Рулевое устройство судна ледового плавания
ICEGOING VESSEL STEERING DEVICE

Изобретение относится к области судостроения, в частности, к конструкциям кормовых оконечностей судов ледового плавания.
Известна кормовая оконечность судна ледового плавания, содержащая ледорезный выступ, жестко закрепленный на ахтерштевне в диаметральной плоскости судна, и расположенный позади пера руля по ходу движения судна, причем верхний конец оси поворота пера руля пропущен через ахтерштевень, а нижний размещен на пятке, жестко скрепленной с килем (см. а.с. СССР № 831658, МПК B63B 3/40, 1981 г.).
Недостатком технического решения является недостаточная эффективность защиты винто-рулевого комплекса.
В качестве ближайшего аналога принят руль кормовой оконечности судна ледового плавания, содержащий ледорезный выступ, жестко закрепленный на ахтерштевне в диаметральной плоскости судна и расположенный позади пера руля по ходу движения судна, причем верхний конец оси поворота пера руля пропущен через ахтерштевень, а нижний размещен на пятке, жестко скрепленной с килем, ось поворота пера руля размещена со стороны ледорезного выступа, который жестко связан вертикальной стойкой с соответствующим концом пятки, образуя вертикальную защитную раму вокруг винто-рулевого комплекса, при этом задняя по ходу движения судна кромка вертикальной стойки заострена (см. патент РФ № 2551638, МПК B63B 1/08, B63B 3/40, B63B 35/08, дата публикации 27.05.2015).
При движении передним ходом такая форма профиля пера руля наименее эффективна, т.к. кривизна профиля обратна по отношению к той, которая обеспечивает максимальный боковое усилие, создаваемое пером руля, и как следствие максимальный разворачивающий момент.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка конструкции руля судна ледового плавания с высокой управляемостью судна при его движении передним ходом при обеспечении защиты винто-рулевого комплекса в вертикальной плоскости по всей высоте пера руля.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении управляемости судна за счет конструкции руля, образующей при перекладке пера руля на любой из бортов судна вогнуто-выпуклый профиль, наиболее благоприятный с точки зрения величины разворачивающего усилия, и позволяющей компенсировать отрицательный эффект, создаваемый положением вертикальной стойки и частей пера руля относительно друг друга.
Поставленная задача решается тем, что в рулевом устройстве судна ледового плавания, содержащем ледорезный выступ, жестко закрепленный на ахтерштевне в диаметральной плоскости судна и расположенный позади пера руля по ходу движения судна, причем верхний конец оси поворота пера руля пропущен через ахтерштевень, а нижний размещен на пятке, жестко скрепленной с килем, ось поворота пера руля размещена со стороны ледорезного выступа, который жестко связан вертикальной стойкой с соответствующим концом пятки, образуя вертикальную защитную раму вокруг винто-рулевого комплекса, при этом задняя по ходу движения судна кромка вертикальной стойки заострена, перо руля дополнительно содержит поворотную носовую часть, расположенную впереди основной части по ходу судна и сообщенную с нею посредством шарнира с вертикальной осью поворота, вертикальная стойка сообщена с основной частью пера руля посредством шарнира, вертикальная ось поворота которого совмещена с осью поворота основной части пера руля, привод поворота носовой части состоит из горизонтальных элементов частей пера руля и вертикальной стойки, причем элементы частей пера руля выполнены с возможностью совместного поворота относительно соответствующих вертикальных осей, для чего основная часть пера руля снабжена полостью, при этом на боковых поверхностях вертикальной стойки и поворотной носовой части, обращенных к основной части пера руля, жестко закреплены горизонтальные связи, свободные концы которых пропущены в полость основной части пера руля через сквозные отверстия, расположенные на ее боковых поверхностях, кроме того в полости основной части пера руля размещен горизонтальный рычаг, выполненный с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, которая жестко соединена с основной частью пера руля и установлена в одной вертикальной продольной плоскости с осями поворота основной и носовой частей пера руля, кроме того каждый из концов рычага снабжен вертикальным выступом или сквозным отверстием, а свободный конец обращенной к нему горизонтальной связи – соответствующим сквозным отверстием или вертикальным выступом, выполненными с возможностью сопряжения друг с другом.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки «перо руля дополнительно содержит поворотную носовую часть, расположенную впереди основной части по ходу судна и сообщенную с ней посредством шарнира с вертикальной осью поворота» обеспечивают возможность поворота носовой части пера руля относительно основной и как следствие – формирование при перекладке пера руля более эффективного профиля вогнуто-выпуклой формы, позволяющего компенсировать отрицательный эффект, создаваемый положением вертикальной стойки и частей пера руля относительно друг друга.
