Вариант А

Предлагается двигательно-движительный рулевой комплекс (ДДРК) типа подвесного мотора (ПМ), который, согласно формуле изобретения, отличается тем, что содержит работающие синхронно механизм изменения скорости вращения гребного винта (вариатор/коробка передач) и механизм изменения высоты оси гребного винта (далее — ГВ), причем максимум оборотов ГВ соответствует максимально верхнему положению ГВ и использованию его в режиме частично погруженного (далее — ЧПВ).

Изобретение усовершенствует подвесные моторы, позволяя улучшить скоростные характеристики катера как в стартовом — при преодолении горба сопротивления, так и в глиссирующем режиме, увеличивает КПД комплекса и уменьшает эксплуатационные расходы.

Схема ДДРК по варианту А. Эскиз по описанию изобретения. Привод поворота ПМ (5) и устройство управления 10 не показаны.

Схема ДДРК по варианту В. Эскиз по описанию изобретения. Привод поворота ПМ (3, 4) и рычаг управления 20 не показаны.

ДДРК установлен на транце 1 катера на подвижной плите 2, которая может двигаться вверх и вниз в направляющих неподвижной плиты 3. Коленчатый вал двигателя 6 соединен с вертикальным валом привода ГВ (редуктора) 8 через механизм изменения скорости вращения ГВ (вариатор или коробка скоростей, далее — вариатор) 7. Механизм изменения высоты ПМ 9 включает гидроцилиндр 11, шарнирно соединенный, с одной стороны, с неподвижной плитой 3, а с другой — с рычагом 12. Рычаг 12 также связан с корпусом катера шарниром, симметрично относительно которого к рычагу 12 жестко закреплены концы тросов 13 и 14. Конец рычага 12 шарнирно соединен с подвижной плитой 2. Другие концы тросов 13 и 14 жестко закреплены к качалке 15 симметрично ее шарниру. Сама качалка 15 жестко соединена с эксцентриком 16 и шарнирно соединена с основанием 17, установленным на корпусе вариатора 7 с возможностью воздействия рабочей поверхностью эксцентрика на шток 18.

Работает ДДРК следующим образом. В режиме первой ступени при максимальном передаточном числе на вариаторе (или 1-й скорости коробки передач) обороты ГВ 4 минимальны, а положение его оси — максимально заглубленное.

Для переключения в режим второй ступени на гидроцилиндр 11 подается управляющий сигнал. Гидроцилиндр воздействует на рычаг 12, который перемещает подвижную плиту 2 с закрепленным на ней ПМ вверх. Через тросы 13 и 14 качалка 15 поворачивается вокруг оси, поворачивая эксцентрик 16 и воздействуя его рабочей поверхностью на шток 18, изменяющий диаметр ведущего шкива вариатора 7 и, как следствие, передаточное число: синхронно с подъемом ГВ происходит изменение числа его оборотов.

Переключение в режим второй ступени производится после набора двигателем максимальных оборотов и разгона катера до максимально возможной при первой ступени скорости и т.д., допустим, до 4-й ступени, когда ГВ минимально заглублен и находится в режиме ЧПВ; обороты при этом максимальны при минимальном передаточном числе на вариаторе 7.

Крайние положения оси ГВ (первая и последние ступени) определяются ходом гидроцилиндра. Заглубления ГВ в промежуточном положении могут задаваться дискретно или изменяться по заданному алгоритму управления.

Вариант В

Широко известны двигательно-движительные рулевые комплексы типа подвесного мотора и двигателя с поворотно-откидной колонкой (ПОК). Недостатками их являются фиксированное положение лопастей ГВ, не позволяющее регулировать шаг в соответствии с изменениями режима движения, и большое гидродинамическое сопротивление, создаваемое ГВ и частью дейдвуда, погруженной в воду. На практике при изменении нагрузки катера эти недостатки стараются компенсировать использованием сменных ГВ с разным шагом (например, 250, 280, 300 мм) либо ВРШ с предварительным ручным регулированием шага до выхода в плавание.

