РАСПОРНОЕ УСТРОЙСТВО С УВЕЛИЧЕННЫМ НАПОРОМ
SPACER WITH INCREASED HEAD PRESSURE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к распорному устройству. Распорные устройства обычно используют в траловой рыбной ловле, сейсморазведочных операциях и других видах подводных работ, в которых необходимо сохранять расстояние между боковыми сторонами буксируемого устройства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В траловой рыбной ловле распорное устройство используют для управления раскрытием рыболовного трала, а в сейсморазведке - для поддержания расстояния между тросами, буксирующими сейсморазведочные устройства, с целью получения как можно более широкой зоны обзора.
Из WO 2013014507 известно распорное устройство, содержащее два крыловидных профиля, размещенных таким образом, что по мере буксировки распорного устройства через толщу воды между крыловидными профилями образуется канал для потока, как описано в данном документе. В ряде других документов уровня техники раскрыты схожие конструктивные исполнения крыловидных профилей.
Еще один пример известен из патента AU 604183, в котором описано распорное устройство с несколькими плоскими крыловидными профилями, расположенными под углом к направлению протягивания или буксировки. Эти плоские крыловидные профили расположены таким образом, что при использовании они будут размещены по существу вертикально между нижней концевой шайбой и верхней концевой шайбой. На дальних задних кромках крыловидных профилей (относительно направления движения во время использования) листовой материал, из которого изготовлены эти крыловидные профили, отогнут с образованием спойлеров вдоль задних кромок крыловидных профилей. Спойлеры применяют в таких объектах, как, например, автомобили, крылья самолетов и распорные устройства, буксируемые через текучую среду, для компенсации напора или, как указано в AU 604183, повышения распорного усилия и снижения гидродинамического сопротивления. Спойлеры, расположенные на задних кромках, находятся за пределами канала, образованного смежными крыловидными профилями. Таким образом, спойлеры не влияют на воду или текучую среду внутри этого канала при перемещении распорного устройства через воду или текучую среду. Следовательно, спойлеры оказывают воздействие лишь на воду, проходящую через каналы устройства. Обычно спойлеры создают турбулентность, что приводит к повышенному давлению по сравнению с областями, в которых турбулентность отсутствует. При буксировке распорного устройства через толщу воды между смежными крыловидными профилями будет создаваться по существу ламинарный поток. Столкновение ламинарного потока со спойлерами окажет влияние на часть ламинарного потока, в результате чего он станет турбулентным, что приведет к созданию пониженного давления. Пониженное давление будет стремится тянуть спойлер и/или крыловидный профиль, создавая таким образом необходимое распорное усилие.
ЗАДАЧА НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение будет описано ниже со ссылками на траловые доски, однако следует понимать, что принципы настоящего изобретения и полученный с его помощью повышенный распорный эффект применимы и к другим устройствам или отраслям промышлености, в которых необходимо буксировать устройство, такое как рыболовная сеть, сейсомразведочное устройство и т.п., через толщу воды и обеспечивать распорный эффект между буксирными тросами, соединяющими судно с распорными устройствами в воде.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
При траловом лове рыбы одна из основных проблем заключается в создании требуемого распорного эффекта при одновременном обеспечении того, чтобы траловые доски создавали наименьшее сопротивление при перемещении через толщу воды. Когда речь будет идти о распорном эффекте, это будет относиться к напору траловых досок, т.е. к способности траловых досок перемещаться в боковом направлении относительно направления буксировки вперед через толщу воды. Один способ достижения этого эффекта состоит в размещении точек крепления ваеров, проходящих от судна до траловых досок, таким образом, чтобы траловые доски были расположены с наклоном относительно направления буксировки, вследствие чего обеспечивается перемещение траловых досок в боковые стороны.
Благодаря наклону траловых досок относительно направления буксировки, создается значительное сопротивление, в результате чего повышается усилие, необходимое для буксировки трала буксирным судном через толщу воды с необходимой скоростью, и в то же самое время обеспечивается раскрытие устья трала с тем, чтобы обеспечить возможность лова рыбы с помощью трала.
