RU2075422C1

RU2075422C1 - Shipboard caterpillar bladed propeller

Info

Publication number: RU2075422C1
Authority: RU
Inventors: Николай Сергеевич Панченко
Original assignee: Николай Сергеевич Панченко
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 1997-03-20

Abstract

FIELD: shipboard propulsion complex. SUBSTANCE: blades of propeller are set in motion by two parallel chains fitted on two gear wheels dividing each chain into aft and fore portions. Member for orientation of blades is mounted on aft portion of blade tape. Attachment unit for securing the propeller to ship is made in form of hinge for change of angular position of propeller relative to ship's longitudinal axis in horizontal plane. Propeller is recommended for heavy-freight slow-going vessels. EFFECT: enhanced reliability. 4 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, в частности к движительным комплексам судов. The invention relates to shipbuilding, in particular to propulsion systems of ships.

Известен подводный движитель, состоящий из лопастей, приводимых в движение движущейся цепью, огибающей два цепные зубчатые колеса. Лопасти перпендикулярны к плоскости этих колес и свободно вращаются вокруг их осей, насажанных на ведущую цепь, и имеют на их осях одну кулачковую поверхность, идущую вдоль канавки на одной стороне движителя (заявка на патент Великобритании N 2.031.828 B63H 1/34). Known underwater propulsion, consisting of blades driven by a moving chain enveloping two chain gears. The blades are perpendicular to the plane of these wheels and rotate freely around their axles, mounted on the drive chain, and have on their axes one cam surface running along the groove on one side of the mover (application for UK patent N 2.031.828 B63H 1/34).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату в заявленному изобретению является водяной гусеничный движитель (реактивный тяговый генератор) по заявке на патент Франции N 2.534.636, B63H 1/34, фиг. 2, содержащий вертикально размещенные лопасти 1, приводимые в движение двумя параллельными цепями 2, каждая из которых натянута на двух горизонтальных зубчатых колесах 3, разделяющих ленту на кормовую 4 и носовую 5 части, орган для фиксирования ориентации лопастей 6 и узел крепления движителя к судну 7. The closest in technical essence and the achieved result in the claimed invention is a water caterpillar mover (jet traction generator) according to French patent application N 2.534.636, B63H 1/34, FIG. 2, containing vertically placed blades 1, driven by two parallel chains 2, each of which is stretched on two horizontal gears 3, dividing the tape into the stern 4 and bow 5 parts, an organ for fixing the orientation of the blades 6 and the attachment point of the propeller to the vessel 7 .

Недостаток движителя орган для фиксирования ориентации лопастей (установочный узел) 6 установлен как на кормовой 4, так и носовой 5 частях ленты движителя, а также бесшарнирный (жесткий) узел крепления движителя к судну 7. The disadvantage of the propulsor is an organ for fixing the orientation of the blades (mounting unit) 6 mounted on the stern 4 and bow 5 parts of the propulsive tape, as well as the hinge-free (rigid) unit for fastening the propulsor to the vessel 7.

Технический результат достигается тем, что в известном судовом гусеничном лопастном движителе орган для фиксирования лопастей установлен на кормовой части ленты лопастей, а узел крепления движителя к судну 7 выполнен в форме шарнира с возможностью изменения углового положения движителя относительно продольной оси судна в горизонтальной плоскости. The technical result is achieved by the fact that in the known ship caterpillar blade propeller, the blade fixing body is mounted on the aft of the blade belt, and the attachment point of the propulsion unit to the vessel 7 is made in the form of a hinge with the possibility of changing the angular position of the propulsion unit relative to the longitudinal axis of the vessel in the horizontal plane.

Эти отличительные от прототипа признаки обеспечивают получение положительного эффекта по сравнению с аналогом. These distinctive features from the prototype signs provide a positive effect in comparison with the analogue.

В указанном движителе (ближайший аналог) лопасти, установленные под острым углом атаки и безотрывно обтекаемые водой, двигают сначала слева-направо (по ходу судна), потом, после разворота, под тем же углом атаки справа-налево, перпендикулярно продольной оси судна. Это устройство представляет собой развернутые в вертикальной плоскости два соосных гребных винта, вращающихся в разные стороны и использующих только реакцию струи, отброшенной лопастями против движения судна подъемную силу. Лобовое же сопротивление не используется, оно нагружает движитель парой сил MX₁X₂, пытаясь развернуть его вокруг центра тяжести (по часовой стрелке).In the indicated propulsor (the closest analogue), the blades mounted at an acute angle of attack and continuously flowed around with water move first from left to right (along the vessel), then, after a turn, from the same angle of attack from right to left, perpendicular to the longitudinal axis of the vessel. This device consists of two coaxial propellers rotated in a vertical plane, rotating in different directions and using only the reaction of a jet thrown by the blades against the movement of the vessel with lifting force. The frontal drag is not used, it loads the propulsion with a pair of MX ₁ X ₂ forces, trying to deploy it around the center of gravity (clockwise).

