ES2232791T3 - MOTOR SYSTEM FOR WATER VEHICLES. - Google Patents
MOTOR SYSTEM FOR WATER VEHICLES.Info
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Abstract
Description
Sistema motriz para vehículos acuáticos.Drive system for water vehicles.
El presente invento hace referencia a un sistema
motriz para vehículos acuáticos, que puede servir para impulsar el
vehículo acuático, pero, en determinados casos, también sirve para
variar el sentido de la marcha del vehículo acuático y para su
gobierno, habiéndose pensando en relación con el invento
especialmente para un cambio de rumbo de aproximadamente \pm10º
con respecto a la dirección principal de marcha. El sistema motriz
presenta una carcasa que va dispuesta a modo de barquilla, con el
eje longitudinal esencialmente horizontal, debajo del casco del
vehículo acuático, en el exterior de dicho vehículo acuático. En la
carcasa submarina puede encontrarse un motor de impulsión o bien
elementos de un motor. El motor de impulsión puede ser, por ejemplo
un electromotor según la patente DE-19.648.417,
pudiendo ser también un mecanismo de engranajes que sea parte de un
motor, por ejemplo según la patente DE-4.440.738,
que transmite la potencia impulsora procedente de un motor ubicado
dentro del vehículo acuático. El motor de impulsión, o parte del
mismo, está unido a través de un eje de impulsión con por lo menos
una hélice dispuesta en un extremo de la carcasa, en el exterior de
dicha carcasa. También puede, en determinados casos, existir un eje
de impulsión compartido entre ambos extremos de la carcasa, para
impulsar por lo menos una hélice dispuesta al exterior de cada
extremo de la carcasa. Para colocar la carcasa submarina en el casco
del vehículo acuático sirve un tajamar con el eje longitudinal
vertical, cuyo extremo inferior va fijado a la carcasa submarina,
mientras el extremo superior está unido al casco del vehículo
acuático. La unión entre el extremo superior del tajamar y el casco
del vehículo acuático está conformada de manera conocida, el tajamar
puede oscilar o girar respectivamente alrededor de su eje
longitudinal, con lo cual es posible cambiar el sentido del impulso
generado con por lo menos una hélice, así que el sistema motriz no
sólo sirve para hacer avanzar el vehículo acuático sino también para
determinar la dirección de marcha del mismo. El tajamar antes
citado, dispuesto entre la carcasa submarina y el casco del vehículo
acuático, tiene una sección transversal aproximadamente en forma de
un ala sustentadora, para ofrecer la mínima resistencia posible al
agua fluyente y para darle salida de forma laminar, es decir con la
menor formación posible de
turbulencias.The present invention refers to a driving system for water vehicles, which can be used to drive the water vehicle, but, in certain cases, it also serves to vary the direction of the water vehicle's progress and for its government, having thought about the invention especially for a course change of approximately ± 10 ° with respect to the main direction of travel. The drive system has a housing that is arranged as a wafer, with the longitudinal axis essentially horizontal, under the hull of the water vehicle, outside said water vehicle. A drive motor or elements of an engine can be found in the underwater housing. The drive motor can be, for example, an electric motor according to DE-19,648,417, and it can also be a gear mechanism that is part of a motor, for example according to DE-4,440,738, which transmits the driving power from an engine located inside the water vehicle. The drive motor, or part thereof, is connected through a drive shaft with at least one propeller disposed at one end of the housing, outside of said housing. There may also be, in certain cases, a shared drive shaft between both ends of the housing, to drive at least one propeller disposed outside each end of the housing. To place the underwater carcass in the hull of the water vehicle, a tajamar with the vertical longitudinal axis is used, whose lower end is fixed to the underwater carcass, while the upper end is attached to the hull of the water vehicle. The junction between the upper end of the tajamar and the hull of the water vehicle is shaped in a known manner, the tajamar can oscillate or rotate respectively around its longitudinal axis, whereby it is possible to change the direction of the impulse generated with at least one propeller , so that the driving system not only serves to advance the water vehicle but also to determine the direction of travel of the same. The aforementioned tajamar, arranged between the underwater housing and the hull of the water vehicle, has a cross section approximately in the form of a support wing, to offer the minimum possible resistance to flowing water and to give it a laminar way, that is to say with the least possible training of
turbulence
El presente invento se ocupa ahora de la conformación del tajamar antes citado, de modo preferente para una impulsión oscilante fundamentalmente a todo alrededor, para vehículos acuáticos con una velocidad por encima de aproximadamente 24 nudos, de tal manera que el peligro de cavitación en el tajamar y en la por lo menos una hélice es reducido, manteniéndose reducidas las oscilaciones de presión, mientras que las oscilaciones de impulsión y el momento de giro son transmitidas con un valor lo más reducido posible al conjunto de la estructura.The present invention now deals with the conformation of the aforementioned tajamar, preferably for a oscillating drive fundamentally all around, to water vehicles with a speed above approximately 24 knots, such that the danger of cavitation in the tajamar and in the at least one propeller is reduced, staying reduced pressure oscillations while oscillations of drive and turning moment are transmitted with the most value reduced possible to the whole structure.
