RU2556817C1

RU2556817C1 - Propulsion steering column

Info

Publication number: RU2556817C1
Application number: RU2014133324/11A
Authority: RU
Inventors: Георгий Николаевич Бубличенко; Лев Николаевич Гора; Яков Абрамович Флексер
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2015-07-20

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: proposed propulsion steering column comprises propeller arranged in guide adapter. The latter is composed by s ring-shape wing. Spoilers are arranged at guide adapter inner surface to turn thereabout. Spoiler pivot axes are arranged parallel with the screw rotation plane.

EFFECT: efficient control over submarine.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области морской подводной техники, а именно к конструкциям движительно-рулевых устройств подводных аппаратов, и предназначено для обеспечения поступательного движения и для изменения направления движения подводных аппаратов, преимущественно тихоходных.The invention relates to the field of marine underwater technology, namely, to the designs of propulsion and steering devices of underwater vehicles, and is intended to provide translational motion and to change the direction of movement of underwater vehicles, mainly low-speed.

Известны движительно-рулевые устройства торпед и торпедообразных аппаратов (см. например, Ю.А. Боженов и др. «Самоходные необитаемые подводные аппараты», Л., Судостроение, 1986, стр. 8, 9), выполненные в виде гребного винта и двух пар рулей: горизонтальных и вертикальных. Недостатком таких устройств является снижение эффективности рулей при малых скоростях движения, так как гидродинамические силы на рулях пропорциональны квадрату скорости.Known propulsion-steering devices of torpedoes and torpedo-shaped vehicles (see, for example, Yu.A. Bozhenov et al. “Self-propelled uninhabited underwater vehicles”, L., Sudostroenie, 1986, p. 8, 9), made in the form of a propeller and two pairs of rudders: horizontal and vertical. The disadvantage of such devices is the decrease in rudder efficiency at low speeds, since the hydrodynamic forces on the rudders are proportional to the square of the speed.

Известны движительно-рулевые устройства, содержащие гребной винт в направляющей насадке, обеспечивающие повороты подводного аппарата путем изменения направления вектора тяги гребного винта. Указанное изменение может осуществляться двумя способами. Первый - механический поворот насадки с гребным винтом (см. например, движительно-рулевое устройство мезоскафа «Огюст Пикар». М.Н. Диомидов, А.Н. Дмитриев «Подводные аппараты». Л., Судостроение, 1966, стр. 112-113). Второй - изменение направления потока воды внутри неподвижной насадки за счет подачи воды из внешней среды через боковую поверхность насадки. В статье Феллоуз Б.У. и др. «Направляющие регулируемые насадки для гребных винтов подводных аппаратов» (см. Proc. 6^th Cranfield Fluidic Conf, Cambridge p.p. j339-j354) описано устройство, в котором указанная подача воды осуществляется через отверстия в боковой поверхности насадки, снабженные управляемыми заслонками.Known propulsion and steering devices containing a propeller in the guide nozzle, providing turns of the underwater vehicle by changing the direction of the thrust vector of the propeller. The specified change can be carried out in two ways. The first is the mechanical rotation of the nozzle with a propeller (see, for example, the propulsion-steering device of the Auguste Picard mesoscuff. MN Diomidov, AN Dmitriev “Underwater vehicles”. L., Sudostroenie, 1966, p. 112- 113). The second is a change in the direction of the water flow inside the fixed nozzle due to the supply of water from the external environment through the side surface of the nozzle. In an article by Fellows B.U. et al., “Adjustable guiding nozzles for propellers for underwater vehicles” (see Proc. 6 ^th Cranfield Fluidic Conf, Cambridge pp j339-j354), a device is described in which said water is supplied through openings in the side surface of the nozzle provided with controlled shutters.

Известен движитель, в котором подача воды внутрь насадки происходит при отклонении сегментов - рулей, являющихся частью насадки (патент RU 2139217 С1, опубл. 10.10.1999), взятый в качестве прототипа.Known mover in which the water supply inside the nozzle occurs when the segments - rudders that are part of the nozzle (patent RU 2139217 C1, publ. 10.10.1999) are rejected, taken as a prototype.

