FI80243B

FI80243B - STYRANORDNING FOER FARTYG.

Info

Publication number: FI80243B
Application number: FI854048A
Authority: FI
Inventors: Galina Vladimirovna Efremova; Vladimir Stanislavov Taradonov; Valentin Konstantinov Treshkov; Vladimir Fedorovich Yarochkin
Original assignee: Le I Korable Str
Priority date: 1984-03-07
Filing date: 1985-10-17
Publication date: 1990-01-31
Also published as: GB2166400B; DE3490665C2; WO1985003918A1; GB8524314D0; JPS61501315A; FI854048A0; GB2166400A; DE3490665T1; FI80243C

Description

1 802431 80243

Laivan ohjauslaiteShip control device

Tekninen alue Käsiteltävä keksintö koskee laivanrakennusta ja 5 nimenomaan laivan ohjauslaitetteita.TECHNICAL FIELD The present invention relates to shipbuilding and specifically to ship control devices.

Taus tarakenteetBackground fence structures

Alalla tunnetaan yleisesti sellainen laivan ohjauslaite, jossa peräsimen lapa on yhdistetty jäykästi peräsintä liikuttavan moottorin käyttölaitteeseen kytketyn perä-10 simen varren alapäähän. Tämän aikaisemman ohjauslaitteen teho laskee jyrkästi peräsinkulmien ollessa yli 30-50° lavan imupuolella tapahtuvasta virtauserotuksesta johtuen.A ship control device is generally known in the art in which the rudder blade is rigidly connected to the lower end of a rudder arm connected to a rudder-moving engine drive. The power of this previous control device decreases sharply when the rudder angles are above 30-50 ° due to the flow separation on the suction side of the platform.

Alalla tunnetaan myös sellainen laivojen ohjauslaite, jossa peräsin käsittää peräsimen varren alaosaan jäy-15 kästi yhdistetyn lavan ja peräsimen lavan etureunan eteen kiinnitetyn roottorin. Peräsimen varsi on yhdistetty kinemaattisesta peräsintä liikuttavan moottorin käyttölaitteeseen. Roottori on asennettu pyöriväksi virtaussuuntaan imu-puolella (vertaa esimerkiksi Claus-Peter Buhtz Neue Shiffe-20 neye Manövrieranlagen Schiff und Hafen, vihko 9/1982, 34. vuosikerta, sivut 127-128).A ship control device is also known in the art, in which the rudder comprises a blade rigidly connected to the lower part of the rudder shaft and a rotor fixed in front of the leading edge of the rudder blade. The rudder arm is connected by a kinematic rudder to the engine drive. The rotor is mounted for rotation in the direction of flow on the suction side (cf., for example, Claus-Peter Buhtz Neue Shiffe-20 neye Manövrieranlagen Schiff und Hafen, booklet 9/1982, volume 34, pages 127-128).

Roottorin asentaminen tekee mahdolliseksi virtaus-erotuksen estämisen peräsimen imupuolella peräsinkulmien ylittäessä 30-35°. Peräsinkulman kasvaessa ohennus perä-25 simen imupuolella tulee suuremmaksi, mikä aiheuttaa peräsimen sivuttaisen (ohjaus-)voiman lisääntymisen. Peräsimellä on suurin sivuttaisvoima peräsinkulmien ollessa 60-80°. Tällaisessa tapauksessa sivuttaisvoima kasvaa vain roottorin suhteellisen nopeuden (roottorin kehänopeuden suhde 30 virtausnopeuteen) kasvaessa 3,5:ksi. Tämä ohjauslaite on otettu prototyypiksi.The installation of the rotor makes it possible to prevent the flow difference on the suction side of the rudder when the rudder angles exceed 30-35 °. As the rudder angle increases, the thinning on the suction side of the rudder 25 becomes larger, which causes an increase in the lateral (steering) force of the rudder. The rudder has the maximum lateral force with rudder angles of 60-80 °. In such a case, the lateral force only increases as the relative speed of the rotor (ratio of the circumferential speed of the rotor to the flow rate) increases to 3.5. This control device has been taken as a prototype.

Alalta tunnetaan vielä eräs laivojen ohjauslaite, jossa peräsin käsittää sivuvakaajan, peräsimen varren alaosaan jäykästi yhdistetyn lavan ja lavan etureunan eteen 2 80243 asennetun roottorin. Peräsimen varsi on yhdistetty kine-maattisesti peräsintä liikuttavan moottorin käyttölaitteeseen (vertaa hyväksytty FR-patenttihakemus nro 2 820 355, cl. B 63 H 25/38, julkaistu 1979).Another ship control device is known in the art, in which the rudder comprises a side stabilizer, a blade rigidly connected to the lower part of the rudder arm and a rotor mounted in front of the front edge of the blade. The rudder arm is connected kinetically to the drive of the rudder-moving engine (cf. the approved FR Patent Application No. 2,820,355, cl. B 63 H 25/38, published 1979).

