RU2282559C1

RU2282559C1 - Extensible rotary propulsive screw-rudder

Info

Publication number: RU2282559C1
Application number: RU2005100809/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Станиславович Тарадонов (RU); Владимир Станиславович Тарадонов; Александр Сергеевич Бузаков (RU); Александр Сергеевич Бузаков; Валерий Николаевич Киреев (RU); Валерий Николаевич Киреев; Алексей Иванович Шумилов (RU); Алексей Иванович Шумилов; Олег Анатольевич Хализев (RU); Олег Анатольевич Хализев; Алексей Валентинович Журавлев (RU); Алексей Валентинович Журавлев; Елена Леонардовна Корнева (RU); Елена Леонардовна Корнева
Original assignee: Владимир Станиславович Тарадонов; Александр Сергеевич Бузаков; Валерий Николаевич Киреев; Алексей Иванович Шумилов; Олег Анатольевич Хализев; Алексей Валентинович Журавлев; Елена Леонардовна Корнева
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2006-08-27
Also published as: RU2005100809A

Abstract

FIELD: shipbuilding; active control of ships.

SUBSTANCE: proposed rotary propulsive screw-rudder is made in form of water-jet propeller and is provided with streamlined symmetrical vertical nozzle which has water duct made in form of rectangular vertical slit over entire span in center of nozzle. Working member mounted in water duct consists of two vertical rotors for rotation at reversal; working member is mounted in symmetrical cylindrical recesses over entire span of nozzle. Vertical flap mounted at water duct outlet has symmetrical convex profile for turn relative to vertical axis lying in plane of symmetry of nozzle. Vertical flap is mounted at equal clearances between trailing edges of water duct and external convex surfaces of flap profile when it is placed in plane of symmetry of nozzle. Each clearance ensures limitation of flap putting-over.

EFFECT: enhanced handling of ship due to considerable lateral force on flap owing to Coanda effect.

3 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, в частности к средствам активного управления судами - движительно-рулевым колонкам.The invention relates to shipbuilding, in particular to means of active control of ships - propulsion and steering columns.

Известна выдвижная поворотная винтовая колонка (см. Э.П.Лебедев и др. Средства активного управления судами. Л.: Судостроение, 1969 г., с.180, рис.135), содержащая обтекаемую симметричную насадку, имеющую водопроточный канал, в который вмонтирован рабочий орган, выполненный в виде гребного винта.Known retractable swivel screw column (see E.P. Lebedev and other Means of active control of ships. L .: Shipbuilding, 1969, p.180, Fig. 135), containing a streamlined symmetrical nozzle having a water flow channel into which mounted working body, made in the form of a propeller.

Выдвижная поворотная винтовая колонка изменяет направление тяги в широких пределах за счет поворота устройства относительно оси, перпендикулярной оси гребного винта. Данная колонка применяется на судах, к которым предъявляются особо высокие требования в отношении управляемости на малых скоростях хода, а также на судах, которым необходимо длительное время удерживаться в определенном положении или определенной точке моря.A retractable rotary screw column changes the direction of the thrust in a wide range due to the rotation of the device relative to the axis perpendicular to the axis of the propeller. This column is used on ships that are particularly demanding in terms of handling at low speeds, as well as on ships that need to be held in a certain position or at a certain point in the sea for a long time.

Также известно роторное движительно-рулевое устройство (активный руль судна) (см. патент на изобретение Российской Федерации № 2207297, МКИ В 63 Н 25/38, опубликованный в 2003 г.), содержащее обтекаемую симметричную вертикальную насадку (перо руля), имеющую водопроточный канал, выполненный в виде прямоугольной вертикальной щели по всему размаху посередине насадки, в который вмонтирован рабочий орган, состоящий из двух вертикальных роторов, установленных в симметричных цилиндрических нишах по всему размаху насадки с возможностью вращения с реверсом, а также вертикальный закрылок, установленный на выходе водопроточного канала с возможностью поворота относительно вертикальной оси. Это устройство принято в качестве прототипа.A rotary propulsion and steering device (active steering wheel of a ship) is also known (see patent of the invention of the Russian Federation No. 2207297, MKI B 63 H 25/38, published in 2003), containing a streamlined symmetrical vertical nozzle (feather of the steering wheel) having a water-flowing a channel made in the form of a rectangular vertical slit along the entire span in the middle of the nozzle, into which a working body is mounted, consisting of two vertical rotors installed in symmetrical cylindrical niches over the entire span of the nozzle with the possibility of rotation with reverse m and vertical flap, mounted on the output channel vodoprotochnogo pivotable about a vertical axis. This device is adopted as a prototype.