Предлагаемый движитель эффективней движителя-прототипа. Как видно из фиг. 2, в ближайшем аналоге используется только реакция отброшенной лопастями струи подъемная сила. Лобовое же сопротивление X лопастей создает пару сил MX₁X₂, стремящуюся развернуть движитель (по часовой стрелке) или разрушить его, что и является потерей энергии при этом способе.The proposed mover is more efficient than the prototype mover. As can be seen from FIG. 2, in the closest analogue, only the reaction of the lift thrown away by the blades of the jet is used. The frontal resistance of the X blades creates a pair of forces MX ₁ X ₂ , tending to deploy the propulsion device (clockwise) or destroy it, which is a loss of energy in this way.

Необходимо сделать так, чтобы работающая лопасть целиком отдавала движению свою полную энергию взаимодействия с водой полную гидродинамическую силу, включая лобовое сопротивление. Для этого необходимо устранить действие пары сил на известный движитель, оставив на одной стороне силу лобового сопротивления, направленную в сторону движителя. Этого можно достичь лишь флюгированием лопастей на другой стороне движителя. Лобовое сопротивление лопастей на рабочей стороне движителя, будучи геометрической составляющей полной гидродинамической силы, сдвинет направление тяги в сторону действия полной гидродинамической силы R (фиг.4). Для получения же тяги, направленной по продольной оси судна, необходимо повернуть получившийся движитель по часовой стрелке на угол β между подъемной и полной гидродинамической силами, при этом лопасть приобрела, наряду с движением слева-направо, и одновременно сократить движения назад, т.е. отталкивание от воды по отношению к движущемуся судну, при этом в качестве упора (тяги) используется не только лобовое сопротивление X и не только подъемная сила Y лопастей, а их геометрическая сумма полная гидродинамическая сила R (фиг.3). Как видно из рисунка, лопасти фактически отталкиваются от полной гидродинамической силы R. А любое отталкивание обязательно предполагает и наличие холостого хода для совершения нового отталкивания. It is necessary to make sure that the working blade gives the movement its full energy of interaction with water with full hydrodynamic force, including drag. For this, it is necessary to eliminate the action of a pair of forces on a known propulsion, leaving on one side the drag force directed towards the propulsion. This can only be achieved by feathering the blades on the other side of the mover. The frontal resistance of the blades on the working side of the propulsion, being the geometric component of the total hydrodynamic force, will shift the direction of thrust in the direction of action of the full hydrodynamic force R (figure 4). To obtain thrust directed along the longitudinal axis of the vessel, it is necessary to turn the resulting propeller clockwise by an angle β between the lifting and full hydrodynamic forces, while the blade acquired, along with the movement from left to right, and at the same time reduce backward movements, i.e. repulsion from water in relation to a moving vessel, while not only the drag X and not only the lifting force Y of the blades, but their geometric sum R is the total hydrodynamic force R (Fig. 3). As can be seen from the figure, the blades are actually repelled by the full hydrodynamic force R. And any repulsion necessarily implies the presence of idling to perform a new repulsion.

Сравним эффективность известного и предложенного движителей (фиг. 2 и 3). Обозначим отношение полной гидродинамической силы лопасти к ее подъемной силе:

При количестве лопастей n движитель Франции развивает тягу
T₁=Y_n
а предложенный:

Однако предложенный движитель потребляет половинную мощность по сравнению с прототипом, т.к. в нем тормозится лишь одна сторона лопастей, т.е. половина лопастей. Приведем движители к одной мощности, т.е. увеличим потребление мощности вдвое в предложенном движителе. Это можно сделать, увеличив вдвое число работающих лопастей предложенного устройства, т.е. привести их число к числу работающих (заторможенных) лопастей движителя Франции.Compare the effectiveness of the known and proposed propulsion (Fig. 2 and 3). Let us denote the ratio of the total hydrodynamic force of the blade to its lifting force:

With the number of blades n, the mover of France develops traction
T ₁ = Y _n
and proposed:

However, the proposed mover consumes half the power compared to the prototype, because in it only one side of the blades is inhibited, i.e. half of the blades. We bring the propulsors to the same power, i.e. double the power consumption in the proposed propulsion. This can be done by doubling the number of working blades of the proposed device, i.e. bring their number to the number of working (inhibited) blades of the propulsor of France.