Estos sistemas motrices, que incluyen un electromotor dispuesto en una carcasa submarina, disponen de un espectro de potencia prácticamente ilimitado. Por consiguiente pueden utilizarse en barcos con altos exigencias de velocidad, como por ejemplo los barcos Ro-Ro y los buques de pasaje. La actual tendencia en estos barcos es que alcancen velocidades de 24 nudos y superiores. Para tales aplicaciones existen especiales requisitos para la disposición de las hélices y de toda la instalación, incluido el tajamar entre la carcasa submarina y el casco del vehículo acuático.These driving systems, which include a electric motor arranged in an underwater housing, have a virtually unlimited power spectrum. Therefore can be used on boats with high speed demands, such as for example Ro-Ro ships and passenger ships. The current trend in these ships is that they reach speeds of 24 knots and above. For such applications there are special requirements for the arrangement of the propellers and all the installation, including the tajamar between the underwater housing and the Water vehicle helmet.
Al contrario de un barco impulsado convencionalmente, con un timón independiente del sistema motriz para corregir el rumbo, en un sistema motriz oscilante, tal como el antes descrito, la corrección del rumbo se hace a través de un denominado PoD, teniendo el sistema motriz la función de órgano de impulsión y de gobierno. Al gobernar un vehículo acuático mediante una instalación de este tipo, para mantener el rumbo, pero también para corregir dicho rumbo, se producen en condiciones de funcionamiento normales del barco ángulos de timón de \pm10º. Dada esta disposición del sistema motriz contra la corriente a través de componentes tangenciales, en la corriente de salida de la hélice se producen cambios radiales del PoD a los diferentes ángulos de fluencia en el tajamar, siendo un objeto de invento proponer medidas que tengan en cuenta las elevadas velocidades del barco y los ángulos de ajuste relativamente grandes en el perfil del tajamar, para evitar ampliamente la cavitación y disolución de la corriente, dado que las geometrías del tajamar hasta ahora empleadas no pueden satisfacer estos requisitos.Unlike a driven boat conventionally, with a rudder independent of the drive system to correct the course, in an oscillating drive system, such as the described above, the course correction is done through a called PoD, the motor system having the function of the organ of drive and government. When governing a water vehicle by such an installation, to keep the course, but also to correct this course, they occur under conditions of Normal boat operation rudder angles of ± 10º. Given this provision of the drive system against the current a through tangential components, in the output current of the helix radial changes of the PoD occur at different angles of creep in the tajamar, being an object of the invention to propose measures that take into account the high speeds of the ship and the relatively large adjustment angles in the profile of the tajamar, to avoid cavitation and dissolution of the current, since the geometries of the tajamar used until now They cannot meet these requirements.
