-Уl , 2i-Zz; 2г-А приведет к образованию суммы моментов, противодействующих крену ЕЖг;-fEyWz Л кренящий. При этом возможно оптимальное перераспределение по частным условиям пла0 вания.

Отклонения всех частей перьев руля 1, 2, 3 и 4 к продольной оси судна или от нее приведут к условиям регулирования потока за движителем или его гашению. При этом

EMz. 0 и EAfr. 0. Одним из вариантов

LI

положения частей перьев руля может быть их отклонение на угол ее к продольной оси судна с перекрытием поперечной плоско0 сти сечения руля и образованием обратного потока для реверсирования судна.

Установка двух стабилизирующих разрезных рулей в носовой и кормовой части делает возможным использование такого

5 рулевого комплекса для уменьшения вертикалькой качки и осуществления движения судна лагом.

Данное устройство позволяет перераспределять вертикальные и горизонтальные силы и образованные ими моменты, возникающие при отклонении частей перьев руля в потоке и направлять этот поток за движителем в соответствии с необходимостью преимущественного и одновременного удержания судна от крена и дифферента, умерения, возникающей качки, управления судном или упорядочения потока за винтом подобно воздействию насадки или при встречном отклонении всех частей перьев руля на максимальный угол а для торможения судна при гащении скорости и инерции выбега судна. Это устройство может быть использовано в других областях техники для стабилизации н управления положением тела в пространстве в потоке жидкости или упругой среде, и делает предлагаемое устройство в системах авторулевых и стабилизирующих устройств судов легко автоматизируемым. При варианте исполнения стабилизирующего руля с кормовым и носовым расположением на судне, устройство способно умерять и вертикальную качку.

Формула изобретения

Стабилизирующий руль судна, содержащий перо, состоящее из установленных на баллере верхней и нижней частей, кинематически связанных между собой и с дифференциальным приводом, отличающийся тем, что, с целью уменьщения килевой и смещанной килевой и бортовой качки, и обеспечения одновременного удержания от постоянного крена, и дифферента судна, а также улучщения пропульсивных качеств движительно-рулевого комплекса судна, путем изменения положения частей пера руля относительно друг друга, он снабжен дополнительным пером, баллер которого установлен параллельно баллеру основного руля и которое состоит из верхней и аижней частей, кинематически связанных между собой и с дифференциальным приводом, и

подъемно-опускным приводом, кинематически связанным с верхними частями основного и дополнительного перьев руля и установленным на судне, причем кинематическая связь верхних частей основного и дополнительного перьев с дифференциальным приводом выполнена из щарнирно-рычажных пространственно-симметричных пятизвенников, при этом кинематическая связь верхних и нижних частей основного и дополнительного перьев выполнена из щарнирно-соединенных между собой звеньев, свободные концы которых поворотно соединены с верхними и частями перьев, а оси поворота звеньев совмещены с

осями соответствующих частей перьев.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 34996, кл. В 63В 39/06, 1934.