RU2204501C1

RU2204501C1 - Device for reducing ship's motions in swell

Info

Publication number: RU2204501C1
Application number: RU2001130383/28A
Authority: RU
Inventors: Г.П. Турмов; А.Г. Масютин
Original assignee: Дальневосточный государственный технический университет
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2003-05-20

Abstract

FIELD: shipbuilding; devices for reducing ship's motions in swell. SUBSTANCE: proposed device is provided with side controllable rudders located on either side in vicinity of midship section; they may be retracted inside hull. Mounted in parallel relative to rudder blade is at least one additional blade connected by means of parallel struts whose ends are articulated with each blade. Ends of struts connected with one of blades are provided with mechanism for turning them through 90 deg. Upper blades are secured at extensible power cylinders for performing reciprocating motion along their longitudinal axles which run through recesses made in ship's sides bear bilge. Length of parallel struts between axes of hinges is equal to double length of chord of upper blade. Blade area is determined from the following expression : S = (0,03-0,035)V^2/3, where V is ship's displacement. Sizes of recess make it possible to arrange both blades in it. Its length does not exceed total length of blades and width does exceed their total width. EFFECT: enhanced efficiency at running speed of ship of 12-14 knots at rather small outreach of rudders. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в конструкциях морских судов для умерения поперечной качки корабля. The invention relates to the field of shipbuilding and can be used in the construction of marine vessels to moderate the heeling of the ship.

Известно устройство для уменьшения качки судна на волнении, выполненное в виде цистерн, располагаемых внутри судна у его бортов и связанных друг с другом водопроточными и воздушными каналами и механизмами перекачки воды из одной цистерны в другую (см. Морской словарь. М.: Транспорт, 1965, 114 с.). A device for reducing the rolling motion of a vessel on a wave made in the form of tanks located inside the vessel at its sides and connected to each other by water-flowing and air channels and mechanisms for pumping water from one tank to another (see Marine Dictionary. M .: Transport, 1965 , 114 p.).

Недостаток этого решения - их функционирование обеспечивается постоянной работой специальных механизмов и контрольно-измерительных устройств, что снижает их надежность, кроме того, они громоздки и занимают часть внутреннего пространства корпуса судна. The disadvantage of this solution is that their functioning is ensured by the constant operation of special mechanisms and control and measuring devices, which reduces their reliability, in addition, they are bulky and occupy part of the internal space of the ship's hull.

Известно также устройство для уменьшения качки судна на волнении, включающее бортовые управляемые рули, размещенные на обоих бортах судна в районе мидель-шпангоута, с возможностью задвижки в корпус судна (см. Морской словарь. М.: Транспорт, 1965, 114 с.)
Недостаток этого решения - недостаточная эффективность работы на малых (ниже 18 узлов) скоростях движения судна.There is also known a device for reducing the rolling motion of a vessel during unrest, including onboard steered rudders placed on both sides of the vessel in the mid-frame region, with the possibility of being latched into the vessel's hull (see Marine Dictionary. M .: Transport, 1965, 114 pp.)
The disadvantage of this solution is the lack of efficiency at low (below 18 knots) vessel speeds.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в обеспечении эффективной работы устройства на малых (ниже 18 узлов) скоростях движения судна. The problem to which the claimed solution is directed is expressed in ensuring the effective operation of the device at low (below 18 knots) vessel speeds.

Технический результат, получаемый при решении функциональной задачи, может быть определен как обеспечение эффективной работы устройства на скоростях движения судна 12-14 узлов, при сравнительно небольшом "вылете" рулей за борт судна. The technical result obtained by solving the functional problem can be defined as ensuring the effective operation of the device at ship speeds of 12-14 knots, with a relatively small “departure” of the rudders overboard the ship.