Признаки «вертикальная стойка сообщена с основной частью пера руля посредством шарнира, вертикальная ось поворота которого совмещена с осью поворота основной части пера руля» обеспечивает возможность поворота основной части пера руля относительно вертикальной стойки и как следствие – формирование при перекладке пера руля более эффективного профиля вогнуто-выпуклой формы, позволяющего компенсировать отрицательный эффект, создаваемый положением вертикальной стойки и частей пера руля относительно друг друга.
Признаки «привод поворота носовой части состоит из горизонтальных элементов частей пера руля и вертикальной стойки, причем элементы частей пера руля выполнены с возможностью совместного поворота относительно соответствующих вертикальных осей, для чего основная часть пера руля снабжена полостью, при этом на боковых поверхностях вертикальной стойки и поворотной носовой части, обращенных к основной части пера руля, жестко закреплены горизонтальные связи, свободные концы которых пропущены в полость основной части пера руля через сквозные отверстия, расположенные на ее боковых поверхностях, кроме того в полости основной части пера руля размещен горизонтальный рычаг, выполненный с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, которая жестко соединена с основной частью пера руля и установлена в одной вертикальной продольной плоскости с осями поворота основной и носовой частей пера руля» обеспечивают возможность организации кинематической связи элементов частей пера руля и вертикальной стойки.
Признаки «[вертикальная ось] жестко соединена с основной частью пера руля и установлена в одной вертикальной продольной плоскости с осями поворота основной и носовой частей пера руля» обеспечивают возможность равномерного поворота судна как в правую, так и в левую сторону.
Признаки «каждый из концов рычага снабжен вертикальным выступом или сквозным отверстием, а свободный конец обращенной к нему горизонтальной связи – соответствующим сквозным отверстием или вертикальным выступом, выполненными с возможностью сопряжения друг с другом» обеспечивают возможность совместного поворота носовой и основной частей пера руля при перекладке пера руля на любой из бортов судна, при этом носовая часть пера руля поворачивается в сторону, противоположную повороту основной части пера руля.
На фиг.1 изображен вертикальный разрез рулевого устройства судна ледового плавания.
На фиг.2 изображен горизонтальный разрез рулевого устройства судна ледового плавания при прямолинейном движении судна передним ходом.
На фиг.3 изображена схема работы рулевого устройства при повороте судна, движущемся передним ходом.
На чертежах показаны ледорезный выступ 1, ахтерштевень 2 судна, основная 3 и поворотная носовая 4 части пера руля, ось поворота 5 основной части 3 пера руля, пятка 6, вертикальная стойка 7, шарнир 8 с осью поворота 9 носовой части 4 пера руля, шарнир 10 с осью поворота 5 основной части 3 пера руля, полость 11 основной части 3 пера руля, горизонтальные связи 12 и 13 вертикальной стойки 7 и поворотной носовой части 4 соответственно, горизонтальный рычаг 14, вертикальная ось 15 поворота горизонтального рычага 14.
Ледорезный выступ 1 жестко закреплен на ахтерштевне 2 в диаметральной плоскости судна и расположен позади основной части пера руля 3 по ходу движения судна. Ледорезный выступ 1 жестко связан вертикальной стойкой 7 со свободным концом пятки 6, образуя вертикальную защитную раму вокруг винто-рулевого комплекса. При этом задняя по ходу движения судна кромка вертикальной стойки 7 заострена.
Ось поворота 5 основной части 3 пера руля размещена со стороны ледорезного выступа 1, причем ее верхний конец пропущен через ахтерштевень 2, а нижний конец размещен на пятке 6, жестко скрепленной с килем судна (на чертежах не показан).
Основная часть 3 пера руля снабжена полостью 11, в которой размещен горизонтальный рычаг 14, выполненный с возможностью поворота вокруг вертикальной оси 15, которая жестко соединена с основной частью 3 пера руля и установлена в одной вертикальной продольной плоскости с осями поворота 5 и 9 основной 3 и носовой 4 частей пера руля соответственно.
Поворотная носовая 4 часть пера руля расположена впереди основной части 3 по ходу судна и сообщена с нею посредством шарнира 8 с осью поворота 9 носовой части 4 пера руля.