5 Roottorin käyttö mainitussa ohjauslaitteessa tekee mahdolliseksi peräsimen muuttamisen enintään 80° kulmissa ilman virtauserotusta imupuolella ja tästä johtuen lisätä huomattavasti peräsimen sivuttaista ohjausvoimaa. Lisäksi muuttamalla sivuvakaajaa enintään 60° kulmissa ja muutta-10 maila samalla peräsintä 60-80° kulmissa peräsimen vastus kasvaa tuntuvasti. Peräsimen vastus voi olla yhtä suuri kuin potkurin työntövoima. Sen vuoksi tällaisen ohjauslaitteen käyttö mahdollistaa laivan pitkittäisliikkeen ohjaamisen hyvin alhaisella nopeudella.5 The use of a rotor in said control device makes it possible to change the rudder at angles of up to 80 ° without flow separation on the suction side and consequently to increase the lateral steering force of the rudder considerably. In addition, by changing the side stabilizer at angles up to 60 ° and changing the -10 racket at the same rudder at 60-80 ° angles, the rudder resistance increases significantly. The rudder resistance can be equal to the propeller thrust. Therefore, the use of such a control device makes it possible to steer the longitudinal movement of the ship at a very low speed.

15 Mainitussa aikaisemmassa ohjauslaitteessa peräsin- ja sivuvakaajakulmat ovat 60-80° sen tehokasta toimintaa varten. Peräsimen sivuvoima kasvaa vain roottorin suhteellisen nopeuden kasvaessa 3,5 asti.15 In said prior control device, the rudder and side stabilizer angles are 60-80 ° for its efficient operation. The rudder lateral force only increases as the relative speed of the rotor increases to 3.5.

Mainitun ohjauslaitteen eräs rakenne käsittää yh-20 den lisäroottorin, joka on asennettu peräsimen lavan ja sivuvakaajan väliin. Sivuvakaajan edessä (lavan ja sivu-vakaajan välisellä alueella) pyörivä roottori estää virtaus-erotuksen sivuvakaajan imupuolella sivuvakaajakulmien ylittäessä 30° ja lisää tällöin sivuvakaajan sivuttaisvoimaa.One structure of said control device comprises an additional rotor mounted between the rudder blade and the side stabilizer. The rotor rotating in front of the side stabilizer (in the area between the platform and the side stabilizer) prevents the flow difference on the suction side of the side stabilizer when the side stabilizer angles exceed 30 ° and then increases the lateral force of the side stabilizer.

25 Koska ohjauslaitteen tehokkaan toiminnan kannalta sivuva-kaaja kääntyy 120-140° laivan keskitasoon nähden, sivuvakaajan sivuttaisvoima on pääasiassa peräsimen veto.25 Since, for the efficient operation of the control device, the lateral stabilizer rotates 120-140 ° with respect to the median plane of the ship, the lateral force of the lateral stabilizer is mainly the rudder traction.

Sen vuoksi edellä oleva ohjauslaite tekee mahdolliseksi peräsimen sivuttaisvoiman lisäämisen lavan etureunan 30 eteen kiinnitetyn roottorin avulla ja peräsimen vedon lisäämisen sivuvakaajan ja sivuvakaajan eteen sijoitetun roottorin avulla.Therefore, the above control device makes it possible to increase the lateral force of the rudder by means of a rotor fixed in front of the front edge 30 of the platform and to increase the traction of the rudder by means of a side stabilizer and a rotor placed in front of the side stabilizer.

Peräsimen suurin sivuttaisvoima ja veto tiettyä ohjauslaitetta varten voidaan saada vain peräsimen lavan kul-35 mien ollessa 60 ja 80° ja sivuvakaajan kulman ollessa 60°.The maximum lateral force and traction of the rudder for a given control device can only be obtained when the rudder blade angles are 60 and 80 ° and the side stabilizer angle is 60 °.

3 802433 80243

Sitäpaitsi peräsimen voima kasvaa vain roottorin suhteellisen nopeuden kasvaessa enintään 3,5:ksi.In addition, the power of the rudder only increases as the relative speed of the rotor increases to a maximum of 3.5.

Edellä mainituilla ohjauslaitteilla on verrattain suuri inertia ja ne vaativat huomattavan ajan peräsimien 5 muuttamiseksi suurissa kulmissa (enintään 80°). Laivojen liikkuessa pienillä nopeuksilla satamissa ja muilla rajatuilla vesillä ohjauslaitteen inertia rajoittaa niiden ohjattavuutta. Lisäksi laivojen ohjattavuus on myös rajoitettu siksi, että peräsimen maksimikulmalla peräsimen voi-10 mia voidaan lisätä vain roottorin suhteellisen nopeuden kasvaessa enintään 3,5:ksi, kun virtauserotus peräsimen imu-puolella on kokonaan eliminoitu. Verrattain suuret peräsin-kulmat aiheuttavat peräsintä liikuttavien moottoriyksiköi-den suuremman kulumisen.The above-mentioned control devices have a relatively high inertia and require considerable time to change the rudders 5 at large angles (up to 80 °). When ships move at low speeds in ports and other restricted waters, the inertia of the control device limits their maneuverability. In addition, the maneuverability of ships is also limited because at the maximum rudder angle, the rudder forces can only be increased as the relative rotor speed increases to a maximum of 3.5 when the flow difference on the suction side of the rudder is completely eliminated. Relatively large rudder angles cause greater wear on the rudder-moving engine units.

15 Keksinnön julkistaminen15 Disclosure of the Invention

Keksinnön tavoitteena on saada aikaan laivaa varten rakenteeltaan sellainen peräsinlaite, joka tekee mahdolliseksi peräsimen huomattavasti suuremman sivuttaisvoiman saamisen aikaan pienemmillä peräsinkulmilla ja tämän kustan-20 nuksella laivan ohjattavuuden parantamisen pienillä liike-nopeuksilla ja ohjauslaitetta liikuttavan moottorin kulumisen vähentämisen.The object of the invention is to provide a rudder device for a ship with a structure which makes it possible to obtain a significantly higher lateral force of the rudder at lower rudder angles and at this cost to improve the ship's maneuverability at low speeds and reduce the engine wear of the steering device.