В уровне техники траловые доски были дополнительно усовершенствованы путем размещения в траловых досках различных крыловидных профилей таким образом, чтобы было образовано несколько каналов, обеспечивающих возможность протекания воды через траловую доску, но при одновременном обеспечении бокового перемещения траловой доски в боковом направлении относительно направления буксировки. Разумеется, в результате этого снижается сопротивление и, следовательно, усилие, необходимое для буксировки траловых досок через толщу воды, однако по-прежнему имеет место значительное сопротивление, когда при использовании траловых досок необходимо иметь значительное расхождение между буксируемыми траловыми досками с целью раскрытия трала для достижения оптимальной рыболовной способности.
Для решения данной проблемы в настоящем изобретении предложено патентоспособное техническое решение, в котором патентоспособные траловые доски согласно настоящему изобретению обеспечивают повышенный напор, т.е. повышенное распорное усилие, без повышения тягового усилия, и таким образом обеспечивается повышенная эффективность при использовании меньшего тягового усилия.
В настоящем изобретении это достигается с помощью распорного устройства для тралового рыбного лова, сейсморазведочных операций и других видов подводных работ, в которых необходимо поддерживать расстояние между двумя боковыми сторонами буксируемого устройства; при этом распорное устройство имеет по меньшей мере одну секцию, которая содержит по меньшей мере один крыловидный профиль, имеющий переднюю поверхность и заднюю поверхность, каждая из которых образована двумя кромками и двумя боковыми ограничительными элементами, при использовании представляющими собой соответственно переднюю и заднюю кромки и верхний и нижний боковые ограничительные элементы, и материал заданной толщины между указанными передней и задней поверхностями, причем на заданном расстоянии от передней кромки на указанной передней поверхности выполнена выпуклость, занимающая по меньшей мере большую часть расстояния между верхним и нижним боковыми ограничительными элементами.
Благодаря наличию выпуклости, будет обеспечиваться разность скоростей потока воды с двух сторон распорного устройства. Выпуклость будет удлинять путь прохождения воды и, следовательно, благодаря наличию выпуклости, с задней стороны этой выпуклости будет создаваться пониженное давление. Это пониженное давление будет создавать напор, так что на распорное устройство будет действовать усилие в направлении выпуклости. Одно из преимуществ такой конструкции состоит в том, что вода, проходящая через канал, образованный двум смежными крыловидными профилями, будет немного «сжиматься» при прохождении указанной выпуклости, и затем повышенное давление, создаваемое в результате указанного прохождения, будет сбрасываться при прохождении воды через участок канала, имеющий наименьшее проходное сечение, т.е. после выпуклости. Сброс давления будет приводить к повышенному напору, что является важным в свете принудительной природы потока в канале потока между смежными крыловидными профилями.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления распорного устройства для тралового рыбного лова, сейсморазведочных операций и других видов подводных работ, в которых необходимо поддерживать расстояние между двумя боковыми сторонами буксируемого устройства, указанное распорное устройство имеет по меньшей мере одну секцию, которая содержит по меньшей мере два крыловидных профиля, при использовании представляющих собой передний крыловидный профиль и задний крыловидный профиль, оба из которых имеют переднюю поверхность и заднюю поверхность, каждая из которых образована двумя кромками и двумя боковыми ограничительными элементами, при использовании представляющими собой соответственно переднюю и заднюю кромки и верхний и нижний боковые ограничительные элементы, и материал заданной толщины между указанными передней и задней поверхностями, причем на заданном расстоянии от передней кромки на передней поверхности внутри указанного канала выполнена выпуклость, занимающая по меньшей мере большую часть расстояния между верхним и нижним боковыми ограничительными элементами.
Всесторонние испытания, как видно из таблицы 1 ниже, убедительно показали, что благодаря наличию вышеописанной выпуклости, заметно повышается способность устройства к созданию напора и, следовательно, его распорная способность без повышения необходимого тягового усилия, так что увеличение раскрытия достигается с использованием меньшей энергии, например меньшего тягового усилия.
Выпуклость выполнена таким образом, что она проходит от передней поверхности внутрь канала водного потока с целью ограничения проходного сечения канала, образованного между задней стороной переднего крыловидного профиля и передней стороной заднего крыловидного профиля, так что обеспечивается принудительное повышение скорости потока через канал и таким образом создается повышенный напор.