Para ello se parte del conocimiento de que la corriente de salida de un vehículo acuático, de modo especial también de un buque, se debe a una reducción de la velocidad de fluencia. Un efecto similar aparece en las zonas de delante y detrás, respectivamente del tajamar de un sistema motriz con carcasa submarina en forma de barquilla. La corriente también se ralentiza en la zona de detrás del tajamar de la carcasa. Ambos campos de presión se superponen.This is based on the knowledge that the output current of a water vehicle, especially also of a ship, it is due to a reduction in the speed of creep A similar effect appears in the front areas and behind, respectively, the tajamar of a drive system with housing Submarine shaped boat. The current also slows down in the area behind the tajamar of the housing. Both fields of Pressure overlap.
En zonas en que se producen mayores ralentizaciones debido al claro desplazamiento del punto de trabajo de la hélice, aparece cavitación. La misma puede ocasionar daños de erosión en la pala de la hélice. El nivel de oscilaciones de presión aumenta claramente. Al mismo tiempo, la aparición de grandes gradientes de velocidad es causa de oscilaciones de impulsión y del momento de giro, que son transmitidas a la estructura. De modo especial en barcos con altos requisitos (por ejemplo, de pasaje) no se aceptan los elevados valores de oscilación en la presión ni la cavitación. El presente invento también debe tener en cuenta estos problemas.In areas where there are more slowdowns due to the clear displacement of the work point of the propeller, cavitation appears. It may cause damage to erosion on the propeller blade. The level of pressure oscillations increases clearly. At the same time, the appearance of large velocity gradients is the cause of drive oscillations and turning moment, which are transmitted to the structure. So special on ships with high requirements (eg passenger) no high oscillation values in pressure or pressure are accepted cavitation The present invention must also take these problems.
Con el invento se consigue emplear radios relativamente grandes en el canto de entrada en cada sección del perfil del tajamar de la carcasa y se garantiza una fluencia de corriente libre de sacudidas en toda una gran zona de ángulo de ajuste del perfil. Se evitan fuertes aceleraciones y puntas de depresión locales. El peligro de cavitación se reduce. El riesgo de desprendimientos se reduce gracias a un moderado aumento de presión en dirección al canto posterior del perfil. La relación entre el espesor local y el espesor máximo no debe ser menor a la indicada en la tabla, de acuerdo con el invento, que figura a continuación. Una relación entre el espesor máximo y la longitud del perfil del orden de 0,23 a 0,30 constituye un compromiso conveniente. El peligro de cavitación se reduce sin necesidad de aumentar la resistencia del tajamar.With the invention it is possible to use radios relatively large at the entrance edge in each section of the the tajamar profile of the housing and a creep of shake-free current across a large angle area of profile adjustment. Strong accelerations and spikes are avoided. local depression The danger of cavitation is reduced. The risk of landslides are reduced thanks to a moderate increase in pressure in the direction of the rear edge of the profile. The relationship between the local thickness and the maximum thickness should not be less than indicated in the table, according to the invention, given below. A relationship between the maximum thickness and the length of the order profile from 0.23 to 0.30 constitutes a convenient compromise. The danger of Cavitation is reduced without increasing the resistance of the cutwater.
Distribución de espesores t/tmax:T / tmax thickness distribution:
\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
x / L \+ \hskip2cm \+ t / tmax \cr 0,05 \+ \+
0,44\cr 0,10 \+ \+ 0,62\cr 0,15 \+ \+ 0,76\cr 0,20 \+ \+ 0,84\cr
0,25 \+ \+ 0,91\cr 0,30 \+ \+
0,96\cr}\ dotable {\ tabskip \ tabcolsep \ hfil # \ hfil \ + \ hfil # \ hfil \ + \ hfil # \ hfil \ tabskip0ptplus1fil \ dddarstrut \ cr} {
x / L \ + \ hskip2cm \ + t / tmax \ cr 0,05 \ + \ +
0.44 \ cr 0.10 \ + \ + 0.62 \ cr 0.15 \ + \ + 0.76 \ cr 0.20 \ + \ + 0.84 \ cr
0.25 \ + \ + 0.91 \ cr 0.30 \ + \ +
0.96 \ cr}
En otra configuración del invento, este se ocupa del problema de evitar una ralentización adicional de la corriente a través del tajamar de la carcasa submarina. A tal objeto, se elige una distancia relativamente grande desde el plano de generación de la hélice (el circulo de las puntas de la hélice) hasta el canto frontal y posterior, respectivamente, del perfil del tajamar. Este se determina teniendo en cuenta la distribución de cargas en la hélice.In another configuration of the invention, it deals with of the problem of avoiding an additional slowdown of the current at through the tajamar of the underwater housing. For this purpose, it is chosen a relatively large distance from the generation plane of the propeller (the circle of the propeller tips) to the edge front and back, respectively, of the tajamar profile. This is determined taking into account the distribution of charges in the propeller.
