RU204567U1 - Плавниковое движительно-рулевое устройство с гидрогенератором - Google Patents

Abstract

Плавниковое движительно-рулевое устройство, работающее по принципу колеблющегося крыла, с возможностью использования в качестве гидрогенератора, содержащее: одну (или более) пару вертикально погруженных в воду плавников (крыльев), совершающих в противофазе возвратно-поступательное движение перпендикулярно диаметральной плоскости (ДП) судна и одновременно изменяющих углы установки по отношению к диаметральной плоскости (ДП) судна; механическую подвеску каждого плавника, обеспечивающую плавнику возможность поступательного движения и поворота; электродвигатель с возможностью регулирования скорости вращения, способный также выполнять функцию электрогенератора; маховик; аккумулятор электроэнергии; механическую трансмиссию, содержащую: блок движения (позиционирования) плавников, блок синхронизации и фазового сдвига, блок управления углами поворота плавников, включающий в себя: блок поворота плавников, блоки задания средних угловых положений плавников, мультипликаторы углов поворотов плавников.

Description

Область техники

Полезная модель относится к судостроению, а именно к движительно-рулевым устройствам с колебательным движением, а также к гидроагрегатам с электрическими генераторами, погруженным в воду. В качестве движительно-рулевого устройства полезная модель может использоваться на судах любого типа, а в качестве движительно-рулевого устройства и гидрогенератора преимущественно на парусных судах.

Уровень техники

Известны способы создания в текучей среде движущей силы аппарата, снабженного по меньшей мере одним крылом (плавником), которые заключаются в том, что крылу одновременно придают возвратно-поступательное перемещение в направлении, перпендикулярном набегающему потоку текучей среды, и угловое перемещение. (№ US 5401196 А, кл. В63Н 1/36 или № RU 2172700 С2 кл. В63Н 1/00 (2000.01), В63Н 1/36 (2000.01)).

Известны устройства для осуществления данных способов движения, у которых параметры движения крыла (крыльев) определяются в основном конструкцией, а возможность изменения параметров в процессе работы имеется лишь в ограниченной степени, вследствие чего не обеспечивается оптимальный режим работы устройства во всем диапазоне скоростей движения судна. Например, имеется лишь возможность изменять частоту поступательных и угловых колебаний крыла для обеспечения подходящего режима работы крыла по углу атаки и для изменения величины силы тяги. (№ RU 2482012 С2, кл. В63Н 1/36 (2006.01)).

Известны плавниковые движительно-рулевые устройства (комплексы), в которых для маневрирования используется поворот устройства относительно корпуса судна. (№ SU 1143646 А, кл. В63Н 1/36 (2000.01) В63Н 23/04 (2000.01) В63Н 23/08 (2000.01), № SU 1245501 А1, кл. В63Н 1/36 (2000.01) В63Н 23/04 (2000.01) В63Н 23/08 (2000.01) В63Н 23/10 (2000.01), № US 6877692 В2, кл. В63Н 1/36, F42B 10/64, № ЕР 1970302 А1, кл. В63Н 1/32, В63Н 25/52).

Известно, что плавниковый движитель возможно использовать для маневрирования, то есть для изменения направления и скорости движения судна, в том числе для торможения и реверса, причем без изменения направления вращения привода движителя и без поворота устройства относительно корпуса судна, а только посредством изменения параметров движения крыльев (№ US 5401196 А, кл. В63Н 1/36) / (Journal of Fluids and Structures 17 (2003) 163-183 Forces on oscillating foils for propulsion and maneuvering D.A. Read, F.S. Hover, M.S. Triantafyllou).

Известны плавниковые движительно-рулевые устройства (комплексы), в которых для маневрирования, а также для обеспечения оптимального режима работы устройства предлагается использовать изменение параметров движения крыльев, а именно:

изменение частоты поступательных и угловых колебаний крыльев для управления скоростью движения судна;

изменение амплитуды поступательного движения крыльев для управления скоростью движения судна;

изменение направления и величины фазового сдвига между поступательным и угловым движением крыльев для управления скоростью и осуществления реверса движения судна;

изменение амплитуды угловых колебаний крыльев для управления скоростью движения судна;

изменение среднего положения угловых колебаний крыльев для управления направлением движения судна.

