PL232681B1

PL232681B1 - Hydro-elastyczna płetwa mieczowa

Info

Publication number: PL232681B1
Application number: PL414010A
Authority: PL
Inventors: Mirosław SOBASZEK; Mirosław Sobaszek
Original assignee: Politechnika Rzeszowska Im Ignacego Lukasiewicza
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2019-07-31
Also published as: WO2017048140A1; PL414010A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest hydro-elastyczna płetwa mieczowa. W zależności od funkcji podwodną płetwę jednostki pływającej nazywa się płetwą mieczową, zapobiega ona nadmiernemu dryfowi łodzi. W konstrukcji łodzi może występować płetwa kilowa, która dodatkowo dzięki swojej stosunkowo dużej wadze zapewnia moment prostujący zapobiegający przechyłowi łodzi. Znane są rozwiązania pozwalające na zmianę ustawienia kąta natarcia profilu płetwy mieczowej, balastowej czy stabilizującej poprzez mechaniczną regulację jej ustawienia względem kadłuba łodzi (a tym samym opływającego go strumienia wody). Znane są także rozwiązania pozwalające na zmianę kształtu profilu płetwy za pomocą mechanizmu sterującego - wówczas kierunek działania siły nośnej zmienia się dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu profilu poprzecznego płetwy (np. z tzw. trim-tabem), bez zmiany konta natarcia. Niekiedy stosuje się także rozwiązania wiążące oba mechanizmy. Zmianę konta natarcia lub kształtu profilu poprzecznego płetwy wykorzystuje się, aby sterować kierunkiem, i wielkością siły nośnej powstającej na płetwie, np. podczas zmiany halsu w żegludze pod wiatr. W polskim zgłoszeniu P.299745 opisano płetwę elastyczną jednostki pływającej zabudowanej na krawędzi spływu strugi. Wykorzystuje kołysanie poprzeczne i wzdłużne jednostki do zwiększenia prędkości. Ze zgłoszenia EP0017231 znana jest elastyczna płetwa mieczowa przeznaczona do wind-surfingu. Konstrukcje te swoją elastyczność zawdzięczają mocowaniu do łodzi, która daje możliwość ruchu płetwy. Z amerykańskiego opisu wynalazku US 5456200 A znany jest ster statku ukształtowany w ten sposób, że ma profile wzdłuż całej jego rozpiętości, które są ustawione w linii z wywołanymi przez pędnik statku niezerowymi kątami przepływu na początku steru. Wygięcie poszczególnych sekcji steru zmienia się w kierunku spoczynkowym, a kąt skrętu jednej sekcji steru może się zmieniać w stosunku do kąta skrętu sąsiednich lub pozostałych sekcji steru, tak że ster ma zasadniczo zerowe kąty natarcia wzdłuż przęsła od nasady steru do jego zakończenia. Z brytyjskiego opisu patentowego GB 2308836 A znana jest płetwa mieczowa osadzona w obudowie zawierającej dolne i górne ograniczniki. Płetwa zmienia swoje położenie w obudowie pod wpływem sił hydrodynamicznych, przy czym zmiana ustawienia jest ograniczona przez górne oraz dolne ograniczniki zamontowane w obudowie. Z opisu zgłoszeniowego WO 9213758 A1 znana jest płetwa mieczowa zawierająca elastyczny, sprężysty płat. Płat zamocowany jest do konstrukcji wsporczej za pomocą dwóch dźwigarów znajdujących się na skrajnych krawędziach tego płata. Dźwigary są zamontowane w konstrukcji wsporczej obrotowo, dzięki czemu zapewnione jest proporcjonalne wygięcie płata znajdującego się pod obciążeniem.

Celem wynalazku jest opracowanie płetwy mieczowej zmniejszające dryf łodzi i pośrednio zwiększającej prędkość, o zwartej budowie bez zastosowania dodatkowych sterowalnych elementów takich jak np. lotki, klapy, spojlery czy sloty, cechującą się odpowiednim rozłożeniem sztywności konstrukcji co umożliwia zmianę kształtu pod wpływem sił hydrodynamicznych.

