LV14429B - Vibrating actuator of hydrodynamic fin - Google Patents
Vibrating actuator of hydrodynamic fin Download PDFInfo
- Publication number
- LV14429B LV14429B LVP-11-120A LV110120A LV14429B LV 14429 B LV14429 B LV 14429B LV 110120 A LV110120 A LV 110120A LV 14429 B LV14429 B LV 14429B
- Authority
- LV
- Latvia
- Prior art keywords
- fins
- housing
- fin
- wings
- hydrodynamic
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Izgudrojuma aprakstsDescription of the Invention
Izgudrojums attiecas uz ūdens transportlīdzekļu pievadiem un var tikt izmantots zem ūdens peldošo līdzekļu (robotzivju, zemūdeņu u.c) kustības nodrošināšanai.The invention relates to the propulsion of watercraft and can be used for the movement of submersible craft (robotic fish, submarines, etc.).
Zināmā atehnikas līmeņa analīzeAnalysis of known state of the art
Ir zināmi hidrodinamiskie spuras tipa vibrokustinātāji, kurus izmanto kustības nodrošināšanai ūdenī kuģiem, laivām, zemūdens zivīm-robotiem, kuteriem [1, 2], To būtiskākie trūkumi ir nepietiekams vilcējspēks, paaugstināta korpusa hidrodinamiskā pretestība, kustības nestabilitāte kursa virzienā, zems lietderības koeficients un rezultātā - neliels kustības ātrums.Hydrodynamic fin-type vibratory motors are known to be used to provide motion in water to vessels, boats, submersible robots, launches [1, 2]. Their major drawbacks are inadequate traction power, increased hull hydrodynamic drag, course motion instability, - low speed.
Piedāvātajam izgudrojumam vistuvākais pēc tehniskās būtības un sagaidāmā rezultāta ir hidrodinamiskais spuras vibrokustinātājs, kas sastāv no piedziņas, pārneses mehānisma un divām vienādām rievainas formas spurām [3] (pieņemts par prototipu). Pie kam iekārtas piedziņa un pārneses mehānisms ir realizēti ar zināmām tehniskām metodēm (piemēram, piedziņa var būt elektromagnētiska, no elektrodzinēja, no elektiskā soļdzinēja vai hidrauliskā cilindra. Savukārt pārneses mehānisms var būt izveidots kā kloķa vai kulises mehānisms, reduktora iekārta vai to kombinācija.The closest to the present invention, in terms of its technical nature and expected result, is a hydrodynamic fin vibrator, which consists of a drive, a transmission mechanism and two identical ribbed fins [3] (assumed as a prototype). In addition, the drive and transmission mechanism of the device are realized by known technical methods (for example, the drive may be electromagnetic, electric motor, electric stepping motor or hydraulic cylinder. The transmission mechanism may be designed as a crank or bevel mechanism, gear unit or a combination thereof.
1.attēlā ir parādīta prototipā definētā spuras konstrukcija, kas izveidota plānsienas puscilindra teknes formā 1, kuras izliektā puse ir vērsta kustības virzienā no peldlīdzekļa gareniskās ass („atvēziena” virzienā). Priekšdaļa, aizmugures daļa un horizontālās maliņas ir iemontētas rāmī 2, kura priekšdaļa ir piestiprināta vārpstai 3 (spuras rotācijas asij), kura savukārt ir saistīta ar vibrokustinātāja piedziņas mehānismu. Spuras puscilindra augšējās un apakšējās malas ir taisnas. Spuras ģeometriskie parametri (garums L, izliektā loka garums pa perimetru B, rādiuss R un biezums §) ir izvēlēti tā, lai, spurai kustoties virzienā uz peldlīdzekļa garenisko asi U.sakļaušanās”), tekne saglabātu savas gareniskās ass līdzsvara stabilu taisnlīnijas formu, bet pretējā virzienā („atvēziens”) hidrodinamisko spēku ietekmē gareniskās ass līdzsvara līnijas forma izliektos (spuras brīvais gals noliecas peldlīdzekļa garenisksā ass virzienā).Figure 1 shows the design of a fin as defined in the prototype, in the form of a thin-walled semi-cylinder gutter 1, the curved side of which is directed in the direction of travel from the longitudinal axis of the craft ("retraction"). The front, the rear and the horizontal edges are mounted in a frame 2, the front of which is attached to a shaft 3 (fin rotation axis), which in turn is connected to a vibrating actuator drive mechanism. The upper and lower edges of the fin half-cylinder are straight. The geometric parameters of the fin (length L, circumference B, radius R and thickness §) are chosen such that the trap maintains a stable straight line shape as its traverse towards the longitudinal axis of the craft "). in the opposite direction ("retraction"), the hydrodynamic force is influenced by the shape of the balance line of the longitudinal axis (the free end of the fin inclines towards the longitudinal axis of the craft).