Поставленная задача решается тем, что устройство для уменьшения качки судна на волнении, включающее бортовые управляемые рули, размещенные на обоих бортах судна в районе мидель-шпангоута, с возможностью задвижки в корпус судна, отличается тем, что параллельно лопасти руля установлена по меньшей мере одна дополнительная лопасть, связанная с ней посредством параллельных стоек, концы которых шарнирно связаны с каждой из лопастей, при этом концы стоек, связанные с одной из лопастей, снабжены механизмом поворота на угол до 90^o, кроме того, верхние лопасти закреплены на концах раздвижных силовых цилиндров с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль их продольных осей, которые проходят через ниши, выполненные на бортах корабля в районе его скулы, причем длина параллельных стоек между осями шарниров равна удвоенной длине хорды верхней лопасти, кроме того, площадь лопасти принимают из выражения
S=(0,03-0,035)V^2/3,
где V - водоизмещение корабля. Кроме того, размеры ниши обеспечивают возможность размещения в ней обеих лопастей, при этом ее длина не превышает суммарной длины лопастей, а ширина - их суммарной толщины.The problem is solved in that the device for reducing the pitching of the vessel on a wave, including onboard steered rudders placed on both sides of the vessel in the middle of the mid-frame, with the possibility of latching into the hull of the vessel, differs in that at least one additional steering wheel is installed a blade connected to it by parallel struts, the ends of which are pivotally connected to each of the blades, while the ends of the struts associated with one of the blades are equipped with a rotation mechanism up to 90 ^o , in addition, the top the blades are fixed at the ends of the sliding power cylinders with the possibility of reciprocating movement along their longitudinal axes, which pass through niches made on the sides of the ship in the area of its cheekbones, the length of the parallel struts between the hinge axes being equal to twice the length of the chord of the upper blade, the blade area is taken from the expression
S = (0.03-0.035) V ^2/3 ,
where V is the displacement of the ship. In addition, the dimensions of the niche provide the possibility of placing both blades in it, while its length does not exceed the total length of the blades, and the width is their total thickness.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна". A comparative analysis of the features of the claimed solution with the signs of the prototype and analogues indicates the compliance of the claimed solution with the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи. The features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.

Признаки ". ..параллельно лопасти руля установлена по меньшей мере одна дополнительная лопасть. . ." обеспечивают возможность при прочих равных условиях иметь большую величину гидродинамической силы, препятствующей качке. Signs "... parallel to the blade of the steering wheel is installed at least one additional blade..." provide, other things being equal, to have a large value of the hydrodynamic force that impedes the rolling.

Признаки ". . .лопасть, связанная с ней посредством параллельных стоек, концы которых шарнирно связаны с каждой из лопастей, при этом концы стоек, связанные с одной из лопастей, снабжены механизмом поворота на угол до 90^o.. . " обеспечивают возможность "складывания" устройства в компактный "пакет", что обеспечивает возможность минимизации размеров ниши, предназначенной для размещения лопастей.The signs "... The blade connected with it through parallel uprights, the ends of which are pivotally connected to each of the blades, while the ends of the uprights associated with one of the blades are equipped with a rotation mechanism up to 90 ^o ..." Provide the possibility of "folding "devices in a compact" package ", which provides the ability to minimize the size of the niche designed to accommodate the blades.

Признаки "...кроме того, верхние лопасти закреплены на концах раздвижных силовых цилиндров, с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль их продольных осей, которые проходят через ниши, выполненные на бортах корабля..." обеспечивают уборку лопастей в нишу и выдвижение их оттуда. The signs "... in addition, the upper blades are fixed at the ends of the sliding power cylinders, with the possibility of reciprocating motion along their longitudinal axes, which pass through niches made on the sides of the ship ..." provide for the cleaning of the blades into the niche and their extension from there .

Признак "...в районе его скулы...", обеспечивает привязку местоположения ниши к зоне, максимально удаленной от поверхности воды. The sign "... in the area of his cheekbone ...", provides a link to the location of the niche to the zone as far from the surface of the water.

Признаки "...причем длина параллельных стоек между осями шарниров равна удвоенной длине хорды верхней лопасти..." обеспечивают наибольшую эффективность работы лопастей за счет взаимовлияния (при которой величина гидродинамической подъемной силы, возникающей на лопасти, превышает эту характеристику, проявляющейся при работе достаточно удаленных друг от друга лопастей). Этот параметр получен экспериментальным путем с учетом анализа гидродинамических сил, имеющих место при работе устройства. The signs "... and the length of the parallel struts between the hinge axes is equal to twice the length of the chord of the upper blade ..." provide the greatest efficiency of the blades due to mutual influence (at which the magnitude of the hydrodynamic lifting force arising on the blade exceeds this characteristic, which is manifested during operation remote blades). This parameter was obtained experimentally, taking into account the analysis of hydrodynamic forces that occur during operation of the device.

