Колесный движительно-рулевой комплекс

 

Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для судов, используемых в условиях мелководья, засоренной акватории, а также в ледовых условиях. Движительно-рулевой комплекс (ДРК) установлен в оконечности судна, содержит два гребных колеса с жестко установленными плицами и имеет симметричную относительно диаметральной плоскости (ДП) судна конструкцию. Каждое колесо имеет независимо управляемый привод, а плицы развернуты относительно осей колес для подгребания воды от бортов к ДП судна и обжатия отбрасываемой струи. ДРК может содержать устройство для регулирования заглубления гребных колес. Гребные колеса могут быть переменного диаметра в форме усеченного конуса с возрастающим от борта к ДП судна диаметром и иметь не перпендикулярные ДП судна оси. Плицы ДРК могут быть винтовой формы с оптимальными углами входа в воду в районе борта и выхода из воды в районе ДП судна. Колеса могут быть иметь объемную конструкцию, а плицы образованы цилиндрическими поверхностями обшивки, закрепленными на звездообразных дисках. ДРК может содержать волновыпрямитель в виде крыла с устройством регулирования его угла атаки и поднятия над уровнем воды. При движении судна во льду гребными колесами вперед ширина последних по плицам может быть больше ширины корпуса судна по конструктивной ватерлинии. Для снижения низкочастотных колебаний рама может быть закреплена на транце судна посредством демпферов. Изобретение позволяет повысить кпд движителя и управляемость судна. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к водному транспорту, может быть использовано при проектировании, строительстве и эксплуатации судов, предназначенных для работы в условиях мелководья, в засоренной акватории, а также в ледовых условиях.

Известен ДРК, авторское свидетельство 1000348 от 08.09.80 г., состоящий из гребного колеса с поворотными плицами, установленного на круговой поворотной платформе с приводом вертикального перемещения. Это устройство имеет сложную конструкцию и уязвимое гребное колесо с поворотными плицами.

Цель создания изобретения - обеспечение повышенной надежности при работе судна на мелководье, во льду, при лесосплаве в сочетании с высокими пропульсивными качествами, суперманевренностью, высокими динамическими и скоростными характеристиками судна и состава.

Указанная цель достигается применением колесного движительно-рулевого комплекса (ДРК), расположенного в оконечности судна, выполненного в виде пары гребных колес с независимым приводом, симметричной относительно ДП судна конструкции, с жестко установленными и развернутыми относительно оси колеса плицами. При этом плица имеет аксиально-винтовую форму с оптимальным углом входа кромки в воду у наружного обода колеса и оптимальным углом выхода кромки плицы из воды у внутреннего обода колеса (для расчетной скорости хода судна). Колесный ДРК содержит устройство для регулирования заглубления гребных колес, выполненное в виде рамы, шарнирно закрепленной на транце судна с приводом ее подъема-опускания. Для повышения пропульсивных качеств колесного ДРК его рама оборудуется волновыпрямителем с устройством регулирования угла атаки крыла и поднятия его над уровнем воды. Форма гребных колес выполнена в виде усеченных конусов с наружным ободом меньшего диаметра, чем обод внутренний (ближний к ДП судна).

Для использования в особо тяжелых условиях (например, для судов ледового класса) гребные колеса имеют объемную конструкцию с внутренним набором, образованную цилиндрическими поверхностями плиц и плоскими звездообразными дисками, причем ширина гребных колес по плицам больше, чем максимальная ширина корпуса судна по КВЛ.

Сущность изобретения "Колесный ДРК" поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема управляемости судна с колесным ДРК; на фиг.2 - колесный ДРК, продольный разрез; на фиг.3 - колесный ДРК, вид с кормы; на фиг.4 - колесный ДРК, вид сверху; на фиг.5, 6 - схема работы ДРК во льду.

Колесный ДРК представляет собой устройство, состоящее из правого 1 и левого 2 гребных колес симметричной относительно ДП судна конструкции с жестко установленными на них аксиально-винтовыми плицами 3, с независимым (например, гидравлическим) приводом 4 колес. Гребные колеса 1 и 2 установлены на раме 5, шарнирно закрепленной посредством демпферов 6 на оконечности судна 7 и устройства 8 подъема-опускания ДРК. Кормовее колес установлен волновыпрямитель с приводом 9 регулировки угла атаки и подъема из воды крыла 10. Гребные колеса 1 и 2 могут быть выполнены с объемными плицами 11, образованными цилиндрическими поверхностями обшивки, упрочненными по кромке профилем 12. Цилиндрическая обшивка, закрепленная на звездообразных дисках 13, по торцам колеса подкреплена изнутри набором 14. На кромках плиц устанавливаются зубцы 15. Для судна-парома колеса разнесены к бортам для образования проезда, а к раме прикреплена аппарель.

Работа колесного ДРК 1. Управляемость, маневренность.

Управление судном осуществляется изменением величины и направления вектора тяги ДРК путем изменения соотношения числа оборотов и направления вращения гребных колес. Как видно на схеме управляемости судна с колесным ДРК фиг. 1, максимальный момент, разворачивающий судно, может быть достигнут при вращении гребных колес на максимальных оборотах в противоположном направлении M₀=P•b (для α = 0^o);
Для толкача L/b = 4÷6.

Для толкаемого состава L/b = 20÷40.

где P - величина упора на одном гребном колесе;
L/2 - расстояние от ЦМ судна (состава) до оси гребных колес;
b - расстояние между центрами плиц;
α - угол разворота плиц;
ЦМ - центр массы судна (состава).

