RU2025405C1

RU2025405C1 - Fin propeller

Info

Publication number: RU2025405C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Каян; Станислав Алексеевич Довгий; Алексей Григорьевич Лебедь; Иван Кузьмич Лифанов; Анатолий Иванович Цыганюк
Original assignee: Институт гидромеханики АН Украины
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: shipbuilding. SUBSTANCE: fin propeller has blade with rigid profilled envelope inside which longeron and drive lever are arranged. Longeron is round in section and is rigidly connected with the drive lever. Wing is hydraulically connected via the passages provided in the longeron and in the drive lever with the pump for sucking the liquid from its surface. Profiled envelope is made for rotation about longitudinal axis of the longeron and for shutting off its passages. EFFECT: enhanced reliability. 8 dwg

Description

Изобретение относится к судовым движителям с рабочим органом в виде прямоугольного или стреловидного колеблющегося крыла и предназначено для повышения пропульсивных характеристик движителя на малоскоростных режимах движения судна с таким движителем. The invention relates to ship propulsion with a working body in the form of a rectangular or swept oscillating wing and is intended to improve the propulsive characteristics of the propulsion at low-speed modes of movement of the vessel with such a propulsion

Известно устройство для создания силы тяги колеблющимся в жидкости жестким крылом с симметричным профилем. Амплитуда угловых колебаний крыла определяется в основном жесткостью пружинных упоров-ограничителей, а также величиной линейной амплитуды и частоты колебаний крыла. Величина создаваемой таким движителем силы тяги определяется кинематическими параметрами колеблющегося крыла и его гидродинамическими характеристиками, определяемыми величиной мгновенного угла атаки. A device is known for creating traction force by a rigid wing oscillating in a liquid with a symmetrical profile. The amplitude of the wing angular oscillations is determined mainly by the stiffness of the spring stops-limiters, as well as the magnitude of the linear amplitude and frequency of the wing oscillations. The magnitude of the thrust force created by such a thruster is determined by the kinematic parameters of the oscillating wing and its hydrodynamic characteristics, determined by the value of the instantaneous angle of attack.

Известно, что наиболее высокий коэффициент силы тяги колеблющегося крыла достигается при малых скоростях плавания, когда величина относительной поступи λ_p движителя невелика. При этом максимальные углы атаки крыла, как правило, достигают закритической величины, при которой появляется отрыв потока с носка крыла, что существенно ухудшает гидродинамическое качество крыла и пропульсивные характеристики движителя.It is known that the highest coefficient of thrust of an oscillating wing is achieved at low swimming speeds when the relative propulsion λ _{p of the} propulsion is small. In this case, the maximum angles of attack of the wing, as a rule, reach a supercritical value at which flow separation from the wing tip appears, which significantly impairs the hydrodynamic quality of the wing and propulsive characteristics of the propulsion device.

Предотвратить отрыв потока можно путем обеспечения безударного обтекания крыла за счет как механизации передней кромки (выдвижной предкрылок), так и путем отсоса части потока с напорной поверхности крыла вблизи его передней кромки. В случае гармонических колебаний крыла с большой амплитудой для описания течения вблизи носка профиля правомерным является применение квазистационарного подхода. The separation of the flow can be prevented by providing a shock-free flow around the wing due to both the mechanization of the leading edge (a sliding slat) and the suction of a part of the flow from the pressure surface of the wing near its leading edge. In the case of harmonic oscillations of a wing with a large amplitude, a quasistationary approach is legitimate for describing the flow near the nose of the profile.

При ненулевых углах атаки крыла и отсосе через щель, расположенную на напорной стороне крыла вблизи его передней кромки, тангенциальная скорость жидкости на передней кромке с учетом направления будет равна
v_t = v_o - v_q, где v_o - скорость создаваемая набегающим потоком, и она пропорциональна углу атаки крыла α, v_q - скорость, создаваемая отсосом и пропорциональная величине Q/2π r, где Q - расход жидкости через щель отсоса, r - расстояние от щели до передней кромки.For non-zero angles of attack of the wing and suction through a slit located on the pressure side of the wing near its leading edge, the tangential velocity of the fluid at the leading edge, taking into account the direction, will be equal to
v _t = v _o - v _q , where v _o is the speed created by the free flow, and it is proportional to the angle of attack of the wing α, v _q is the speed created by the suction and proportional to Q / 2π r, where Q is the fluid flow rate through the suction slot, r is the distance from the slit to the leading edge.