В контексте настоящего описания и формулы изобретения, а также фигур термин «выпуклость» следует понимать как элемент, имеющий протяженность в трех направлениях, так что эта выпуклость будет иметь длину, ширину, а также толщину. Под длиной следует понимать длину в пределах по меньшей мере части расстояния от переднего до заднего края крыловидного профиля, а толщина может/будет варьироваться по ширине, однако при использовании она будет проходить от поверхности передней стороны крыловидного профиля, так что канал, в котором установлена указанная выпуклость, будет иметь уменьшенное проходное сечение по водному потоку в месте, где находится указанная выпуклость.
Всеобъемлющие испытания в баках показали, что различные конфигурации соотношений между различными размерами выпуклости оказывают различное влияние, что очевидно из приведенной ниже таблицы.
Следовательно, в других вариантах осуществления настоящего изобретения выпуклость уменьшает расстояние от передней поверхности заднего крыловидного профиля до задней поверхности переднего крыловидного профиля на величину, составляющую от 3% до 30%, более предпочтительно от 5% до 25%, наиболее предпочтительно от 7% до 20%, причем указанное расстояние представляет собой наикратчайшее расстояние по вертикали к поверхности крыловидного профиля до указанной выпуклости.
Кроме того, что касается расположения выпуклости на крыловидном профиле в еще одном варианте осуществления, то передняя сторона выпуклости смещена на величину, составляющую от 2% до 30% расстояния между кромками крыловидных профилей, от передней кромки, более предпочтительно от 5% до 25% расстояния между кромками крыловидных профилей, от передней кромки, и наиболее предпочтительно от 10% до 18% расстояния между кромками крыловидных профилей, от передней кромки крыловидного профиля.
Аналогичным образом, в еще одном предпочтительном варианте осуществления выпуклость имеет переднюю кромку и заднюю кромку, по существу параллельные кромкам крыловидного профиля, причем расстояние между передней и задней кромками выпуклости составляет от 10% до 50%, более предпочтительно от 15% до 45%, и наиболее предпочтительно от 20% до 30% расстояния между передней и задней кромками крыловидных профилей.
Разумеется, форма выпуклости также важна для достижения оптимального потока через указанный канал и, следовательно, для достижения требуемого напора, вследствие чего выпуклость в еще одном предпочтительном варианте осуществления имеет верхнюю сторону и нижнюю сторону, при этом нижняя сторона расположена заподлицо с передней поверхностью крыловидного профиля, а верхняя сторона в сечении, перпендикулярном передней поверхности крыловидного профиля, между передней и задней кромками выпуклости имеет выпуклую криволинейную форму, треугольную форму, форму в виде части круга или эллипса или форму в виде комбинации геометрических фигур.
Поскольку настоящее изобретение оказывает влияние на водный поток в одном канале, образованном между двумя смежными крыловидными профилями, и создается повышенный напор по сравнению с вариантом, в котором выпуклость в канале отсутствует, настоящее изобретение также является полезным и будет создавать повышенный напор в случае, если распорное устройство имеет более двух крыловидных профилей, образующих два или более каналов, каждый из которых снабжен выпуклостью.
Аналогичным образом, путем добавления большего количества секций к распорному устройству, будет достигнуто линейное увеличение напора, соответствующее количеству каналов, обеспечивающих повышенный напор, так что путем добавление двух секций будет достигнуто удвоение напора, три секции утроят напор и т.д.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение будет далее описано со ссылками на сопроводительные графические материалы, на которых:
фиг. 1 иллюстрирует рыболовное судно, имеющее два ваера, соединенных с тралом;
фиг. 2а, 2b и 3, 3b иллюстрируют виды в плане типовой простой траловой доски;
фиг. 4 иллюстрирует траловую доску уровня техники; и
фиг. 5 иллюстрирует водный поток через каналы.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показано рыболовное судно 1, имеющее два ваера 2, 2', соединенных с тралом (не показан). С целью поддержания раскрытия трала таким образом, чтобы активный размер его устья превышал ширину задней стороны кормы 1 судна, на ваерах 3, 3' установлены траловые доски 2, 2'.
