СТАБИЛИЗАТОР ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПЛАВАЮЩЕГО ОБЪЕКТА (ВАРИАНТЫ)
STABILIZER OF FLOATING OBJECT POSITIONING (EMBODIMENTS)

Изобретение относится к области морского судоходства и может быть использовано в спасательных плотах и спасательных шлюпках.
Известен плавучий якорь [1. Шарлай Г.Н. Управление морским судном. - Владивосток: МГУ им. адм. Г.И. Невельского, 2013. - 574 с. - С. 404; 2. Морской энциклопедический справочник. В 2 томах. Т. 2 О-Я / Под ред. акад. Н.Н. Исанина. - Л.: Судостроение, 1987. - 520 с. - Статья «Плавучий якорь», с. 87.], фиг. 1, содержащий тканевый купол, соединенный тросом со спасательной шлюпкой или плотом на поверхности воды, и вспомогательные детали на поверхности купола.
Плавучий якорь выпускается с плавающего объекта на длину троса, от дрейфа плавающего объекта раскрывается в воде и оказывает сопротивление дрейфу. В раскрытом состоянии плавучий якорь находится в тех же верхних слоях воды, что и плавающий объект, поэтому способен оказывать пассивное сопротивление только ветровому дрейфу.
Известна волновая установка [Авторское свидетельство SU №1642056 А1, МКИ F03B 13/12, 1985, авторы Сичкарев В.И., Захаркова М.Г.], соединенная тросом с якорным устройством, содержащим каркас, сетку, прикрепленную к каркасу, прямоугольные пластины из мягкого материала, прикрепленные к сетке вплотную друг к другу по длинным сторонам вдоль своей средней линии, фиг. 2.
Указанное устройство работает в нижележащих слоях воды относительно плавающего объекта, в которых орбитальное волновое движение жидкости отличается от поверхностного. В результате устройство оказывает сопротивление дрейфу плавающего объекта как от ветрового, так и от волнового воздействия и снижает скорость дрейфа.
Недостаток этого устройства состоит в том, что оно оказывает только пассивное сопротивление дрейфу плавающего объекта, не предопределяя компенсации величины дрейфа.
Заявляемое изобретение нацелено на компенсацию дрейфа плавающего объекта и, тем самым, на стабилизацию его позиционирования.
Технический результат заявляемого изобретения состоит в замене гидродинамического сопротивления якорного устройства на активную гидродинамическую силу стабилизатора позиционирования, энергия на создание которой черпается из окружающей среды в виде волнения. Таким образом, техническим результатом заявляемого изобретения является преобразование энергии волнения в работу против сил дрейфа плавающего объекта.
Гидродинамические силы, возникающие на заявляемом устройстве, расположенном в нижележащих слоях воды относительно плавающего объекта, имеют горизонтальную составляющую, которая может компенсировать ветровое сопротивление плавающего объекта, обеспечивая стабилизацию его позиционирования.
Возникновение гидродинамических сил происходит вследствие подъема плавающего объекта на переднем склоне волны и передачи этого движения через гибкую связь на подводные элементы заявляемого устройства. Форма, расположение и взаимодействие этих элементов способствуют возникновению на них гидродинамических сил при движении устройства вверх.
На заднем склоне волны плавающий объект опускается, натяжение гибкой связи ослабевает, активные гидродинамические силы не возникают, а подводные элементы заявляемого устройства опускаются под собственным весом вниз благодаря предусмотренным изменениям во взаимодействии элементов заявляемого устройства. В результате за период волны плавающий объект (например, спасательный плот или спасательная шлюпка) позиционируются в среднем практически на постоянном месте.
2
Указанный технический результат имеет социально-экономическую значимость. Площадь поиска спасательных средств от места их применения пропорциональна квадрату расстояния дрейфа, поэтому снижение дрейфа в n раз уменьшает площадь поиска в n раз. Это повышает эффективность поисково-спасательных операций. Спасательно-Координационных Центров и увеличивает вероятность выживания спасающихся людей на этих спасательных средствах. В этом состоит социально-экономический эффект и поставленная задача заявляемого изобретения.