Предложен двигательно-движительный рулевой комплекс в виде ПМ или ПОК, включающий ВРШ с приводом и механизмом дистанционного изменения шага лопастей на ходу, связанным кинематически с рычагом управления.

При совмещении с ДДРК варианта А изменение шага ВРШ осуществляется синхронно с его подъемом (заглублением), причем максимальный шаг ВРШ соответствует положению минимального его заглубления.

В исходном положении ВРШ максимально заглублен, а шаг винта минимален (первая ступень). После разгона катера до максимально возможной при первой ступени скорости по управляющему сигналу срабатывают и механизм изменения заглубления ВРШ, и механизм изменения шага ВРШ; когда ВРШ приподнимется на заданную высоту, одновременно увеличивается шаг ВРШ. Происходит переключение ДДРК в режим второй и т.д. до, допустим, четвертой ступени, когда максимальный шаг ВРШ соответствует его максимально верхнему положению и минимальному заглублению, соответствующему режиму ЧПВ. Переход от ступени к ступени может осуществляться плавно или дискретно в зависимости от управляющего сигнала (см. заявка № 99125982 от 17.12.99, МКИ В 63 Н 1/00, 3/00, 23/00).

Несмотря на универсальность и высокие скоростные характеристики, недостатком такого варианта является нецелесообразный расход мощности, связанный с необходимостью поднимать всю затранцевую установку, и ограниченная надежность этого узла.

Согласно формуле изобретения варианта В выхлопная труба двигателя выполнена с отводной трубой, сопло которой расположено перед ВРШ и соосно с ним, а заслонка для перекрытия отводной трубы кинематически связана с рычагом управления с возможностью подачи выхлопных газов на ВРШ синхронно с изменением его шага, причем максимальная подача выхлопных газов соответствует максимальному шагу.

Предлагаемое техническое решение позволяет улучшить гидродинамические характеристики ПМ и ПОК благодаря уменьшению сопротивления выступающих в воде частей дейдвуда и ВРШ, на которые направляются выхлопные газы. Это позволит улучшить скоростные характеристики, увеличить КПД и уменьшить эксплуатационные расходы ДДРК.

Примером конкретного выполнения заявляемого изобретения является ДДРК с ПМ 1, установленным за транцем катера на фиксированной высоте.

К плечам качалки 6 и симметрично ее шарниру закреплены концы а и б тросов 7 и 8, другие концы которых соединены с рычагом управления. Качалка 6 шарнирно соединена со своим основанием 9, установленным на моторе, и через тягу 10 соединена с планкой изменения шага винта 11, соединенной через тягу 12 и рычаг 13 с механизмом изменения шага 5. Выхлопная труба 14 выполнена с отводной трубой 15 и разделена с нею заслонкой 16, которая жестко установлена на одной оси с качалкой 17. Плечи качалки 17 соединены через тросики 18 и 19 (концы в, г) с плечами качалки 6 в точках соединения тросиков 7 и 8 (а, б).

Работает ДДРК следующим образом. Через тросы 7 и 8 качалка 6 поворачивается вокруг оси, воздействуя на наконечник тяги 10, и приводит в движение планку изменения шага 11, которая, в свою очередь, приводит в движение (через тягу 12 и рычаг 13) механизм изменения шага винта 5. В исходном положении ВРШ 2 заглублен, шаг винта минимален, а поток выхлопных газов через отводную трубу 15 равен нулю (первая ступень). После запуска двигателя и разгона катера до максимально возможной при первой ступени скорости производят переключение ВРШ 2 в режим второй ступени и т.д., допустим, до 4 ступени, когда максимальный шаг соответствует максимально открытому положению отводной трубы 15; при этом каждый раз при увеличении шага ВРШ синхронно увеличивается поток выхлопных газов через отводную трубу за счет изменения положения заслонки 16.