Движительно-рулевые устройства с изменяемым направлением вектора тяги гребного винта обеспечивают эффективное управление движением подводного аппарата, в том числе на малых скоростях. Недостатком таких устройств является снижение тяги гребного винта и, следовательно, скорости подводного аппарата при его поворотах или циркуляции. Это снижение обусловлено несовпадением направлений векторов тяги винта и скорости аппарата, а также уменьшением эффективности насадки вследствие нарушения осесимметричности ее обтекания.Propulsion and steering devices with a variable direction of the propeller thrust vector provide effective control of the movement of the underwater vehicle, including at low speeds. The disadvantage of such devices is the reduction in propeller thrust and, consequently, the speed of the underwater vehicle when it is rotated or circulated. This decrease is due to the mismatch of the directions of the thrust vector of the screw and the speed of the apparatus, as well as a decrease in the efficiency of the nozzle due to the violation of the axisymmetry of its flow.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение эффективного управления движением подводного аппарата, в том числе и на малых скоростях, при сохранении скорости подводного аппарата во время его маневрирования и движения на циркуляции без увеличения его массогабаритных характеристик.The problem to which the invention is directed is to provide effective control of the movement of the underwater vehicle, including at low speeds, while maintaining the speed of the underwater vehicle during its maneuvering and movement in circulation without increasing its weight and size characteristics.

Технический результат заключается в создании конструкции движительно-рулевого устройства подводного аппарата, обеспечивающей как прямолинейное движение подводного аппарата, так и изменение направления движения без снижения тяги гребного винта и, следовательно, скорости подводного аппарата.The technical result consists in creating the design of the propulsion-steering device of the underwater vehicle, providing both the rectilinear motion of the underwater vehicle and changing the direction of movement without reducing the propeller thrust and, consequently, the speed of the underwater vehicle.

Указанный технический результат достигается тем, что на внутренней поверхности кольцевой направляющей насадки, в которой размещается гребной винт, установлены управляемые интерцепторы с возможностью поворота вокруг осей, параллельных плоскости вращения гребного винта.The specified technical result is achieved by the fact that on the inner surface of the annular guide nozzle in which the propeller is placed, controllable spoilers are mounted with the possibility of rotation around axes parallel to the plane of rotation of the propeller.

Интерцептор, установленный на внутренней поверхности крыла, увеличивает его подъемную силу (см., например, В.И. Егоров «Подводные буксируемые системы» Л., Судостроение, 1984, стр. 139). Вследствие этого, на внутренней поверхности насадки, представляющей собой кольцевое крыло, при отклонении интерцептора возникает поперечная сила. Эта сила обеспечивает поворот подводного аппарата. При этом направление потока в насадке и, соответственно, вектора тяги гребного винта останется неизменным. В результате скорость движения подводного аппарата при поворотах и на циркуляции сохраняется.An interceptor mounted on the inner surface of the wing increases its lift (see, for example, V. I. Egorov “Underwater towed systems” L., Sudostroenie, 1984, p. 139). As a result of this, a transverse force arises on the inner surface of the nozzle, which is an annular wing, when the interceptor is deflected. This force provides the rotation of the underwater vehicle. In this case, the flow direction in the nozzle and, accordingly, the propeller thrust vector will remain unchanged. As a result, the speed of the underwater vehicle during turns and in circulation is maintained.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показано движительно-рулевое устройство, продольный разрез.The invention is illustrated in the drawing, which shows the propulsion and steering device, a longitudinal section.

Движительно-рулевое устройство представляет собой гребной винт 1, размещенный в направляющей насадке 2, на внутренней поверхности которой размещены интерцепторы 3 и 4. Интерцепторы имеют возможность поворота относительно осей 5 и 6, параллельных плоскости гребного винта 1. Для осуществления поворота интерцепторы снабжены приводами 7 и 8, которые, в частности, могут содержать зубчатые колеса, связанные с зубчатыми рейками, перемещение которых производится с помощью рулевых машинок. На чертеже интерцептор 3 показан повернутым на угол δ. Двигатель, вращающий винт, детали крепления движительно-рулевого устройства к подводному аппарату и проводка управления рулевыми машинками не показаны.The steering-steering device is a propeller 1, located in the guide nozzle 2, on the inner surface of which the spoilers 3 and 4 are placed. The spoilers can be rotated relative to the axes 5 and 6 parallel to the plane of the propeller 1. To perform the rotation, the spoilers are equipped with drives 7 and 8, which, in particular, may include gears associated with gear racks, the movement of which is carried out using steering machines. In the drawing, the interceptor 3 is shown rotated through an angle δ. An engine, a rotary screw, parts for attaching the propulsion and steering device to the underwater vehicle, and steering control wiring are not shown.