Признаки "...кроме того, площадь лопасти принимают из выражения
S=(0,03-0,035)V^2/3,
где V - водоизмещение корабля..." обеспечивают "привязку" размеров лопасти к размерам судна. Этот параметр получен расчетно-экспериментальным путем с учетом анализа существующих методов расчета гидродинамических сил, имеющих место при работе устройства.Signs "... in addition, the area of the blade is taken from the expression
S = (0.03-0.035) V ^2/3 ,
where V is the displacement of the ship ... "provide" binding "of the dimensions of the blade to the size of the vessel. This parameter was obtained by calculation and experimentally taking into account the analysis of existing methods for calculating the hydrodynamic forces that occur during operation of the device.

На фиг.1 схематически показан поперечный разрез судна; на фиг.2 показано устройство в работе; на фиг.3 показано устройство в "сложенном" виде. Figure 1 schematically shows a transverse section of the vessel; figure 2 shows the device in operation; figure 3 shows the device in a "folded" form.

На чертежах показаны борт 1 судна, верхняя лопасть 2, нижняя лопасть 3, шарниры 4, связывающие параллельные стойки 5 с названными лопастями, шток 6 силового цилиндра 7, стенки ниши 8, гидрораспределительный узел 9, патрубки 10 и 11, трубопроводы 12, поршень 13, гидроаккумулятор 14. The drawings show the side 1 of the vessel, the upper blade 2, the lower blade 3, hinges 4 connecting the parallel posts 5 to the said blades, the rod 6 of the power cylinder 7, the walls of the niche 8, the hydraulic distribution unit 9, the nozzles 10 and 11, the pipelines 12, the piston 13 accumulator 14.

Устройства располагают на обоих бортах 1 судна, симметрично относительно его продольной оси, предпочтительно в районе мидель-шпангоута чуть выше скулы (участка корпуса на переходе борта в днище). The devices are placed on both sides of the vessel 1, symmetrically with respect to its longitudinal axis, preferably in the midship frame region, just above the cheekbone (hull section at the transition of the side in the bottom).

Верхняя лопасть 2 жестко связана со штоком 6 силового цилиндра 7. Шток 6 и цилиндр 7 образуют гидроцилиндр двустороннего действия, полости которого, расположенные по обе стороны поршня 13, через патрубки 10 и 11 и трубопроводы 12 связаны с гидрораспределительным узлом 9. The upper blade 2 is rigidly connected with the rod 6 of the power cylinder 7. The rod 6 and cylinder 7 form a double-acting hydraulic cylinder, the cavities of which are located on both sides of the piston 13 through the nozzles 10 and 11 and the pipelines 12 are connected to the hydraulic distribution unit 9.

В качестве гидрораспределительного узла 9 может быть использовано любое устройство аналогичного назначения, удовлетворяющее по своим характеристикам условиям работы и имеющее дистанционное, предпочтительно автоматизированное, управление переключением каналов. В качестве трубопроводов 12 использованы шланги высокого давления. As a hydraulic distribution unit 9, any device of a similar purpose can be used that satisfies the operating conditions and has remote, preferably automated, channel switching control. As pipelines 12 used high pressure hoses.

Длина параллельных стоек 5 между осями шарниров 4 равна удвоенной длине хорды верхней лопасти 2, площадь лопасти принимают из выражения S=(0,03-0,035)V^2/3, где V - водоизмещение корабля.The length of the parallel struts 5 between the axes of the hinges 4 is equal to the doubled chord length of the upper blade 2, the blade area is taken from the expression S = (0.03-0.035) V ^2/3 , where V is the displacement of the ship.

Противоположные концы параллельных стоек 5 связаны с каждой из лопастей 2 и 3 посредством шарниров. Конструкция механизма поворота параллельных стоек (на чертежах не показан) может быть любой известной конструкции, например в виде механического редуктора, обеспечивающего поворот вала, установленного с возможностью реверсивного вращения на угол до 90^o в отверстиях, выполненных в боковых стенках пустотелой верхней лопасти, и жестко связанного с одной из параллельных стоек 5. Однако в реальности конструктивное выполнение этого механизма будет определяться размерами судна и, соответственно, нагрузками на элементы механизма и всего устройства. Целесообразно лопасть, снабжаемую механизмом поворота, выполнять пустотелой, для обеспечения размещения деталей механизма поворота при сохранении "гладкости" рабочих поверхностей лопасти 2.The opposite ends of the parallel uprights 5 are connected to each of the blades 2 and 3 by means of hinges. The design of the rotation mechanism of parallel racks (not shown in the drawings) can be of any known design, for example, in the form of a mechanical gearbox that rotates a shaft mounted with the possibility of reverse rotation up to 90 ^o in the holes made in the side walls of the hollow upper blade, and rigidly associated with one of the parallel racks 5. However, in reality, the constructive implementation of this mechanism will be determined by the dimensions of the vessel and, accordingly, the loads on the elements of the mechanism and the whole structure Properties. It is advisable that the blade provided with the rotation mechanism is hollow, to ensure the placement of the details of the rotation mechanism while maintaining the "smoothness" of the working surfaces of the blade 2.

