FI82221C - Punson-styranordning. - Google Patents

Description

1 82221

Punson-ohjauslaite Tämä keksintö kohdistuu yleisesti laivanrakennukseen ja tarkemmin sanottuna se koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaisia virtauksen ohjauslaitteita laivojen eteenpäin-työntösuorituskyvyn parantamiseksi.

Esillä olevaa keksintöä voidaan soveltaa kaikentyyppisten yksi- ja kaksiakselisten laivojen suunnittelussa ja rakentamisessa .

Ennestään tunnetaan vetoisuudeltaan suurten, täyteläisten laivojen yhteydessä käytettäväksi tarkoitettuja ohjauslaitteita (vrt. esim. JP-patenttijulkaisua 47-20860). Tämä laite käsittää säteen tai vaakatason suuntaiset ohjaussiivet, jotka on kiinnitetty ulokepalkin tapaan laivan runkoon niin, että niiden vapaat päät sijaitsevat likimäärin potkuriympy-rän kehällä. Siivet on sovitettu molemmin puolin potkurin imupuolelle, ja niillä on vastakkainen profilointi kuin potkurilla, mikä saa aikaan siipien lentotyyppisen poikki-leikkausmuodon ja niiden järjestelyn eri kulmiin vaakatasoon nähden (vrt. kuviot 2, 3 ja 6, 7 JP-patenttijulkaisussa 47-20860). Tämä profilointi mahdollistaa potkuriin tulevan virtauksen suunnan muuttamisen potkurin pyörimissuuntaan nähden vastakkaiseksi, ts. virtaaman pyörtämiseksi potkurin pyörimissuuntaan nähden vastaisessa suunnassa. Tämän ansiosta häviöt potkurivirran pyörteisyyteen vähenevät, samalla kun työntöhyötysuhde suurenee. Siipien kärkien sijainti lähellä potkuriympyrän kehää sekä siipien leveyden yhtäsuuruus eivät kuitenkaan ole omiaan parantamaan ohjauslaitteen höytysuhdetta, eivätkä siipien pituus ja leveys pysty kumoamaan virtauksen alas taittumista laivan peräpäässä eivätkä ottamaan huomioon siipien vuorovaikutusta. Lisäksi siivet näissä laitteissa sijaitsevat potkurinakselin geometrisen keskiviivan kautta kulkevan vaakatason yläpuolella, mikä johtaa kuormituksen jakautumiseen epätasaisesti potkuriympyrän kehälle, ja sen seurauksena työnnön pienenemiskertoimen 2 82221 suurenemiseen. Yhdessä nämä edellä selitetyt tekijät vaikuttavat alentavasti esillä olevan laitteen höytysuhteeseen.

Lisäksi edellä selitetyt ohjauslaitteet, joissa on ohjaus-siivet molemmin puolin laivan runkoa, ovat tehokkaita pääasiassa vain yksipotkuristen, täyteläisten laivojen yhteydessä, koska, niin kuin tiedetään, pöhjakupupyörteiden esiintymisen johdosta virtaviivakuvalla laivan peräpäässä on omituisuuksia, joiden johdosta siipivastus laivan oikealla ja vasemmalla puolella on karkeasti yhtä suuri. Yksipot-kurisissa laivoissa, jotka ovat kohtuullisen täyteläisiä, ja kaksipotkurisissa laivoissa nämä laitteet eivät ole kovin tehokkaita, koska potkurin geometrisen keskiviivan kautta kulkevan pystytason oikealla puolella sijaitsevan potkurin pyöriessä myötäpäivään kehittyy lisävastusta virtauksen alastaipumisen johdosta. Tämä vastus muodostuu potkurin siipien negatiivisen, laivan kulkusuuntaa vastaan suunnatun noston johdosta. Tuloksena tämä lisänä tuleva potkurinsii-pivastus lähes täydellisesti kumoaa laitteen vaikutuksen, poistamalla pyörteisyyden potkurin kehittämästä virrasta.