Tähän tavoitteeseen päästään sellaisella laivan ohjauslaitteella, jossa peräsin käsittää lavan, joka on yh-25 distetty jäykästi peräsintä liikuttavaan moottorin käyttölaitteeseen liitetyn peräsimen varren alapäähän, ja roottorin, joka on kiinnitetty lavan etureunan eteen kahteen suuntaan pyöriväksi, peräsimen ollessa keksinnön mukaan varustettu lisäroottorilla, joka on kiinnitetty lavan taka-30 reunaan kahteen suuntaan pyöriväksi.This object is achieved by a ship control device in which the rudder comprises a blade rigidly connected to the lower end of a rudder arm connected rigidly to the rudder-moving engine drive and a rotor mounted in front of the leading edge of the blade rotating in two directions, the rudder being provided with an additional rotor. attached to the rear edge of the platform 30 to rotate in two directions.

Roottori ja lisäroottori ovat mieluimmin yhtä kaukana lavan geometrisesta pyörintäakselista.The rotor and the auxiliary rotor are preferably equidistant from the geometric axis of rotation of the platform.

Roottorien tällainen sijainti vähentää peräsimen varren vääntömomenttia ja pienentää näin ollen peräsintä 35 liikuttavan moottorin kuormia, mistä on seurauksena sen , 80243 4 pienempi kuluminen, toisin sanoen pidempi käyttöikä.Such a position of the rotors reduces the torque of the rudder arm and thus reduces the loads of the engine moving the rudder 35, resulting in less wear, i.e. a longer service life.

Sivuvakaajan käsittävässä peräsimessä lisäroottori on kiinnitetty mieluimmin sivuvakaajan takareunaan.In a rudder comprising a side stabilizer, the additional rotor is preferably attached to the rear edge of the side stabilizer.

Tällainen lisäroottorin järjestely tekee mahdolli-5 seksi sivuvakaajan käsittävän peräsimen tehon lisäämisen siten, että peräsinvoimat lisääntyvät vielä pyörivien roottorien ja virtauksen välisestä hydrodynaamisesta vuorovaikutuksesta johtuen.Such an additional rotor arrangement makes it possible to increase the power of the rudder comprising a side stabilizer so that the rudder forces are further increased due to the hydrodynamic interaction between the rotating rotors and the flow.

Sivuvakaajan käsittävässä peräsimessä sivuvakaaja 10 voi olla peräsimen lapaa matalampi ja lisäroottori voidaan kiinnittää sivuvakaajan perään lavan korkeuden osalle.In a rudder comprising a side stabilizer, the side stabilizer 10 may be lower than the rudder blade and an additional rotor may be attached to the rear of the side stabilizer at a portion of the height of the platform.

Sivuvakaajan tällainen rakenne ja sen asentaminen lisäroottorin perään peräsimen korkeudelle mahdollistaa sekä sivuvakaajan käsittävän peräsimen tehon lisäämisen 15 että sivuvakaajan käyttölaitteeseen kohdistuvien kuormien vähentymisen, koska peräsimen voima lisääntyy roottorien pyörimisestä johtuen paineen jakautuessa uudelleen peräsimen lapaan, mutta ei sivuvakaajaan.Such a design of the side stabilizer and its installation at the stern height of the auxiliary rotor allows both an increase in the power of the rudder comprising the side stabilizer and a reduction in the loads on the side stabilizer drive as the rudder force increases due to rotor rotation.

Keksinnön mukainen laivan ohjauslaite, koska se 20 on rakenteeltaan suhteellisen yksinkertainen, tekee mahdolliseksi tuntuvasti suurempien sivuttaisvoimien aikaansaamisen ja tämän vuoksi laivojen ohjattavuuden parantamisen pienillä liikenopeuksilla.The ship steering device according to the invention, because it is relatively simple in construction, makes it possible to achieve considerably higher lateral forces and therefore to improve the maneuverability of ships at low speeds.

Lisäksi tuntuviin sivuttaisvoimiin voidaan päästä 25 muutettaessa peräsintä pienissä kulmissa ja jopa peräsintä muuttamatta. Tämä mahdollistaa peräsimen muuttamiseen tarvittavan ajan lyhentämisen, toisin sanoen ohjauslaitteen inertian ja tästä johtuen laivan ohjattavuuden parantamisen .In addition, appreciable lateral forces can be obtained by changing the rudder at small angles and even without changing the rudder. This makes it possible to reduce the time required to change the rudder, i.e. to improve the inertia of the steering gear and, consequently, the maneuverability of the ship.

30 Pienemmistä peräsinkulmista johtuen peräsintä lii kuttavan moottorin kuluminen vähenee.30 Due to the smaller rudder angles, the wear of the engine moving the rudder is reduced.

On oleellista, että roottorien pyörimisestä syntyy peräsimen sivuttaisvoimat joka vaikuttaa peräsintä muuttavaan suuntaan. Tämä tekee mahdolliseksi laivan ohjattavuu-35 den pitämisen yllä peräsimen ollessa 20-30° kulmassa, toi- 5 80243 sin sanoen ohjauslaitteen luotettavuuden lisääntymisen.It is essential that the rotation of the rotors generates lateral forces in the rudder which act in a direction that changes the rudder. This makes it possible to maintain the ship's maneuverability with the rudder at an angle of 20-30 °, i.e. an increase in the reliability of the steering device.

