СУДОВАЯ ДВИЖИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ТИПА "ПОВОРОТНАЯ КОЛОНКА"

Полезная модель относится к области судостроения, а именно к конструкциям забортных двигательно-движительных установок типа «поворотная колонка», и может быть использована при проектировании и строительстве судов различных классов и назначения, преимущественно с повышенными тяговыми характеристиками.
Известна судовая движительная установка, содержащая гребной винт и расположенный за ним неподвижный контрпропеллер с лопастями, длина которых не превышает половины длины лопасти гребного винта, прикрепленный к профилированному кронштейну, за которым может быть установлено рулевое устройство (см. описание изобретения к авторскому свидетельству №1636299 «Судовой движительный комплекс», кл. B63H 1/28, опубл. 23.03.1991 г).
В вышеуказанном аналоге при углах поворота гребного винта поворотной колонки около вертикальной оси в ходе маневрирования или удержания судна на курсе лопасти неподвижного контрпропеллера оказываются в скошенном потоке (контрпропеллер остается неподвижным) и утилизация энергии закрученной струи за винтом происходит не в полной мере, что снижает упор контрпропеллера. При значительном скосе потока (при повороте колонки более 10-15°) велика вероятность возникновения вибрации контрпропеллера, а следовательно, повреждения всего винторулевого комплекса и выход его из строя.
Таким образом, недостатком указанного аналога является его низкая гидродинамическая эффективность в случае применения гребного винта, как составной части поворотной колонки.
Наиболее близким техническим решением к заявленному принятым за ближайший аналог - прототип полезной модели является поворотная колонка содержащая гребной винт в направляющей насадке, передачу мощности к нему, а также устройство поворота винта вокруг вертикальной оси (см. А.Д. Гофман. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. Справочник. Судостроение, 1988, стр. 17).
Недостатком ближайшего аналога (прототипа) является пониженная (недостаточная) гидродинамическая эффективность гребного винта поворотной колонки вследствие потерь на закрутку потока.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение гидродинамической эффективности поворотной колонки, содержащей гребной винт в направляющей насадке, передачу мощности (электрическую или механическую) к нему (на вал винта), а также устройство поворота гребного винта вокруг вертикальной оси вместе с насадкой.
Это достигается тем, что в предлагаемой судовой движительной установке типа «поворотная колонка», содержащей гребной винт в направляющей насадке, передачу мощности к гребному винту, а также устройство поворота гребного винта с направляющей насадкой, в отличие от ближайшего аналога - прототипа, за гребным винтом соосно с ним установлен контрпропеллер, прикрепленный к направляющей насадке концевыми участками его лопастей в районе выходящей кромки профиля насадки, а его (контрпропеллера) ступица образует со ступицей гребного винта единое гидродинамически обтекаемое тело вращения.
Кроме того, поставленная цель достигается тем, что концевые участки лопастей контрпропеллера выполнены в виде профилированных стоек, обеспечивающих его крепление к насадке, а передача мощности к гребному винту выполнена либо электрической, либо механической.
Таким образом, увеличение гидродинамической эффективности поворотной колонки (увеличение КПД) по сравнению с прототипом достигается благодаря устранению гидродинамических потерь на обтекателе гребного винта (лопасти контрпропеллера разрушают ступичный вихрь) и реализации дополнительного упора на лопастях контрпропеллера, что приводит к увеличению КПД на 7÷8% (см. Л.И. Вишневский, А.,Р. Тогуняц. Корабельные лопастные движители: Новые технические решения, результаты исследований - СПб.: Судостроение. 2011, стр. 122)
Для обеспечения контрпропеллерного эффекта (увеличения КПД двухступенчатого лопастного движителя типа гребной винт-контрпропеллер) в широком диапазоне нагрузок, т.е. от нагрузки на режиме свободного хода до режима траления, концевые участки лопастей контрпропеллера могут быть выполнены в виде профилированных стоек, обеспечивающих крепление контрпропеллера к направляющей насадке. Указанная конструкция позволяет расположить лопасти контрпропеллера в области спутной струи за гребным винтом, где углы атаки на элементы лопастей контрпропеллера не превышают критических на любых эксплуатационных нагрузках. Кроме того, предложенная конструкция дает возможность проектировать контрпропеллер с выбором его оптимального диаметра с точки зрения обеспечения максимального упора на проектном режиме (см. Л.И. Вишневский, А.,Р. Тогуняц. Корабельные лопастные движители: Новые технические решения, результаты исследований - СПб.: Судостроение. 2011, стр. 126). В этом случае профилированные стойки обеспечат минимальное профильное сопротивление в зоне спутной струи, где результирующая гидродинамическая сила на лопастях контрпропеллера всегда направлена против тяги движителя.
В предлагаемой конструкции установки передача мощности к гребному винту может быть выполнена: либо электрической в составе гребного электродвигателя и генератора электрического тока, соединенного с главным двигателем, либо механической в составе гребного вала, механически соединенным с главным двигателем судна.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена предлагаемая судовая движительная установка типа «поворотная колонка» с ее основными узлами и элементами.
Примером конкретного выполнения заявляемого технического решения является судовая движительная установка, содержащая гребной винт 1, направляющую насадку 2, механическую 3 передачу мощности к гребному винту (возможен вариант с электрической передачей мощности), устройство поворота (на чертеже не показано) гребного винта вместе с насадкой вокруг вертикальной оси 4, контрпропеллер 5, прикрепленный к направляющей насадке (2) концевыми участками его лопастей 6 в районе выходящей кромки 7 профиля насадки (2). Ступица контрпропеллера 5 представляет собой единое со ступицей гребного винта 1 гидродинамически обтекаемое тело вращения. Концевые участки лопастей (6) контрпропеллера (5) могут быть выполнены в виде профилированных стоек 8.
Судовая движительная установка типа «поворотная колонка» работает следующим образом.
При вращении гребного винта 1 посредством передачи мощности 3 за ним образуется струя закрученного потока, которая взаимодействует с лопастями 6 контрпропеллера 5. В этом процессе лопасти 6, спрямляя поток, испытывают от него силовое воздействие, направленное в сторону тяги гребного винта 1. При повороте гребного винта 1 вместе с насадкой 2 устройством поворота вокруг вертикальной оси 4, соосность гребного винта 1 и контрпропеллера 5 не нарушается, что обеспечивает судовой движительной установке максимальную гидродинамическую эффективность на всех углах ее поворота. Протяженность профилированных стоек 8 выбирается в ходе проектирования установки из условия обеспечения ее максимального КПД.