Указанная задача стабилизации позиционирования плавающего объекта достигается тем, что стабилизатор позиционирования, соединенный с плавающим объектом гибкой связью и погруженный в нижние слои воды собственным весом, содержит раму, сетку, прикрепленную к раме, прямоугольные пластины из мягкого материала, прикрепленные к сетке вплотную друг к другу по длинным сторонам, и отличается тем, что гибкая связь закреплена посередине боковых сторон рамы и имеет ограничитель расположения плоскости рамы относительно себя, центр тяжести рамы смещен к ее нижней стороне, пластины из мягкого материала прикреплены к сетке продольным краем с возможностью поворота вокруг него, а (варианты) вдоль нижней стороны рамы установлена рама предкрылка, снабженная сеткой, прикрепленной к раме предкрылка, на которой прикреплена пластина из мягкого материала своим продольным краем в нижней части предкрылка со стороны гибкой связи.
Существенные признаки заявляемого изобретения связаны с достигаемым техническим результатом следующим образом.
Гибкая связь обеспечивает погружение стабилизатора позиционирования в нижние слои воды с иными волновыми амплитудно-фазовыми соотношениями сравнительно с плавающим объектом. Крепление гибкой связи к раме стабилизатора посередине боковых сторон рамы вместе с ограничителем поворота обеспечивает расположение рамы относительно линии гибкой связи на угол, который для плоскости рамы в среднем является предельным углом атаки, обеспечивающим наибольшую гидродинамическую силу плоского крыла, образуемого рамой в сборе с другими элементами.
Сетка, прикрепленная к раме, служит опорой для пластин из мягкого материала, которые, будучи прикрепленными к сетке вплотную друг к другу вдоль одного края длинной стороны, имеют свободу поворота вокруг этой стороны под действием окружающей жидкости и либо полностью прижимаются к сетке и образуют сплошное закрытие рамы, которая начинает работать как крыло, либо отжимаются от сетки и образуют беспрепятственный проток жидкости сквозь сетку.
Смещение центра тяжести рамы к ее нижней стороне обеспечивает раме разворачивающий момент силы тяжести при ослаблении натяжения гибкой связи на заднем склоне волны. Разворачивающий момент стремится восстановить вертикальное положение рамы при ее опускании, не допуская потери скомпенсированного дрейфа.
Устанавливаемый (по вариантам) предкрылок к нижней стороне рамы по связи существенных признаков с техническим результатом идентичен аналогичным связям основной части заявляемого изобретения. Сетка предкрылка, прикрепленная к раме предкрылка, служит опорой для пластины из мягкого материала предкрылка. Прикрепление пластины из мягкого материала одним продольным краем к нижней части сетки обеспечивает пластине свободу поворота относительно закрепленного края с возможностью либо полностью прижаться к сетке с образованием сплошного закрытия, либо отжиматься от сетки с образованием беспрепятственного протока жидкости сквозь сетку предкрылка.
Установка нижнего предкрылка создает дополнительный разворачивающий момент к моменту от смещенного центра тяжести рамы при ослаблении натяжения гибкой связи на заднем склоне волны, способствуя тем самым недопущению потери скомпенсированного дрейфа.
На фиг. 1 показан общий вид плавучего якоря; на фиг. 2 - общий вид якорного устройства по авт. свид. №1642056; на фиг. 3 представлена схема взаимного расположения плавающего объекта, гибкой связи и стабилизатора позиционирования на тихой воде; на фиг. 4 показана рама с прикрепленной сеткой; на фиг. 5 показано прикрепление к сетке пластин из мягкого материала; на фиг. 6 показано взаимодействие всех элементов изобретения на переднем склоне волны; на фиг. 7 - схема взаимного расположения элементов стабилизатора на переднем склоне волны; на фиг. 8 показано взаимодействие всех элементов изобретения на заднем склоне волны; на фиг. 9 - схема взаимного расположения элементов стабилизатора на заднем склоне волны; на фиг. 10 - (вариант) взаимодействие предкрылка с основной частью стабилизатора.