Peldlīdzekļa virsskats ar divām puscilindra formas spurām parādīts 2.attēlā. Spurām atvirzoties no peldlīdzekļa gareniskās ass („atvēzienā”), tās zaudē stabilitāti un noliecas, kā parādīts shēmā. Spuru maksimālajā atvirzes leņķī („atvēziena” nobeigums) to kustība uz mirkli apstājas. Šajā mirklī hidrodinamiskie spēki nedarbojas, un spuras iztaisnojas iekšējā elastības spēka ietekmē, kas bija radies pārliekuma vietā. Spuru kustība pretējā virzienā (uz peldlīdzekļa garenisko asi - „sakļaušanās”) notiek iztaisnotā stāvoklī. Pateicoties spuras cikliskajiem pārliekumiem izdodas būtiski samazināt bremzējošos spēkus „atvēziena” laikā un tādējādi paaugstināt spuras vibrokustinātāja darbības efektivitāti.The top view of the craft with two semi-cylindrical fins is shown in Figure 2. As the fins move away from the longitudinal axis of the craft ("in the upward direction"), they lose their stability and lean as shown in the diagram. At the maximum angle of retraction of the fins (end of the "shoot"), their movement stops momentarily. At this point, the hydrodynamic forces do not work and the fins are straightened by the internal elastic force that was generated at the point of overhang. The movement of the fins in the opposite direction (towards the longitudinal axis of the craft - "collapse") occurs in a straightened position. Thanks to the cyclic overhang of the fins, it is possible to significantly reduce the braking forces during "kickback" and thus increase the efficiency of the fin vibrator.
Prototipam ir sekojoši trūkumi:The prototype has the following disadvantages:
- spuru novietojums peldlīdzekļa pakaļgalā samazina vilcējspēku tādēļ, ka tās atrodas ūdens plūsmas turbulences virpuļu ..hidrodinamiskajā ēnā”, kas samazina apteces ātrumu un rezultātā vilcējspēku;- the positioning of the fins at the rear of the craft reduces traction due to their presence in the ..hydrodynamic shade of the turbulent whirlpools of the water stream ', which reduces the rate of collapse and, consequently, traction;
-tāda veida spuras, tāpat kā citas spuras, rada nepietiekamu vilcējspēku arī plūsmas zudumu dēļ - pārtece pār maliņām un citi zudumi, pie kam vilcējspēks samazinās arī pretstraumes plūsmas rašanās dēļ, kas raksturīga prototipam;- fins of this type, like other fins, cause insufficient traction due to flow loss - edges overflow and other losses, whereby traction also decreases due to the backflow characteristic of the prototype;
- korpusa palielināta hidrodinamiskā pretestība, kas izskaidrojama ar spuru novietojumu, jo spuru, to stiprināšanas mehānismu un piedziņas izvietojums neļauj izveidot astes daļu plūdlīnijas formā, kam būtu minimāla hidrodinamiskā pretestība;- increased hydrodynamic resistance of the hull, due to the positioning of the fins, since the arrangement of the fins, their attachment mechanisms and drive prevents the tail from forming in a streamlined form with minimal hydrodynamic resistance;