Управляемость судна на переднем и заднем ходу будет идентична. Следовательно, с точки зрения управляемости колесный ДРК может устанавливаться как на кормовой, так и на носовой оконечности. Величина разворачивающего судно момента зависит от угла α разворота плиц относительно оси колеса и расстояния оси гребных колес от центра массы судна или толкаемого состава. При установке плиц под углом к оси колес α =17^o (угол, соответствующий максимальному кпд ДРК) момент, разворачивающий судно, в сравнении со случаем α =0^o возрастает для судна-толкача в 2,5-3 раза, для толкаемого состава толкач + баржа в 5-6 раз, для состава толкач + две баржи в кильватер в 10-12 раз. Винтовая форма плиц при вращении колес в разные стороны обеспечивает рулевую силу, соизмеримую с упором ДРК. Если плицы не имеют разворота (α = 0°), то боковая составляющая упора отсутствует, и управляемость судна в отличие от заявляемой конструкции ДРК не может быть обеспечена без традиционного рулевого устройства.

2. Тяговые и скоростные характеристики.

Из практики известно, что удельные тяговые характеристики гребных колес при возрастании сопротивления движению увеличиваются в 1,5-2 раза. Судно с колесным ДРК будет быстрее набирать и гасить скорость в сравнении с судном, имеющим винтовой или водометный ДРК.

Разворот плиц 3 относительно оси колес 1 и 2 кроме обеспечения управляемости способствует повышению пропульсивного кпд ДРК и получению высоких тяговых характеристик за счет подгребания воды с бортов и обжатия струи. Для уменьшения потерь и повышения скорости отбрасываемой струи (а значит, и судна) колеса ДРК выполняются в виде усеченного конуса.

Частицы воды, захваченные плицей 3, в момент гребка перемещаются вдоль ее поверхности от борта к ДП судна и получают ускорение, т.к. диаметр гребного колеса, а значит, и окружная скорость плиц возрастает от борта к ДП. Большая скорость отбрасывания струи снижает образование водяного вала за колесом, подъем воды плицами. Этому также способствует аксиально-винтовая форма плиц 3, имеющих оптимальный угол входа в воду в районе наружного (бортового) диска колес 1 и 2 и угол установки плиц в районе внутреннего (при ДП) диска, соответствующий оптимальному углу выхода кромки плицы из воды при расчетной скорости хода. На всех режимах движения судна обеспечивается максимальный кпд ДРК за счет оптимальной величины заглубления гребных колес приводом 8 и подавления волны волновыпрямителем 10.

3. Работа в условиях мелководья и засоренной акватории.

Отсутствие уязвимых элементов - поворотных плиц, перьев рулей - обеспечивает колесному ДРК повышенную надежность на предельном мелководье вплоть до использования его в качестве грунтозацепов путем опускания на дно, например при посадке на мель.

4. Работа в ледовых условиях.

Конструкция колесного ДРК может быть выполнена настолько прочной, что сможет использоваться в качестве ледоразрушающего устройства. Судно, двигаясь колесами вперед, будет взламывать ледяное поле. Плица, совершающая гребок в непосредственной близости от кромки льда, создает под ней разрежение, которое способствует откалыванию кусков льда при ударе по нему следующей плицы. Далее кусок льда притапливается плицей и вследствие разворота плиц вместе с массой воды отбрасывается в сторону под кромку льда. Корпус судна движется в чистом канале, практически не испытывая трения льда.

5. Работа в тянущем режиме.

Колесный ДРК может быть установлен в носовой оконечности судна и обеспечит при этом управляемость, маневренность, высокую тягу. Носовой колесный ДРК может быть использован для буксировщика лихтеров ЛЭШ, колесных ледоколов, паромов, полуамфибийных платформ.

Колесный ДРК, в отличие от винтового, допускает осмотр и ремонт без докования судна. Кроме технических преимуществ колесный ДРК будет иметь и экологические, оказывая щадящее воздействие на флору и фауну акватории, т.к. добавленные скорости частиц воды, проходящих через гребные колеса, на порядок ниже, чем в винте.

Формула изобретения

1. Колесный движительно-рулевой комплекс, установленный в оконечности судна, содержащий выполненные с жестко установленными плицами два гребных колеса, имеющих симметричную относительно диаметральной плоскости судна конструкцию, при этом каждое колесо имеет независимо управляемый привод, отличающийся тем, что установленные на колесах плицы развернуты относительно осей колес для подгребания воды от бортов к диаметральной плоскости судна и обжатия отбрасываемой струи.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он содержит устройство для регулирования заглубления гребных колес, например, в виде рамы, шарнирно закрепленной на транце судна с приводом ее подъема-опускания.

3. Комплекс по п.1 или 2, отличающийся тем, что гребные колеса выполнены переменного диаметра, которые могут быть вписаны в усеченный конус, оси гребных колес не перпендикулярны диаметральной плоскости судна, а диаметр каждого из гребных колес возрастает от борта к диаметральной плоскости судна.

4. Комплекс по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что плицы имеют винтовую форму с оптимальными углами установки на входе в воду в районе борта и на выходе из воды в районе диаметральной плоскости судна.

5. Комплекс по п.1 или 2, отличающийся тем, что колеса выполнены в виде объемной конструкции с плицами, образованными цилиндрическими поверхностями обшивки, закрепленными на звездообразных дисках.

6. Комплекс по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что он содержит волновыпрямитель в виде крыла с устройством регулирования его угла атаки и поднятия над уровнем воды.

7. Комплекс по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что для прокладки канала при движении судна во льду гребными колесами вперед ширина гребных колес по плицам больше ширины корпуса судна по конструктивной ватерлинии.

8. Комплекс по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что для снижения низкочастотных колебаний рама закреплена на транце судна посредством демпферов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6