Такие технические решения отражены в таких патентах, как: № SU 1143646 А, кл. В63Н 1/36 (2000.01) В63Н 23/04 (2000.01) В63Н 23/08 (2000.01), № SU 1245501 А1, кл. В63Н 1/36 (2000.01) В63Н 23/04 (2000.01) В63Н 23/08 (2000.01) В63Н 23/10 (2000.01), № ЕР 1970302 А1, кл. В63Н 1/32, В63Н 25/52, № US 5401196 А, кл. В63Н 1/36.

Известно применение устройства с парой колеблющихся крыльев в качестве гидрогенератора для получения электроэнергии из потока воды. Принцип работы данного устройства заключается в том, что крыльям придается такое угловое положение, при котором они совершают возвратно-поступательное перемещение под действием набегающего потока воды в направлении, перпендикулярном потоку. Таким образом, гидрогенератор работает по принципу, обратному принципу работы плавникового движителя. При этом диапазон изменения углового положения крыльев гидрогенератора существенно отличается от диапазона изменения углового положения крыльев плавникового движителя. Для эффективной работы гидрогенератора также необходима настройка параметров движения крыльев в зависимости от скорости набегающего потока, в частности, изменение амплитуды угловых колебаний крыльев. (27th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems (IAHR 2014) Development of a twin-flapping-foils unit to generate hydroelectric power from a water current H Abiru, A Yoshitake and M Nishi).

Наиболее же близким аналогом патентуемого решения, которое было выбрано за прототип, является устройство, заявленное в патенте на изобретение № US 5401196 А, кл. В63Н 1/36.

Недостатком известных устройств является сложность конструкции, обусловленная необходимостью применения для изменения параметров движения крыльев (плавников) электрических, гидравлических или пневматических исполнительных механизмов, которые зачастую должны быть расположены на движущихся или вращающихся частях привода.

Техническая задача. Задачей настоящей полезной модели является разработка устройства более простой и надежной конструкции, объединяющего в себе функции движительно-рулевого устройства и гидрогенератора.

Данная задача решается посредством разработки конструкции устройства включающего механическую трансмиссию, позволяющую управлять параметрами движения плавников в процессе работы устройства в пределах, необходимых для оптимального выполнения заявленных функций на всем диапазоне рабочих скоростей набегающего потока, причем без применения исполнительных механизмов, отличных от механических, либо расположенных на вращающихся частях привода.

Технический результат

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является устройство, выполняющее функции движительно-рулевого устройства и гидрогенератора так же эффективно, как два отдельных устройства, выполняющих каждое свою функцию, причем достигается упрощение и повышение надежности движительно-рулевого устройства в сравнении с существующими аналогами.

Сущность полезной модели. Плавниковое движительно-рулевое устройство, работающее по принципу колеблющегося крыла, с возможностью использования в качестве гидрогенератора, содержащее:

одну (или более) пару вертикально погруженных в воду плавников (крыльев) (10), совершающих в противофазе возвратно-поступательное движение перпендикулярно диаметральной плоскости (ДП) судна и одновременно изменяющих углы установки по отношению к диаметральной плоскости (ДП) судна;

механическую подвеску (9) каждого плавника, обеспечивающую плавнику возможность поступательного движения и поворота;

электродвигатель (1) с возможностью регулирования скорости вращения, способный так же выполнять функцию электрогенератора;

маховик (11);

аккумулятор электроэнергии (2);

механическую трансмиссию, содержащую:

блок движения (позиционирования) плавников (3);

блок синхронизации и фазового сдвига (4);

блок управления углами поворота плавников (5), включающий в себя:

блок поворота плавников (6);

блоки задания средних угловых положений плавников (7);

мультипликаторы углов поворотов плавников (8).

Механическая трансмиссия, входящая в состав предлагаемого устройства, и передающая движение при работе в режиме движительно-рулевого устройства от электродвигателя плавникам, а в режиме гидрогенератора от плавников к электрогенератору, позволяет изменять следующие параметры движения плавников:

частоту поступательных и угловых колебаний плавников;

средние угловые положения плавников по отношению к ДП судна;

амплитуду и фазу отклонения плавников от средних положений; с целью:

изменения величины и направления гидродинамической силы тяги, создаваемой при работе в режиме движительно-рулевого устройства;

осуществления возможности работы устройства в режиме гидрогенератора и регулирования мощности, получаемой в этом режиме, а также изменения величины и направления гидродинамической силы сопротивления гидрогенератора движению судна.