Стабилизатор позиционирования 1 соединен с плавающим объектом 2 гибкой связью 3 и погружен в нижние слои воды 4 собственным весом, фиг. 3. Стабилизатор позиционирования 1 содержит раму 5, фиг. 4, к которой прикреплена сетка 6. Прямоугольные пластины из мягкого материала, фиг. 5, прикреплены к сетке 6 вплотную друг к другу по длинным сторонам и имеют возможность поворота вокруг них. Гибкая связь 3, фиг. 6, закреплена посередине боковых сторон рамы 5 (точка 8) и имеет ограничитель 9 расположения плоскости рамы 5 относительно себя. Центр тяжести рамы 5 смещен к ее нижней стороне 10.
Предкрылок, прикрепленный к нижней стороне рамы 5, содержит раму предкрылка 11, сетку 12, прикрепленную к раме предкрылка 11, пластину из мягкого материала 13, прикрепленную к нижней части сетки со стороны гибкой связи 3.
Стабилизатор позиционирования 1 работает следующим образом.
гд
гд
гд
х
На переднем склоне волны, перемещающейся с фазовой скоростью С, фиг. 6, плавающий объект 2 поднимается на некоторую высоту ζ над уровнем подошвы волны ПВ и смещается по ходу волны от ветро-волнового воздействия. Гибкая связь 3 натягивается и увлекает за собой натяжением Т раму 5, фиг. 7. Пластины 7 из мягкого материала потоком воды v прижимаются к сетке 6, образуя сплошное закрытие рамы 5, которая в потоке воды работает как крыло, расположенное к потоку под некоторым углом атаки. На раме 5, закрытой пластинами из мягкого материала, возникают гидродинамические силы F, которые смещают раму 5 в направлении действия силы гидродинамической силы F, образуя разворачивающий момент относительно точки подвеса 8 гибкой связи 3, чем и изменяют топологию натяжения Т. Ограничитель 9 ограничивает разворот рамы 5 относительно точки подвеса 8 достаточным углом атаки для создания максимальной гидродинамической силы F. Натяжение Т гибкой связи 3 передается на плавающий объект 2, где горизонтальная составляющая натяжения Т в виде проекции Т препятствует ветро-волновому сносу плавающего объекта, то есть обеспечивает стабилизацию позиционирования. Этот процесс продолжается до подхода к плавающему объекту 2 вершины волны (точка ВВ).
гд
После прохождения вершины волны плавающий объект 2 оказывается на заднем склоне волны и его высота ζ над уровнем подошвы волны (точка ПВ) уменьшается, фиг. 8. Натяжение Т гибкой связи 3 ослабевает, стабилизатор 1 под собственным весом Р опускается. Гидродинамическая сила F исчезает, фиг. 9, сила Р смещенного центра тяжести 10 создает поворачивающий момент относительно точек подвеса 8 гибкой связи 3, который приводит раму 5 в вертикальное положение. Пластины 7 из мягкого материала отжимаются потоком воды от сетки 6 и не оказывают заметного сопротивления погружению стабилизатора 1 в том месте, где он оказался на момент прохождения вершины волны. Таким образом, стабилизатор 1 занимает исходное положение в нижних слоях воды перед приходом следующего переднего склона волны, после чего цикл преобразования энергии волны в работу против сил дрейфа плавающего объекта повторяется.
п
Устанавливаемый (по вариантам) предкрылок работает следующим образом. На заднем склоне волны, когда рама 5 опускается под собственным весом Р, потоком воды v пластина 13 из мягкого материала прижимается к сетке 12 рамы предкрылка 11 и образует сплошную поверхность, на которой возникает гидродинамическая сила F предкрылка. Эта сила дополняет поворачивающий момент силы веса Р вокруг точки подвеса 8 гибкой связи 3. Суммарный момент ускоряет разворот рамы 5 и ее смещение в сторону, противоположную направлению дрейфа, чем способствует решению задачи стабилизации позиционирования плавающего объекта 2.