Por motivos de cavitación la hélice se descarga en la zona del cubo y la sección exterior. Las secciones (0,5 - 0,9 r/R) tienen una mayor distancia al plano de la hélice. Como consecuencia de la mayor carga local en estas secciones de la pala, una reducción de la corriente conlleva a una más rápida cavitación en dicho lugar. En la siguiente tabla, según otra conformación del invento, se indica la distancia mínima necesaria, de acuerdo con el invento, en función del diámetro de la hélice.For reasons of cavitation the propeller is discharged in the area of the cube and the outer section. Sections (0.5 - 0.9 r / R) have a greater distance to the plane of the propeller. How consequence of the greater local load in these sections of the blade, a reduction in current leads to faster cavitation in that place. In the following table, according to another conformation of the invention, the minimum necessary distance is indicated, according to the invention, depending on the diameter of the propeller.
Distancia de los planos de la hélice al eje:Distance of the propeller planes to the axis:
\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
r / R \+ \hskip2cm \+ s / D \cr 0,5 \+ \+ 0,20\cr
0,6 \+ \+ 0,23\cr 0,7 \+ \+ 0,25\cr 0,8 \+ \+ 0,27\cr 0,9 \+ \+
0,29\cr 1,0 \+ \+
0,30\cr}\ dotable {\ tabskip \ tabcolsep \ hfil # \ hfil \ + \ hfil # \ hfil \ + \ hfil # \ hfil \ tabskip0ptplus1fil \ dddarstrut \ cr} {
r / R \ + \ hskip2cm \ + s / D \ cr 0.5 \ + \ + 0.20 \ cr
0.6 \ + \ + 0.23 \ cr 0.7 \ + \ + 0.25 \ cr 0.8 \ + \ + 0.27 \ cr 0.9 \ + \ +
0.29 \ cr 1.0 \ + \ +
0.30 \ cr}
Los parámetros, de acuerdo con el invento, utilizados en ambas tablas presentadas y citadas en las reivindicaciones, aparecen en el único dibujo.The parameters, according to the invention, used in both tables presented and cited in the claims, appear in the only drawing.