- neliela kustības noturība kursa virzienā (attiecībā pret vertikālo asi), kas ir izskaidrojama tādējādi, ka spuras rada vilcējspēku, kas nav pielikts zemūdens peldlīdzekļa smaguma centrā, un tāpēc rodas destabilizējošais moments (smaguma centra nesakritība var rasties neprecīzas tehnoloģiskās montāžas vai citu iemeslu dēļ; novirzes no kursa, kas rada papildus enerģijas patēriņu kustības nodrošināšanai, ir mazākas, salīdzinot ar vienspuras vibrokustinātāju, bet tomēr ir jūtamas spuru izgatavošanas tehnoloģisko procesu pielaižu dēļ);- Slight course motion (with respect to the vertical axis), which is explained by the fact that the fins produce a tractive force that is not applied to the center of gravity of the submarine, resulting in a destabilizing moment (misalignment of center of gravity or other reasons; deviations from the course that generate additional energy consumption for the movement are smaller in comparison with the single-jaw vibrator, but are still noticeable due to the tolerances of the technological processes of the fin production);
-zems lietderības koeficients, ko rada iepriekšminētie trūkumi, un kopumā - neliels kustības ātrums.- low efficiency due to the aforementioned disadvantages, and in general low speed.
- papildus var atzīmēt, ka spuru izgatavošana puscilindra formā un to nostiprināšana pakaļgalā ir veiksmīga tikai cilindriska korpusa gadījumā, tādēļ sašaurinās to pielietošanas iespējas.- In addition, it can be noted that the manufacture of fins in the form of a semi-cylinder and their anchoring at the rear is only successful in the case of a cylindrical body, thus limiting their applicability.
Att.3a ir parādīta ūdens plūsmu savstarpējā iedarbība, spurām 1 kustoties virzienā uz peldlīdzekļa garenisko asi („sakļaušanās”), par piemēru no visām plūsmām izvēloties divu strūklu sadursmi. Pie nostiprināta korpusa no spurām atgrūstās plūsmas 2 un 3 ar vienādu ātrumu vi katrā laika momentā ir perpendikulāras spuras virsmai. Tām saduroties, veidojas plūsma 4 ar ātrumu v?, kas rada vilcējpēku P. Spurām turpinot sakļauties, veidojas pretplūsma 5 ar ātrumu v3, kas samazina vilcējpēku P, kas kļūst arvien lielāks apgriezti proporcionāli leņķim starp spurām. Visbeidzot, kad spuras ir paralēlas, plūsmas v3 un v3 kļūst vienādas, bet vilcējspēks ir vienāds ar nulli. Tādējādi pretplūsmas rašanās ir viens no svarīgiem iemesliem, kādēļ samazinās vilcējspēksFig. 3a shows the interaction of water streams as the fins 1 move in the direction of the longitudinal axis of the craft ("collapse"), choosing between two streams as an example of all streams. The fins 2 and 3 flush with the fixed housing at a constant velocity vi are perpendicular to the surface of the fins at each point in time. When they collide, the flow 4 at a velocity v? Is generated, which produces a traction force P. As the fins contract further, the counterflow 5 at a velocity v 3 is produced which reduces the traction force P, which becomes inversely proportional to the angle between the fins. Finally, when the fins are parallel, the flows v 3 and v 3 become equal, but the traction force is zero. Thus, the emergence of backflow is one of the important reasons for the reduction in traction
5.5.