On myös huomattava, että laivan liikkuessa tietyllä matkanopeudella on mahdollista ohjata tietty vakaa kurssi tai käsitellä laivaa peräsintä muuttamatta, mikä mahdol-5 listaa ohjausinertian ja peräsintä liikuttavan moottorin kulumisen vähenemisen.It should also be noted that when the ship is moving at a certain cruising speed, it is possible to steer a certain stable course or handle the ship without changing the rudder, which allows for a reduction in steering inertia and wear of the engine moving the rudder.

Lyhyt selostus piirustuksistaBrief description of the drawings

Keksintöä selostetaan nyt yksityiskohtaisemmin viittaamalla sen erikoisrakenteisiin, jotka on tehty oheisiin 10 piirustuksiin liittyen, joissa kuvio 1 on osittainen sivuleikkauskuva keksinnön mukaisesta laivan ohjauslaitteesta, kuvio 2 on leikkaus, joka on otettu kuvan 1 linjaa II-II pitkin, suurennetussa mittakaavassa, 15 kuvio 3 on sivukuva sellaisesta laivan ohjauslait teesta, jossa keksinnön mukaisia roottoreita on asennettu yhtä suurille etäisyyksille lavan pyörintäakselista, kuvio 4 esittää poikkileikkausta sivuvakaajan käsittävästä peräsimestä, 20 kuvio 5 esittää sellaista laivan ohjauslaitetta, jossa sivuvakaaja ja lisäroottori on sijoitettu peräkkäin lavan korkeuden osalle, ja kuvio 6 esittää peräsimen sivuttaisvoimakertoimia pe-räsinkulmien käyriin nähden.The invention will now be described in more detail with reference to its special constructions made in connection with the accompanying drawings, in which Figure 1 is a partial side sectional view of a ship control device according to the invention, Figure 2 is a section taken along line II-II of Figure 1 on an enlarged scale; a side view of a ship control device in which the rotors according to the invention are mounted at equal distances from the axis of rotation of the platform, Fig. 4 shows a cross-section of a rudder comprising a side stabilizer, Fig. 5 shows a ship control device in which the side stabilizer and auxiliary rotor are arranged in succession lateral force coefficients with respect to the rudder angle curves.

25 Paras menetelmä keksinnön soveltamiseksi25 Best Mode for Carrying Out the Invention

Laivan ohjauslaite käsittää laivan runkoon asennetun peräsintä liikuttavan moottorin 1 (kuv. 1), käännettävään, peräsintä liikuttavaan moottoriin 1 kinemaattisesti liittyvän peräsimen varren 3 ja peräsimen 4. Peräsimen 30 varsi 3 ja peräsintä liikuttava moottori 1 voivat liittyä toisiinsa kinemaattisesti millä tahansa tarkoitukseen sopivalla tavalla. Peräsin 4 käsittää lavan 5, joka on yhdistetty jäykästi peräsimen varren 3 alapäähän, roottorin 6, joka on kiinnitetty lavan 5 etureunan eteen laivan potku-35 ria vastapäätä. Lisäroottori 8 on kiinnitetty lavan 5 taka- 6 80243 reunaan. Roottorit 6 ja 8 on kiinnitetty alapäistään laakeri tukiin 9, jotka on järjestetty peräsimen 4 lavan 5 alaosaan. Roottorien 6 ja 8 yläpäät on kiinnitetty laakeri-tukiin 10, jotka on järjestetty lavan 5 yläosaan 5a, joka 5 on tehty ontoksi ja jonka tehtävänä on antaa tila akselille 11 kartiohammaspyorien 12 ja 13 hammastuessa vastaavasti lisäroottorin 8 yläpäähän kiinnitettyyn kartiohanunaspyörään ja akseliin 16 kiinnitettyyn kartiohanunaspyörään 15. Akseli 16 liittyy kinemaattisesti käyttölaitteen 17 akseliin (exit) esitetty). Lavan 5 yläosassa 5a on myös tila roottoriin 6 kiinnitetylle hammaspyörälle 18 ja käyttölaitteen 21 akseliin (ei-esitetty) kinemaattisesti liittyvään akseliin 20 kiinnitetty hammaspyörä 19. Peräsimen varsi 3 on tehty ontoksi käyttölaitteiden 17, 21 ja akselien 16, 20 sijoitta-15 miseksi ja tuettu laakeriin 22 laivan runkoon 2. Laakeri 22 on varustettu laippatiivisteellä 23. Sen alaosassa on lavassa 5 akseli 24 (kuvat 1, 2), joka on järjestetty laivan runkoon 2. Akseli 24 on samassa linjassa peräsimen varren 3 kanssa ja muodostaa sen kanssa lavan 5 pyörintäakse-20 Iin.The ship's steering device comprises a rudder motor 1 mounted on the hull of the ship (Fig. 1), a rudder arm 3 kinematically connected to the reversible rudder motor 1 and a rudder 4. The arm 3 of the rudder 30 and the rudder motor 1 can be kinematically connected in any suitable manner. The rudder 4 comprises a blade 5 rigidly connected to the lower end of the rudder arm 3, a rotor 6 fixed in front of the front edge of the blade 5 opposite the propeller of the ship. An additional rotor 8 is attached to the rear edge of the blade 5 80243. The rotors 6 and 8 are fixed at their lower ends to bearing supports 9, which are arranged in the lower part of the blade 5 of the rudder 4. The upper ends of the rotors 6 and 8 are fixed to bearing supports 10 arranged in the upper part 5a of the blade 5, which 5 is hollow and serves to provide space for the shaft 11 as the bevel gears 12 and 13 engage the bevel gear and the shaft 16 attached to the upper end of the additional rotor 8, respectively. The shaft 16 is kinematically connected to the axis (exit) of the drive 17). The upper part 5a of the blade 5 also has space for a gear 18 attached to the rotor 6 and a gear 19 attached to the shaft 20 (not shown) kinematically connected to the drive shaft 21 (rudder arm 3 is hollow to accommodate the drives 17, 21 and shafts 16, 20 and supported bearing 22 to the hull 2. The bearing 22 is provided with a flange seal 23. At its lower part there is a shaft 24 in the pallet 5 (Figures 1, 2) arranged in the hull 2. The shaft 24 is in line with the rudder arm 3 and forms -20 Iin.