Число лопастей может быть 2 и больше, но на чертежах показан вариант с двумя лопастями. The number of blades can be 2 or more, but the drawings show a variant with two blades.

Заявленное устройство работает следующим образом. The claimed device operates as follows.

При необходимости ввода устройства в работу осуществляют соответствующее переключение гидрораспределительного узла 9, и рабочая жидкость из полости гидроаккумулятора 14 поступает через соответствующий трубопровод 12 и патрубок 10 в полость силового цилиндра 7, под поршень 13, что приводит к выдвижению "пакета" из лопастей 2 и 3 из ниши 8. После того как лопасти полностью выйдут из ниши 8, включают механизм поворота параллельных стоек 5, смонтированный в полости верхней лопасти 2. Поскольку параллельные стойки 5 и кромки лопастей 2 и 3 образуют шарнирный параллелограмм, поворот на 90^o одной стойки 5 повторяется второй стойкой 5, что приводит к раскрытию "пакета" лопастей в рабочее положение, когда лопасти располагаются одна над другой, параллельно друг другу на расстоянии, равном удвоенной длине хорды лопасти.If it is necessary to put the device into operation, the hydraulic distribution unit 9 is switched accordingly, and the working fluid from the hydraulic accumulator cavity 14 enters through the corresponding pipe 12 and the pipe 10 into the cavity of the power cylinder 7, under the piston 13, which leads to the extension of the “package” from the blades 2 and 3 from the niche 8. After the blades completely exit the niche 8, turn on the rotation mechanism of the parallel posts 5 mounted in the cavity of the upper blade 2. Since the parallel posts 5 and the edges of the blades 2 and 3 form a hinge A parallelogram, a 90 ^° rotation of one strut 5 is repeated by the second strut 5, which leads to the opening of the "package" of blades in the working position, when the blades are located one above the other, parallel to each other at a distance equal to twice the length of the chord of the blade.

В процессе движения судна на лопастях 2 и 3 возникает гидродинамическая сила, стремящаяся воспрепятствовать поперечной качке корабля. При уборке устройства вышеописанные действия осуществляют в обратном порядке, т.е. посредством механизма поворота "складывают" лопасти в компактный "пакет", который втягивают в нишу 8, при этом сжатая жидкость из-под поршня 13 сбрасывается в гидроаккумулятор 14, а из последнего подается через патрубок 11 в полость силового цилиндра 7, над поршнем 13. Далее все повторяется. During the movement of the vessel on the blades 2 and 3, a hydrodynamic force arises, which tends to prevent the transverse rolling of the ship. When cleaning the device, the above operations are carried out in the reverse order, i.e. by means of the rotation mechanism, the blades are “folded” into a compact “package”, which is pulled into a niche 8, while the compressed fluid from under the piston 13 is discharged into the hydraulic accumulator 14, and from the latter it is supplied through the pipe 11 to the cavity of the power cylinder 7, above the piston 13. Then everything repeats.

Claims

A device for reducing the rolling motion of a vessel on a wave, including onboard steered rudders placed on both sides of the vessel in the middle of the mid-frame with the possibility of extension from the hull of the vessel, characterized in that an additional blade is connected parallel to the rudder blade by means of parallel struts, the ends of which pivotally connected to each of the blades, while the ends of the racks associated with one of the blades are equipped with a rotation mechanism up to 90 degrees, in addition, the upper blades are fixed at the ends of the sliding silt cylinders with the possibility of reciprocating movement along their longitudinal axes, which pass through niches made on the sides of the vessel in the area of its cheekbone, the length of the parallel struts being equal to twice the length of the chord of the upper blade, in addition, the area of the blade is taken from the expression S = (0 , 03-0.035) V ^2/3 , where V is the displacement of the ship, and the dimensions of the niche provide the possibility of placing both blades in it, while its length does not exceed twice the length of the blades, and the width is twice the thickness of the blades.