Как следует из описания к устройству-прототипу, при вращении вертикальных роторов окружающая вода засасывается через вход и выбрасывается через выход канала по всему размаху насадки. При этом создается тяга роторным водометным движителем, которая реализуется на вращающихся роторах и при заданных углах поворота насадки обеспечивает необходимое маневрирование судна в ограниченной акватории без использования главных движителей. Причем отмечается вариант, когда поворотом закрылков обеспечивается необходимое маневрирование судна без поворота насадки (пера руля), т.е. без использования рулевой машины.As follows from the description of the prototype device, when the vertical rotors rotate, the surrounding water is sucked in through the inlet and ejected through the channel outlet over the entire nozzle span. In this case, thrust is created by a rotary water-jet propulsion device, which is implemented on rotating rotors and, for given nozzle rotation angles, provides the necessary maneuvering of the vessel in a limited area without the use of main propulsors. Moreover, an option is noted when turning the flaps provides the necessary maneuvering of the vessel without turning the nozzle (rudder feather), i.e. without using a steering machine.

Целью предлагаемого изобретения является повышения эффективности управляемости судна.The aim of the invention is to increase the efficiency of controllability of the vessel.

Эта цель достигается тем, что в известной выдвижной роторной движительно-рулевой колонке, содержащей обтекаемую симметричную вертикальную насадку, имеющую водопроточный канал, выполненный в виде прямоугольной вертикальной щели по всему размаху посередине насадки, в который вмонтирован рабочий орган, состоящий из двух вертикальных роторов, установленных в симметричных цилиндрических нишах по всему размаху насадки с возможностью вращения с реверсом, а также вертикальный закрылок, установленный на выходе водопроточного канала с возможностью поворота относительно вертикальной оси, согласно предлагаемому техническому решению вертикальный закрылок выполнен симметричного выпуклого профиля, а его ось поворота расположена в плоскости симметрии насадки, при этом вертикальный закрылок установлен с равными зазорами между выходящими кромками водопроточного канала и наружными выпуклыми поверхностями профиля закрылка при его расположении в плоскости симметрии насадки, причем каждый зазор выполнен с возможностью ограничения перекладки закрылка.This goal is achieved by the fact that in the known retractable rotary propulsion-steering column containing a streamlined symmetric vertical nozzle having a water flow channel made in the form of a rectangular vertical slit throughout the span in the middle of the nozzle, in which a working body is mounted, consisting of two vertical rotors installed in symmetrical cylindrical niches over the entire scope of the nozzle with the possibility of rotation with reverse, as well as a vertical flap installed at the outlet of the water flow channel with According to the proposed technical solution, the vertical flap is made of a symmetrical convex profile, and its rotation axis is located in the nozzle symmetry plane, while the vertical flap is installed with equal gaps between the outgoing edges of the water flow channel and the external convex surfaces of the flap profile when it is located in the symmetry plane of the nozzle, with each gap being made with the possibility of restricting the flap shifting.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

фиг.1 - поперечный разрез выдвижной роторной движительно-рулевой колонки с закрылком, установленным в плоскости симметрии насадки;figure 1 is a cross section of a retractable rotary propulsion-steering column with a flap installed in the plane of symmetry of the nozzle;

фиг.2 - поперечный разрез выдвижной роторной движительно-рулевой колонки с закрылком, установленным в одном из крайних положений;figure 2 is a cross section of a retractable rotary propulsion-steering column with a flap installed in one of the extreme positions;

фиг.3 - продольный разрез выдвижной роторной движительно-рулевой колонки.figure 3 is a longitudinal section of a retractable rotary propulsion-steering column.