Izgudrojuuma mērķis un būtībaPurpose and substance of the invention
Izgudrojuma mērķis ir spuras vibrokustinātāja darbības efektivitātes paaugstināšana, kas tiek sasniegta tādējādi, ka spuras ir izvietotas korpusa priekšgalā un tās ir „ velkošās”. Spuru iekšējās virsmas pilnībā sakrīt ar zemūdens peldlīdzekļa korpusa ārējo virsmu un piekļaujas tam spuru sakļaušanas fāzē. Virs spurām augšpusē un apakšpusē ir uzstādītas pie korpusa piestiprinātas nesošās slodzes plāksnītes trijstūra formā (spārni), kasir izgatavotas no plāna un cieta materiāla un paaugstina spuras vibrokustinātāja darbības efektivitāti.The object of the invention is to increase the operating efficiency of the fin vibrator, which is achieved by the fins being located at the front of the housing and being "pulling". The inside surfaces of the fins are fully coincident with the outer surface of the submersible craft and adhere to it during the folding phase. Above the fins, there is a triangular shape (wings) of load-bearing plates attached to the hull, which are made of thin and solid material and increase the efficiency of the vibrator of the fins.
Lai paskaidrotu piedāvātā spuras vibrokustinātāja darbības principus un pamatotu tā priekšrocības salīdzinājumā ar prototipu, aprakstam ir pievienoti sekojoši grafiskie materiāli:In order to explain the working principles of the proposed fin vibrator and justify its advantages over the prototype, the following graphic material is attached to the description:
- 1 .att. ir parādīta prototipa spuras konstrukcija plānsienu puscilindra teknes formas veidā (sānskats);- Fig. 1 shows the design of a prototype fin in the form of a thin-walled semi-cylindrical chute (side view);
- 2.att. ir parādīta prototipa vibrokustinātāja darbības shēma ar divām puscilindra teknes formas spurām, kas ir novietotas korpusa pakaļgalā;- Fig. 2 Shown is a schematic of a prototype vibrator with two semi-cylindrical spout fins at the rear of the housing.
- 3a.att., 3b.att. un 3c.att. ir parādīta ūdens plūsmu savstarpējā iedarbība, prototipā definētajām spurām kustoties virzienā uz peldlīdzekļa asi (sakļaušanās);- Fig. 3a, Fig. 3b and Fig. 3c. the interaction of the water flows with the fins defined in the prototype moving towards the axis of the craft (collapse) is shown;
- 4a.att., 4b.att. un 4c.att. ir parādīts zemūdens peldlīdzekļa korpusa kopskats ar piedāvāto hidrodinamisko spuras vibrokustinātāju.- Fig. 4a, 4b. and Fig. 4c. shows an overview of the underwater craft hull with the proposed hydrodynamic fin vibrator.
4a attēlā ir parādīts korpusa 1 kopskats ar nostiprinātiem četriem trijstūrveida plakaniem spārniem 2 (divi katrā pusē), kuru iekšpusē ir uzstādītas puscilindra teknes formas spuras 3. Spuru rotācijas asis ir novietotas maksimāli uz priekšu līdz pat plaknei, kur beidzas galvas pāreja uz korpusa vidusdaļu. Tas ļauj spuras profilu izveidot pēc iespējas vienkāršu, tehnoloģiski viegli izgatavojamu. Maksimālais spuru atlieces leņķis ir tāds, ka atvēzienā to augšējās un apakšējās maliņas 4 (3b.att.) sakrīt ar plakano spārnu 2 priekšējām maliņām 5, atvēziena beigās aptverot pusnoslēgtu telpu starp spārniem, spurām un korpusu. Pie korpusa piestiprināto spārnu garums ir vienāds ar spuru garumu.Figure 4a shows a general view of the body 1 with four triangular flat wings 2 (two on each side) mounted inside a semi-cylindrical gutter fin 3. The fin rotation axes are positioned forward to the plane where the head passage to the center of the body ends. This allows the fin profile to be as simple as possible, technologically easy to make. The maximum angle of inclination of the fins is such that, in the fold, their upper and lower edges 4 (Fig. 3b) coincide with the leading edges 5 of the flat wings 2, enclosing a semi-enclosed space between the wings, fins and hull. The wings attached to the hull shall be equal to the length of the fins.