Ennestään tunnetaan myös kaksipotkurisissa, vetoisuudeltaan suurissa laivoissa käytetty ohjauslaite, jonka siivet on kiinnitetty laivan rungon ja potkurin akselin navan väliin kiinnitettyyn tukielimeen (vrt. JP-patenttijulkaisu 46-6748). Tämän laitteen ohjaussiivissä ei ole lainkaan vapaita päitä, joten kärkipyörteitä ei siiven kärjistä irtoa kääntämään virtausta potkurin pyörintäsuunnan vastakkaiseen suuntaan. Lisäksi kannatin muodostaa lisävastuksen. Kun edellä sanottu otetaan huomioon, ohjauslaitteen tarjoamat edut ovat mitättömät.

Tämä keksintö kohdistuu sellaisen ohjauslaitteen aikaansaamiseen, jossa siivet on kiinnitetty laivan runkoon ja siipien ulottuvuudet ovat sellaiset, että ne mahdollistavat potkurivirtapyörteistä johtuvien energiahäviöiden pienentämisen.

li 3 82221 Tämä saavutetaan sen kautta, että ohjauslaitteelle, joka käsittää ainakin yhden siiven, joka on kiinnitetty ulokepal-kin tapaan laivan runkoon potkurin ylävirran puolelle, on tunnusmerkillistä se, että potkurin pyöriessä myötäpäivään siipi sijaitsee potkurin akselin geometrisen keskiviivan kautta kulkevan pystysuoran tason vasemmalla puolella ja potkurin pyöriessä vastapäivään siipi sijaitsee mainitun tason oikealla puolella, ja että siiven pituus on 1,1-1,5 kertaa niin suuri kuin potkurin lavan pituus.

Teoreettinen tutkimus ja kokeet ovat osoittaneet, että kun kyseessä on yksipotkurinen, kohtuullisen täyteläinen laiva, ohjaussiipien sovittaminen yhdelle puolelle laivaa ei aiheuta momenttia, joka pyrkii keinuttamaan laivaa vaakatasossa, koska siipien vastus on käytännöllisesti katsoen nolla siipien laivan kulkutietä kohti suunnatun positiivisen noston ansiosta.

Mieluimmin, silloin kuin käytetään kahta tai useampaa oh-jaussiipeä, ne ovat pituudeltaan ja leveydeltään eri suuruiset .

Tällainen ohjaussiipien sovitus ottaa huomioon virtauksen alastaipumisen ja siipien vuorovaikutuksen, mikä parantaa ohjauslaitteen hyötysuhdetta.

Yksipotkuriseen, täyteläiseen laivaan sovellettuna ohjauslaite, riippuen potkuriin kohdistetuista kuormituksista, suositeltavasti käsittää vähintään yhden lisäsiiven kiinnitettynä laivan runkoon potkurin ylävirran puolelle, vastakkaiselle puolelle siihen nähden, missä ensimmäinen ohjaus-siipi sijaitsee, ja tämän lisäohjaussiivenkin pituus on 1,1-1,5 kertaa potkurinsiiven pituus ja leveys enintään 0,4 kertaa potkurin säteen pituus, ja molemmat ohjaussiivet sijaitsevat niin, että ne eivät ole sen vaakatason yläpuolella, joka kulkee potkurinakselin geometrisen keskiviivan kautta.

4 82221

Lisäohjaussiipien käyttöönottaminen on edullista sen johdosta, että yhdellä puolella laivaa sijaitsevien siipien vastus saattaa aiheuttaa momentin, joka pyrkii keinuttamaan laivaa vaakatasossa, kun taas, koska ohjaussiipien vastus molemmin puolin laivaa on likimäärin yhtä suuri, mainittua momenttia ei synny. Ohjaussiipien sijoittaminen potkurin akselin geometrisen keskiviivan kautta kulkevan vaakatason alapuolelle varmistaa kuormien yhdenmukaisemman jakautumisen potkuriym-pyrän ympärille, pienentää imukerrointa ja siten parantaa eteenpäintyöntöhyötysuhdetta.