Hydro-elastyczna płetwa mieczowa, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej jeden profil, podparty na dwóch dźwigarach, a obszar środkowej części profilu pomiędzy dźwigarami ma mniejszą sztywność niż obszar pomiędzy przednim dźwigarem a krawędzią natarcia oraz pomiędzy tylnym dźwigarem a krawędzią spływu, przy czym w obszarze pomiędzy dźwigarami profil ma przewężenie, a wzdłuż przewężenia profilu rozmieszczone są elementy podtrzymujące zewnętrzne elastyczne pokrycie płata.

Korzystnie hydro-elastyczna płetwa ma profil wykonany z materiału sprężystego, przy czym profil stanowi wypełnienie przekroju poprzecznego płata płetwy.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeżeli obszar profilu pomiędzy dźwigarami wykonany jest z materiału sprężystego o większej elastyczności niż obszary profilu pomiędzy przednim dźwigarem a krawędzią natarcia oraz pomiędzy tylnym dźwigarem a krawędzią spływu.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeśli pomiędzy elementami przewężenia profilu są szpary.

Kolejne korzyści uzyskuje się, jeśli dźwigary mają kształt walca, a profile są oparte o walcowe dźwigary w sposób pozwalający na ich swobodny obrót wokół dźwigarów w punkcie podparcia, przy czym wnętrze płetwy jest wypełnione łatwo kształtowalnym materiałem elastycznym, a pokrycia płata płetwy wykonane są z materiału elastycznego.

Dalsze korzyści uzyskuje się, pokrycia płetwy są z elastycznego laminatu epoksydowo-szklanego pozwalającego na zmianę kształtu profili.

Ze względu na nieregularny kształt profilu, obliczeń ugięcia dla danego typu łodzi dokonuje się przy użyciu z oprogramowania komputerowego wykorzystującego do obliczeń metodę elementów skończonych. Pożądany efekt, w tym kształt i wielkość wygięcia uzyskuje się metodą kolejnych przybliżeń. Sztywność przekroju jest rozłożona wzdłuż podpartego dźwigarami przekroju płata, korzystnie profilu oraz usytuowanie dźwigarów jest takie że pod wpływem różnicy ciśnień po obu stronach płata, zmieni on swój kształt wybrzuszając się na stronę mniejszego ciśnienia. Z okucia płetwy łączącego dźwigary z kadłubem, dwóch dźwigarów podpierających profile z materiału sprężystego. Korzystnie wnętrze płetwy zostało wypełnione materiałem zapobiegającym wlewaniu się wody, ponadto również korzystnie płetwa została pokryta materiałem elastycznym - pozwalającym na zmianę kształtu profili.

Konstrukcje płetwy charakteryzuje sprężystość, której siły przeciwdziałają zmianie kształtu. Powiększona, w stosunku do sztywnego (niesterowalnego) rozwiązania siła nośna przeciwdziała dryfowi łodzi żaglowej w czasie żeglugi pod wiatr, a brak konieczności sterowania kształtem lub położeniem płetwy w stosunku do kadłuba w celu zwiększenia jej efektywności upraszcza żeglowanie. Płetwa daje ponadto możliwość tłumienia niebezpiecznego rozkołysu poprzecznego łodzi przez co zwiększa bezpieczeństwa i komfortu żeglugi.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w poniższych przykładach wykonania, które w żaden sposób nie ograniczają tego wynalazku, na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia hydroelastyczną płetwę mieczową w widoku ukośnym z boku z nieuwidocznioną na rysunku ścianą przednią płetwy, fig. 2 przedstawia profil płetwy w spoczynku przy równych ciśnieniach po obu stronach płata w przekroju poprzecznym, a fig. 3 przedstawia profil płetwy w ugięciu pod wpływem różnicy ciśnień w przekroju poprzecznym, fig. 4 przedstawia profil płetwy w spoczynku z widocznym przewężeniem w przekroju poprzecznym, fig. 5 przedstawia płetwę w widoku ogólnym z zewnątrz. P r z y k ł a d w y k o n a n i a

