Pierwszenstwo.Opublikowano: 10. VI. 1964 48287 KI 65 a2 5 MKP UKD B63h ISfCD Twórca wynalazku: mgr inz. Jerzy Piskorz-Nalecki Wlasciciel patentu: Centralne Biuro Konstrukcji Okretowych Nr 1, Gdansk (Polska) Ster okretowy 0*e^ Jr^;^*Wg]j Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja steru okretowego, o zwiekszonym wydluzeniu, przezna¬ czonego dla wszystkich typów morskich i rzecz¬ nych statków oraz dla okretów wojennych.Znane sa stery wykonane z gladkiej, zwykle prostokatnej plyty oraz tzw. stery wypornoscio¬ we, które w przekroju równoleglym do wodnicy statku maja ksztalt symetrycznego profilu lotni¬ czego. Istnieja cale serie takich profili, zbada¬ nych przez rózne instytuty naukowe i sluzacych za wzór dla projektowania sterów.Sile nosna, powstala na powierzchni steru, mo¬ zemy okreslic za pomoca nastepujacego wzoru: L = CL C V2 S nabiegajacej gdzie: L — sila nosna steru (t); S — powierzchnia steru (m2); vs — predkosc strumienia wody na ster (m/sek); ¦c — gestosc wody (kG/m4 sek2); CL— wspólczynnik sily nosnej (—).'Jak wynika z powyzszego wzoru, wielkosc sily nosnej powstalej na piórze sterowym jest wprost proporcjonalna1 do kwadratu predkosci naplywu wody na ster vs, gestosci wódy c, powierzchni ste¬ ru S, Oraz do wspólczynika sily nosnej Cl- Przy projektowaniu steru dla danego statku wielkosc predkosci vs mamy zwykle zadana, wielkosc c 2 jest natomiast wielkoscia stala dla wody mor¬ skiej, czy slodkiej w danym rejonie plywania i w zwiazku z tym na te dwie wielkosci nie mamy wplywu. Dla projektanta steru pozostaje wiec «do 5 okreslenia profil steru, który zapewnialby mozli¬ wie najwieksza jego sprawnosc, a wiec mial jak najwyzszy wspólczynnik sily nosnej Ct, oraz po¬ wierzchnia steru S. Wiadomo, ze wielkosc wspól¬ czynnika Cl w funkcji kata wychylenia steru a 10 zalezy glównie od wydluzenia steru a, czyli od stosunku jego wysokosci hi do szerokosci U. Fi¬ zyczny sens tego zjawiska tlumaczy sie tym, ze przy ustawieniu steru pod katem do strumienia wody nabiegajacej, po jednej stronie steru po- 15 wstaje obszar wysokiego cisnienia oznaczony „+", a po drugiej — obszar niskiego cisnienia ozna¬ czony „—", na skutek czego dookola górnej i dol¬ nej krawedzi ©teru nastepuje oplyw wody, daza¬ cy 'do wyrównania tych cisnien. Natomiast sila 20 nosna jest funkcja róznicy cisnien po obu stro¬ nach steru i im wieksza bedzie predkosc oplywu jego krawedzi, tym mniejsza bedzie sila nosna steru. Dla danego profilu maksymalna wartosc wspólczynnika sily nosnej pozostaje taka sama, 25 niezaleznie od jego wydluzenia, ale kat natarcia ex, czyli kat zawarty pomiedzy kierunkiem na¬ biegajacego strumienia wody a osia symetrii pro¬ filu steru, przy którym wystepuje to maksimum, zalezy glównie od wydluzenia profilu. 30 Wzrost wydluzenia steru powoduje zwiekszeniekata nachylenia, a wie/: szybszy wzrost krzywej wspólczynnika sily nosnej CL w funkcji kata na¬ tarcia. Oznacza to, ze im wieksze jest wydluzenie steru, tym szybszy jest przyrost sily nosnej L przy jego wychyleniu, przy czym maksimum sily nosnej osiaga sie przy mniejszym kacie wychy¬ lenia niz w przypadku' steru o malym wydluze¬ niu. Wiadomo natomiast, ze ster wtedy bedzie za¬ pewnial dobra zwrotnosc, gdy jego profil, przy ustalonej powierzchni da mozliwie najwiekszy moment sterowania oraz najwiekszy wzgledny moment w stosunku do wychylenia steru.Na skutek wystepowania przy niniejszym