Для безударного обтекания крыла необходимо, чтобы вблизи передней кромки выполнялось условие v_t = 0. В течение той части периода колебаний, когда на напорной стороне крыла увеличиваются угол атаки α до максимального в момент прохождения колеблющимся крылом нейтрального положения и скорость v_t, в связи с чем необходимо увеличить и величину v_q. Поэтому при отсосе с постоянным расходом жидкости (величину которого в связи с инерционностью гидравлических насосов трудно изменять дважды в течение периода колебаний крыла) необходимо, чтобы с увеличением α уменьшалось расстояние r, т.е. место расположения щели должно приближаться к передней кромке крыла. И наоборот, с уменьшением угла атаки величина v_q должна уменьшаться, т.е. должно увеличиваться упомянутое выше расстояние r.For shock-free flow around the wing, it is necessary that the condition v _t = 0 is fulfilled near the leading edge. During that part of the oscillation period when the attack angle α increases to the maximum angle at the moment the oscillating wing passes through the neutral position and the speed v _t , due to what is necessary to increase and the value of v _q . Therefore, during suction with a constant flow rate (the value of which, due to the inertia of the hydraulic pumps, is difficult to change twice during the wing oscillation period), it is necessary that the distance r decreases with increasing α, i.e. the location of the gap should be close to the leading edge of the wing. And vice versa, with decreasing angle of attack, the value of v _q should decrease, i.e. the distance r mentioned above should increase.

Известен машущий плавниковый движитель, содержащий в форме крыла малого удлинения плавник из эластичного материала, наполняемый текучей средой с переменным давлением, внутри которого параллельно передней его кромке установлен жесткий двояковогнутый лонжерон коробчатой формы, соединенный с приводным рычагом. Вблизи вогнутых полок лонжерона плавник выполнен с эластичными пластинами, образующими вместе с вогнутыми полками лонжерона вблизи верхней и нижней поверхностей плавника несколько не сообщающихся между собой параллельных камер, которые заполнены текучей средой с переменным давлением. Камеры через полости рычага сообщены с насосом текучей среды. Такая конструкция позволяет попеременно подавать давление в полость на одной или другой стороне крыла, изменяя таким образом кривизну линий профиля крыла в нужном направлении, что позволяет изменять картину обтекания профиля крыла и его гидродинамические характеристики. Однако при больших углах атаки на таком крыле будет наблюдаться отрыв потока вблизи передней кромки, что будет приводить к снижению пропульсивных характеристик движителя. Known waving fin mover, containing in the form of a wing of small elongation, a fin of elastic material, filled with fluid with variable pressure, inside of which a rigid biconcave box-shaped spar connected to a drive lever is installed parallel to its front edge. Near the concave flanges of the spar, the fin is made with elastic plates forming, together with the concave flanges of the spar near the upper and lower surfaces of the fin, several parallel chambers that are not interconnected, which are filled with a fluid with variable pressure. The chambers through the cavity of the lever are in communication with the fluid pump. This design allows you to alternately apply pressure to the cavity on one or the other side of the wing, thereby changing the curvature of the wing profile lines in the right direction, which allows you to change the picture of the flow around the wing profile and its hydrodynamic characteristics. However, at large angles of attack, such a wing will experience flow separation near the leading edge, which will lead to a decrease in propulsive characteristics of the propulsion device.

Цель изобретения - повышение средней за период колебания крыла силы тяги плавникового движителя за счет улучшения обтекания профиля крыла на закритических углах атаки путем предотвращения отрыва потока с носка профиля крыла с помощью управляемого щелевого отсоса вблизи передней кромки крыла. The purpose of the invention is to increase the average traction force of the fin mover for the period of wing oscillation by improving the flow around the wing profile at supercritical angles of attack by preventing flow separation from the nose of the wing profile using a controlled slit suction near the leading edge of the wing.