Выдвижная роторная движительно-рулевая колонка содержит обтекаемую симметричную вертикальную насадку 1. Насадка 1 выполнена неповоротной относительно вертикальной оси. Внутри насадки 1 выполнен водопроточный канал, имеющий форму прямоугольной вертикальной щели по всему размаху посередине насадки 1. В вертикальных стенках водопроточного канала по всему размаху насадки 1 выполнены симметричные вертикальные цилиндрические ниши 2, которые делят водопроточный канал на входную часть 3 и выходную часть 4. В ниши 2 вмонтирован рабочий орган, состоящий из двух вертикальных роторов 5 с возможностью вращения с реверсом относительно вертикальных осей 6 посредством привода 7. Каждый ротор 5 при вращении образует ометаемую поверхность радиусом R. Профили поперечного сечения роторов 5 могут быть любых форм, которые при их вращении обеспечивают неперетекание жидкости через цилиндрические ниши 2 из выходной части 4 во входную часть 3 плоского щелевого водопроточного канала. На выходе из выходной части 4 водопроточного канала установлен вертикальный закрылок 8 симметричного выпуклого профиля с возможностью поворота относительно вертикальной оси 9 посредством привода 10. Ось 9 находится в плоскости симметрии насадки 1. Вертикальный закрылок 8 установлен с равными зазорами между выходящими кромками выходной части 4 водопроточного канала и выпуклыми наружными поверхностями профиля закрылка 8 при его расположении в плоскости симметрии насадки 1. Каждый зазор выполнен с возможностью ограничения перекладки закрылка 8.Retractable rotary engine-steering column contains a streamlined symmetric vertical nozzle 1. The nozzle 1 is made not rotatable relative to the vertical axis. Inside the nozzle 1, a water flow channel is made, having the shape of a rectangular vertical slit throughout the span in the middle of the nozzle 1. In the vertical walls of the water flow channel over the entire span of the nozzle 1, symmetrical vertical cylindrical niches 2 are made that divide the water flow channel into the input part 3 and output part 4. B a niche 2 is mounted a working body consisting of two vertical rotors 5 with the possibility of rotation with reverse relative to the vertical axes 6 by means of a drive 7. Each rotor 5 forms an omelet during rotation a removable surface of radius R. The cross-sectional profiles of the rotors 5 can be of any shape, which, when rotated, ensure that the liquid does not flow through cylindrical niches 2 from the outlet part 4 into the inlet part 3 of the flat slotted water flow channel. At the exit of the outlet part 4 of the water flow channel, a vertical flap 8 of a symmetrical convex profile is installed with the possibility of rotation relative to the vertical axis 9 by means of the actuator 10. The axis 9 is in the plane of symmetry of the nozzle 1. The vertical flap 8 is installed with equal gaps between the outgoing edges of the outlet part 4 of the water flow channel and the convex outer surfaces of the flap profile 8 when it is located in the symmetry plane of the nozzle 1. Each gap is made with the possibility of restricting the flap closed ka 8.

Роторная движительно-рулевая колонка выполнена выдвижной из корпуса 11 судна. По торцам насадки 1 установлены шайбы 12, восстанавливающие сплошность обшивки корпуса 11 в данном месте при выдвижении или убирании выдвижной роторной движительно-рулевой колонки и фиксирующие насадку 1 по отношению к корпусу 11. Стрелками ω на фигурах 1 и 2 показано направление вращения роторов 5, а также стрелками показано направление потока воды во входной части 3 и выходной части 4 водопроточного канала и возле закрылка 8. Стрелка Y на фиг.2 показывает направление действия результирующей силы на закрылке 8. На фиг.2 показаны: δ_эф - эффективный угол перекладки закрылка 8; t - толщина выходной щели между выходящей кромкой выходной части 4 водопроточного канала и наружной выпуклой поверхностью профиля закрылка 8 при эффективном угле δ_эф перекладки закрылка 8; r - радиус дуги выпуклого профиля закрылка 8 в районе выходной щели; l - длина дуги выпуклого профиля закрылка 8 от выходной щели до хвостовой оконечности закрылка 8. На судне могут быть установлены две и более выдвижных роторных движительно-рулевых колонок.The rotary engine-steering column is made retractable from the hull 11 of the vessel. Washers 12 are installed at the ends of the nozzle 1, restoring the continuity of the casing of the housing 11 in this place when extending or removing the retractable rotary engine-steering column and fixing the nozzle 1 with respect to the housing 11. The arrows ω in figures 1 and 2 show the direction of rotation of the rotors 5, and also the arrows show the direction of the water flow in the inlet part 3 and the outlet part 4 of the water flow channel and near the flap 8. Arrow Y in figure 2 shows the direction of action of the resulting force on the flap 8. Figure 2 shows: δ _eff - effective flap angle 8; t - thickness exiting the output slit between the edge portion 4 vodoprotochnogo output channel and the outer convex surface 8 of flap profile at the effective angle δ _eff rudder flap 8; r is the radius of the arc of the convex profile of the flap 8 in the region of the exit slit; l is the arc length of the convex profile of the flap 8 from the exit slit to the tail end of the flap 8. Two or more retractable rotary steering-steering columns can be installed on the vessel.

