РЕВЕРСИВНО-РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО ВОДОМЕТНОГО ДВИЖИТЕЛЯ
WATER-JET PROPELLER REVERSE CONTROL DEVICE

Изобретение относится к области судостроения, в частности к реверсивно-рулевым устройствам судов с водометными движителями.
Известны реверсивно-рулевые устройства, предназначенные для обеспечения судну заднего хода, управляемости на заднем ходу и без хода.
Например, в изобретениях а.с. RU 2436706 от 28.05.2009 г., а.с. SU 1586957 А1 от 07.07.1988 г., а.с. 232049 от 14.06.1967 г., патент RU 2534500 С1 от 01.04.2013 г. реверсивно-рулевые устройства выполняют указанные выше функции, но каждое из них имеет определенные недостатки. Общим недостатком реверсивно-рулевых устройств в приведенных изобретениях является отсутствие мнемоники при управлении курсом на заднем ходу, объясняемое тем, что при повороте сопла или синхронных рулей, например, на левый борт струя воды, отклоняясь влево, создает реактивную силу, отклоняющую судно вправо и, следовательно, усложняется управление. Усложнение заключается в том, что при повороте органа управления (синхронных рулей или поворотного сопла) на заднем ходу влево судно поворачивает вправо, и наоборот. Судоводителю приходится приспосабливаться к такому управлению и очень внимательно действовать рулями на заднем ходу, чтобы избежать столкновения с другим судном или с пирсом.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является изобретение по патенту RU 2534500 С1 от 01.04.2013 г., которое принято за прототип.
Реверсивно-рулевое устройство прототипа имеет достаточно простую конструкцию и высокую эффективность по управлению судном на переднем и заднем ходу, но на заднем ходу в управлении не соблюдается мнемоника.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение мнемонического управления судном на заднем ходу для повышения удобства судовождения.
Ожидаемым техническим результатом от использования настоящего изобретения является повышение безопасности плавания вследствие повышения удобства управления судном на заднем ходу.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предлагаемом изобретении применена система управления реверсивной заслонкой и синхронными рулями, позволяющая с помощью счетно-решающего устройства обеспечивать на пульте управления визуальные показания заданного и текущего значений положения рулей на заднем ходу судна соответствующими мнемоническому управлению. То есть при необходимости повернуть судно влево на заднем ходу при опущенной заслонке заднего хода синхронные рули (на пульте управления) перекладываются на левый борт, а при повороте вправо на заднем ходу синхронные рули на пульте управления перекладываются на правый борт. Однако фактическое отклонение рулей в первом случае происходит на правый борт, а во втором случае - на левый борт, что обеспечивает поворот судна в сторону перекладки рулей на пульте управления, то есть обеспечивается мнемоническое управление.
Сущность изобретения заключается в алгоритме, заложенном в счетно-решающее устройство системы управления реверсивно-рулевым устройством, и поясняется схематичными чертежами.
н
На Фиг. 1 изображено реверсивно-рулевое устройство с крайним нижним положением реверсивной заслонки а для движения задним ходом, вид сбоку.
На Фиг. 2 - вид сверху реверсивно-рулевого устройства.
ср
На Фиг. 3 - вид сбоку реверсивно-рулевого устройства со средним положением реверсивной заслонки α для режима «стоп», то есть при отсутствии скорости хода при работающем водометном движителе.
На Фиг. 4 - схема работы при реверсе тяги (задний ход) и нулевом положении рулей.
На Фиг. 5 - схема работы при реверсе тяги и отклоненных рулях на левый борт.
На Фиг. 1, Фиг. 3, Фиг. 4 и Фиг. 5 стрелками показано направление потоков воды из сопла движителя при различном положении реверсивной заслонки и рулей.
На Фиг. 6 - блок-схема системы управления реверсивно-рулевым устройством.
Реверсивная заслонка 1 реверсивно-рулевого устройства закреплена на сопле 2 водометного движителя с помощью шарниров 3, а с помощью кинематической группы 4 связана с приводом 5 реверсивной заслонки 1.
Кинематическая группа 4 состоит из кулис, качалок, вала и служит для установки реверсивной заслонки 1 в положения, обеспечивающие движения судна «передний ход», «стоп» и «задний ход» с помощью привода 5, при работающем водометном движителе.
Реверсивная заслонка 1 ковшового типа в боковых стенках имеет окна 6, снабженные наружными патрубками 7.
Два синхронных руля 8 закреплены вертикально за соплом 2 водометного движителя с помощью баллеров 9 и нижних опор 10.
На верхнем конце баллеров 9 установлены румпели 11 и 12, связанные между собой кулисой. Румпель 12 шарнирно соединен с приводом 13 рулей 8 реверсивно-рулевого устройства.
На реверсивно-рулевом устройстве закреплены:
- датчик 14 угла отключения двух синхронных рулей 8;
- датчик 15 углового положения реверсивной заслонки 1.
Датчики 14 и 15 могут быть закреплены на реверсивно-рулевом устройстве в другом удобном для этого месте, нежели показано на Фиг. 1 и Фиг. 3.