Указанное управление параметрами движения плавников выполняется посредством:

регулирования скорости вращения электродвигателя;

задания средних угловых положений плавников;

задания знака (направления) и величины фазового сдвига между поступательным и угловым движением плавников.

Такое управление параметрами движения плавников позволяет судну в полной степени осуществлять движение и маневрирование, а также, при движении иным способом, например, под парусами, извлекать энергию из набегающего потока, при этом сохраняя возможность, в ограниченной степени, управления курсом судна.

Для преобразования вращательного движения плавников в возвратно-поступательное и наоборот, и для качания плавников по углу поворота используются синхронизированные кривошипные механизмы, причем конструкция трансмиссии позволяет задавать между указанными кривошипными механизмами фазовый сдвиг по углу вращения, благодаря которому изменяется амплитуда и фаза отклонения плавников от их средних положений. Так как амплитуда колебания плавников, полученная за счет фазового сдвига между кривошипными механизмами недостаточна для всех режимов работы устройства, используется механизм для ее увеличения - мультипликатор поворота крыла.

Синхронизация и внесение фазового сдвига, так же, как и увеличение амплитуды колебания плавников выполняется при помощи конических планетарных передач, входящих в состав соответствующих блоков трансмиссии.

Достигается упрощение и повышение надежности движительно-рулевого устройства в сравнении с существующими аналогами, а также совмещение и эффективное выполнение функций движительно-рулевого устройства и гидрогенератора.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 изображена функциональная схема плавникового движительно-рулевого устройства, гидрогенератора. На схеме показаны следующие функциональные блоки:

электродвигатель (1) с возможностью регулирования скорости вращения, способный так же выполнять функцию электрогенератора;

маховик (11);

аккумулятор электроэнергии (2);

механическая трансмиссия, содержащая:

блок движения (позиционирования) плавников (3),

блок синхронизации и фазового сдвига (4),

блок управления углами поворота плавников (5) включающий в себя:

блок поворота плавников (6),

блоки задания средних угловых положений плавников (7),

мультипликаторы углов поворотов плавников (8);

механическую подвеску (9) каждого плавника, обеспечивающую плавнику возможность поступательного движения и поворота;

пара вертикально погруженных в воду плавников (крыльев) (10), совершающих в противофазе возвратно-поступательное движение перпендикулярно диаметральной плоскости (ДП) судна и одновременно изменяющих углы установки по отношению к диаметральной плоскости (ДП) судна;

На фиг. 2 изображена схема, поясняющая формирование движения плавника посредством синхронного вращения двух кривошипных механизмов с угловым сдвигом друг относительно друга.

На фиг. 3 изображена кинематическая схема блока движения (позиционирования) плавников, блока поворота плавников, для двух вариантов осуществления движения, где отличия варианта 2, от варианта 1 в том, что валы кривошипов силовых редукторов (23) и (42) расположены на одной геометрической вертикальной оси.

На фиг. 4 изображена кинематическая схема механической подвески плавника, как части кривошипно-коромыслового механизма для устройства по п. 2.

На фиг. 5 изображена кинематическая схема механической подвески плавника, как части кривошипно-ползунного механизма для устройства по п. 3.

На фиг. 6 изображена подробная кинематическая схема блока синхронизации и фазового сдвига.

На фиг. 7 изображена подробная кинематическая схема мультипликатора угла поворота плавника.

На фиг. 8 схематично изображен общий вид устройства сверху.

На фиг. 9 схематично изображен общий вид устройства сбоку.

На фиг. 10 схематично изображен общий вид устройства сзади.

Осуществление полезной модели. Плавниковое движительно-рулевое устройство, с возможностью использования в качестве гидрогенератора (фиг. 1, 3, 4), содержит как минимум пару вертикально погруженных в воду плавников (крыльев) (10), установленных во втулках (65) на механических подвесках (9) с возможностью возвратно-качательного движения вокруг вертикальной оси (66).