Полученная тяга:

Соотнесем полученные тяги:

Т. о. тяга предложенного движителя при одинаковой потребляемой мощности больше тяги движителя Франции в Δ раз. Отношение же полной гидродинамической силы к подъмной силе лопасти на больших углах атаки может достигать двух.Traction Received:

We correlate the received thrusts:

T. about. the thrust of the proposed propulsion with the same power consumption is greater than the thrust of the propulsion of France in Δ times. The ratio of the total hydrodynamic force to the lifting force of the blade at large angles of attack can reach two.

Кроме увеличения тяги движителя обеспечивается также использование его в качестве рулевого управления. Шарнирное соединение движителя к корме судна позволяет поворачивать его так, чтобы полная гидродинамическая сила давала то правую, то левую боковую составляющую. In addition to increasing the thrust of the propulsion device, its use as a steering is also ensured. The swivel connection of the propulsion device to the stern of the vessel allows it to be rotated so that the full hydrodynamic force gives either the right or left side component.

Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана гидродинамическая схема движителя-аналога; на фиг. 2
гидродинамическая схема движителя прототипа; на фиг. 3 гидродинамическая схема предлагаемого движителя; На фиг. 4 гидродинамическая схема движителя - прототипа при устранении пары сил и флюгировании лопастей при движении их справо-налево.In FIG. 1 shows a hydrodynamic diagram of a propulsion analogue; in FIG. 2
hydrodynamic diagram of the prototype propulsion; in FIG. 3 hydrodynamic diagram of the proposed propulsion; In FIG. 4 hydrodynamic diagram of the propulsion - prototype when removing a pair of forces and feathering the blades when moving them from right to left.

Изобретение осуществлено гусеничным лопастным движителем. The invention is implemented by a caterpillar blade propulsion.

Движитель (фиг.3) состоит из двух пар зубчатых колес 1, расположенных в параллельных плоскостях и обтянутых цепями 2, к которым прикреплены лопасти 3, продольные оси которых снабжены кулачками, имеющими возможность проходить в зазоре желоба 4, установленного на кормовой стороне движителя. Кроме того, движитель снабжен вертикальным шарниром 5 с возможностью углового поворота движителя в горизонтальной плоскости, состоящим из стержня, жестко прикрепленного к корме судна посредством кронштейна 6 и втулки, жестко прикрепленной к движителю и свободно надетой на стержень. На верхней оконечности втулки жестко закреплен поворотный шкив, взаимодействующий с натяжителями, идущими от рулевой колонки (на черт. не показаны). Движитель содержит также привод в виде угловой зубчатой передачи, соединенной с ведущими зубчатыми колесами и с педальным механизмом (на фото не показан). Ведущий вал привода телескопически раздвижной. The mover (Fig. 3) consists of two pairs of gears 1 located in parallel planes and covered by chains 2, to which the blades 3 are attached, the longitudinal axes of which are equipped with cams that can pass in the gap of the groove 4 mounted on the aft side of the mover. In addition, the mover is equipped with a vertical hinge 5 with the possibility of angular rotation of the mover in a horizontal plane, consisting of a rod rigidly attached to the stern of the vessel by means of an arm 6 and a sleeve rigidly attached to the mover and freely worn on the rod. At the upper end of the sleeve, a rotary pulley is rigidly fixed, interacting with the tensioners coming from the steering column (not shown in the drawing). The mover also contains a drive in the form of an angular gear connected to the driving gears and to the pedal mechanism (not shown in the photo). The drive drive shaft is telescopically sliding.

Гусеничный движитель работает следующим образом. Caterpillar mover works as follows.