Винт регулируемого шага “МИХАЙЛОВ”

Известен ВРШ типа “мультипитч” с поворотными лопастями, как бы совмещающий в себе несколько сменных винтов. Изменить его шаг можно за 3-5 минут, причем при этом не требуется ни снимать винт, ни даже подходить к берегу. Изменение шага позволяет выбрать наиболее благоприятный режим работы двигателя при изменении нагрузки. Однако КПД такого винта при всех значениях шага, кроме конструктивного, оказывается меньше, чем у винтов фиксированного шага, рассчитанных специально для определенных режимов. Это объясняется тем, что при изменении шага ВРШ поворачивается на какой-то постоянный угол вся лопасть, тогда как значение геометрического шага на различных радиусах лопасти изменяется не на одинаковую величину и распределение шага по радиусу лопасти искажается. При достаточно большом повороте лопасти концевые сечения даже могут получить отрицательный угол атаки — создавать упор заднего хода при неизменном направлении вращения гребного вала.

Предлагается ВРШ типа “Михайлов”, позволяющий улучшить геометрические характеристики и КПД благодаря возможности изменения угла поворота лопасти относительно ее комля при изменении шага винта, в котором поворотные лопасти 3 выполнены из упругого материала (например, из ленты пружинной стали по ГОСТ 21996-76) с жестко зафиксированным относительно комля нижним краем; через центр комля лопасти проходит стержень 8, жестко связанный своей верхней частью с верхним краем лопасти, а нижней частью — с основанием, установленным в ступице 2 между комлем 6 лопасти и осью вала 1 с возможностью поворота стержня при изменении шага винта на угол, соответствующий расчетному геометческому углу верхнего края лопасти.

На комле 6 жестко зафиксирован радиальный палец 7. Через центр комля 6, вдоль оси вращения лопасти 3 проходит стержень 8 с закрепленным на его конце ребром поперечной жесткости 9. Благодаря этому стержень жестко связан верхней частью с верхним краем лопасти. Нижней частью стержень 8 жестко связан с основанием 10, снабженным жестко зафиксированным радиальным пальцем 11. Ступица ВРШ состоит из трех разъемных колец — заднего 12, прижимного 13 и регулировочного 14. Кольца 12 и 13 имеют пазы, по два на каждую лопасть: первый — для установки комля 6, второй, расположенный между первым пазом и осью гребного вала — для установки основания 10 на заднем кольце 12 с возможностью перемещения пальцев 7 и 11 в пределах соответствующих им сквозных пазов на прижимном кольце 13.

Регулировочное кольцо 14 имеет по одному радиальному пазу на каждую лопасть с возможностью поворота пальцев 7 и 11 при вращении кольца 14 на угол, соответствующий расчетным геометрическим углам комля и верхнего края лопасти соответственно. При этом нижний край лопасти жестко зафиксирован относительно комля, например, ребром поперечной жесткости 15.

Изменение шага винта осуществляется так же, как на традиционном мультипитче: снимают обтекатель 4, ослабляют контргайку с гайкой, поворачивают регулировочное кольцо 14 до совмещения его риски с соответствующей риской на прижимном кольце 13, после чего фиксируют шаг гайкой с контргайкой и надевают обтекатель.

Рассмотрим изменение шага винта от наибольшего до наименьшего, а именно от 300 до 90 мм для винта диаметром 220 мм и ступицы диаметром 80 мм. Регулировочное кольцо 14 поворачивает одновременно пальцы комля 7 и стержня 11 относительно гребного вала на одинаковый угол. Так как палец 7 расположен ближе к оси гребного вала (по радиусу ступицы), чем палец 11, и выполнен выше его, то “пятно контакта” пальца 7 с пазом регулировочного кольца 14 проходит расстояние почти вдвое большее, чем пятно пальца 11. В результате, когда комель повернется на 30°, стержень 8, а следовательно, и верхний край лопасти 3 повернутся на расчетный геометрический угол 15.9°. Таким образом, сохраняется правильная геометрия лопасти при изменении шага винта.

В. Михайлов,
г. Кострома