El mismo representa un sistema motriz de acuerdo
con el invento, pero tal como es conocido. En el fondo 1 del casco 2
de un vehículo acuático va montado, por su extremo superior, el
tajamar 2 de una carcasa submarina 4. La unión entre el extremo
superior del tajamar y el casco del vehículo acuático puede ser
rígida, pero preferentemente está conformada giratoria, de manera ya
conocida, de modo que el tajamar 3 y la carcasa 4 pueden oscilar de
manera continua, es decir 360º, alrededor del eje longitudinal 5 del
tajamar de la carcasa 3. El perfil del tajamar ha sido dibujado como
un contorno poligonal 6. El extremo inferior del tajamar 3 está
rígidamente unido a la carcasa submarina 4. De manera conocida,
aloja un motor de impulsión, que preferentemente es un electromotor,
alimentado con energía a través de cables que atraviesan el tajamar
3 y penetran al interior del casco. Pero dentro de la carcasa
submarina a modo de barquilla 4 también pueden encontrarse un
mecanismo de engranajes distribuidor cuya entrada se alimenta con
la energía procedente de un motor dispuesto dentro del casco 2 del
vehículo acuático mediante un eje motriz que pasa a través del
tajamar 3. En ambos casos se acciona un eje motriz que gira
alrededor del eje longitudinal 7 de la carcasa submarina 4, que sale
por uno o ambos extremos de dicha carcasa submarina y que lleva
fijada en el extremo saliente de la carcasa una hélice, o bien por
lo menos una hélice 8, 9, en cada uno de los extremos salientes de
la carcasa submarina 4. La hélice o las hélices sirven para impulsar
el vehículo acuático, de modo especial un barco, de modo que al
girar el eje y la carcasa alrededor del eje 5, en dirección del
chorro de agua fluyente, permite variar el rumbo del vehículo
acuático. Los parámetros indicados que caracterizan el invento son
los
siguientes:It represents a driving system according to the invention, but as is known. At the bottom 1 of the hull 2 of a water vehicle is mounted, at its upper end, the chopping board 2 of an underwater casing 4. The connection between the upper end of the tajamar and the hull of the water vehicle can be rigid, but preferably it is shaped rotating, in a known manner, so that the chopping board 3 and the housing 4 can oscillate continuously, that is 360 °, around the longitudinal axis 5 of the chopping board of the housing 3. The profile of the chopping board has been drawn as a polygonal contour 6. The lower end of the tajamar 3 is rigidly connected to the underwater housing 4. In a known manner, it houses a drive motor, which is preferably an electric motor, powered by energy through cables that cross the tajamar 3 and penetrate into the interior of the helmet. But inside the underwater shell as a nozzle 4, a distributor gear mechanism can also be found, the input of which is fed with the energy from an engine disposed within the hull 2 of the water vehicle by means of a drive shaft that passes through the chopping board 3. In both cases, a drive shaft is rotated that rotates around the longitudinal axis 7 of the underwater housing 4, which exits at one or both ends of said underwater housing and that has a propeller attached to the protruding end of the housing, or else minus a propeller 8, 9, at each of the protruding ends of the underwater housing 4. The propeller or propellers serve to propel the water vehicle, especially a ship, so that by rotating the shaft and the housing around the axis 5, in the direction of the jet of flowing water, allows to vary the course of the water vehicle. The indicated parameters that characterize the invention are the
following:
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
tmax \+ = \+ \begin{minipage}[t]{140mm}el espesor máximo del
perfil del ala sustentadora, tal como se indica mediante el contorno
6 y la sección del eje 3, cuyo canto frontal y canto posterior
tienen forma curvada cóncava;\end{minipage} \cr t \+ = \+ el
espesor actual del perfil en las zonas elegidas;\cr x \+ = \+
\begin{minipage}[t]{140mm}la distancia de la zona elegida desde
el extremo en forma de nariz del perfil en el sentido principal de
la marcha avante;\end{minipage} \cr L \+ = \+ la longitud
total del perfil;\cr s \+ = \+ la distancia del plano principal de
la hélice P.E. del circulo de las puntas de la zona elegida del
eje;\cr r \+ = \+ la distancia de la zona elegida del eje desde el
eje de giro de la hélice;\cr R \+ = \+ el radio del circulo de las
puntas de la hélice\cr D \+ = \+ el diámetro del circulo de las
puntas de la
hélice.\cr}\ dotable {\ tabskip \ tabcolsep # \ hfil \ + # \ hfil \ + # \ hfil \ tabskip0ptplus1fil \ dddarstrut \ cr} {
tmax \ + = \ + \ begin {minipage} [t] {140mm} the maximum thickness of the
profile of the supporting wing, as indicated by the contour
6 and section of axis 3, whose front edge and rear edge
they have a concave curved shape; \ end {minipage} \ cr t \ + = \ + el
current profile thickness in the chosen areas; \ cr x \ + = \ +
\ begin {minipage} [t] {140mm} the distance of the chosen area from
the nose-shaped end of the profile in the main sense of
the forward march; \ end {minipage} \ cr L \ + = \ + the length
profile total; \ cr s \ + = \ + the distance from the main plane of
the P.E. of the circle of the tips of the chosen area of the
axis; \ cr r \ + = \ + the distance of the chosen area of the axis from the
axis of rotation of the propeller; \ cr R \ + = \ + the radius of the circle of
propeller tips \ cr D \ + = \ + the diameter of the circle of
tips of the
propeller. \ cr}
Resumiendo, la problemática del invento puede describirse del siguiente modo.In short, the problem of the invention can Describe as follows.