На боковой поверхности поворотной носовой части 4, обращенной к основной части 3 пера руля, жестко закреплена горизонтальная связь 13, свободный конец которой пропущен в полость 11 основной части 3 пера руля через сквозное отверстие, расположенное на ее боковой поверхности (на чертежах не обозначено).
Вертикальная стойка 7 сообщена с основной частью 3 пера руля посредством шарнира 10, вертикальная ось поворота которого совмещена с осью поворота 5 основной части 3 пера руля.
На боковой поверхности вертикальной стойки 7, обращенной к основной части 3 пера руля, жестко закреплена горизонтальная связь 12, свободный конец которой пропущен в полость 11 основной части 3 пера руля через сквозное отверстие, расположенное на ее боковой поверхности (на чертежах не обозначено).
Привод поворота носовой части 4 состоит из горизонтального элемента вертикальной стойки 7 в виде горизонтальной связи 12, а также горизонтальных элементов частей пера руля в виде горизонтального рычага 14 основной части 3 пера руля и горизонтальной связи 13 поворотной носовой части 4 соответственно, причем элементы частей пера руля, а именно горизонтальный рычаг 14 основной части 3 пера руля и горизонтальная связь 13 поворотной носовой части 4 выполнены с возможностью совместного поворота относительно вертикальных осей 5 и 9 основной 3 и носовой 4 частей пера руля соответственно.
Каждый из концов горизонтального рычага 14 снабжен вертикальным выступом или сквозным отверстием, а свободные концы обращенных к ним горизонтальных связей 12 и 13 вертикальной стойки 7 и поворотной носовой части 4 соответственно – соответствующим сквозным отверстием или вертикальным выступом, выполненными с возможностью сопряжения друг с другом.
При этом горизонтальный рычаг 14 и горизонтальные связи 12 и 13 вертикальной стойки 7 и поворотной носовой части 4 соответственно расположены с зазором относительно друг друга в вертикальной плоскости и нахлестом их свободных концов в горизонтальной плоскости.
Кроме того площадь поперечного сечения каждого вертикального выступа меньше площади соответствующего сквозного отверстия.
Кроме того боковая поверхность каждого вертикального выступа контактирует с обращенной к ней боковой поверхностью соответствующего сквозного отверстия.
Кроме того ширина каждого сквозного отверстия соответствует ширине соответствующего вертикального выступа.
Кроме того высота каждого вертикального выступа превышает толщину горизонтального элемента, снабженного соответствующим сквозным отверстием, по меньшей мере на величину зазора между горизонтальными элементами.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При прямолинейном движении судна передним ходом основная часть 3 пера руля расположена в диаметральной плоскости судна, поворотная носовая 4 часть пера руля образует с ней и вертикальной стойкой 7 единый обтекаемый профиль, симметричный относительно диаметральной плоскости. При этом ось поворота 9 носовой части 4 пера руля расположена в диаметральной плоскости судна.
Для поворота судна поворачивают основную часть 3 пера руля относительно оси 5. При этом за счет сопряжения свободного конца горизонтальной связи 12 вертикальной стойки 7 и обращенного к ней конца горизонтального рычага 14, происходит поворот горизонтального рычага 14 относительно вертикальной оси 15 в ту же сторону, что и основная часть 3.
Одновременно с этим, за счет сопряжения свободного конца горизонтальной связи 13 поворотной носовой части 4 и обращенного к ней конца горизонтального рычага 14, происходит поворот носовой части 4 пера руля относительно оси 9 в сторону, противоположную повороту основной части 3 пера руля.
При повороте судна, движущемся передним ходом, основная 3 и поворотная носовая 4 части пера руля образуют профиль вогнуто-выпуклой формы, компенсирующий отрицательный эффект, создаваемый невыгодным положением вертикальной стойки 7 по отношению к частям пера руля 3 и 4.
При движении судна задним ходом вертикальная стойка 7 вступает в контакт с льдинами и раскалывает их или отклоняет в сторону одного из бортов.
Одновременно с этим, при перекладке пера руля на любой из бортов, вертикальная стойка 7 и основная часть 3 пера руля образуют профиль вогнуто-выпуклой формы, компенсируя отрицательный эффект, создаваемый невыгодным положением носовой поворотной части 4 пера руля по отношению к вертикальной стойке 7 и основной части 3 пера руля.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает высокую управляемость судна и надежную защиту винто-рулевого комплекса судна ледового плавания при движении во льдах.