Реверсивная заслонка 1, привод 5 поворота реверсивной заслонки, синхронные рули 8, привод 13 отклонения синхронных рулей, датчик 14 угла отклонения рулей, датчик 15 углового положения реверсивной заслонки включены в систему управления реверсивно-рулевым устройством, блок-схема которой показана на Фиг. 6.
На блок-схеме системы управления реверсивно-рулевым устройством обозначено:
1 - реверсивная заслонка,
5 - привод реверсивной заслонки,
8 - два синхронных руля,
13 - привод синхронных рулей,
14 - датчик угла отклонения синхронных рулей,
15 - датчик углового положения реверсивной заслонки,
16 - пульт управления со счетно-решающим устройством,
17 - задатчик углов отклонения обоих синхронных рулей,
18 - указатель углового положения обоих синхронных рулей,
19 - исполнительный механизм для привода синхронных рулей,
20 - задатчик углового положения реверсивной заслонки,
21 - указатель углового положения реверсивной заслонки,
22 - исполнительный механизм для привода реверсивной заслонки.
o
н
ср
Реверсивная заслонка 1 имеет возможность отклоняться от крайнего верхнего положения α до крайнего нижнего положения α, проходя при этом через среднее положение α.
н
ср
На Фиг. 1 показано крайнее нижнее положение реверсивной заслонки с углом α, при котором выполняется полный задний ход. На Фиг. 3 показано среднее положение реверсивной заслонки с углом α, при котором осуществляется режим «стоп» при работающем водометном движителе.
ср
н
o
ср
o
ср
В положении реверсивной заслонки в диапазоне углов между α + 1° и α выполняется реверсирование хода, то есть задний ход. При положении реверсивной заслонки в диапазоне углов между α и α - 1° выполняется передний ход, так как струя воды из сопла направлена в корму, а реактивная сила направлена вперед. При этом в крайнем верхнем положении α реверсивная заслонка не попадает в струю воды из сопла движителя, но, опуская ее к углу α - 1°, реверсивная заслонка перекрывает сопло и скорость переднего хода понижается за счет торможения потока из сопла.
Реверсивно-рулевое устройство работает следующим образом.
o
При движении судна передним ходом реверсивная заслонка 1 с помощью системы управления устанавливается в крайнее верхнее положение α и не попадает в зону потока струи из сопла 2. Рули 8 находятся в струе, истекающей из сопла.
Для поворота судна, например, влево задатчиком 17 (смотри Фиг. 6) с пульта управления 16 устанавливается определенный угол рулей 8 на левый борт. Это осуществляется с помощью исполнительного механизма 19, преобразующего электрический сигнал с пульта управления 16 в механическое действие для приведения в работу привода 13 двух синхронных рулей, который и устанавливает рули в заданное положение (на левый борт).
Сигнал от датчика 14 угла отклонения синхронных рулей поступает в пульт управления 16 и отображается на указателе 18 углового положения синхронных рулей тоже на левый борт.
Струя воды из сопла 2, воздействуя на рули, отклоняется влево и создает реакцию на рулях, направленную вправо, что обеспечивает поворот судна влево, то есть в сторону отклонения рулей.
Это происходит в силу того, что управляющая сила расположена в кормовой части, то есть сзади центра масс судна, движущегося передним ходом.
0
ср
В случае установки реверсивной заслонки в положения от α (крайнего верхнего) до α - 1° и отклоненных рулях на левый борт струя воды из сопла 2 также отклоняется влево и истекает влево из внутренней полости реверсивной заслонки в нижней ее части и через окна 6 с наружными патрубками 7. Таким образом, струя воды из сопла 2, отклоняясь влево, создает реакцию вправо, то есть осуществляет поворот судна влево (в сторону отклонения рулей).
ср
н
При выполнении реверсирования хода, то есть заднего хода, реверсивную заслонку устанавливают с помощью системы управления в одно из положений в диапазоне от α + 1° до крайнего нижнего положения α.
н
н
Фиг. 6. Задатчиком 20 углового положения реверсивной заслонки устанавливается, например, угол α для полного заднего хода. Эта установка осуществляется через пульт управления 16 с помощью исполнительного механизма 22, который преобразовывает электрический сигнал в механическое действие для приведения в работу привода 5, устанавливающего реверсивную заслонку 1 в заданное положение α.
н
Сигнал от датчика 15 углового положения реверсивной заслонки поступает в пульт управления 16 и отображается на указателе 21 углового положения реверсивной заслонки α.
ср
н
Таким же образом устанавливаются другие углы реверсивной заслонки в диапазоне от α + 1° до α для движения задним ходом.
н
ср
н
При движении задним ходом управление по курсу также осуществляется отклонением синхронных рулей. Рассмотрим пример управления на заднем ходу при установке реверсивной заслонки на наибольший угол α. В других положениях реверсивной заслонки в диапазоне от α + 1° до α физическая картина изменения курса судна с отклоненными синхронными рулями будет аналогичной.