Kahta tai useampaa ohjaussiipeä tai lisäsiipiä käytettäessä ne mieluimmin ovat pituudeltaan ja leveydeltään eri suuret.

Tällainen ohjaussiipien sovitus on edullista, koska virtauksen alastaipumisen ja siipien yhteisvaikutuksen katsotaan johtavan ohjauslaitteen hyötysuhteen paranemiseen.

Esillä olevan keksinnön mukainen ohjauslaite tekee mahdolliseksi huomattavasti parantaa laivan eteenpäintyöntösuoritus-ta. Sitä voidaan käyttää laivoissa, joissa on joko avoimet tai verhotut potkurit. Laite on vähemmän monimutkainen valmistaa kuin samaan tarkoitukseen aiotut ennestään tunnetut laitteet.

Keksintöä selitetään nyt yksityiskohtaisemmin erään sen nimenomaisen sovellutusmuodon yhteydessä, oheisesta piirustusta hyväksikäyttäen, jossa:

Kuvio 1 on kaaviollinen esitys ohjauslaitteesta, joka käsittä yhden ohjaussiiven ja jota käytetään yksipotkurisessa laivassa, jolla on kohtuullisen täydet linjat (takaa katsottuna ); kuvio 2 esittää leikkausta, joka on otettu pitkin kuvion 3 viivaa II-II, keksinnön mukaisesta ohjauslaitteesta asennettuna kaksipotkuriseen laivaan; kuvio 3 esittää samaa kuin kuvio 2, perästä katsottuna; li 5 82221 kuvio 4 on perästä nähty kuvanto esillä olevan keksinnön mukaisen ohjauslaitteen eräästä modifioidusta muodosta, joka käsittää lisäsiiven ja on asennettu yksipotkurisen, täyteläisen laivan runkoon; ja kuvio 5 on perästä nähty kuvanto esillä olevan keksinnön mukaisen ohjauslaitteen eräästä toisesta modifikaatiosta, joka käsittää kaksi lisäohjaussiipeä asennettuina yksipotku-riseen, täyteläiseen laivaan.

Kuvion 1 mukaan yksipotkurisen, kohtuullisen täyteläisen laivan runkoon on kiinnitetty ohjauslaite, joka koostuu yhdestä ohjaussiivestä 2, joka on kiinnitetty laivan runkoon 1 ulokepalkin tapaan, ylävirtaan potkurista, jonka ympyrä 3 on esitetty katkoviivalla. Kun kyseessä on oikeakätinen, myötäpäivään pyörivä potkuri, niin kuin nuoli A kaikissa kuvioissa osoittaa, ohjaussiipi 2 on sovitettu sen pysty-tason B vasemmalle puolelle, joka kulkee potkurin akselin 4 geometrisen keskiviivan kautta.

Kun potkuri on vasenkätinen, ohjaussiipi on itse asiassa kuvion 1 peilikuva, so. ohjaussiipi 2 sijaitsee tason B oikealla puolella. Yhden ohjaussiiven käsittävää sovitusta käytetään normaalisti laivoissa, joiden potkurit ovat verraten kohtuullisesti kuormitetut.

Ohjaussiiven 2 pituus 1 on 1,1-1,5 kertaa potkurin siiven 5 pituus L, ja ohjaussiiven 2 leveys ei ole pienempi kuin 0,4 kertaa potkurin säde. Tällaisilla ohjaussiiven 2 sovituksilla ja mitoilla saavutetaan huomattava laivan työn-tösuorituksen parannus optimoimalla siiven 2 asema laivan rungolla 1 ja valitsemalla sille optimipituus 1 ja -leveys, jolloin on huolellisesti otettava huomioon virtauksen alas-taipuminen ohjaussiiven 2 kohdalla. Ohjaussiiven 2 sovitus ja mitat sekä siiven ääriviivojen ordinaatat ja edulliset osumakulmat määritetään laskemalla.