Механические подвески (9) закреплены на шасси (99) устройства с возможностью возвратно-качательного движения, при том, что возможность движения может быть осуществлена, как в горизонтальной плоскости вокруг осей (68), далее по тексту вариант 1, так и с возможностью возвратно-поступательного движения по горизонтальным направляющим (90), далее по тексту вариант 2.

На корпусах (60) механических подвесок (9) установлены оси (64) шатунов (26), (27) блока движения (позиционирования) (3), посредством которых приводятся в движение подвески.

Шатуны (26), (27) посредством шарнирных соединений связаны с кривошипами (24), (25) того же блока, установленными на выходном валу силового редуктора (23), входной вал которого через удлинитель вала (22) соединен с валом редуктора отбора мощности (21). На валу редуктора отбора мощности (21) установлены маховик (11) и соединительная муфта (20) для соединения с электродвигателем/электрогенератором (1), закрепленном на шасси (99).

Указанные редукторы (21), (23) и удлинитель вала (22) находятся в корпусе (28) блока движения (позиционирования) (3), также закрепленном на шасси (99). Выходной вал редуктора отбора мощности (21) соединен с входным валом блока синхронизации и фазового сдвига (4), находящегося в корпусе (39). Для ручного регулирования фазового сдвига блок снабжен маховичком (38). Устройство блока описано ниже при описании принципа его действия. Выходной вал блока синхронизации и фазового сдвига (4) соединен с входным валом редуктора (40) блока поворота плавников (6) и далее через удлинитель вала (41) с силовым редуктором (42) того же блока, на выходном валу которого установлены кривошипы (43), (44).

Передаточное число силового редуктора (42) должно быть равным передаточному числу аналогичного редуктора (23) блока движения, для того, чтобы кривошипы этих блоков вращались с одинаковой скоростью. Указанные кривошипы посредством шарнирных соединений и шатунов (45), (46) связаны с рычагами (80), (80') (фиг. 1, 4) мультипликаторов углов поворота (8) плавников, находящихся на подвесках (9). Устройство мультипликатора угла поворота рассмотрено ниже при описании принципа его действия. Входной вал каждого мультипликатора связан с блоком задания среднего углового положения (7) плавника, выходной вал связан с осью (66) плавника (10) и придает плавнику возвратно-качательное движение.

По варианту 2 эти связи осуществляются посредством соединительных муфт, так как блок задания среднего углового положения (7) плавника находится на подвеске (9) и его геометрическая ось совпадает с осью мультипликатора (8) и осью (66) плавника (10).

По варианту 1 блок задания среднего углового положения (7) плавника установлен на шасси (99), поэтому он связан с входным валом мультипликатора посредством редукторов (61), (63), соединенных удлинителем вала (62). Выходной вал мультипликатора связан с осью (66) плавника (10) посредством карданного соединения (67).

Так как для всех плавников, в общем случае, должны задаваться одинаковые средние угловые положения, все блоки задания средних угловых положений плавников должны быть синхронизированы, например, они могут быть связаны посредством валов (52), (53), схематически изображенных на фиг. 3, с общим механизмом (50), снабженным маховичком (51) для ручного задания общего среднего углового положения плавников по отношению к ДП судна.

Блок синхронизации и фазового сдвига (4) (фиг. 1, 6) предназначен для синхронизации вращательного движения блока движения (позиционирования) плавников (3) и блока поворота плавников (6) и внесения углового фазового сдвига.

Блок представляет собой планетарный конический редуктор, у которого входной (30) и выходной (34) валы расположены по одной геометрической оси, а вал сателлита (32) находится в плоскости, перпендикулярной к этой оси и может изменять свое угловое положение.

Имеется возможность зафиксировать положение оси сателлита (32) под некоторым углом к ДП судна, при этом входные вал (30), шестерня (31) и выходные шестерня (33), вал (34), будут вращаться в противоположные стороны с одинаковыми угловыми скоростями. Изменение углового положения оси сателлита по отношению к ДП судна позволяет вносить фазовый сдвиг углового положения выходного вала (34) относительно углового положения входного вала (30), различной величины и знака, при этом выходной вал будет опережать или отставать во вращении от входного вала на угол, в два раза больший угла установки оси сателлита (32).

