Винторулевое устройство
PROPELLER-RUDDER DEVICE

Изобретение относится к судостроению и касается конструирования винторулевых устройств (ВРУ).
Известна судовая винторулевая колонка для движения и маневрирования судна в ледовых условиях, обеспечивающая поворот винта в горизонтальной плоскости, содержащая обтекаемую стойку и гондолу с размещенными внутри них элементами приводного механизма, и гребной вал, консольно выступающий с противоположных концов гондолы и с закрепленными на нем с кормового и носового концов соответственно кормовым и носовым гребными винтами (см. патент РФ № 2540200, МПК B63H 25/38, 2015 г.).
Недостаток этого и других подобных устройств: ограничения по максимальной мощности, большая сложность и стоимость.
Известно также винторулевое устройство, включающее два симметрично установленных вертикальных стабилизатора, два смонтированных на баллерах пера рулей, установленных в плоскостях стабилизаторов, и образованные смежными кромками стабилизаторов и перьев рулей эжекционные каналы (см. патент РФ № 2540200, МПК B63H025/38, 2015 г.).
К недостаткам этого решения можно отнести наличие второго руля, которое значительно усложняет и удорожает ВРУ.
Наиболее близким устройством–прототипом является винторулевое устройство, которое содержит гребной винт, руль и специальные спрямляющие лопатки, расположенные после винта (см. патент РФ №2331546, МПК B63H5/14, B63H1/28 B63H7/02, 2008 г.).
Однако он не имеет пера руля, что не позволяет изменять направление движения судна.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение маневренности судна и увеличение тяги гребного винта.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в уменьшении сопротивления, создаваемого пером руля, обеспечивающем максимальную эффективность винта и минимальные потери от руля, создаваемой гребным винтом, что приводит к повышению коэффициента использования энергии струи.
Поставленная задача решается тем, что винторулевое устройство, содержащее гребной винт, руль и спрямляющие лопатки, отличается тем, что входные кромки пера руля заострены, при этом верхняя и нижняя части входной кромки пера руля отогнуты в разные стороны, а ее средняя часть симметрична вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения винта. Кроме того, на пере руля по окружности винта установлены спрямляющие лопатки.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак, указывающий, что «входные кромки пера руля заострены», позволяет уменьшить сопротивление.
Признак, указывающий, что «верхняя и нижняя части входной кромки пера руля отогнуты в разные стороны» обеспечивает безударный вход струи по всему диаметру (сечению) на перо руля.
Признак, указывающий, что «средняя часть (пера) симметрична вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения винта» связан с минимальной закруткой струи в центре пера.
Установка дополнительных спрямляющих лопаток на пере руля по окружности винта обеспечивает направление всей созданной вращающимся винтом струи окружающей среды однонаправленно вдоль линии оси винта.
Схема винторулевого устройства (вид сверху) показана на чертеже.
На чертеже показаны: кормовая часть судна 1; гребной винт 2; входные кромки пера руля (верхняя 3 и нижняя 4); направление 5 струи воды, сходящей с винта; тангенциальная направляющая 6 (окружная) и осевая составляющая 7 струи воды, сходящей с винта; струя 8 воды, натекающая на входную кромку пера руля; перо руля 9; дополнительные спрямляющие лопатки 10.
Винторулевое устройство содержит гребной винт 2, расположенный в кормовой части судна 1, руль с пером 9 и спрямляющие лопатки 10. Перо руля 9 имеет верхнюю 3 и нижнюю 4 входные кромки, которые заострены. При этом верхняя 3 и нижняя 4 части входной кромки пера руля 9 отогнуты в разные стороны, а ее средняя часть симметрична вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения гребного винта 2. Спрямляющие лопатки 10 установлены на пере руля 9 по окружности гребного винта 2.
Винторулевое устройство работает следующим образом. Гребной винт 2, вращаясь, создает движение воды. Общее направление 5 струи воды, сходящей с гребного винта 2, может быть разложено на две составляющие: полезную осевую 7 и тангенциальную (окружную) составляющую 6, которая не создает пользы для движения судна, а только вращает струю воды, сходящей с гребного винта 2. Далее струя воды натекает на входные кромки 3 и 4 пера руля 9 по направлению 8 и далее, постепенно меняя направление, так как проходит спрямляющие кромки 3 и 4, приобретает осевое направление. Окончательно осевое направление струя 8 воды получает, пройдя плоскую часть пера руля 9. Для повышения эффективности на пере руля 9 могут быть установлены дополнительные спрямляющие лопатки 10.
Таким образом, пройдя перо руля 9, имеющего спрямляющие входные кромки 3 и 4, вода получает исключительно осевое направление, что обеспечивает максимальный КПД ВРУ.