6 82221

Rungoltaan kohtuullisen täyteläiseen, yksipotkuriseen laivaan voidaan asentaa useita ohjaussiipiä, riippuen potkuriin kohdistuvista kuormituksista, ja nämä siivet sijoitetaan potkurin akselin geometrisen keskiviivan kautta kulkevan pystysuoran tason vasemmalle tai oikealle puolelle, jälleen-riippuen potkurin akselin pyörimissuunnasta. Ohjaussiivet voidaan myös sijoittaa joko vaakasuoraan tai säteen suuntaisiksi ja niiden pituudet ja leveydet voivat vaihdella, joskin pituuden on oltava 1,1-1,5 kertaa potkurin siiven pituus, ja leveys ei saa olla pienempi kuin 0,4 kertaa potkurin säde. Nämä mittasuhteet määrätään ottaen huomioon virtauksen alastaipuminen ja siipien keskinäinen vaikutus toiminnan aikana.

Niinkuin kuviosta 2 näkyy, kaksipotkurisen laivan potkurei-den 6 tapauksessa, jotka pyörivät laivan laitoihin päin, niin kuin parhaiten näkyy kuvion 3 nuolen A osoituksesta, ohjauslaite on kiinnitetty kunkin potkuriakselin 8 hoikkiin 7. Nämä kaksi ohjauslaitetta ovat symmetriset halkaisija-tasoon D nähden. Tästä lähtien kaikki, mikä koskee yhtä selitettävää ohjauslaitetta, koskee samalla tavoin myös toista ohjauslaitetta.

Ohjauslaitteessa on kaksi ohjaussiipeä 9 ja 10 sovitettuina säteen suuntaisiksi ja kiinnitettyinä ulokepalkin tapaan potkurin akselin 8 hoikkiin 7. Potkurin akselin holkki 7 on jäykästi kiinnitetty laivan runkoon 11, niin että se on sen kanssa samaa kappaletta. Ohjaussiipien 9 ja 10 pituudet li ja 12 optimoidaan eri suuriksi, joskaan ne eivät koskaa ylitä 1,5 kertaista potkurinsiiven 6 pituutta (kuvio 2); leveydet bi ja b2 ovat samoin eri suuret, mutta eivät pienemmät kuin 0,4 kertaa potkurin 6 (kuvio 2) säde R (kuvio 3). Ohjaussiipien 9 ja 10 käytettävä lukumäärä määritetään myös potkurin 6 kuormituksesta riippuen.

Kuvio 4 esittää yksipotkurista, täyteläistä laivaa, joka on varustettu lisäohjaussiivellä 12, joka on kiinnitetty toisesta päästään laivan runkoon vastakkaiselle puolelle 11 7 82221 siihen puoleen nähden, johon on kiinnitetty ohjaussiipi 14 potkurinakselin 15 geometrisen keskiviivan kautta kulkevan tason B vasemmalle puolelle. Ohjaussiipien 14 ja 12 pituus on sama, ja pienempi kuin 1,5 kertaa potkurin siiven pituus ja siipien 14 ja 12 leveys ei ole pienempi kuin 0,4 kertaa potkurin R säde.

Yksipotkurisessa, täyteläisessä laivassa voidaan vaihtoehtoisesti käyttää useita ohjaussiipiä 16 ja 17 ja useita lisäohjaussiipiä 18 ja 19, kuten parhaiten näkyy kuviosta 5. Kaikki ohjaussiivet 16, 17, 18 ja 19 eroavat toisistaan pituudeltaan ja leveydeltään toiminnan aikana tapahtuvan virran alas taipumisen ja siipien keskinäisen vuorovaikutuksen huomioonottamiseksi. Tätä monisiipistä rakennetta käytetään mieluimmin laivoihin, joissa potkurit ovat raskaasti kuormitetut.