Käyttölaitteet 17 ja 21 on tehty suunnanvaihtoi-siksi roottorien 6 ja 8 pyörimissuunnan muuttamiseksi.The actuators 17 and 21 are made to reverse the direction of rotation of the rotors 6 and 8.

Peräsintä liikuttavan moottorin 1 kuormituksen vähentämiseksi roottori 25 (kuv. 3) ja lisäroottori 26 on si-25 joitettu yhtä suurille etäisyyksille 1 lavan 28 teometri-sestä pyörintäakselista. Keksinnön tässä rakenteessa roottorien 25 ja 26 pyöriminen saadaan aikaan hydraulisilla käyttölaitteilla, joissa on pumppuun 31 paineilmaputkilla 30 yhteydessä olevat hydromoottorit 29.In order to reduce the load on the rudder-moving motor 1, the rotor 25 (Fig. 3) and the auxiliary rotor 26 are placed at equal distances 1 from the theometric axis of rotation of the blade 28. In this construction of the invention, the rotation of the rotors 25 and 26 is effected by hydraulic actuators having Hydromotors 29 connected to the pump 31 by compressed air pipes 30.

30 Kun peräsimessä on sivuvakaaja 32 (kuv. 4), joka on järjestetty lavan 33 taakse, lisäroottori 34 on kiinnitetty sivuvakaajan 32 takareunaan.When the rudder has a side stabilizer 32 (Fig. 4) arranged behind the blade 33, an additional rotor 34 is attached to the rear edge of the side stabilizer 32.

Kuviossa 5 esitetty peräsin käsittää lavan 35 ja sivuvakaajan 36. Peräsimen lapa 35 liittyy kinemaattisesti pe-35 räsimen varren (ei-esitetty) välityksellä peräsintä liikut- 7 80243 tavaan moottoriin (ei-esitetty). Lavan 35 etureunassa on roottori 37 ja takareunassa on lisäroottori 38. Lisäroot-tori 38 ja sivuvakaaja 36 on sijoitettu peräkkäin lavan 35 korkeudelle. Roottori 38 voi olla sijoitettu joko sivuva-5 kaajan 36 alapuolelle tai sen päälle (ei-esitetty). Roottorit 37 ja 38 toimivat hydraulisten käyttölaitteiden avulla (ei-esitetty), jotka ovat mitä tahansa tarkoitukseen sopivaa rakennetta.The rudder shown in Figure 5 comprises a blade 35 and a side stabilizer 36. The rudder blade 35 is kinematically connected to the rudder motor (not shown) via a rudder arm (not shown). The front edge of the blade 35 has a rotor 37 and the rear edge has an additional rotor 38. The additional rotor 38 and the side stabilizer 36 are arranged successively at the height of the blade 35. The rotor 38 may be located either below or on top of the side 5 (not shown). The rotors 37 and 38 are operated by hydraulic actuators (not shown) of any suitable design.

Kaikki lisäroottorin asentamiseen liittyvät edut 10 käyvät selville ohjauslaitteen toimintaselostuksesta.All the advantages 10 associated with the installation of the additional rotor can be seen in the functional description of the control device.

Laivan ohjauslaite toimii seuraavasti:The ship's steering gear operates as follows:

Pienellä nopeudella liikkuvan ja keskellä laivaa olevan peräsimen 4 käsittävän laivan kääntämiseksi samanaikainen pyörintä kohdistetaan roottoriin 6 ja lisäroottoriin 15 8 käyttölaitteiden 17 ja 21 avulla. Roottorien 6 ja 8 pyöIn order to turn a ship with a rudder 4 moving at low speed and in the middle of the ship, the simultaneous rotation is applied to the rotor 6 and the auxiliary rotor 15 8 by means of drive devices 17 and 21. Rotors 6 and 8 rotate

rimissuunta sattuu yhteen virtausnopeuden kanssa peräsimen 4 tällä sivulla suunnassa, johon on saatava tietty sivut-taisvoima. Kun roottorit 6 ja 8 pyörivät yhteen suuntaan, kuten nuolilla A kuvassa 2 esitetään, niin siitä energias-20 ta johtuen, jonka ne kohdistavat nesteeseen, virtaus Bthe direction of rotation coincides with the flow velocity on this side of the rudder 4 in the direction in which a certain lateral force must be applied. When the rotors 6 and 8 rotate in one direction, as shown by the arrows A in Fig. 2, due to the energy they apply to the liquid, the flow B