Ноги через педали, угловую коническую передачу, карданный вал приводят в движение зубчатые колеса 1 и цепи 2. В правого положения лопасть, двигаясь налево, попадает кулачком в зазор желоба 4, устанавливаясь под острым углом к линии движения, создавая при этом тягу судна. Пройдя желоб, кулачок выходит из зазора желоба, давая возможность лопасти свободно вращаться вокруг продольной оси и флюгироваться (двигаться по нулевым углам атаки) при ее движении в левое исходное положение. Необходимый поворот движителя относительно продольной оси судна в горизонтальной плоскости достигается посредством шарнира 5, прикрепляющего движитель к корме судна посредством кронштейнов 6. Усилия рук от рулевой колонки передаются через трос и поворотный шкив на движитель, который, не прерывая работы, поворачивается на стержне 5 узла крепления движителя к судну на необходимый угол. Feet through pedals, an angular bevel gear, and a driveshaft drive gears 1 and chains 2. In the right position, the blade, moving to the left, gets into the gap of the gutter 4 with a cam, being installed at an acute angle to the line of movement, creating the ship's thrust. Having passed the trough, the cam leaves the gap of the trough, allowing the blade to rotate freely around the longitudinal axis and feather (to move along zero angles of attack) when it moves to the left starting position. The necessary rotation of the propulsion unit relative to the longitudinal axis of the vessel in the horizontal plane is achieved by means of a hinge 5, which secures the propulsion unit to the stern of the vessel via brackets 6. The efforts of the hands from the steering column are transmitted through the cable and the rotary pulley to the propulsion unit, which, without interrupting operation, is rotated on the rod 5 of the attachment unit mover to the vessel at the required angle.

Выравнивание траектории судна решается посредством поворота движителя по часовой стрелке на угол b. В результате этого поворота полная гидродинамическая сила направлена вдоль оси судна, и оно двигается прямо, но намного дальше, чем прототип. При этом физическая сущность использования лобового сопротивления заключается в появлении отталкивания лопастей относительно судна, т.е. движения лопастей назад одновременно с движением лопасти поперек продольной оси слева-направо. Эта одновременность движения лопастей в двух координатах обеспечивает использование ими полной гидродинамической силы на докритическом углу атаки, т.е. в наиболее выгодном режиме плавного обтекания лопастей, что в свою очередь обуславливает минимальные потери энергии в воде и наибольшую тягу судна. Таким образом, на каждую из лопастей движителя действует полная гидродинамическая сила, направленная параллельно продольной оси судна, при этом лобовое сопротивление X, как и подъемная сила Y, является составляющими тяги (упора) судна. При дальнейшем повороте движителя по часовой стрелке, судно идет по дуге влево. Эти повороты судна направо и налево при соответствующих поворотах движителя свидетельствует о том, что они являются результатом действия полных гидродинамических сил лопастей. The alignment of the trajectory of the vessel is solved by turning the propulsor clockwise by angle b. As a result of this rotation, the total hydrodynamic force is directed along the axis of the vessel, and it moves straight, but much further than the prototype. In this case, the physical essence of the use of drag is the appearance of repulsion of the blades relative to the vessel, i.e. the movement of the blades back simultaneously with the movement of the blade across the longitudinal axis from left to right. This simultaneous movement of the blades in two coordinates ensures the use of their full hydrodynamic force at the subcritical angle of attack, i.e. in the most favorable mode of smooth flow around the blades, which in turn leads to minimal energy loss in the water and the greatest thrust of the vessel. Thus, a full hydrodynamic force acting parallel to the longitudinal axis of the vessel acts on each of the propeller blades, while the drag X, as well as the lifting force Y, are the components of the thrust (stop) of the vessel. With further rotation of the propulsor clockwise, the ship goes in an arc to the left. These turns of the vessel to the right and to the left with the corresponding turns of the propulsion device indicate that they are the result of the action of the full hydrodynamic forces of the blades.

Предложенный способ передвижения в воде альтернатива гребному винту в диапазоне малых скоростей хода судов, преимущественно на большегрузных тихоходных судах танкерах, баржах, паромах. The proposed method of moving in water is an alternative to the propeller in the range of low ship speeds, mainly on heavy-load low-speed vessels, tankers, barges, ferries.

Claims

A ship caterpillar blade propeller containing vertically arranged blades mounted on parallel chains interacting with two horizontally located gears located between the bow and stern parts of the belt, containing the blades for fixing the orientation of the blades and the attachment unit of the propeller to the vessel, characterized in that the body for fixing the orientation the blades are mounted on the stern of the tape, and the attachment point of the propeller to the vessel is made in the form of a hinge with the possibility of changing the angular position Ia mover relative to the longitudinal axis of the vessel in the horizontal plane.