Поставленная цель достигается тем, что в плавниковом движителе (ПД), содержащем в качестве рабочего органа колеблющееся жесткое крыло, соединенное с приводным рычагом движителя с помощью упругих упоров и содержащее в передней части двущелевое устройство для отсоса жидкости, крыло состоит из лонжерона круглого поперечного сечения, который жестко закреплен на конце приводного рычага ПД и содержит расположенные симметрично продольной оси рычага щели, соединенные с идущими вдоль лонжерона каналами, которые через полость приводного рычага соединены с гидравлическим насосом (генератором разрежения), находящимся в корпусе транспортного средства, на котором установлен плавниковый движитель, а также из профилированной оболочки, содержащей расположенные вдоль размаха крыла симметрично продольной оси профиля вблизи его носка продольные прорези, ширина которых прямо пропорциональна величине максимального угла отклонения крыла относительно приводного рычага и величине радиуса лонжерона. Профилированная оболочка имеет возможность поворота вокруг продольной оси лонжерона с перекрытием одной из щелей лонжерона, находящийся на напорной стороне крыла. This goal is achieved by the fact that in the fin mover (PD), containing as an operating element an oscillating rigid wing connected to the drive lever of the mover using elastic stops and containing in the front part a two-slot device for suctioning liquid, the wing consists of a spar of circular cross section, which is rigidly fixed to the end of the actuator arm PD and contains slots located symmetrically to the longitudinal axis of the arm, connected to channels running along the spar, which are through the cavity of the actuator arm connected to a hydraulic pump (rarefaction generator) located in the vehicle’s body on which the fin mover is mounted, as well as from a profiled shell containing longitudinal slots symmetrically to the longitudinal axis of the profile near its nose, the width of which is directly proportional to the maximum deflection angle wing relative to the drive lever and the radius of the spar. The profiled shell has the ability to rotate around the longitudinal axis of the spar with the overlapping of one of the slots of the spar located on the pressure side of the wing.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что место расположения на крыле ПД щели, через которую производится отсос жидкости с постоянным расходом, с увеличением угла поворота крыла относительно приводного рычага ПД перемещается по напорной поверхности крыла в сторону его передней кромки, что обеспечивается конструкцией предлагаемого устройства, т.е. заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed device differs from the known one in that the location on the PD wing of the slit through which the liquid is sucked at a constant flow rate, with an increase in the angle of rotation of the wing relative to the drive arm of the PD moves along the pressure surface of the wing towards it leading edge, which is provided by the design of the proposed device, i.e. The claimed device meets the criterion of "novelty."

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии устройства критерию "существенные отличия". Comparison of the claimed solution not only with the prototype, but also with other solutions in the art did not allow them to identify signs that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the device meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 показано крыло ПД, план; на фиг.2 - размещение в лонжероне каналов и щелей; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг.5 - расположение элементов ПД, когда угол отклонения крыла относительно рычага максимален; на фиг.6 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.7 - разрез Г-Г на фиг.2; на фиг.8 - разрез Д-Д на фиг.2. In FIG. 1 shows the wing PD, plan; figure 2 - placement in the spar of channels and slots; figure 3 is a section aa in figure 1; in Fig.4 is a section bB in Fig. 1; figure 5 - the location of the elements of the PD, when the angle of deviation of the wing relative to the lever is maximum; figure 6 is a section bb in figure 2; in Fig.7 is a section GG in Fig.2; in Fig.8 is a section DD in Fig.2.

