RU2022874C1 - Rudder apparatus - Google Patents

Abstract

FIELD: shipbuilding. SUBSTANCE: at least one pair of rudders, made as wing, connected with drive of its vertical movement and having asymmetrical profile in section with fixed basic angles, is mounted in rear part of ship in bay 2 or on transom in symmetry to its diametrical plane. Salient surfaces of rudders are facing each other. In non-operational state rudders 1 are hidden in bay 2 or behind transom so, that do not make resistance to ship movement. In case ship is to make maneuver by rudders according to command from control post 6 signal goes to system of control. Executive mechanism (hydraulic drive, in particular) pushes rudder 1 out in stream beyond limits of bottom from the board, to which they are to make turn. Value of rudder 1 pushing out depends on speed of ship and type of maneuver. EFFECT: rudder apparatus is used on ships. 6 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовому устройству, обеспечивающему управляемость (маневренность) судна. The invention relates to shipbuilding, in particular to a ship device that provides controllability (maneuverability) of the vessel.

Известно рулевое устройство, которое включает в себя перо руля, опору, баллер, верхний и нижний подшипники, рулевую машину, рулевой привод, привод управления, пост управления [1]. A steering device is known, which includes a rudder feather, a support, a baller, upper and lower bearings, a steering machine, a steering gear, a control gear, a control post [1].

Недостатками данного устройства являются:
1. Руль с узлом крепления к баллеру и опорой выступают за днище и создают сопротивление движению пропорциональное площади руля и квадрату скорости хода.The disadvantages of this device are:
1. The steering wheel with the attachment point to the balloon and the support protrude beyond the bottom and create resistance to movement proportional to the area of the steering wheel and the square of the speed.

2. Геометрические размеры руля и профилировка в сечениях по длине (размаху) неоптимальны для широкого диапазона скоростей хода. Коэффициент подъемной силы руля достигает максимальных значений при больших углах отклонения ( ≃30-40^о), что увеличивает время перекладки руля с борта на борт.2. The geometric dimensions of the steering wheel and profiling in sections along the length (span) are not optimal for a wide range of travel speeds. The lift coefficient wheel reaches maximum values at large deflection angles (≃30-40 ^on) that increases the rudder from side to side.

3. Размеры элементов рулевого устройства не позволяют компактно размещать их в отсеке, производить осмотр и ремонт руля, опоры, соединения с баллером без докования. 3. The dimensions of the elements of the steering device do not allow to compactly place them in the compartment, to inspect and repair the steering wheel, bearings, connections to the baller without docking.

4. В составе рулевого устройства имеется большое число подвижных (вращающихся) элементов, что увеличивает вероятность отказа при эксплуатации. 4. The steering device has a large number of moving (rotating) elements, which increases the likelihood of failure during operation.

Наиболее близким аналогом является рулевое устройство, содержащее по меньшей мере, одну пару рулей, расположенных в кормовой части судна симметрично относительно его диаметральной плоскости, каждый из которых выполнен с приводом его вертикального перемещения [2]. The closest analogue is a steering device containing at least one pair of rudders located in the stern of the vessel symmetrically relative to its diametrical plane, each of which is made with its vertical movement [2].

Недостатком его является то, что профилировка рулей в сечениях по длине неоптимальны для широкого диапазона скоростей хода. Коэффициент подъемной силы на рулях с двояковыпуклыми профилями достигает максимальных значений при больших углах перекладки (30^о - 40^о), что увеличивает время их перекладки.Its disadvantage is that the profiling of the rudders in sections along the length is not optimal for a wide range of travel speeds. Lift coefficient on the handlebars with lenticular profiles reaches a maximum at large angles rudder ^{(30 °} - ⁴⁰ °), which increases their rudder.

Технический результат изобретения достигается тем, что в известном рулевом устройстве каждый из рулей выполнен в виде крыла, имеющего несимметричный профиль в поперечных сечениях, причем рули обращены друг к другу своими выпуклыми поверхностями профилей. The technical result of the invention is achieved by the fact that in the known steering device, each of the rudders is made in the form of a wing having an asymmetric profile in cross sections, with the rudders facing each other with their convex profile surfaces.