Входной вал блока синхронизации кинематически связан с валом кривошипа блока движения (позиционирования) плавников (3), выходной вал кинематически связан с валом кривошипа блока поворота плавников (6), таким образом фазовым сдвигом углового положения кривошипов этих блоков возможно управлять при помощи блока синхронизации и фазового сдвига (4).

Задание углового положения оси сателлита (32) по отношению к ДП судна может выполняться например, вручную, посредством маховичка (38) установленного на валу червяка (37) редуктора, червячное колесо (36) которого связано с водилом (35) планетарной передачи.

Мультипликатор угла поворота (8) (фиг. 1, 7) каждого плавника представляет собой конический планетарный редуктор, входной вал (87) которого кинематически связан с блоком задания среднего углового положения плавника (7):

для варианта 2 - посредством соединительной муфты, так как геометрические оси валов совпадают;

для варианта 1 - посредством двух конических редукторов (61), (63), соединенных между собой через удлинитель вала (62).

Таким образом, среднее углового положение входного вала (87) мультипликатора определяется блоком задания среднего углового положения плавника (7). Выходной вал (86) мультипликатора связан с валом (66) плавника (10):

для варианта 2 - посредством соединительной муфты, так как геометрические оси валов совпадают;

для варианта 1 - при помощи карданного вала (67).

Водило (85) сателлита (32) мультипликатора, установленное в подшипниках на корпусе (60) механической подвески (9) плавника имеет рычаг (80), шарнирно соединенный с шатуном (45), (46) блока поворота плавника (6). При синхронном вращении со сдвигом по фазе кривошипов блока движения (позиционирования) плавника и блока поворота плавника этот рычаг вместе с водилом и сателлитом совершает возвратно-качательное движение, амплитуда качаний которого зависит от фазового сдвига вращения кривошипов. В результате этого движения сателлит (32), вращаясь, суммирует угол установки входной шестерни (83) с удвоенным углом отклонения рычага (80) и передает вращение выходной шестерне (81).

Таким образом, выходной вал (86) мультипликатора совершает возвратно-вращательное движение с амплитудой, вдвое превышающей амплитуду движения рычага (80), а среднее углового положение выходного вала (86) мультипликатора также определяется блоком задания среднего углового положения плавника (7).

Так как выходной вал (86) мультипликатора кинематически связан с осью плавника (66), плавник (10) также совершает возвратно-качательное движение с амплитудой, вдвое превышающей амплитуду аналогичного движения рычага (80) мультипликатора, и среднее угловое положение плавника (10) определяется блоком задания среднего углового положения этого плавника (7).

Удвоение амплитуды возвратно-качательного движения плавников обеспечивает эффективную работу движителя при отсутствии и малой скорости движения судна, а также обеспечивает работу гидрогенератора в оптимальном режиме.

В режиме работы в качестве движительно-рулевого устройства вращательное движения от силового привода преобразуется в возвратно-поступательное движение плавников с одновременным возвратно-вращательным движением их относительно своих осей, с возможностью управления параметрами движения плавников.

Для формирования сложного движения плавника используется синхронное вращение двух кривошипных механизмов с угловым сдвигом друг относительно друга, что поясняется на фиг. 2., где для простоты понимания изображено вращение кривошипа (46) блока поворота плавника в одну и ту же сторону с вращением кривошипа (27) блока движения (позиционирования) плавника, подвеска (9) плавника (10) движется (90) по прямолинейным направляющим, как заявлено в устройстве по варианту 2, рычаг поворота (80), по длине равный радиусу (R) кривошипов, закреплен непосредственно на оси (66) плавника, т.е. мультипликатор угла поворота в схеме не используется.

При таких условиях, если во время вращения угол фазового сдвига (47) между кривошипами равен нулю, то геометрическая ось шатуна на рычаге поворота (80) совпадает с осью шатуна (64) на подвеске, и в течение всего цикла угловое положение (92) плавника будет оставаться нулевым, плавник будет совершать движение вместе с подвеской, оставаясь неподвижным относительно нее.

