ДВИЖИТЕЛЬНО-РУЛЕВАЯ КОЛОНКА СУДНА

Полезная модель относится к области судостроения и может быть использована в устройствах активного управления судами, обеспечивающих создание тяги судна и изменение направления тяги.
Известен винтовой движитель, включающий ступицу, на внешней поверхности которой установлены лопасти, и гребной вал, соединяющий движитель с судовым двигателем (см., П.В. Орехов, B.C. Муругов «Гребные винты регулируемого шага», ВИНИТИ, Москва, 1961 г., стр. 53). Недостатком известного винтового движителя является невозможность его использования в движительно-рулевых комплексах.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является движительно-рулевая колонка (ДРК) судна, содержащая баллер, соединенный с основанием колонки, вертикальный приводной вал, расположенный внутри баллера, угловой редуктор, обтекаемую гондолу, закрывающую угловой редуктор, гребной винт и механизм поворота колонки (см. патент РФ на полезную модель №114662, В63Н 3/00, 2012 г.). Недостатком данной движительно-рулевой колонки является снижение тяговых характеристик ДРК, обусловленное повышенным гидравлическим сопротивлением той части конструкции движительно-рулевой колонки, которая располагается в воде, а именно баллера.
Цель настоящей полезной модели - повышение тяговых характеристик двигательно-рулевой колонки и надежности ее работы.
Указанная цель достигается тем, что в известной движительно-рулевой колонке, содержащей баллер, соединенный с основанием колонки, вертикальный приводной вал, расположенный внутри баллера, угловой редуктор, обтекаемую гондолу, закрывающую угловой редуктор, гребной винт и механизм поворота колонки, в ней баллер в поперечном сечении имеет эллипсообразную форму, образованную кривой второго порядка, при этом отношение большей оси эллисообразной формы к малой находится в диапазоне (1,2-3,0). Величина отношения большой оси эллисообразной формы может меняться по высоте баллера, при этом данное отношение в средней части баллера больше, чем в верхней и нижней его частях. Точка пересечения большой и малой оси эллипсообразной формы может быть смещена в направлении движения судна или выполнена усеченной в направлении, противоположном направлению движения судна.
Выполнение поперечного сечения баллера эллипсообразной формы позволяет существенно снизить гидравлическое сопротивление баллера (именно он расположен в воде), так как это сопротивление баллера с эллипсообразной формой поперечного сечения при направлении большой оси формы в сторону движения судна всегда меньше гидравлического сопротивления баллера круглой формы за счет уменьшения площади его лобового сечения. При движении судна и обтекании потоком воды баллера с эллипсообразной формой поперечного сечения уменьшается зона отрывных течений, по сравнению с круглой формой, что ведет не только к уменьшению гидравлического сопротивления баллера, но и к более равномерной работе гребного винта, а это снижает его износ и амплитуду колебаний и тем самым повышает надежность работы как гребного винта, так и движительно-рулевой колонки в целом. Еще большей эффект уменьшения зоны отрывных течений достигается в случае, когда точка пересечения большой и малой оси эллипсообразной формы смещена в направлении движения судна. Таким образом поперечное сечение стремится к форме «капли», которая, как известно, имеет минимальное гидравлическое сопротивление. Величина отношения большой оси эллипсообразной формы поперечного сечения баллера к малой может меняться по его высоте. В верхней и нижней частях баллера это отношение меньше, чем в средней части, что позволяет усилить прочностные характеристики ДРК.
При боковом воздействии ветра на судно ДРК занимает такое положении для прямолинейного движения, при котором большая ось эллипсообразной формы поперечного сечения баллера будет направлена под небольшим углом к направлению движения судна. Это приведет к тому, что зоны отрывных течений с разных сторон баллера будут различные. Это ведет к неравномерности обтекания гребного винта и его дополнительному биению. Исключить такую неравномерность можно за счет того, что эллипсообразная форма поперечного сечения баллера выполняется усеченной в направлении, противоположном направлению движения судна. В этом случае отрывные течения начинаются строго в определенных точках, а именно: в точках пересечения прямой, образующей отсечение и эллипсообразной формы.