Izvērtējot optimālās formas, ko daba radījusi peldošiem objektiem (zivīm), var secināt, ka šķērsgriezums tiem nav apaļš riņķis, bet gan saspiests (3c. att.). Tādēļ, ašķiribā no prototipa, arī spuras šķērsgriezumā nav riņķa daļa (puscilindrs), bet spuru iekšējās virsmas pilnībā sakrīt ar zemūdens peldlīdzekļa korpusa ārējo virsmu un piekļaujas tam spuru sakļaušanās fāzē. Lai nodrošinātos pret sānsveri un uzturētu kursa stabilitāti, korpusam 1 ir piestiprināts ķīlis 6 (l.att.) ar pagriešanas stūri 7 un stabilizatoru 8, kas vērsts trieciena leņķīEvaluating the optimum shapes created by nature for floating objects (fish), it can be concluded that the cross-section is not circular but compressed (Fig. 3c). Therefore, in the axial axis of the prototype, the fins also do not have a circular section (half-cylinder), but the inside surfaces of the fins completely overlap with the outer surface of the underwater craft body and adhere to it during the folding phase. In order to guard against slope and maintain course stability, a wedge 6 (Fig. 1) is attached to the housing 1 with a pivoting corner 7 and a stabilizer 8 directed at the impact angle.
Pārvietošanās tiek nodrošināta, kustinot spuras 3, kas līdzīgi kā prototipam atvēzienā zaudē formas stabilitāti, samazinot radušos bremzējošo spēku. Atvēziena beigās, kad ūdens aizpilda izveidoto pusnoslēgto telpu starp spārniem 2, korpusu 1 un spurām 3. sākas spuru kustība pretējā virzienā uz korpusu. Tiek izspiesta ūdens masa no pusnoslēgtās telpas. Pie tam, pateicoties noslēgtā pusloka formai, ūdens izspiešanas ātruma virziens ir paralēls koipusa asij. Tiek izspiests viss pusnoslēgtajā telpā esošais ūdens daudzums, jo praktiski nenotiek ūdens plūsmas pārtece pār spuras maliņām. Pilnīgi ir novērsta pretstraumes pretestība, kas ir novērojama prototipam. Spuras kopā ar spārniem un korpusu darbojas līdzīgi virzuļa sūknim, izspiežot no dobuma visu pusnoslēgtajā telpā atrodošos ūdeni „līdz pēdējai lāsei” un tikai virzienā, kas pretējs kustības virzienam. Tādēļ pie vienāda spuru virsmas laukuma prototipam un piedāvājamam izgudrojumam ievērojami pieaug vilcējspēks P un lietderība;, koeficients.Movement is achieved by moving the fins 3, which, similar to the prototype in the slant, lose shape stability, reducing the resulting braking force. At the end of the turn, when the water fills the created semi-enclosed space between the wings 2, the housing 1 and the fins 3, the fins move in the opposite direction to the housing. The mass of water is expelled from the semi-enclosed space. In addition, due to the shape of the closed semicircle, the direction of the water displacement velocity is parallel to the axis of the cusp. The entire amount of water in the semi-enclosed space is squeezed out because there is virtually no flow of water over the fins. The upstream impedance seen on the prototype has been completely eliminated. The fins, along with the wings and housing, operate in a similar way to a piston pump, squeezing all the water in the semi-enclosed space "down to the last drop" and only in the opposite direction of motion. Therefore, at the same surface area of the fins, the pulling force P and the efficiency ;, coefficient significantly increase with the prototype and the proposed invention.
Ņemot vērā minētās priekšrocības, ir sagaidāms pozitīvs ekonomiskais efekts no piedāvātā izgudrojuma praktiskās realizācijas iespējas.In view of these advantages, a positive economic effect from the practical realization of the proposed invention is expected.