На фиг.1 изображено рулевое устройство; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1; на фиг. 5 - расположение рулей в нише корпуса судна; на фиг.6 - расположение рулей вне корпуса судна. Рулевое устройство состоит из руля 1, размещаемого своим корпусом к нише 2, а штоком к рулю 1, системы гидравлики 4, соединенной с гидроцилиндром 3, трубопроводами 5, системы и поста управления 6. Figure 1 shows the steering device; figure 2 - section aa in fig. 1; in FIG. 3 - section BB in figure 1; figure 4 is a cross-section bb in figure 1; in FIG. 5 - the location of the rudders in the niche of the hull; figure 6 - the location of the rudders outside the hull. The steering device consists of a steering wheel 1, placed by its body to the niche 2, and a rod to the steering wheel 1, a hydraulic system 4, connected to the hydraulic cylinder 3, pipelines 5, system and control station 6.

Руль 1 соединен со штоком гидроцилиндра 3 посредством конструктивного узла 7, передающего гидродинамическую нагрузку от руля 1 на корпус ниши 2 через опорные подшипники 8. The steering wheel 1 is connected to the rod of the hydraulic cylinder 3 by means of a structural unit 7, which transfers the hydrodynamic load from the steering wheel 1 to the housing of the niche 2 through the thrust bearings 8.

Ограничение вертикальных перемещений конструктивного узла 7 с рулем 1 осуществляется верхним и нижним ограничи- телями 9. Стопорение руля в крайнем положении верхнем (при длительных стоянках, доковании и т.д.) осуществляется стопором 10. The restriction of vertical movements of the structural unit 7 with the steering wheel 1 is carried out by the upper and lower stops 9. The steering of the steering wheel in the extreme upper position (during long-term parking, docking, etc.) is carried out by the stopper 10.

Конструктивное исполнение узла 7, подшипников 8, ограничителей 9, стопора 10, системы управления рулевым устройством 6, гидроцилиндра 3 не является предметом настоящего изобретения. The design of the node 7, bearings 8, stops 9, stopper 10, steering control system 6, hydraulic cylinder 3 is not the subject of the present invention.

Рулевое устройство работает следующим образом. The steering device operates as follows.

Для выполнения маневра судном (например, влево) с поста управления 6 подается команда в систему управления гидравлики 4, соединенную с исполнительным механизмом - гидроцилиндром 3 левого борта трубопроводом 5, на выдвижение руля левого борта 1. Под давлением гидрожидкости в гидроцилиндре 3 шток проходит в движение, передавая усилие на конструктивный узел 7, который скользя по подшипникам 8, выдвигает руль 1 из ниши 2 в гидропоток за пределы днища. Поток воды воздействует на руль 1, установленный под фиксированным углом атаки, в результате чего на нем возникает гидродинамическая сила, значение которой зависит от величины выдвижения руля в поток. Чем больше выдвинут руль 1 в поток, тем больше величина гидродинамической силы возникает на нем и следовательно, тем больше момент, поворачивающий судно. Гидродинамическая сила руля 1 передается через конструктивный узел 7 и подшипники 8 на корпус ниши 2, чем и обеспечивается выполнение заданного маневра судна. По окончании маневра (изменения курса на заданный угол в требуемую сторону) с поста управления 6 дается команда на втягивание руля 1 в исходное положение внутрь ниши 2. Система управления передает команду в систему гидравлики 4, в результате чего давление под штоком гидроцилиндра 3 увеличивается, а над штоком уменьшается. Шток втягивается в гидроцилиндр 3, увлекая за собой конструктивный узел 7 и руль 1 в нишу. При достижении крайнего верхнего положения конструктивный узел 7 упрется в ограничитель 9 верхнего положения и останавливается. В процессе втягивания руля 1 из-за изменения его площади уменьшается гидродинамическая сила на руле и при полном втягивании в нишу 2 она становится равной нулю. To maneuver the vessel (for example, to the left) from command station 6, a command is sent to the hydraulic control system 4, connected to the actuator — the left side hydraulic cylinder 3 by a pipe 5, to extend the left side steering wheel 1. Under the hydraulic fluid pressure in the hydraulic cylinder 3, the rod moves , transferring force to the structural unit 7, which sliding along the bearings 8, pushes the steering wheel 1 from the niche 2 into the hydraulic flow outside the bottom. The flow of water acts on the steering wheel 1, installed at a fixed angle of attack, as a result of which a hydrodynamic force arises on it, the value of which depends on the magnitude of the extension of the steering wheel into the stream. The more the steering wheel 1 is extended into the stream, the greater the magnitude of the hydrodynamic force arises on it and, consequently, the greater the moment the vessel turns. The hydrodynamic force of the rudder 1 is transmitted through the structural unit 7 and bearings 8 to the housing of the niche 2, which ensures the performance of the given maneuver of the vessel. At the end of the maneuver (course change by a predetermined angle in the required direction) from control station 6, a command is given to retract the steering wheel 1 to its original position inside the niche 2. The control system transmits the command to the hydraulic system 4, as a result of which the pressure under the rod of hydraulic cylinder 3 increases, and over the stock decreases. The rod is drawn into the hydraulic cylinder 3, dragging the structural unit 7 and the steering wheel 1 into the niche. Upon reaching the extreme upper position, the structural unit 7 abuts against the limiter 9 of the upper position and stops. In the process of retracting the steering wheel 1 due to a change in its area, the hydrodynamic force on the steering wheel decreases and when fully retracted into the niche 2, it becomes equal to zero.