Благодаря размещению траловых досок 3, 3' под углом наклона α относительно направления 5 буксировки, будет обеспечиваться перемещение траловых досок 3, 3' в боковые стороны, как показано стрелками 4, 4'.
В результате размещения траловых досок 3, 3' под углом наклона α, на ваера 2, 2'действует повышенное гидродинамическое сопротивление, так что рыболовное судно должно прикладывать более высокое усилие с целью буксировки трала.
На фиг. 2 и 3 показаны виды в плане типовой простой траловой доски. В данных примерах траловые доски содержат две секции 6 7, соединенные в месте 8 соединения. Каждая секция имеет три крыловидных профиля 10, 20, 30 (см. фиг. 2b). В данном контексте крыловидный профиль 10 будет именоваться передним крыловидным профилем, а крыловидный профиль 20 - задним крыловидным профилем относительно канала 11, образованного задней поверхностью 10' переднего крыловидного профиля 10 и передней поверхностью 20' заднего крыловидного профиля 20.
Каждый крыловидный профиль 10, 20, 30 имеет переднюю кромку и заднюю кромку, причем передние кромки расположены во входных отверстиях 11, 11' каналов, а задние кромки расположены смежно с выходными отверстиями 12, 12' каналов. В примере варианта осуществления, проиллюстрированном на фиг. 2а,b и 3a,b, обеспечены три крыловидных профиля, и таким образом образованы два канала 11, 11', определения в отношении поверхностей которых сходны с теми, которые уж пояснялись выше применительно к каналу 11 между передним крыловидным профилем 10 и задним крыловидным профилем 20.
Применительно ко первому каналу 11', крыловидный профиль 20 следует рассматривать как передний крыловидный профиль, а крыловидный профиль 30 - как задний крыловидный профиль, образующие канал 11' аналогично тому, как канал 11 образован передним крыловидным профилем 10 и задним крыловидным профилем 20. В каналах 11, 11' между двумя крыловидными профилями 10, 20 или 20, 30, на заданном расстоянии от передних кромок передних поверхностей 20', 30' внутри каналов 11, 11' выполнены выпуклости 50, 50'.
Аналогичным образом могут быть добавлены дополнительные крыловидные профили.
Траловая доска на виде в плане, показанном на фиг. 2а и 3а, содержит секции 6, 7, которые имеют боковые ограничительные элементы для каждой секции. Общий боковой ограничительный элемент представляет собой сборочный фланец 8 для сборки двух секций 6, 7, однако на переднем и заднем концах установлены дополнительные боковые ограничительные элементы 14, 15.
На фиг. 4 показана траловая доска уровня техники, конструкция которой более или менее сходна с конструкцией согласно настоящему изобретению, но не имеет выпуклостей, чтобы проиллюстрировать на асимметричном виде различные признаки уровня техники, присутствующие также и в настоящем изобретении.
Выпуклости 50, 50' расположены на передних поверхностях 20', 30' задних крыловидных профилей 20, 30 и покрывают по меньшей мере основную часть крыловидных профилей 20, 30 между боковыми ограничительными элементами 8, 14 и 8, 15.
На фиг. 3а и 3b показана траловая доска, по существу идентичная траловой доске, описанной выше применительно к фиг. 2а и 2b. Тем не менее, различие между двумя указанными вариантами осуществления хорошо заметно, если сравнить фиг. 2b и 3b. Отличается местоположения выпуклостей 50, 50', 70, 70'относительно передних кромок задних крыловидных профилей 21, 31, и этим обусловлено различие в водных потоках через каналы 11, 11'.
Кроме того, выпуклости 70, 70' отличаются по размеру от выпуклостей 50, 50', описанных применительно к варианту осуществления, относящемуся к фиг. 2b. Очевидно, что траловые доски в указанных двух разных вариантах осуществления, соответствующих фиг. 2а и 3а, будут обеспечивает разный напор, и что другие модификации, например путем размещения выпуклостей в других местах поверхностей крыловидных профилей и путем изменения физических размеров и геометрической формы крыловидных профилей, также будут создавать иные условия по напору.