Keksinnön mukainen ohjauslaite toimii seuraavasti:

Laivan kulkiessa eteenpäin ohjaussiivet 9 ja 10 vaikuttavat potkuria 6 kohti kulkevan virran E (kuvio 2) pyörtämiseksi suuntaan, joka on vastakkainen potkurin 6 pyörintäsuunnalle, jota nuoli A osoittaa. Tämä virtaus E yhtyy sitten potkurin 6 kehittämään virtaukseen, jonka suunta on vastakkainen. Tämän yhtymisen tuloksena osa potkurin 6 virtauksen pyörtä-miseen kuluneesta energiasta palaa potkuriin 6 suurentuneena työntönä ja olennaisesti yhtä suurena energiamääränä, kuin on kulunut, siten parantaen laivan työntösuoritusta, mikä on todistettu sarjalla malli- ja avovesikokeita, joissa on testattu monia erilaisia siipimuotoja.

Edellä selitetystä ohjauslaitteesta on muitakin sovellutus-muotoja, ja ne toimivat samaan tapaan.

Erilaisilla vesikulkuneuvoilla suoritetut malli- ja täysimittakaavaiset testit ovat osoittaneet, että käyttämällä esillä olevan keksinnön tunnusmerkit käsittävää ohjauslaitetta voidaan työntöä suurentaa jopa 5-10 %, mikä lopulta merkitsee vastaavaa energiankulutuksen pienenemistä tietyllä 8 82221 laivan nopeudella, eli samansuuruista polttoaineen säästöä. Keksinnön mukaisille ohjauslaitteen prototyypeille on suoritettu avovedessä täysimittakaavaisia testejä täyteläisillä laivoilla ja kohtuullisen täyteläisillä laivoilla. Nämä testit ovat todistaneet ohjauslaitteen tehokkuuden edellä mainittujen rajojen puitteissa.

Toiminnallisen luotettavuuden tarkistamiseksi on esillä olevan keksinnön tunnusmerkit käsittävän laitteen koemalleja altistettu pitkäaikaisille kokeille. Yhtään ohjaussiiven särkymistä tai vahingoittumista ei ole merkitty muistiin kokeiden päättyessä.

Täysimittakaavaiset testit ovat osoittaneet, että keksinnön mukainen ohjauslaite ei vaikuta sen laivan tärinäominaisuuk-siin, johon se on asennettu.

Il

Claims (4)

9 82221

1. Ohjauslaite, joka käsittää vähintään yhden siiven (2), jolla on vastakkainen profilointi kuin potkurilla, ja erilainen muoto tasossaan ja jonka leveys on vähintään 0,4 kertaa potkurin säteen (R) pituus, jolloin siipi on kiinnitetty ulokepalkin tapaan laivan runkoon (1) ja laivan perän taakse järjestetyn potkurin imupuolelle, tunnettu siitä, että potkurin pyöriessä myötäpäivään siipi (2) sijaitsee potkurin akselin (4) geometrisen keskiviivan kautta kulkevan pystysuoran tason (B) vasemmalla puolella, ja potkurin pyöriessä vastapäivään siipi (2) sijaitsee mainitun tason oikealla puolella, ja että siiven (2) pituus (1) on 1,1- 1,5 kertaa niin suuri kuin potkurin lavan (5) pituus (L).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjauslaite, tunnettu siitä, että kun käytetään kahta tai useampaa ohjaussiipeä (9, 10), niillä on eri suuret pituudet (li, 12) ja leveydet (bi, ba)·

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjauslaite, tunnettu siitä, että yksipotkurisessa, täyteläisessä laivassa on vähintään yksi lisäohjaussiipi (12), jossa on vastakkainen profilointi kuin potkurilla ja joka on kiinnitetty ulokepalkin tapaan laivan runkoon (13), potkurin imupuolelle, rungon vastakkaiselle puolelle siihen puoleen nähden, johon ohjaus-siipi (14) on kiinnitetty, ja että lisäohjaussiiven (12) pituus on 1,1-1,5 kertaa niin suuri kuin potkurin lavan pituus (L) ja että siipi (14) ja lisäsiipi (12) eivät sijaitse sen vaakasuoran tason yläpuolella, joka kulkee potkurin akselin (15) geometrisen keskiviivan kautta.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen ohjauslaite, tunnettu siitä, että silloin kun käytetään kahta tai useampaa siipeä (16, 17) ja lisäsiipiä (18, 19), ne kaikki ovat leveydeltään eri suuret. 10 82221