При необходимости удержания судна на прямом курсе в условиях ветро-волновых возмущений (рыскания) рулевой поочередно подается команды с поста управления 6 на выдвижение и втягивание рулей то правого, то левого борта, тем самым управляет судном. По окончании рейса после швартовки к причалу рули убираются в крайнее верхнее положение и стопорятся стопором 10, что позволяет производить осмотр и ремонт гидросистемы 4 со снятием давления в гидроцилиндре 3. If it is necessary to keep the ship in a direct course under conditions of wind-wave disturbances (yaw), the helmsman alternately commands from the control station 6 to extend and retract the helms of the starboard or port side, thereby controlling the vessel. At the end of the voyage, after mooring to the berth, the rudders are retracted to their highest position and locked with a stop 10, which allows inspection and repair of the hydraulic system 4 with pressure relief in the hydraulic cylinder 3.

Рули могут быть размещены внутри корпуса (в нише) или за транцем. В поднятом положении рули не выступают за днище и не создают сопротивление движению. На быстроходных судах для исключения повышения давления в нише от воздействия гидродинамического напора перед вырезом для ниши на днище может быть установлен небольшой реданчик. Steering wheels can be placed inside the housing (in a niche) or behind the transom. In the raised position, the rudders do not protrude beyond the bottom and do not create resistance to movement. On high-speed vessels, in order to prevent an increase in pressure in the niche from the influence of hydrodynamic pressure, a small reanchik can be installed on the bottom in front of the cutout for the niche.

Расположение профиля рулей относительно диаметральной плоскости имеет особое значение для повышения эффектив- ности использования гидродинамических сил и создания момента, поворачивающего судно. Рекомендуется установка рулей выпуклой стороной профиля вовнутрь, в сторону диаметральной плоскости судна. Это обеспечивает использование силы сопротивления (Х) руля для создания дополнительного момента ( ΔМ_вр) вращения судна ΔМ_вр=Х ˙ l_y, который увеличивает суммарный вращающий момент (М_вр) от подъемной силы (Y) на руле
М_вр = Y ˙ l_x + ΔM_вр, где l_x, l_y - плечи сил Y и Х соответственно, относительно центра тяжести судна.The location of the rudder profile relative to the diametric plane is of particular importance for increasing the efficiency of using hydrodynamic forces and creating the moment turning the vessel. It is recommended that the rudders be installed with the convex side of the profile inwards, towards the diametrical plane of the vessel. This ensures the use of the resistance force (X) of the rudder to create an additional moment (ΔM _BP ) of rotation of the vessel ΔM _BP = X _y l _y , which increases the total torque (M _BP ) of the lifting force (Y) on the steering wheel
M _BP = Y ˙ l _x + ΔM _BP , where l _x , l _y are the shoulders of forces Y and X, respectively, relative to the center of gravity of the vessel.

Claims (1)

РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее по меньшей мере одну пару рулей, расположенных в кормовой части судна симметрично относительно его диаметральной плоскости, каждый из которых выполнен с приводом его вертикального перемещения, отличающееся тем, что каждый руль выполнен в виде крыла, имеющего несимметричный профиль в поперечных сечениях, причем рули обращены друг к другу выпуклыми поверхностями профилей. STEERING DEVICE containing at least one pair of rudders located in the stern of the vessel symmetrically with respect to its diametrical plane, each of which is made with a drive of its vertical movement, characterized in that each rudder is made in the form of a wing having an asymmetric profile in cross sections, moreover, the rudders face each other on the convex surfaces of the profiles.

Images