Работа движительно-рулевого устройства происходит следующим образом. При не отклоненных интерцепторах 3 и 4 гребной винт создает только продольную тягу, обеспечивающую прямолинейное движение подводного аппарата. По команде, подаваемой, например, на привод 7, происходит поворот интерцептора 3 на заданный угол, определяемый, в конечном счете, заданной величиной радиуса циркуляции аппарата. При повороте интерцептора возникает поперечная сила F.The operation of the propulsion and steering device is as follows. When the spoilers 3 and 4 are not deflected, the propeller creates only a longitudinal thrust that ensures the rectilinear movement of the underwater vehicle. According to a command supplied, for example, to drive 7, the interceptor 3 is rotated by a predetermined angle, determined, ultimately, by the specified value of the radius of circulation of the apparatus. When the interceptor is turned, a transverse force F.

Величина отклоняющей (поперечной) силы F, зависящей от угла отклонения интерцептора δ, определяется формулой:The value of the deflecting (transverse) force F, which depends on the angle of deviation of the interceptor δ, is determined by the formula:

где R - сила воздействия потока воды со скоростью V на интерцептор, поставленный под углом 90° к потоку, Н:where R is the force of the water flow at a speed V on the interceptor, set at an angle of 90 ° to the flow, N:

где, в свою очередь:where, in turn:

С_х - коэффициент лобового сопротивления интерцептора,C _x - drag coefficient of the interceptor,

ρ - массовая плотность воды, кг/м³,ρ is the mass density of water, kg / m ³ ,

V - скорость набегающего потока, м/с,V is the speed of the incident flow, m / s,

S - эффективная площадь интерцептора, м².S is the effective area of the interceptor, m ² .

Направление тяги гребного винта Т при этом не изменяется. Для обеспечения изменения направления движения как в левую, так и в правую сторону устанавливаются друг напротив друга как минимум два интерцептора. Изображенное движительно-рулевое устройство содержит два интерцептора и может обеспечить повороты подводного аппарата только в одной плоскости, например, в горизонтальной. Такое устройство может найти применение в подводных аппаратах, которые удерживаются на заданном отстоянии от грунта с помощью цепного гайдропа-ползуна. В качестве примера такого подводного аппарата можно указать французский «Эполяр» (см. Ю.А. Баженов и др. «Самоходные необитаемые подводные аппараты», Л., Судостроение, 1986, стр. 12). В случае, когда требуется управление в двух плоскостях, в направляющей насадке должны быть установлены четыре интерцептора.The thrust direction of the propeller T does not change. To ensure a change in direction of movement, at least two interceptors are installed opposite each other in both the left and the right side. The shown propulsion and steering device contains two spoilers and can provide turns of the underwater vehicle in only one plane, for example, in the horizontal. Such a device can find application in underwater vehicles that are held at a predetermined distance from the ground using a chain guide-slider. As an example of such an underwater vehicle, you can specify the French "Epolar" (see Yu.A. Bazhenov et al. "Self-propelled uninhabited underwater vehicles", L., Shipbuilding, 1986, p. 12). In the case where control in two planes is required, four interceptors must be installed in the guide nozzle.

Из проведенных экспериментально-теоретических работ следует, что поворот интерцептора может в 2-2,5 раза увеличить коэффициент подъемной силы крыла. Расчеты и конструктивные проработки, выполненные в обоснование предлагаемого движительно-рулевого устройства, показывают его полезность для обеспечения движения и маневрирования подводных аппаратов.From the experimental and theoretical work it follows that the rotation of the interceptor can increase the wing lifting coefficient by 2–2.5 times. Calculations and design studies carried out in support of the proposed propulsion and steering device show its usefulness for providing movement and maneuvering of underwater vehicles.

Таким образом, предлагаемая конструкция движительно-рулевого устройства обеспечивает прямолинейное движение подводного аппарата и изменение направления движения без снижения тяги гребного винта и, следовательно, скорости подводного аппарата, а также, в целом, обеспечивает эффективное управление движением подводного аппарата, в том числе и на малых скоростях, без увеличения его массогабаритных характеристик.Thus, the proposed design of the propulsion and steering device provides a rectilinear motion of the underwater vehicle and a change in the direction of movement without reducing the propeller thrust and, consequently, the speed of the underwater vehicle, and also, in general, provides effective control of the movement of the underwater vehicle, including at small speeds, without increasing its overall dimensions.

Claims

A propulsion and steering device comprising a propeller located in the guide nozzle, which is an annular wing, characterized in that the spoilers are rotatably mounted on the inner surface of the guide nozzle, the axis of rotation of the spoilers being parallel to the plane of rotation of the screw.