Выдвижная роторная движительно-рулевая колонка работает следующим образом.Retractable rotary engine-steering column operates as follows.

Для обеспечения необходимого маневрирования с помощью выдвижной роторной движительно-рулевой колонки комплекс: насадка 1, закрылок 8 и шайбы 12 выдвигается из корпуса 11 судна. При этом насадка 1 фиксируется неподвижно по отношению к корпусу 11 с помощью верхней шайбы 12 с плоскостью симметрии насадки 1, параллельной диаметральной плоскости корпуса 11 судна.To ensure the necessary maneuvering using a retractable rotary engine-steering column complex: nozzle 1, flap 8 and washers 12 extends from the hull 11 of the vessel. In this case, the nozzle 1 is fixed motionless with respect to the hull 11 using the upper washer 12 with the plane of symmetry of the nozzle 1 parallel to the diametrical plane of the hull 11 of the vessel.

Для создания прямолинейного движения корпуса 11 закрылок 8 устанавливается в плоскости симметрии насадки 1 с углом перекладки δ=0°. При вращении вертикальных роторов 5 относительно вертикальных осей 6 посредством привода 7, как показано стрелками ω на фиг.1, окружающая вода засасывается во входную часть 3 и выбрасывается из выходной части 4 водопроточного канала по всему размаху насадки 1, как показано стрелками. При этом выдвижной роторной движительно-рулевой колонкой создается только тяга, обеспечивающая прямолинейное движение вперед корпуса 11 с заданной скоростью в зависимости от скорости вращения роторов 5 в направлении стрелок ω. Если требуется обеспечение движения корпуса 11 назад, то это создается за счет реверса направления вращения роторов 5. При необходимости выполнения того или иного маневра закрылок 8 относительно вертикальной оси 9 посредством привода 10 перекладывается на некоторый угол δ, и часть силы, реализуемой на закрылке 8 и направленной перпендикулярно диаметральной плоскости корпуса 11, будет поворачивать судно в нужном направлении. Управление судном только за счет перекладки закрылка 8 без поворота насадки 1 относительно вертикальной оси позволит исключить мощный привод поворота, что уменьшит массогабаритные характеристики выдвижной роторной движительно-рулевой колонки.To create a rectilinear movement of the housing 11, the flap 8 is installed in the plane of symmetry of the nozzle 1 with a change angle δ = 0 °. When the vertical rotors 5 are rotated relative to the vertical axes 6 by means of a drive 7, as shown by arrows ω in Fig. 1, the surrounding water is sucked into the inlet part 3 and ejected from the outlet part 4 of the water flow channel over the entire span of the nozzle 1, as shown by arrows. In this case, only a thrust is created by a retractable rotary engine-steering column, providing a straight forward movement of the housing 11 with a given speed depending on the speed of rotation of the rotors 5 in the direction of the arrows ω. If you want to ensure the movement of the housing 11 backward, this is created by reversing the direction of rotation of the rotors 5. If necessary, perform one or another maneuver of the flap 8 relative to the vertical axis 9 by means of the drive 10 is shifted to a certain angle δ, and part of the force realized on the flap 8 and directed perpendicular to the diametrical plane of the hull 11 will turn the vessel in the desired direction. Controlling the vessel only by shifting the flap 8 without turning the nozzle 1 relative to the vertical axis will eliminate the powerful turning drive, which will reduce the overall dimensions of the retractable rotary propulsion-steering column.