Para velocidades de vehículos acuáticos/barcos superiores a 24 nudos, se exigen determinadas particularidades en la conformación del sistema motriz. Las mismas se deben a los requisitos de funcionamiento para un menor nivel de oscilaciones de presión y una carga acústica más reducida. Al mismo tiempo se evitan daños en la instalación por causa de la cavitación erosiva en el tajamar y las hélices. Las medidas de acuerdo con el invento ofrecen la posibilidad de hacer funcionar sistemas motrices en esta gama de velocidades teniendo en cuenta estos requisitos. La posibilidad que se consigue de utilizar mayores radios en el canto de entrada del tajamar garantiza una fluencia de corriente sin sacudidas a través de un amplio ángulo de ajuste. Los perfiles del tajamar presentan una máxima relación espesor/longitud de 0,3. Así se consigue una determinada resistencia mínima entre el plano de la hélice y el tajamar.For water vehicle / boat speeds greater than 24 knots, certain particularities are required in the conformation of the motor system. They are due to performance requirements for a lower level of oscillations of pressure and a lower acoustic load. At the same time they are avoided installation damage due to erosive cavitation in the Tajamar and the propellers. The measures according to the invention offer the possibility of operating motor systems in this range of speeds considering these requirements. The possibility that it is possible to use bigger radios in the entrance song of the tajamar guarantees a flow of current without shaking through of a wide angle of adjustment. Tajamar profiles present a maximum thickness / length ratio of 0.3. So you get one certain minimum resistance between the plane of the propeller and the cutwater.
Claims (2)
\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
x / L \+ \hskip2cm \+ t / tmax \cr 0,05 \+ \+
0,44\cr 0,10 \+ \+ 0,62\cr 0,15 \+ \+ 0,76\cr 0,20 \+ \+ 0,84\cr
0,25 \+ \+ 0,91\cr 0,30 \+ \+
0,96\cr}\ dotable {\ tabskip \ tabcolsep \ hfil # \ hfil \ + \ hfil # \ hfil \ + \ hfil # \ hfil \ tabskip0ptplus1fil \ dddarstrut \ cr} {
x / L \ + \ hskip2cm \ + t / tmax \ cr 0,05 \ + \ +
0.44 \ cr 0.10 \ + \ + 0.62 \ cr 0.15 \ + \ + 0.76 \ cr 0.20 \ + \ + 0.84 \ cr
0.25 \ + \ + 0.91 \ cr 0.30 \ + \ +
0.96 \ cr}
\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
r / R \+ \hskip2cm \+ s / D \cr 0,5 \+ \+ 0,20\cr
0,6 \+ \+ 0,23\cr 0,7 \+ \+ 0,25\cr 0,8 \+ \+ 0,27\cr 0,9 \+ \+
0,29\cr 1,0 \+ \+
0,30\cr}\ dotable {\ tabskip \ tabcolsep \ hfil # \ hfil \ + \ hfil # \ hfil \ + \ hfil # \ hfil \ tabskip0ptplus1fil \ dddarstrut \ cr} {
r / R \ + \ hskip2cm \ + s / D \ cr 0.5 \ + \ + 0.20 \ cr
0.6 \ + \ + 0.23 \ cr 0.7 \ + \ + 0.25 \ cr 0.8 \ + \ + 0.27 \ cr 0.9 \ + \ +
0.29 \ cr 1.0 \ + \ +
0.30 \ cr}
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