Если задать угол фазового сдвига (47) между кривошипами не равный нулю (но меньше максимально допустимого), то одновременно с поступательным движением вместе с подвеской (9) плавник (10) будет совершать колебательное движение относительно своей оси (66), и диапазон изменения угла отклонения (91) плавника за цикл вращения кривошипов будет тем больше, чем больше угол фазового сдвига (47) между кривошипами, тогда как размах (S) поступательного движения плавника остается постоянным (S=2R). При любом допустимом угле между кривошипами, минимальные угловые отклонения плавника будут вблизи крайних положений, а максимальные вблизи средних положений движения подвески.

При изменении направления вращения или порядка следования кривошипов движение плавника будет происходить в другой фазе: передней кромкой профиля вперед, либо задней кромкой профиля вперед. Последнее изменяет направление тяги на противоположное и может быть использовано для торможения и реверса.

Режим работы в качестве движительно-рулевого устройства поясняется с помощью кинематических схем, изображенных на фиг. 1, 3, 4.

Крутящий момент от вала электродвигателя (1) через соединительную муфту (20) передается на блок движения (позиционирования) (3), а именно, на вал редуктора отбора мощности (21) с насаженным на него маховиком (11), и далее через удлинитель вала (22) на вал понижающего редуктора (23) того же блока. На силовой вал этого редуктора установлены кривошипы (24), (25), которые вращаясь, приводят в движение шатуны (26), (27), воздействующие на оси шатунов (64) на механических подвесках плавников (9) (фиг. 4).

Механические подвески плавников (9) приходят в движение совместно с находящимися на них втулками (65) осей плавников, таким образом, плавники (10) совершают возвратно-поступательное плоскопараллельное движение, почти зеркально-симметричное относительно ДП судна.

С другого вала редуктора отбора мощности (21) вращение передается на входной вал (30) (фиг. 6) блока синхронизации и фазового сдвига (4), представляющего собой конический планетарный редуктор, далее через ведущую шестерню (31), сателлит (32) и ведомую шестерню (33) на его выходной вал (34), который вращается в противоположную сторону и с фазовым сдвигом по углу поворота относительно входного вала.

Величина и направление (знак) фазового сдвига определяется угловым положением вала сателлита (32), оно задается посредством червячной пары, червячное колесо (36) которой связано с водилом (35) сателлита, а червяк (37) вращается в подшипниках корпуса (39) блока. Изменение фазового сдвига осуществляется вращением маховичка (38), установленного на валу червяка (37).

С выходного вала (34) блока синхронизации и фазового сдвига (4) вращение передается на входной вал блока поворота плавников (6) (фиг. 3), далее через конический редуктор (40) и удлинитель вала (41) на вал понижающего редуктора (42) того же блока. На силовой вал этого редуктора установлены кривошипы (43), (44), которые через шатуны (45), (46) посредством шарнирных соединений приводят в движение рычаги (80) (фиг. 4) прикрепленные к водилам (85) сателлитов (82) мультипликаторов углов поворота (8) плавников, установленным в подшипниках на механических подвесках (9).

При синхронном вращении со сдвигом по фазе кривошипов блока движения (позиционирования) плавника и блока поворота плавника указанные рычаги вместе с водилами и саттелитами совершают возвратно-качательные движения, амплитуды качаний которых зависят от фазового сдвига вращения кривошипов. При этом выходные валы мультипликаторов углов поворота (8) плавников совершают возвратно-вращательные движения удвоенной амплитуды, которые посредством соединительных муфт либо карданных валов (67) передаются на плавники (10).

Входные валы мультипликаторов углов поворота (8) плавников кинематически связаны с блоками задания средних угловых положений (7) плавников, поэтому средние угловые положения выходных валов мультипликаторов и средние угловые положения самих плавников могут быть изменены посредством задания среднего углового положения вращением маховичка (51).

Таким образом, в результате синхронного вращения кривошипных механизмов блока движения плавников и блока поворота плавников с угловым сдвигом друг относительно друга, плавники совершают возвратно-поступательное движение, обусловленное движением их механических подвесок, и возвратно-качательное движение вокруг своих осей.

Регулирование оборотов электродвигателя (1) позволяет изменять частоту колебаний плавников. Амплитуда и фаза возвратно-качательного движения плавников задается в блоке синхронизации и фазового сдвига (4), а среднее угловое положение плавников определяется блоками задания среднего углового положения (7). Указанные изменения параметров движения плавников обеспечивают возможность изменения величины и направления гидродинамической силы тяги, создаваемой при работе в режиме движительно-рулевого устройства.