Hydro-elastyczna płetwa mieczowa zawiera pomiędzy pokryciami 11 płata 1 zamocowanego nierozłącznie do kucia 2 sześć profili 4, podpartych na dwóch dźwigarach 3. Obszar środkowej części profilu 4, pomiędzy walcowatymi dźwigarami 3, charakteryzuje się mniejszą sztywnością od obszarów pomiędzy przednim dźwigarem 3 a krawędzią natarcia 6 oraz pomiędzy tylnym dźwigarem 3 a krawędzią spływu 5. Profil 4wykonany jest z materiału sprężystego i stanowi wypełnienie przekroju poprzecznego płata 1 płetwy. W obszarze pomiędzy dźwigarami 3 zmniejszono szerokość profilu 4, tworząc przewężenie 8, a wzdłuż przewężenia profilu 4 dodano elementy 9 podtrzymujące zewnętrzne elastyczne pokrycie 11 płata 1, w celu ukształtowania przekroju płata 1 w sposób zapewniający możliwie laminarny opływ wody wzdłuż płata 1. Elementy 9 także ograniczają maksymalne ugięcie płata 1, pod wpływem deformacji, a szpary 10 pomiędzy nimi się zamykają utrudniając dalsze wygięcie. Profile 4 są oparte o walcowe dźwigary 3 w sposób pozwalający na ich swobodny obrót wokół dźwigarów 3 w punkcie podparcia. Wnętrze płata 1 płetwy jest wypełnione łatwo kształtowalnym materiałem elastycznym zapobiegającym wlewaniu się wody.

Elastyczne pokrycie 11 wykonane zostało z elastycznego laminatu epoksydowo-szklanego. W odróżnieniu od znanych konstrukcji prezentowane rozwiązanie nie wymaga do swojego działania zewnętrznego mechanizmu sterującego. Pod wpływem napierającej na płetwę wody oraz powstających na niej (pod wpływem opływu) nadciśnienia i podciśnienia - profil poprzeczny ugina się w sposób zapewniający powiększenie powstającej na nim siły nośnej. Wielkość ugięcia przekroju miecza rośnie wraz ze wzrostem siły nośnej będącej wynikiem różnicy ciśnień po obu stronach płata, jednocześnie odkształceniu temu przeciwdziałają wewnętrzne siły sprężystości konstrukcji, które po wyrównaniu ciśnień po obu stronach płata doprowadzą do powrotu jego kształtu do pozycji spoczynkowej (lub znaczącego zmniejszenia jego ugięcia).

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Hydro-elastyczna płetwa mieczowa, znamienna tym, że zawiera co najmniej jeden profil (4), podparty na dwóch dźwigarach (3), a obszar środkowej części profilu (4) pomiędzy dźwigarami (3) ma mniejszą sztywność niż obszar pomiędzy przednim dźwigarem (3) a krawędzią natarcia (6) oraz pomiędzy tylnym dźwigarem (3) a krawędzią spływu (5), przy czym w obszarze pomiędzy dźwigarami (3) profil ma przewężenie (8), a wzdłuż przewężenia (8) profilu (4) rozmieszczone są elementy (9) podtrzymujące zewnętrzne elastyczne pokrycie (11) płata (1).

2. Hydro-elastyczna płetwa mieczowa według zastrz. 1, znamienna tym, że profil (4) wykonany jest z materiału sprężystego.

3. Hydro-elastyczna płetwa mieczowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że profil (4) stanowi wypełnienie przekroju poprzecznego płata (1) płetwy.

4. Hydro-elastyczna płetwa mieczowa według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienna tym, że obszar profilu (4) pomiędzy dźwigarami (3) wykonany jest z materiału sprężystego o większej elastyczności niż obszary profilu (4) pomiędzy przednim dźwigarem (3) a krawędzią natarcia oraz pomiędzy tylnym dźwigarem (3) a krawędzią spływu.

5. Hydro-elastyczna płetwa mieczowa według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienna tym, że pomiędzy elementami (9) przewężenia (8) profilu (4) są szpary (10)

6. Hydro-elastyczna płetwa mieczowa według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienna tym, że dźwigary (3) mają kształt walca, a profile (4) są oparte o walcowe dźwigary (3).

7. Hydro-elastyczna płetwa mieczowa według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, znamienna tym, że wnętrze płetwy jest wypełnione łatwo kształtowalnym materiałem elastycznym.

8. Hydro-elastyczna płetwa mieczowa według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, znamienna tym, że pokrycia (11) płata (1) płetwy wykonane są z materiału elastycznego.

9. Hydro-elastyczna płetwa mieczowa według z zastrz. do 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienna tym, że pokrycia (11) płetwy są z elastycznego laminatu epoksy-dowo-szklanego.