Движение задним ходом судна с нулевым положением синхронных рулей (Фиг. 4) происходит без изменения курса, так как истекающий из сопла 2 поток воды набегает на рули 8 симметрично и, отражаясь от задней стенки реверсивной заслонки, вытекает из внутренней полости реверсивной заслонки вниз-вперед без боковой составляющей потока.
При отклонении синхронных рулей, например, на левый борт (смотри Фиг. 5), поток воды из сопла 2 отклоняется рулями в сторону левого борта и через окно 6 в левой боковой стенке реверсивной заслонки вытекает из внутренней полости реверсивной заслонки, тем самым создается реактивная сила на правый борт.
В связи с этим судно будет изменять курс на правый борт, двигаясь задним ходом, так как управляющая сила находится впереди центра масс судна в направлении хода.
Таким образом, не соблюдается мнемоника управления - при перекладке рулей на левый борт курс меняется на правый борт.
Это обстоятельство усложняет управление судном на заднем ходу. Поэтому в систему управления реверсивно-рулевым устройством предложено ввести приведенный ниже алгоритм для управления курсом на заднем ходу:
ср
н
- при установке реверсивной заслонки 1 на углы в диапазоне от α + 1° до α «задний ход» в счетно-решающем устройстве пульта управления автоматически включается сигнал, обеспечивающий с помощью счетно-решающего устройства изменение знака углов отклонения синхронных рулей на задатчике 17 и знака углового положения синхронных рулей на указателе 18 на противоположное значение фактическому знаку углов отклонения синхронных рулей, измеренному в текущий момент времени датчиком 14 угла отклонения синхронных рулей.
То есть на задатчике углов 17 и указателе углов 18 значения имеют противоположный знак фактическому знаку углов отклонения синхронных рулей при управлении курсом на заднем ходу.
ср
н
Заметим, что введенный алгоритм в счетно-решающее устройство работает только при нахождении реверсивной заслонки в диапазоне углов от α + 1° до α «задний ход».
Реверсивно-рулевое устройство с системой управления и с приведенным выше алгоритмом, внедренным в счетно-решающее устройство, работает следующим образом при ходе судна задним ходом:
ср
н
- с помощью системы управления задатчиком 20 реверсивная заслонка устанавливается в одно из положений в диапазоне углов от α + 1° до α «задний ход». В счетно-решающем устройстве при этом автоматически включается сигнал, который с помощью счетно-решающего устройства делает знак углов задатчика 17 отклонения синхронных рулей и знак углов указателя 18 положения синхронных рулей противоположными фактическому знаку угла отклонения рулей, который измеряет датчик 14 угла отклонения синхронных рулей в каждый момент времени.
При изменении курса, например, на правый борт на пульте управления задатчиком 17 угла отклонения рулей задается угол на правый борт. Однако согласно введенному алгоритму рули отклонятся на левый борт и поток воды из сопла 2 будет повернут рулями к левому борту. Через окно 6 в левой боковой стенке реверсивной заслонки поток выйдет из нее, создав реактивную силу на правый борт. Таким образом, судно, идущее задним ходом, изменит курс на правый борт ввиду переднего расположения управляющей силы относительно центра масс в направлении хода при отклонении синхронных рулей на правый борт на задатчике 17.
Таким образом, судно будет изменять курс в ту же сторону, в которую отклонены синхронные рули на задатчике 17, наблюдаемом судоводителем на пульте управления, то есть на правый борт. Это и обеспечивает мнемоническое управление, т.к. судно поворачивает в сторону переложенного руля на правый борт на пульте управления.
Кроме того, указатель 18 положения синхронных рулей на пульте управления в соответствии с алгоритмом отображает тот же знак угла, что и на задатчике 17. Это делает реалистичной для судоводителя мнемонику управления.
При необходимости изменения курса судна, идущего задним ходом на левый борт, задатчиком 17 устанавливается угол отклонения рулей на левый борт и физическая картина изменения курса судна будет симметричной, описанной выше, то есть судно будет менять курс на левый борт.
ср
н
Таким образом, в предлагаемом изобретении реверсивно-рулевого устройства с системой управления обеспечивается мнемоническое управление по курсу на заднем ходу за счет введения в счетно-решающее устройство алгоритма, заключающегося в том, что при установке реверсивной заслонки на задний ход, то есть на углы в диапазоне от α + 1° до наибольшего α, автоматически включается сигнал, который с помощью счетно-решающего устройства делает знак углов задатчика 17 отклонения синхронных рулей и знак углов указателя 18 положения синхронных рулей противоположными текущему фактическому знаку угла отклонения рулей, измеряемому датчиком 14. Такой алгоритм системы управления реверсивно-рулевым устройством позволяет устанавливать на задатчике 17 углов отклонения синхронных рулей угол со знаком Пр.Б или ЛБ, обеспечивающий поворот судна в сторону заданного знака угла отклонения. Следовательно, обеспечивается мнемоническое управление на заднем ходу, которое существенно облегчает управление судном.