kiihtyy peräsimen 4 sillä puolella, jossa virtauksen suunta on sama kuin roottorien 6 ja 8 pyörimissuunta, ja hidastuu peräsimen 4 vastakkaisella puolella, jossa virtaus suuntautuu roottorien 6, 8 pyörimissuuntaan nähden vastakkai-25 seen suuntaan. Virtauksen B kiihtyminen peräsimen 4 toisella puolella ja sen hidastuminen toisella puolella saavat aikaan tietyn paine-eron (+-) esiintymisen peräsimessä 4. Tästä on seurauksena, että peräsintä 4 muuttamatta vain roottorien 6, 8 pyörimisestä syntyy huomattava peräsimen 30 sivuttaisvoima Y, jonka vaikutuksesta laiva kääntyy. Tämän voiman arvo on yhteismitallinen niiden maksimivoimien kanssa, jotka voivat esiintyä prototyyppinä esitetyn ohjauslaitteen peräsimessä.accelerates on the side of the rudder 4 where the direction of flow is the same as the direction of rotation of the rotors 6 and 8, and decelerates on the opposite side of the rudder 4 where the flow is directed in the opposite direction to the direction of rotation of the rotors 6, 8. Acceleration of the flow B on one side of the rudder 4 and its deceleration on the other side cause a certain pressure difference (+ -) in the rudder 4. As a result, without changing the rudder 4 only the rotation of the rotors 6, 8 results in a considerable lateral force Y of the rudder 30. turns. The value of this force is commensurate with the maximum forces that may occur in the rudder of the prototype steering gear.

Tällainen päätelmä saa vahvistuksen kuvassa 6 esi-35 tetyillä koekäyrillä, jotka esittävät sivuttaisvoiman YSuch a conclusion is confirmed by the experimental curves shown in Figure 6, which show the lateral force Y

8 80245 kertoimien C riippuvuutta peräsinkulmista oi erityyppisiä peräsimiä varten.8 80245 dependence of coefficients C on rudder angles o for different types of rudders.

Käyrä I esittää ohjauslaitetta, jossa on vain peräsimen varteen jäykästi yhdistetty lapa. Käyrä II esittää 5 peräsintä sellaisessa ohjauslaitteessa, jossa roottori on sijoitettu lavan etureunan eteen (prototyyppi). Käyrä III esittää käsiteltävän keksinnön mukaisen ohjauslaitteen peräsintä, jossa roottori on sijoitettu lavan etureunan eteen ja lisäroottori on sijoitettu lavan takareunaan. Käyrä III 10 esittää, että keksinnön mukaisella peräsimellä, joka on asetettu nollakulmaan, peräsimen huomattava sivuttaisvoima esiintyy vain roottorien 6, 8 pyörimisestä johtuen mainitun voiman saavuttaessa huippuarvonsa peräsimen 4 ollessa muutettu pieninä kulmina (vain enintään 20°). Tämän voiman huippu-15 arvo on 1,5-2 kertaa suurempi kuin peräsimen maksimivoima prototyypissä (käyrä II). Sen vuoksi roottorien 6 ja 8 käynnistämisen jälkeen peräsintä 4 muutetaan kulmassa o( , joka on 20-30°, käännöksen nopeuttamiseksi. Tietty lisäys peräsimen 4 sivuttaisvoimassa prototyyppiin verrattuna ja 20 tietty vähennys kulmaan oi ja siis siihen aikaan, joka tarvitaan peräsimen 4 muuttamiseksi tällaisen voiman saamiseksi, tekevät mahdolliseksi laivan ohjattavuuden tuntuvan parantamisen pienellä nopeudella.Curve I shows a control device with only a blade rigidly connected to the rudder arm. Curve II shows 5 rudders in a control device in which the rotor is placed in front of the front edge of the platform (prototype). Curve III shows the rudder of the control device according to the present invention, in which the rotor is placed in front of the front edge of the blade and the additional rotor is placed in the rear edge of the blade. Curve III 10 shows that with a rudder according to the invention set at zero angle, a considerable lateral force of the rudder occurs only due to the rotation of the rotors 6, 8 when said force reaches its peak value when the rudder 4 is changed at small angles (only up to 20 °). The peak-15 value of this force is 1.5-2 times greater than the maximum rudder force in the prototype (Curve II). Therefore, after starting the rotors 6 and 8, the rudder 4 is changed at an angle o (which is 20-30 °) to accelerate the turn. A certain increase in the lateral force of the rudder 4 compared to the prototype and a certain decrease in the angle oi and thus the time required to change the rudder 4 enable a significant improvement in the maneuverability of the ship at low speed.

Tietty hydrodynaaminen vuorovaikutus syntyy pyörivien 25 roottorien 6 ja 8 välillä ja perustuu siihen, että kumpikin roottori käyttää hyväkseen sitä energiaa, jonka toinen roottori kohdistaa nesteeseen. Juuri tällaisen roottorien 6, 8 välisen vuorovaikutuksen vuoksi peräsimen 4 sivuttaisvoima Y kasvaa huomattavasti prototyyppiin verrattuna peräsinkul-30 mien oi koko alueella. Peräsimen 4 sivuttaisvoima kasvaa roottorien 6 ja 8 välisestä vuorovaikutuksesta johtuen suhteessa roottorien suhteellisen nopeuden lisääntymiseen jopa yli 3,5:ksi.A certain hydrodynamic interaction arises between the rotating rotors 6 and 8 and is based on the fact that each rotor utilizes the energy applied by the other rotor to the fluid. It is precisely because of this interaction between the rotors 6, 8 that the lateral force Y of the rudder 4 increases considerably over the entire range of the rudder angles. The lateral force of the rudder 4 increases due to the interaction between the rotors 6 and 8 with respect to the increase of the relative speed of the rotors up to more than 3.5.

