ПЛАВНИКОВЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ С ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

Полезная модель относится к судовым движителям с колебательным движением, например движители в форме рыбьего хвоста, и может быть использована при конструировании и строительстве навесных плавниковых движителей для маломерных прогулочных, спасательных и спортивных надводных судов, а также для аппаратов способных погружаться в воду, и применяемых как единственный движущий механизм, так и совместно с другими движителями, реализующими иные принципы преобразования движений.
В настоящее время существует большое количество технических решений, в которых делается попытка имитации движений водоплавающих для придания поступательного движения судов и называемых плавниковыми движителями. Известно устройство навесного плавникового движителя (патент SE №20070000849 B63H 1/36, опубликовано: 2007.04.04), которое можно рассматривать как прототип предлагаемой полезной модели. Прототип включает явно следующие узлы: электродвигатель, понижающий редуктор, преобразователь вращательного движения в колебательное движение и узел хвостового плавника.
Электродвигатель и понижающий редуктор в сборе будем называть электромеханическим приводом. В прототипе предполагается возможность изменять движение хвостового плавника, что предполагает отметить в составе прототипа узел управления или говорить об управляемом электромеханическом приводе. Управляемый электромеханический привод монтируется на каркасе, узел хвостового плавника непосредственно присоединен к каркасу и к управляемому электромеханическому приводу, формируя устройство навесного плавникового движителя как целого, которое можно размещать на корме судна.
Наблюдая за движением рыб и дельфинов можно заметить, что вместе с хвостовым плавником движется и часть хвоста, более того, движение от хвоста передается хвостовому плавнику. В связи с этим представляется целесообразным считать то, что в техническом устройстве, воспроизводящим движение водоплавающих животных и рыб, узел хвостового плавника включает тело хвоста и хвостовой плавник, при этом управляемый электромеханический привод связан с телом хвоста и движение от привода к хвостовому плавнику передается через тело хвоста.
В прототипе соединение узла хвостового плавника и каркаса обозначает ось, вокруг которой может осуществляться колебательное движение узла хвостового плавника. Это соединение осуществляется в крайнем месте тела хвоста. В этом случае момент инерции узла хвостового плавника относительно упомянутой оси имеет максимальное значение, а это значит, что для поддержания какого-то режима колебаний плавника (т.е. периодических ускорений и торможений) приходится подводить максимальную мощность из возможных мощностей для обеспечения желаемого движения плавника. В связи с этим недостатком проявляется другой. Известно, что на плавник действуют две силы: - сила тяжести и сила Архимеда. Колебательное движение плавника это разновидность вращения тела вокруг неподвижной оси, которое связывают с действием моментов сил. Момент силы тяжести и момент силы Архимеда относительно оси колебаний плавника разнонаправлены и если эти моменты разбалансированы, то появляется дополнительное сопротивление действующему электромеханическому приводу.
Другим недостатком прототипа является то, что навесной плавниковый движитель скомпонован так, что его адаптация к судам способным погружаться в воду потребует изменений в устройстве самого плавникового движителя. В то же время, может возникнуть необходимость изменить горизонтальную ориентацию плавника в пространстве на вертикальную ориентацию, обусловленная геометрической формой судна.
Задачей предлагаемой полезной модели является устройство навесного плавникового движителя, который можно использовать с горизонтально ориентированным плавником или вертикально ориентированным плавником для адаптации к судам, не изменяя компоновки самого устройства, что сделает устройство более привлекательным с коммерческой точки зрения. При этом в устройство закладываются возможность уменьшения момента инерции плавника относительно оси колебаний и возможность уменьшения дисбаланса между моментами силы тяжести и силы Архимеда относительно оси колебаний
Приведенные рисунки иллюстрируют различные аспекты предлагаемой полезной модели и позволяют раскрыть ее суть.
Фиг.1а - схематическое изображение внешнего вида с боку устройства навесного плавникового движителя согласно предлагаемой полезной модели.
Фиг.1б - схематическое изображение внешнего вида сверху устройства навесного плавникового движителя согласно предлагаемой полезной модели.
Фиг.2а - схематическое изображение внутреннего содержания устройства навесного плавникового движителя согласно предлагаемой полезной модели, вид с боку.
Фиг.2б - схематическое изображение внутреннего содержания устройства навесного плавникового движителя согласно предлагаемой полезной модели, вид сверху.
Фиг.3а - схематическое изображение положения тела хвоста, предшествующее его положению на Фиг.2б.