В режиме работы в качестве гидрогенератора возвратно-поступательное движение плавников (10) под действием набегающего потока преобразуется во вращательное движение электрогенератора (1) и маховика (11) с одновременным обеспечением возвратно-вращательного движения плавников относительно своих осей, необходимого для поддержания возвратно-поступательного движения под действием набегающего потока, с возможностью управления параметрами движения плавников.

В исходном положении устройства задатчик среднего углового положения (51) плавников и задатчик угла фазового сдвига (38) установлены в нулевое положение, механические подвески (9) плавников находятся в их средних позициях, плавники (10) устройства так же находятся в их средних позициях, как по перемещению, так и по углам установки.

В этом положении плавники симметрично обтекаются встречным потоком, создавая минимальное сопротивление движению судна.

При задании угла фазового сдвига достаточной величины, плавники (10) изменяют свои угловые положения настолько, что под действием набегающего потока, при достаточной его скорости, на них возникают гидродинамические силы, которые приводят плавники вместе с их подвесками в поступательное движение. Это движение, через шатуны (26), (27), которые посредством шарнирных соединений связывают механические подвески (9) крыльев с кривошипами (24), (25) приводит к возникновению на валу силового редуктора (23) блока движения (позиционирования) (3) крутящего момента, который в свою очередь приводит в движение оставшуюся часть механизма устройства, а именно:

Ускоренное редуктором (23) вращение через удлинитель вала (22) передается на вал редуктора отбора мощности (21) с насаженным на него маховиком (11) и далее через соединительную муфту (20) передается на вал электрогенератора (1), что приводит к генерации электроэнергии.

С другого вала редуктора отбора мощности (21) вращение передается на входной вал (30) блока синхронизации и фазового сдвига (4) и далее, аналогично тому, как это происходит в режиме работы устройства в качестве движительно-рулевого устройства.

С выходного вала (34) блока синхронизации и фазового сдвига (4) вращение передается на входной вал блока поворота плавников (6), далее через конический редуктор (40) и удлинитель вала (41) на вал понижающего редуктора (42) того же блока.

На силовой вал этого редуктора установлены кривошипы (43), (44), которые через шатуны (45), (46) посредством шарнирных соединений приводят в движение рычаги (80) прикрепленные к водилам (85) сателлитов (82) мультипликаторов углов поворота (8) плавников, установленным в подшипниках на корпусах (60) механических подвесок (9). Указанные рычаги вместе с водилами и саттелитами совершают возвратно-качательные движения, при этом выходные валы мультипликаторов углов поворота (8) плавников совершают возвратно-вращательные движения удвоенной амплитуды, которые посредством соединительных муфт либо карданных валов (67) передаются на плавники (10). Таким образом, при движении плавников под действием набегающего потока их угловое положение так же изменяется.

При движении плавников от одного крайнего положения до другого, когда углы отклонения плавников и поперечные гидродинамические силы велики, энергия движения накапливается маховиком (11). В дальнейшем энергия, запасенная маховиком, используется для прохождения плавниками (10) интервалов около крайних положений (мертвых точек) и для изменения угловых положений плавников на противоположные вблизи крайних положений.

В результате изменения угловых положений плавников на противоположные цикл движения плавников повторяется, что приводит к устойчивому движению всего механизма устройства и генерации электроэнергии.

Регулирование амплитуды и фазы возвратно-качательного движения плавников посредством блока синхронизации и фазового сдвига, а также удвоение амплитуды этого движения посредством мультипликаторов углов поворота плавников обеспечивает эффективную работу устройства в режиме гидрогенератора.

В процессе работы устройства в данном режиме возможно так же изменение средних угловых положений плавников в диапазоне, не препятствующем выполнению устройством функции генерации электроэнергии, что может быть использовано для изменения направления действия гидродинамической силы сопротивления гидрогенератора с целью управления движением судна по направлению. Таким образом, возможно, в ограниченной степени, совмещение функций гидрогенератора и рулевого устройства.