On välttämätöntä mainita, että peräsinkulmien yli-35 täessä 20-30° peräsimen 4 ohjausveto ylittää tuntuvasti 9 80243 (1,5-2 kertaa) prototyyppiperäsimen vedon. Tämän johdosta laiva pystytään kääntämään hyvin pienillä nopeuksilla sen pitkittäisliikkeeseen nähden tai jopa poikittain, mikä parantaa myös sen ohjattavuutta.It is necessary to mention that at rudder angles above -35, the steering thrust of the rudder 4 at 20-30 ° significantly exceeds the draft of the prototype rudder 9 80243 (1.5-2 times). As a result, the ship can be turned at very low speeds relative to its longitudinal motion or even transversely, which also improves its maneuverability.

5 On huomattava, että käännettäessä peräsintä 4 root torien 6 ja 8 ollessa paikallaan siihen tulee tietty paine-ero liian ohennuksen esiintyessä imupuolella (-) ja liian paineen painepuolella (+), mistä johtuen peräsimen sivuttais-voima Y kasvaa. Sitten roottorit 6 ja 8 pannaan pyörimään 10 virtauksen suuntaan peräsimen 4 painepuolella (+). Roottorien 6, 8 ja virtauksen välisestä voimakkaasta hydrodynaamisesta vuorovaikutuksesta johtuen virtaus nopeutuu paine-puolella ja syntyy liiallinen ohennus, kun sen sijaan peräsimen 4 imupuolella virtaus hidastuu ja syntyy tietty 15 liiallinen paine, mistä johtuen peräsimen sivuttaisvoiman suunta muuttuu päinvastaiseksi. Sen vuoksi peräsimen 4 ollessa 20-30° välisessä peräsinkulmassa roottorien 6, 8 avulla on mahdollista saada aikaan peräsimeen 4 tietty sivuttais-voima, joka vaikuttaa mihin suuntaan tahansa roottorien pyö-20 rimissuunnasta riippuen, mikä lisää tuntuvasti ohjauslaitteen luotettavuutta.5 It should be noted that when turning the rudder 4 with the root motors 6 and 8 in place, a certain pressure difference occurs when there is too much thinning on the suction side (-) and too much pressure on the pressure side (+), as a result of which the rudder lateral force Y increases. The rotors 6 and 8 are then rotated 10 in the direction of flow on the pressure side (+) of the rudder 4. Due to the strong hydrodynamic interaction between the rotors 6, 8 and the flow, the flow accelerates on the pressure side and excessive thinning occurs, while on the suction side of the rudder 4 the flow slows down and a certain excessive pressure is generated, reversing the direction of the rudder lateral force. Therefore, when the rudder 4 is at a rudder angle of 20-30 °, the rotors 6, 8 make it possible to provide the rudder 4 with a certain lateral force acting in any direction depending on the direction of rotation of the rotors, which considerably increases the reliability of the control device.

Keksinnön mukainen ohjauslaite tekee myös mahdolliseksi peräsintä liikuttavan moottorin 1 kulumisen vähentämisen ensinnäkin peräsinkulmien pienentymisen vuoksi ja toi-25 seksi siksi, että tiettyä kurssia ohjataan vain pyörivien roottorien 6, 8 avulla, toisin sanoen peräsintä 4 muuttamatta.The control device according to the invention also makes it possible to reduce the wear of the rudder-moving motor 1, firstly because of the reduction in rudder angles and because a certain course is controlled only by the rotating rotors 6, 8, i.e. without changing the rudder 4.

Lisäksi kokeissa on todettu, että roottorien hydrodynaaminen vuorovaikutus saa aikaan huomattavan (kertoin-30 ta 2 suuremman), roottorien 6, 8 laakereihin vaikuttavien kuormien vähenemisen, mikä pienentää niiden kulumista.In addition, experiments have shown that the hydrodynamic interaction of the rotors results in a considerable (factor 30 or more) reduction in the loads acting on the bearings of the rotors 6, 8, which reduces their wear.

Lopuksi peräsinkulmien ollessa noin 90° ja roottorien 6, 8 pyöriessä vastakkaisiin suuntiin peräsimen 4 ohjaus-veto voi kasvaa tuntuvasti, mitä voidaan hyödyntää laivan 35 nopeuden vähentämiseen, nimenomaan hätätilassa.Finally, when the rudder angles are about 90 ° and the rotors 6, 8 rotate in opposite directions, the steering thrust of the rudder 4 can increase considerably, which can be utilized to reduce the speed of the ship 35, especially in an emergency.

10 8024310 80243

Keksinnön toisessa rakenteessa, jossa roottorit 25 ja 26 on sijoitettu samanlaiselle etäisyydelle 1 lavan 28 geometrisestä pyörintäakselista 27, se hydrodynaaminen momentti, joka esiintyy peräsimen muuttamisesta ja rootto-5 rien 25, 26 pyörimisestä johtuen ja siirretään peräsintä liikuttavaan moottoriin 1, on minimaalinen. Tämä tekee mahdolliseksi, että peräsimen kääntämiseen tarvittava energia ja peräsintä liikuttavan moottorin 1 kuluminen vähenevät.In another structure of the invention, in which the rotors 25 and 26 are spaced at a similar distance 1 from the geometric axis of rotation 27 of the blade 28, the hydrodynamic torque due to rudder change and rotation of the rotors 5, 26 is transferred to the rudder moving motor 1. This makes it possible to reduce the energy required to turn the rudder and the wear of the engine 1 moving the rudder.