Izmantotie informācijas avoti:Used information sources:
1. IJļi>i<ļ>aHCKHH C., Bn6a Ή., ΉκγιπεΒπη B., KpyycMaa M., Menuui B. HccueņoBaHne pa6oTi>i nnaBHHKOBoro ΑΒίηκΗτεπζ rnņpo6HOHTa // JļnHaMiiKa Bn6poyaapHbix (chjibho HejiHHeuHBDc) cncTeM “DYVIS-2009”. C6opHHK τρνγοΒ 16 CHMno3nyMa. - MocKBa-3BeHiiropoņ: PoccuucKaa AKaņeMna HayK, 2009, c. 385 - 392.1. IJli> i <l> aHCKHH C., Bn6a Ή., ΉκγιπεΒπη B., KpyycMaa M., Menuui B. HccueñoBaHne pa6oTi> i nnaBHHKOBoro ΑΒίηκΗτεπζ rnņpo6HOHTa // JļnHaMiHaBiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHHiHiHiHHHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHHHiHiHiHiHiHiHiHHHiHiHHiHiHiHiHiHHHiHiHHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiHiMi C6opHHK τρνγοΒ 16 CHMno3nyMa. - MocKBa-3BeHiiropoñ: PoccuucKaa AKaneMna HayK, 2009, c. 385-392.
2. Latvijas patents LV 14054.2. Latvian patent LV 14054.
3. Latvijas patents LV 14076 (prototips).3. Latvian patent LV 14076 (prototype).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
LVP-11-120A LV14429B (en) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | Vibrating actuator of hydrodynamic fin |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
LVP-11-120A LV14429B (en) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | Vibrating actuator of hydrodynamic fin |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
LV14429A LV14429A (en) | 2011-11-20 |
LV14429B true LV14429B (en) | 2012-01-20 |
Family
ID=50152803
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
LVP-11-120A LV14429B (en) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | Vibrating actuator of hydrodynamic fin |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
LV (1) | LV14429B (en) |
-
2011
- 2011-09-22 LV LVP-11-120A patent/LV14429B/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
LV14429A (en) | 2011-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7207526B2 (en) | High efficiency tip vortex reversal and induced drag reduction | |
EP2470781B1 (en) | Method and apparatus for oscillating a foil in a fluid | |
US6877692B2 (en) | Oscillating foil propulsion system | |
US20110255971A1 (en) | Apparatus for oscillating a foil in a fluid | |
CN100418847C (en) | Bionic double tail sterm propeller | |
EP2110311A3 (en) | Finned rudder | |
US4178128A (en) | Method of and device for propulsion | |
CN107531314A (en) | Manpower drives ship and its required Manpower driver | |
Techet et al. | Separation and turbulence control in biomimetic flows | |
KR101491661B1 (en) | Ship having propulsion apparatus | |
US9884671B2 (en) | Marine propulsion system and method | |
CN212448009U (en) | Underwater bionic flapping wing system | |
KR101291122B1 (en) | Rudder for ship and ship having the same | |
US20180304968A1 (en) | Underwater wings for providing lift to boats | |
LV14429B (en) | Vibrating actuator of hydrodynamic fin | |
FR2587675A1 (en) | Ailerons having self-deforming reversible profiles | |
CN104192287A (en) | Wing paddle for variable structure ship | |
CN109835455B (en) | Flexible tail fin-imitating propeller driven by link mechanism | |
AU2017288052A1 (en) | Underwater appendage assembly | |
US11192620B1 (en) | Propulsion apparatus for watercraft | |
CN204173147U (en) | A kind of structure changes wing oar peculiar to vessel | |
CN115503917A (en) | Multi-swinging paddle driving device for ship | |
Toussaint | Biomechanics of propulsion and drag in front crawl swimming | |
CA2245286A1 (en) | Wave propulsion device | |
Babu et al. | Experimental study of flapping foil propulsion system for ships and underwater vehicles and PIV study of caudal fin propulsors |