Плавниковый движитель состоит из приводного рычага 1, лонжерона 2, профилированной оболочки крыла 3, пружинных упоров 4 (фиг.3). В лонжероне 2 имеются щели 5, соединенные с каналами 6, которые выходят в полость рычага 1 (фиг. 5). Профилированная оболочка 3 имеет вблизи носка профиля ряд симметрично расположенных продольных прорезей 7 (фиг.4), жесткость оболочки обеспечивается боковыми нервюрами 8, продольной стенкой 9 и полунервюрами 10 (фиг.2). Фиксация оболочки относительно лонжерона производится упором 11 с пружиной 12 (фиг.5). The fin mover consists of a drive lever 1, a spar 2, a profiled wing shell 3, spring stops 4 (figure 3). In the spar 2 there are slots 5 connected to the channels 6, which extend into the cavity of the lever 1 (Fig. 5). The profiled shell 3 has near the profile nose a series of symmetrically located longitudinal slots 7 (FIG. 4), the rigidity of the shell is provided by the lateral ribs 8, the longitudinal wall 9 and the half-ribs 10 (FIG. 2). The fixation of the shell relative to the spar is made by focusing 11 with the spring 12 (figure 5).

Устройство работает следующим образом. Рычаг 1 совершает угловые или линейные (вдоль оси, перпендикулярной направлению движения транспортного средства) возвратно-поступательные перемещения. Профилированная оболочка крыла 3 (симметричной формы) под действием силы гидродинамического напора, которая пропорциональна квадрату величины действительной скорости набегающего потока, совершает некоторые угловые колебания вокруг оси лонжерона 2, расположенного в передней части крыла. Максимальная амплитуда отклонения крыла относительно рычага 1 определяется жесткостью пружинных упоров 4. The device operates as follows. The lever 1 performs angular or linear (along the axis perpendicular to the direction of movement of the vehicle) reciprocating movements. A profiled wing shell 3 (of a symmetrical shape) under the influence of a hydrodynamic pressure force, which is proportional to the square of the actual velocity of the incoming flow, performs some angular oscillations around the axis of the spar 2 located in the front of the wing. The maximum amplitude of the deflection of the wing relative to the lever 1 is determined by the stiffness of the spring stops 4.

Когда крыло 3 находится относительно рычага 1 в нейтральном положении (фиг.3, поперечная скорость крыла v_y = 0), осевые линии щелей 5 совпадают с дальними от носка крыла краями прорезей 7 и производится отсос с обеих сторон профиля крыла 3. При движении крыла 3 вниз (фиг.5) угол отклонения крыла относительно рычага постоянно увеличивается до максимального при прохождении нейтральной оси поперечных колебаний. При этом угол атаки также увеличивается до максимального. С момента начала поворота крыла относительно рычага (а значит, и вокруг оси лонжерона) верхняя щель 5 на лонжероне 2 перекрывается оболочкой крыла 3 и отсос через нее не производится. Нижняя щель 5 на лонжероне 2 с увеличением угла поворота крыла 3 относительно рычага 1 будет перемещаться вдоль линии профиля крыла 3 к носку крыла в пределах ширины прорези 7, что будет удовлетворять условию уменьшения расстояния r от места отсоса до носка профиля при увеличении угла атаки профиля.When the wing 3 is relative to the lever 1 in the neutral position (Fig. 3, the transverse velocity of the wing v _y = 0), the axial lines of the slots 5 coincide with the edges of the slots 7 that are farthest from the nose of the wing and suction is performed on both sides of the wing profile 3. When the wing moves 3 down (Fig. 5), the angle of deviation of the wing relative to the lever is constantly increased to a maximum when passing the neutral axis of transverse vibrations. In this case, the angle of attack also increases to the maximum. From the moment the wing begins to turn relative to the lever (and, therefore, around the axis of the side member), the upper slot 5 on the side member 2 is blocked by the shell of the wing 3 and no suction through it. The lower slot 5 on the spar 2 with an increase in the angle of rotation of the wing 3 relative to the lever 1 will move along the line of the wing profile 3 to the wing tip within the width of the slot 7, which will satisfy the condition of decreasing the distance r from the suction point to the nose of the profile with increasing profile angle of attack.

Claims

FINA ENGINE containing a wing with a rigid shaped shell inside which a spar is located, as well as a drive lever, characterized in that said spar is made of circular cross section and rigidly connected to the drive lever, said wing being hydraulically connected through channels made in the spar and a drive lever, with a pump for suctioning liquid from its surface, the said shaped shell being able to rotate around the longitudinal axis of the spar and overlap spar channels.