Следует отметить, что для создания максимальной боковой силы в ту или иную сторону выдвижной роторной движительно-рулевой колонкой закрылок 8 поворачивается относительно вертикальной оси 9 посредством привода 10 в необходимое крайнее положение до эффективного угла δ_эф, при котором один из зазоров закрывается, а другой зазор остается, образуя щель толщиной t, как показано на фиг.2. При вращении роторов 5 относительно вертикальных осей 6 посредством привода 7 в направлении стрелок ω вода засасывается во входную часть 3 и выбрасывается из выходной части 4 водопроточного канала через плоский щелевой зазор толщиной t. При выходе из плоского щелевого зазора поток воды прилипает по радиусу r к выпуклой наружной поверхности профиля закрылка 8, как показано стрелками на фиг.2 по длине l дуги, и создает на закрылке 8 относительно большую боковую силу за счет эффекта Коанда. Эффект Коанда заключается в том, что струя жидкости, вытекающая из плоской щели, прилипает к выпуклой поверхности. При этом одновременно на этой поверхности закрылка 8 создается относительно большое разрежение и, как следствие, большая результирующая сила в направлении стрелки Y. Результирующая сила Y зависит от геометрических и кинематических параметров роторного водометного движителя и закрылка 8.It should be noted that to create maximum lateral force in one direction or another by a sliding rotary engine-steering column, the flap 8 is rotated relative to the vertical axis 9 by the drive 10 to the required extreme position to the effective angle _δeff , at which one of the gaps closes and the other gap remains, forming a gap of thickness t, as shown in Fig.2. When the rotors 5 rotate relative to the vertical axes 6 by means of a drive 7 in the direction of the arrows ω, water is sucked into the inlet part 3 and ejected from the outlet part 4 of the water flow channel through a flat slot gap of thickness t. When leaving the flat slot gap, the water flow adheres along the radius r to the convex outer surface of the flap profile 8, as shown by the arrows in FIG. 2 along the arc length l, and creates a relatively large lateral force on the flap 8 due to the Coanda effect. The Coanda effect is that a stream of liquid flowing out of a flat slit adheres to a convex surface. At the same time, a relatively large rarefaction is created on this surface of the flap 8 and, as a result, a large resulting force in the direction of the arrow Y. The resulting force Y depends on the geometrical and kinematic parameters of the rotary jet propulsion and the flap 8.

Целесообразно установить две и более выдвижные роторные движительно-рулевые колонки, разнесенные на корпусе 11 по отношению к мидель-шпангоуту, которые позволят регулировать их суммарную тягу по направлению и обеспечить судну движение лагом.It is advisable to install two or more retractable rotary engine-steering columns, spaced on the hull 11 in relation to the midship frame, which will allow you to adjust their total thrust in the direction and provide the vessel with lag movement.

В результате предложенная выдвижная движительно-рулевая колонка позволит повысить управляемость судном посредством реализации значительной боковой силы на закрылке за счет эффекта Коанда.As a result, the proposed retractable propulsion and steering column will improve the controllability of the vessel through the implementation of significant lateral force on the flap due to the Coanda effect.

Claims

A retractable rotary engine-steering column containing a streamlined symmetrical vertical nozzle having a water flow channel made in the form of a rectangular vertical slit throughout the entire span in the middle of the nozzle, in which a working body is mounted, consisting of two vertical rotors installed in symmetrical cylindrical niches throughout the entire span of the nozzle with the possibility of rotation with reverse, as well as a vertical flap installed at the outlet of the water flow channel with the possibility of rotation relative to the vertical th axis, characterized in that the vertical flap is made of a symmetrical convex profile, and its axis of rotation is located in the plane of symmetry of the nozzle, while the vertical flap is installed with equal gaps between the outgoing edges of the water flow channel and the outer convex surfaces of the flap profile when it is located in the nozzle symmetry plane and each gap is made with the possibility of limiting the flap flap.