kacie wychylenia steru zwiekszonej sily nosnej, zwiek¬ sza sie równiez jej skladowa prostopadla do plasz¬ czyzny symetrii statku, co powoduje zwiekszenie momentu skrecajacego statek, a tym samym po¬ lepszenie zwrotnosci statku.Dla przykladu mozna podac, ze wspólczynnik sily nosnej steru o profilu tzw. Gottingen 538, przy wydluzeniu X = 1,47 i przy wychyleniu o kat a = 10°, wynosi CL = 0,45, a steru z wydluze¬ niem X = 4, przy tym .samym kacie wychylenia, osiagnie wartosc CL = 0,70. Stanowi to wzrost wspólczynnika sily nosnej o 55% dla tego kata wychylenia steru. W takim samym stopniu wzro¬ snie sila nosna na sterze oraz jej skladowa po¬ wodujaca skrecenie statku, co pozwoli na polep¬ szenie wlasciwosci manewrowych statku.Wydluzenie steru pozwoli równiez na pelne wy¬ korzystanie powierzchni steru. Polega to na tym, ze przy malych wydluzeniach oraz przy ograni¬ czonych katach wychylenia steru, nie mozna dla danego profilu osiagnac maksymalnej wartosci si¬ ly nosnej i powierzchnia steru pozostanie wtedy niewykorzystana. Zwiekszenie wydluzenia powo¬ duje zmniejszenie sie kata natarcia, przy któ¬ rym wystepuje maksimum sily nosnej, dzieki cze¬ mu kat ten claje sie osiagnac przez danj' ster przy jego normalnych katach wychylenia, przy czym powierzchnia steru moze byc wtedy zmniejszona, co pociaga za soba oszczednosci w materiale i w zainstalowanej energii, przeznaczonej do poru¬ szania steru.Jednakze stery o duzym wydluzeniu nie sa sto¬ sowane ze wzgledów na trudnosci konstrukcyjne.Pod rufa statku, gdzie zwykle umieszcza sie ster, jest bowiem stosunkowo malo miejsca, co nie po¬ dwala na umieszczenie wysokich i waskich ste¬ rów. Dlatego tez stery, stosowane np. na mor¬ skich statkach handlowych, maja wydluzenie w granicach 1,5 do 2,0, a stery jednostek rzecznych nawet ponizej 1,0.Celem wynalazku jest sztuczne zwiekszenie wy¬ dluzenia steru i tym samym umozliwienie oszczedniejszego projektowania urzaj&zenia stero¬ wego na statkach handlowych.Zgodnie z wytyczonym zadaniem zwiekszenie to uzyskuje sie na drodze calkowitego zlikwido¬ wania oplywu poziomych krawedzi steru przez strumien wody, dazacy z obszaru wysokiego cis¬ nienia do obszaru niskiego cisnienia, lub tez dzie¬ ki wydluzeniu drogi oplywu tych krawedzi. Pro¬ ponowane rozwiazanie tego zagactnienia opiera sie na tzw. „efekcie scianki", który polega na 287 tym, ze gdy "dany ster, o -wydluzeniu fal, przyle¬ ga jedna krawedzia do plaskiej scianki, to zy¬ skuje on wtedy taka hydrodynamiczna charakte¬ rystyke, jak gdyby jego wydluzenie ; bylo dwu- 5 krotnie wieksze czyli równe h = 2 Xi- Jezeli dwukrotne zwiekszenie wydluzenia steru osiaga sie na skutek zlikwidowania oplywu wo¬ dy dookola jednej z jego krawedzi, to ogranicze¬ nie pletwy steru sciankami z obu jej konców ek)- 10 zwala na rozpatrywanie takiego steru jako steru o wydluzeniu równym teoretycznie nieskonczo¬ nosci. Zastosowanie zas scianki zamocowanej do krawedzi steru spowoduje, ze oplyw jej bedzie utrudniony i tym samym opózni sie, wyrównanie 15 cisnienia po obu stronach steru. } Jesli wiec do normalnego steroi na dolnej i/lub górnej krawe¬ dzi jego pletwy, badz w poblizu tyen ' krawedzi, albo . wzdluz calej dlugosci pletwy sterowej, zamocuje sie platy o przekrójii plaskim lub lotniczym, to 20 w ten sposób sztucznie zwiekszy sie wydluzenie steru. W przypadku zamocowania platów do obu krawedzi pletwy, nowe wydluzenie