Vielä eräässä keksinnön mukaisessa rakenteessa, jos-10 sa peräsimessä on sivuvakaaja 32 (kuv. 4) ja lisäroottori 34, joka on sijoitettu sivuvakaajan 32 takareunaan, peräsin toimii seuraavastiIn yet another structure according to the invention, if the rudder has a side stabilizer 32 (Fig. 4) and an additional rotor 34 located at the rear edge of the side stabilizer 32, the rudder operates as follows

Laivan kääntämiseksi peräsimen lapa 33 ja sivuvakaaja 32 käännetään tietyssä kulmassa, mistä johtuen lavan 15 33 ja sivuvakaajan 32 sivuilla esiintyy tietty paine-ero, toisin sanoen syntyy tietty sivuttaisvoima. Sitten rootto-reita 6 ja 34 pyöritetään lavan ja sivuvakaajan imupuolella olevan virtauksen kiihdyttämiseksi ja sen hidastamiseksi painepuolella, mikä aiheuttaa paine-eron lisääntymisen ja 20 sivuttaisvoiman kasvamisen.In order to turn the ship, the rudder blade 33 and the side stabilizer 32 are turned at a certain angle, as a result of which a certain pressure difference occurs on the sides of the blade 15 and the side stabilizer 32, i.e. a certain lateral force is generated. The rotor grooves 6 and 34 are then rotated to accelerate and decelerate the flow on the suction side of the blade and the side stabilizer, which causes an increase in the pressure difference and an increase in the lateral force.

Kun peräsimen sivuvakaaja 36 ja lisäroottori 38 ovat peräkkäin lavan 35 korkeuden osalla, peräsimen sivuttaisvoima kasvaa roottorien 37 ja 38 pyöriessä, koska paine-eron kasvu vaikuttaa vain peräsimen lapaan 35 sivuvakaajan 25 36 kuormien pysyessä muuttumattomina, eikä sen vuoksi tar vita voimanlisäystä sivuvakaajan 36 kääntämiseksi eikä näin ollen sen käyttölaitetta tarvitse suurentaa.When the rudder side stabilizer 36 and the auxiliary rotor 38 are successively at a portion of the height of the blade 35, the rudder lateral force increases as the rotors 37 and 38 rotate because the differential pressure only affects the rudder blade 35 while the side stabilizer 25 36 loads remain unchanged. therefore, its drive needs to be enlarged.

Julkistetun ohjauslaitteen, joka on asennettu 60 tonnin laivaan, suuri teho on vahvistettu kokeilla. Laivan 30 kiertohalkaisija on osoittautunut kertoimen 3-4 verran pie nemmäksi ja lyhyemmäksi kuin laivan pituus. Laiva suoritti liikkeitä tehokkaasti peräsintä muuttamatta ja käyttämällä vain roottorien pyörimistä peräsimen sivuttaisvoiman aikaansaamiseksi. Ohjausinertia väheni.The high power of the published steering device, which is installed on a 60-ton ship, has been confirmed to be tested. The circumferential diameter of the ship 30 has proven to be a factor of 3-4 smaller and shorter than the length of the ship. The ship performed the movements efficiently without changing the rudder and using only the rotation of the rotors to produce the lateral force of the rudder. Control inertia decreased.

35 Peräsimen ollessa kiinnitetty tarkoituksellisesti li 80243 enintään 20° kulmiin laiva pystyi tekemään käännöksiä mihin suuntaan tahansa.35 With the rudder intentionally attached to li 80243 at angles up to 20 °, the ship was able to make turns in any direction.

Teollinen sove1lettavuus Käsiteltävän keksinnön mukaista ohjauslaitetta voi-5 daan käyttää edullisimmin suurikokoisissa laivoissa.Industrial Applicability The control device according to the present invention can be most preferably used in large ships.

Sitä voidaan käyttää myös kalastusaluksissa, rannik-koaluksissa ja sisävesien kuljetuslaivoissa.It can also be used on fishing vessels, coastal vessels and inland waterway vessels.

Claims

A control device on a ship, in which a rudder (4) comprises partly a rudder blade (5), is rigidly connected to a lower end of a rudder shaft (3) which is movably connected to a thrust member of a control machine (1) and partly a rotor (6) which is reversibly rotatably arranged in front of the leading edge of the rudder blade (5), characterized in that the rudder (4) is provided with an additional rotor (8) which is reversibly rotatably arranged at the outward edge of the rudder blade (5).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a rotor (25) and an extra rotor (26) are spaced equally spaced (L) from the geometric pivot axis (27) of the rudder.

Apparatus according to claim 1, comprising a flap (32) arranged after a rudder bulb (33), characterized in that an additional rotor (34) is arranged at the exit edge (34) of the flap (32). 20

Apparatus according to claim 1, comprising a flap (36) arranged after a rudder blade (35), characterized in that the height of the flap (36) is less than the height of the rudder blade (35), and that an additional rotor (38) ) is arranged in series with the flap (36) in the height of the rudder blade (35).