Оптимальное отношение большой оси эллипсообразной формы к малой, находящееся в диапазоне (1,2-3,0) определено исходя из большой серии параметрических расчетов гидравлического сопротивления баллера при движении судна. Если это отношение меньше 1,2 поперечное сечение становится близким к круглому сечению, что исключает снижение гидравлического сопротивления, а при отношении больше 3,0 возникают проблемы с работой ДРК при ее повороте. В этом случае существенно возрастает сопротивление движения судна и начинаются излишние колебания ДРК.
Выполнение поперечного сечения баллера эллипообразной формы является более общим случаем, так как геометрическая фигура «эллипс» является частным случаем «эллипсообразной» фигуры, образованной кривой второго порядка. В соответствии с определением кривая второго порядка это геометрическое место точек плоскости, прямоугольные координаты которых удовлетворяют уравнению вида:
11
22
12
13
23
33
2
2
АХ+АУ+2AXУ+2АХ+2АУ+А=0
11
12
22
где по крайней мере один из коэффициентов А А A отличен от нуля. Введение в формулу полезной модели понятия «кривая второго порядка» обусловлено тем, что в геометрии отсутствуют определения геометрических фигур, отличных от классических типа «эллипс». Геометрические фигуры, имеющие эллипсообразный вид или элипсообразный-каплевидный вид, могут быть охарактеризованы только как геометрические фигуры, образованные кривыми второго порядка.
На фигурах 1, 2 показан вид сбоку и вид спереди движительно-рулевой колонки судна соответственно, а на фигурах 3-5 формы поперечного сечения баллера со следующими обозначениями:
1 - основание колонки;
2 - баллер;
3 - обтекаемая гондола;
4 - гребной винт;
5 - направление движения судна.
Движительно-рулевая колонка состоит из основания 1 и баллера 2, на котором в нижней его части закреплена обтекаемая гондола 3. Внутри баллера 2 расположен приводной вал, а внутри обтекаемой гондолы 3 находится угловой редуктор и гребной вал, на котором закреплен гребной винт 4. Приводной вал, угловой редуктор, гребной вал и механизм поворота ДРК на фигурах не показаны, так как эти узлы не влияют на понимание предложенного технического решения. Поперечные сечения баллера А-А, Б-Б и В-В показаны на фиг. 3-5. Отношение большой оси (а + в) эллипсообразной формы поперечного сечения баллера 2 к малой оси «с» находится в диапазоне (1,2-3,0) для всех эллипсообразных форм. Точка «О» пересечения большой и малой оси (фиг. 3) может быть смещена в направлении движения судна 5, то есть величина полуоси «а» меньше величины полуоси «в». Это смещение может быть как совсем незначительным, так и существенным, когда величина полуоси «в» в (1,5-2,0) больше величины полуоси «а». Тогда элипсообразная форма становится похожей на каплевидную форму. В верхней и нижней частях (сечения Α-A и В-В) отношение большой оси эллипсообразной формы к малой меньше, чем в средней части баллера (сечение Б-Б). Это позволяет повысить прочностные характеристики ДРК.
Эллипсообразная форма поперечного сечения баллера 2 может быть выполнена усеченной в направлении, противоположном направлению движения судна (фиг. 5). При такой форме поперечного сечения отрывные течения возникают в фиксированных точках «Д» и равномерно воздействуют на гребной винт.
Использование предлагаемого технического решения позволяет снизить гидравлическое сопротивление баллера в воде и улучшить гидродинамическое обтекание движительно-рулевой колонки, что ведет к повышению тяговых характеристик ДРК. Кроме того, улучшение режима обтекания баллера позволяет снизить излишние колебания ДРК, а это в свою очередь позволяет повысить надежность ее работы.