steru mozna obliczyc przyjmujac, ze nowa wysokosc steru w przyblizeniu wyniesie: h — hi + 0,8 (h2 + h3), 25 gdzie hi jestJ konstrukcyjna wysokoscia pletwy sterowej, h2 — szerokoscia plata 'dolnego, a h3 — szerokoscia plata górnego. Efekt ten jeszcze mo-, ze ulec zwiekszeniu, jesli na platach powstanie róznica cisnien powodujaca oplyw wlasnych ich 30 krawedzi ale w kierunku przeciwnym do kierun¬ ku oplywu steru. Róznice cisnien na platach uzy¬ skuje sie wedlug wynalazku dzieki zastosowaniu ruchomych platów, osadzonych na poziomych' osiach po obu bokach pletwy sterowej i daja- 35 cych sie wychylac pod dowolnym katem. Platy ustawione prostopadle do osi steru wydluzaja je¬ dynie droge oplywu steru, natomiast przy wychy¬ leniu ich w stosunku do strumienia wody na¬ biegajacej powstaja na platach równiez sily nos-* 40 ne, dzieki czemu regulujac odpowiednio kat na¬ chylenia platów mozna wywolac na nich oplyw skierowany w strone przeciwna do kierunku oplywu pletwy sterowej, co spowoduje 'dalsze zmniejszenie lub calkowita likwidacje oplywu ca- 45 lego steru.Na rysunkach uwidocznione sa przyklady wy¬ konania przedmiotu wynalazku, przy czym fig. 1 przedstawia schematycznie ster w widoku z bo¬ ku, fig. 2 — ten sam ster w przekroju wzdluz 50 linii A-A na fig. 1, fig. 3 — ster w przekroju wzdluz linii B-B na fig. 1, fig. 4 — odmiane ste¬ ru w widoku z boku, fig. 5 — ta sama odmiane steru w przekroju wzdluz linii OC na fig. 4, a fig, 6 — odmiane steru w przekroju wzdluz linii 55 D-D na fig. 4, Do dolnej i górnei krawedzi sterowej pletwy 1 (fig. 1) sa przymocowane dodatkowe platy 2 i 3 o dowolnym przekroju wzdluznym, np, prosto¬ katnym badz oplywowym zarówno symetrycznym, 60 jak i niesymetrycznym. Równiez ksztalt calego plata moze byc dowolny, np. prostokatny. Platy 2 13 moga byc ustawione zarówno poziomo, jak tez pod pewnym katem do osi steru lub do jego plaszczyzny symetrii. Mozna równiez zastosowac «5 konstrukcje z górnym platem 3, mocowanym 'do 248287 kadluba statku, a dolnym platem 2 — do dolnej krawedzi sterowej ipletwy 1 (fig. 4). W takim rozwiazaniu górny plat 3 jest mocowany do ka¬ dluba 5 statku za pomoca plyty pionowej 4, któ¬ ra likwiduje calkowicie przeplyw przez górna krawedz steru. Uzyskujemy wtedy pelny „efekt scianki", dzieki któremu teoretyczne wydluzenie steru owej pletwy 1, nawet bez dolnego plata 2 bedzie mialo wartosc dwukrotnie wieksza od wy¬ dluzenia rzeczywistego. Oczywiscie, nalezy zapew¬ nic 'dostatecznie duze zblizenie górnej krawedzi steru owej pletwy 1 do nieruchomego górnego plata 3. Mozna równiez zastosowac inne rozwia¬ zania urzadzen wydluzajacych droge oplywu kra¬ wedzi steru i tym samym sztucznie wydluzaja¬ cych profil steru, np. platy zamocowane do kad¬ luba statku w niewielkiej odleglosci od dolnej i górnej krawedzi pletwy sterowej, pozostajace nie¬ ruchomo przy wychylaniu sie steru.Moga to byc konstrukcje w ksztalcie cygara, o ksztalcie kolowym lub eliptycznym w przekro¬ ju, lub o dowolnym innym ksztalcie, przytwier¬ dzone do krawedzi sterowej pletwy, badz do kadluba statku.Platy dodatkowe stanowia ponadto ochrone steru przed uszkodzeniem go przez kre w czasie plywa¬ nia statku w polach lodowych oraz stabilizuja jego ruch przy kursie pod fale.Opór czolowy jaki powstaje przy zastosowaniu dodatkowych platów wedlug wynalazku mozna pominac ze wzgledu na jego mala wielkosc w stosunku do calosci oporu statku. PL