Claims (5)

1. Плавниковое движительно-рулевое устройство, с возможностью использования в качестве гидрогенератора, содержащее: пару по существу вертикально погруженных в воду плавников, совершающих по существу в противофазе возвратно-поступательное движение по существу перпендикулярно диаметральной плоскости судна и одновременно изменяющих углы установки по отношению к диаметральной плоскости судна; механическую подвеску каждого плавника, обеспечивающую плавнику возможность поступательного движения и поворота; электродвигатель с возможностью регулирования скорости вращения, способный также выполнять функцию электрогенератора; маховик; аккумулятор электроэнергии; механическую трансмиссию, передающую движение при работе в режиме движительно-рулевого устройства от электродвигателя плавникам, а в режиме гидрогенератора от плавников к электрогенератору, содержащую: блок позиционирования плавников, блок синхронизации и фазового сдвига, блок управления углами поворота плавников, включающий в себя: блок поворота плавников, блоки задания средних угловых положений плавников, мультипликаторы углов поворотов плавников, причем указанные блок позиционирования плавников и блок поворота плавников содержат кривошипные механизмы, а блок синхронизации и фазового сдвига, так же как и блоки мультипликаторов углов поворота плавников, содержат конические планетарные передачи; позволяющую в процессе работы устройства изменять следующие параметры движения плавников: частоту поступательных и угловых колебаний плавников; средние угловые положения плавников по отношению к диаметральной плоскости судна; амплитуду и фазу отклонения плавников от средних положений; с целью: изменения величины и направления гидродинамической силы тяги, создаваемой при работе в режиме движительно-рулевого устройства; осуществления возможности работы устройства в режиме гидрогенератора и регулирования мощности, получаемой в этом режиме, а также изменения величины и направления гидродинамической силы сопротивления гидрогенератора движению судна; причем указанное изменение параметров движения плавников выполняется посредством: регулирования скорости вращения электродвигателя; задания направления и величины фазового сдвига между поступательным и угловым движением плавников; задания средних угловых положений плавников.

2. Плавниковое движительно-рулевое устройство по п.1, в котором механическая подвеска плавника совместно с блоком позиционирования представляют собой кривошипно-коромысловый механизм, а механическая подвеска плавника представляет собой рычаг, качающийся по существу в горизонтальной плоскости относительно оси, расположенной в его начале и закрепленной на шасси устройства, тогда как на конце рычага расположена втулка оси плавника; между началом и концом рычага расположены ось шатуна блока позиционирования плавников и мультипликатор угла поворота плавника; причем мультипликатор угла поворота плавника расположен на одной геометрической оси с осью шатуна, тогда как блок задания среднего углового положения плавника расположен на шасси устройства, по геометрической оси качания рычага; так как блок задания среднего углового положения плавника, мультипликатор угла поворота плавника и ось плавника не расположены по одной геометрической оси, вращательное движение между ними передается при помощи дополнительных валов и шарнирных сочленений, например, карданных.

3. Плавниковое движительно-рулевое устройство по п.1, в котором механическая подвеска плавника совместно с блоком позиционирования представляют собой кривошипно-ползунный механизм, а механическая подвеска плавника представляет собой каретку, совершающую возвратно-поступательное движение по горизонтальным по существу направляющим; тогда как на указанной каретке расположены: ось шатуна блока движения, втулка оси плавника, мультипликатор угла поворота плавника, устройство задания среднего углового положения плавника; причем устройство задания среднего углового положения плавника, мультипликатор угла поворота плавника и ось плавника находятся на одной геометрической оси, что упрощает передачу вращательного движения между ними.

4. Плавниковое движительно-рулевое устройство по п.1, в котором при работе в режиме гидрогенератора маховик используется для накопления энергии движения плавников под действием набегающего потока от одного крайнего положения до другого, а прохождение плавниками интервалов около крайних положений и изменение угловых положений плавников на противоположные вблизи крайних положений выполняется посредством энергии, запасенной маховиком.

5. Плавниковое движительно-рулевое устройство по п.1, в котором при работе в режиме гидрогенератора изменение средних угловых положений плавников в диапазоне, не препятствующем выполнению устройством функции генерации электроэнергии, используется для изменения направления действия гидродинамической силы сопротивления гидрогенератора с целью управления движением судна по направлению, таким образом, совмещаются функции гидрогенератора и рулевого устройства.

Images