Фиг.3б - схематическое изображение положения тела хвоста, последующее за его положением на Фиг.2б.
Рисунки фиг.1а и фиг.1б дают представление о внешнем виде устройства навесного плавникового движителя согласно предлагаемой полезной модели. Внешне устройство состоит из тела хвоста 1, хвостового плавника 2, кронштейна 3 и вала 4, что уже позволяет обнаружить отличие от прототипа. Вал 4 пронизывает тела хвоста 1 и кронштейн 3. Соединение вала 4 и кронштейна 3 жесткое. Соединение вала 4 и тела хвоста 1 в местах обозначенных позицией 10 типа цилиндрический шарнир.
Рисунки фиг.2а и фиг.2б, на которых внешняя оболочка тела хвоста 1 предполагается прозрачной, дают представление о внутреннем содержании тела хвоста 1 устройства навесного плавникового движителя. Во внутреннее объеме 7 тела хвоста 1 размещен электромеханический привод (электродвигатель с понижающим редуктором) 5, жестко связанный с телом хвоста 1. На выходном валу привода установлен кривошип 9 с эксцентричным штифтом. На вале 4 жестко смонтирован рычаг 8 со штифтом. Тяга 6, посредством упомянутых штифтов, соединяет кривошип 9 и рычаг 8. Тип связи между тягой 6 и упомянутыми штифтами - цилиндрический шарнир. Кривошип 9, рычаг 8 и тяга 6 в сборе образуют узел преобразования вращательного движения выходного вала электромеханического привода в колебательное движение тела хвоста 1 вокруг вала 4. Кривошип 9 жестко смонтирован на выходном валу привода 5, поэтому можно говорить о жесткой связи между электромеханическим приводом и узлом преобразования вращательного движения в колебательное движение.
1
2
На рисунке фиг.2б ω - угловая скорость вращательного движения диск 9 и выходного вала привода, ω - угловая скорость колебательного движения тела хвоста 1 относительно вала 4, который жестко связан с кронштейнов 3.
На рисунках фиг.3а, фиг.2б и фиг.3б изображены различные положения тела хвоста 1 и соответствующее каждому из них положение деталей узла преобразования вращательного движения в колебательное движение. На этих рисунках положение кронштейна 3, вала 4 и рычага 8 остается неизменным. Положения диска 9 изменяется. Это изменение, вызванное его вращательным движением, в виду ранее упомянутых жестких типов и шарнирных связи, приводит к изменению положения тела хвоста 1 относительно кронштейна 3, отражающему колебательное движение тела хвоста 1.
В предлагаемом устройстве заложена возможность позволяющая минимизировать момент инерции тела хвоста 1 относительно оси вращения, обозначаемой валом 4, и балансировки моментов силы тяжести и силы Архимеда. За счет изменения положения вала 4 относительно тела хвоста 1 и за счет изменения положения узлов и деталей внутри тела хвоста 1 можно минимизировать момента инерции тела хвоста 1. За счет изменения геометрической формы тела хвоста 1 можно варьировать распределение силы Архимеда вдоль тела хвоста 1. За счет изменения положения узлов и деталей внутри тела хвоста 1 и изменения распределения массы тела хвоста 1 можно варьировать распределение силы тяжести вдоль тела хвоста 1. Распределяя упомянутые силы, можно добиться желаемого баланса между моментами этих сил относительно вала 4.
Устройство навесного плавникового движителя в соответствии с предлагаемой полезной моделью реализовано в виде работающего макета. В макете использовался электродвигатель постоянного тока, на который подавалось напряжение 6 В. Макет навесного плавникового движителя применялся для обеспечения движения макета судна как с горизонтально ориентированным плавником, так и с вертикально ориентированным плавником, при этом изменений в устройство навесного плавникового движителя в соответствии с предлагаемой полезной моделью не потребовалось
Заявляемое техническое решение навесного плавникового движителя отвечает всем критериям патентоспособности полезной модели.
Заявляемое техническое решение новое, т.к. аналогичные известные из уровня техники решения не обладают тождественной совокупностью признаков.
Заявляемое техническое решение является промышленно применимым, поскольку оно может быть использовано в производстве навесных плавниковых движителей для маломерных прогулочных, спасательных и спортивных надводных судов, а также для аппаратов способных погружаться в воду, и применяемых как единственный движущий механизм, так и совместно с другими движителями, реализующими иные принципы преобразования движений. На это прямо или косвенно указывает изготовление работающего макета, с которым проводились испытания.