Активный стабилизатор килевой и бортовой качки корабля – штормовой аварийный движитель

Изобретение относится к области судостроения и науки.

Теоретической основой изобретения являются результаты фундаментальных исследований в области гидромеханики штормового плавания корабля. Наивысшая эффективность реализации изобретения может быть достигнута для формы корпуса корабля повышенной штормовой мореходности, с запасом надводной плавучести не превышающей водоизмещения, и без скуловых килей и других активных крыльевых стабилизаторов качки в средней части корпуса.

Предметом изобретения является устройство, состоящее из двух управляемых крыльев или поворотных насадок на гребных винтах, установленных на горизонтальных или наклонных баллерах в кормовой части корпуса корабля под прямым воздействием потока жидкости от работающих гребных винтов. Механизм поворота баллера создает упругий люфт до ±30°, обеспечиваемый пружинным (или электромагнитным) устройством, которое создает восстанавливающий момент тем больший, чем больше крыло отклонено от заданного системой управления нейтрального положения крыла.

Баллеры стабилизирующих крыльев устанавливаются горизонтально или наклонно. Ось баллера проходит через гидродинамический центр бокового сопротивления крыла, находящемся в 1/3 длины хорды от передней кромки крыла, что минимизирует усилия на перекладку крыльев. Поворот плоскостей крыльев на ходу корабля приводит к образованию кренящих и дифферентующих моментов для компенсации килевой и бортовой качки корабля. При повороте крыльев враздрай будут создаваться кренящие моменты для компенсации бортовой качки, при повороте вместе на всплытие/погружение – создаются дифферентующие моменты для компенсации килевой качки.

В случае остановки гребных винтов на крыло активного стабилизатора перестает действовать набегающий поток, а возникающая вследствие остановки судна интенсивная килевая качка создает вертикальные потоки жидкости с центром приложения гидродинамических сил центре площади крыла, смещенном относительно оси баллера в корму. Подпружиненное крыло получает возможность упругого поворота, отчего вертикальный поток жидкости преобразуется в горизонтальный, крыло соскальзывает, и появляется тяговое усилие для движения корабля вперед, величина которого в гидростатическом приближении в шесть раз превосходит силовое усилие на рычаге между осью баллера и центром площади крыла.

Крылья активного стабилизатора качки могут быть установлены горизонтально, рядом с традиционным судовым рулем, или наклонно, взяв, при этом, на себя функции руля управления. Наклонные крылья при перекладке на борт создадут кренящий момент на тот же борт, чем компенсируются центробежные силы, возникающие на циркуляции корабля. При работе в качестве успокоителей качки, наклонные крылья одновременно будут поворачивать судно в сторону волнового воздействия, что соответствует маневру на уменьшение опасности, и что особенно важно при движении на курсах по волне в условиях возможного брочинга.

Формально наклонные крылья без судового руля управления будут создавать недостаточное количество управляющих воздействий, и при их проектировании необходимо решение задачи минимизации кренящих сил, сопутствующих обычному повороту корабля. Однако такая схема активного стабилизирующего устройства – аварийного штормового движителя наиболее технологичная и проста в реализации, так как механизмы поворота крыльев будут устанавливаться внутри корпуса корабля, а не на вынесенном за борт рудерпосте пера руля.

В случае использования вертикального пера руля и двух горизонтальных стабилизирующих крыльев математические законы управления обретают свойства достаточности. В частности это означает, что на тихой воде стабилизаторы качки смогут легко скомпенсировать крен, возникающий при циркуляции корабля с малой начальной остойчивостью при его движении на больших скоростях хода, что также является важным мореходным качеством корабля при его эксплуатации.