Указанные иные условия по напору необходимы в иных типах задач, для решения которых создаются траловые доски. Например, сравнительно тонкие выпуклости могут использоваться при более высоких скоростях и при этом создавать совершенно особый повышенный напор по сравнению с траловыми досками, не имеющими выпуклостей, тогда как при более низких скоростях и, следовательно, при более низких скоростях водного потока через каналы 11, 11' могут использоваться более толстые выпуклости, т.е. выпуклости, которые будут сокращать расстояние между передним крыловидным профилем и задним крыловидным профилем, иначе говоря - площадь сечения канала 11.
Кроме того, от угла α (см. фиг. 1), под которым необходимо размещать траловые доски, будет зависеть размер и местоположение выпуклостей, так что для каждой требуемой ситуации конкретная конструкция траловой доски в отношении местоположения выпуклости на ее верхней поверхности, протяженности выпуклости между передней кромкой и задней кромкой крыловидного профиля и толщины крыловидного профиля может быть определена конкретным образом для решения конкретных задач.
На фиг. 5 показан водный поток через каналы 11, 11'. Линии 60-62 потока показаны лишь для иллюстративных целей, но, разумеется, выпуклости 50, 50' будут оказывать влияние на все проходное сечение водного потока каналов 11, 11'. Из данной иллюстрации очевидно, что водный поток в каналах 11, 11' в тех местах, где расположены выпуклости 50, 50', будет подвержен влиянию этих выпуклостей 50, 50' (см. линии 60, 61, 60', 61' водного потока), тогда как водный поток, протекающий вдоль задней стороны крыловидных профилей 20, 30 и показанный с помощью линий 62, 62' водяного потока, будет в большей или меньшей степени не подвержен их влиянию.
Следовательно, при увеличении скорости водного потока в каналах 11, 11' под действием выпуклостей 50, 50', эти выпуклости будут создавать повышенный напор, показанный стрелкой 65, вследствие чего вся траловая доска в целом будет обеспечивать повышенный напор по сравнению с примером траловой доски, описанным со ссылками на фиг. 4.
В примерах, показанных на фиг. 5, высота 64 обеих выпуклостей 50, 50' составляет 16% от длины 66 выпуклостей. Это приводит к тому, что в крыловидном профиле 20 вода, проходящая вдоль передней поверхности 20' этого крыловидного профиля, как показано, например, линией 61 потока, должна проходить расстояние, которое на 6,4% больше, чем расстояние, проходимое водным потоком 62 вдоль задней стороны 20ʺ того же самого крыловидного профиля.
В заднем крыловидном профиле 30 расстояние, которое должен пройти водный проток 61' при той же конструкции выпуклости 50', что и у выпуклости 50, составляет на 9,13% больше.
В таблице 1 приведены реальные результаты испытаний для масштабной модели траловой доски, испытанной для целей настоящего изобретения. Результаты, приведенные в столбце 1, относятся к траловой доске, на которой установлены выпуклости, и результаты, приведенные в столбце 2, относятся к такой же траловой доске, но без выпуклостей.
1
2
Модель с выпуклостями
Модель без выпуклостей
AOA
CL
CD
CL/CD
CL
CD
CL/CD
24,6
1,8
0,3
6,00
1,74
0,43
4,05
27,6
2,22
0,34
6,53
2,14
0,52
4,12
В столбце под названием «АОА» показан угол атаки, т.е. угол траловой доски относительно направления буксировки, в столбце под названием «CL» показан напор, и в столбце под названием «CD» показано сопротивление, т.е. повышенное гидродинамическое сопротивление при буксировке траловой доски через толщу воды. В третьем столбце под названием «CL/CD» приведен общий коэффициент эффективности траловой доски, так что есть возможность непосредственного сравнения траловой доски с выпуклостями и траловой доски без выпуклостей.
Из результатов испытаний с очевидностью следует, что имеет место значительное повышение эффективности, обычно в диапазоне 30-50%, для траловых досок с выпуклостями по сравнению с траловыми досками без выпуклостей. Эффективность обусловлена, как уже говорилось во вступительной части настоящего описания, сочетанием повышенного напора с пониженным гидродинамическим сопротивлением при движении через толщу воды, так что благодаря пониженному сопротивлению снижаются затраты энергии, и в то же самое время повышенный напор обеспечивает дополнительную эффективность.