Спосіб оптимізації роботи судового плавцевого рушія

Изобретение относится к области судостроения, в частности к плавниковым движителям с рабочим органом в виде жесткого крыла, совершающего синусоидальные вращательно-поступательные колебания. Известен "Способ регулирования тяги судового машущего движителя" [1] в котором рабочему органу машущего движителя, выполненному в виде жесткого прямоугольного крыла с хордой профиля [м] и установленного на транспортном средстве, задают синусоидальные поступательные колебания перпендикулярно передней кромке крыла с линейной амплитудой [м] и частотой [1/с], а также вращательные относительно нее же с угловой амплитудой [град] и той же частотой, причем вращательные колебания осуществляют относительно поступательных со сдвигом по фазе на С целью обеспечения максимальной тяги движителя с помощью приводного механизма и системы управления крылу задают угловую амплитуду колебаний в зависимости от безразмерной линейной амплитуды колебаний и от относительной скорости крыла где [м/с] - поступательная скорость движения судна, в соответствии с формулой: в которой величина безразмерной линейной амплитуды лежит в пределах 0,1 - 1,0. Одновременно, с помощью специальных датчиков, контролируют величины параметров и ив случае изменения во время работы машущего движителя какой-нибудь из них, производят корректировку величины чтобы она всегда удовлетворяла приведенному соотношению (СССР, а.с. №1516424, кл. B63H1/36, 1989). Известен также "Способ регулирования тяги судового машущего движителя" [2], в котором рабочему органу машуще го движителя, выполненному в виде жесткого прямоугольного крыла с хордой профиля [м] и установленного на транспортном средстве, задают синусоидальные поступательные колебания перпендикулярно передней кромке крыла с линейной амплитудой [м] и частотой [1/с], а также вращательные относительно нее же с угловой амплитудой [град] и той же частотой, причем вращательные колебания осуществляют относительно Последнее изобретение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения. Недостатками указанных "Способов" является, во-первых, то, что оптимизационные зависимости, на которых они основаны, были построены при отсутствии контроля за максимальным мгновенным углом атаки [град] на крыле, что для малых значений относительной скорости может приводить к внезапному ухудшению режима обтекания крыла, а для остальных значений не будет обеспечиваться максимально эффективный режим работы движителя [3]. Во-вторых, "Способы" действуют для некоторого ограниченного интервала значений величины безразмерной линейной амплитуды в то время, как оптимизация с учетом всех независимых параметров, определяющих вращательно-поступательное движение крыла дает другой оптимальный интервал для [3]. В-третьих, каждый из них обеспечивает достижение оптимума только для одной из пропульсивной характеристик тяги или КПД. Кроме этого, при задании направлений поступательного и вращательного колебаний крыла указанными "Способами" допускаются неоднозначности. В заявляемом изобретении вместо термина "машущий движитель" используется термин "плавниковый движитель", так как это более точно отражает принцип, на котором основана работа движителя. Задача, решаемая данным изобретением повышение эффективности работы судового плавникового движителя путем обеспечения его совместного оптимума тяги и КПД на всем доступном диапазоне значений относительной скорости крыла при осуществлении контроля за максимальным мгновенным углом атаки. Поставленная задача решается тем, что в способе оптимизации работы судового плавникового движителя, основанного на изменении угловой амплитуды колебаний крыла в зависимости от относительной скорости крыла, согласно изобретению, величину линейной амплитуды колебаний крыла задают по крайней мере больше длины хорды крыла, а угловую амплитуду задают в соответствии с зависимостью при величине относительной скорости, поступательных со сдвигом по фазе на С целью обеспечения максимального КПД движителя с помощью приводного механизма и системы управления крылу задают угловую амплитуду колебаний в зависимости от безразмерной линейной амплитуды колебаний и находящейся в интервале от от относительной скорости соответствии с формулой где [град] - критический угол атаки крыла при стационарном обтекании. Способ поясняется графиками, приведенными на фиг.1, 2 и 3. На фиг.1 показана зависимость безразмерного крыла в в которой величина безразмерной линейной амплитуды а лежит в пределах 0,1 - 1,0. Одновременно, с помощью специальных датчиков, контролируют величины параметров и ив случае изменения во время работы машущего движителя какой-нибудь из них, производят корректировку величины чтобы она всегда удовлетворяла приведенному соотношению (СССР, а.с. №1615056, кл. B63H1/36, 1990). до и в соотве тствии с зависимостью при величине относительной скорости коэффициента тяги крыла, - плотность среды; больше (где - тяга -площадь крыла; - максимальная скорость перемещения оси вращения крыла) от относительной скорости крыла, когда ось вращения крыла совмещена с его передней кромкой, при значении фазового сдвига между вращательными и поступательными колебаниями значении безразмерной линейной амплитуды колебаний и значениях максимального мгновенного угла атаки крыла (кривая 1), 15° (кривая 2), 25° (кривая 3), 35° (кривая 4). Штриховая линия огибающая семейства кривых соединяющая предельные точки, в которых величина угловой амплитуды становится равной нулю, а величина коэффициента тяги максимальной. На фиг.2 показана зависимость КПД крыла от относительной скорости крыла, при тех же значениях независимых параметров, что и на фиг.1. Штриховая линия - огибающая семейства кривых в точках которой КПД крыла достигает максимальных величин. На фиг.3 показано семейство кривых (линии 1 - 4) для тех же значений независимых параметров, что и на фиг.1 и 2. Каждая из кривых данного семейства определяет такие значения для некоторого фиксированного значения максимального мгновенного угла атаки при которых будет достигаться совместный максимум тяги и КПД. Нижней границей по для этого семейства является штриховая кривая 1', а верхней - кривая 5. Кривая 5 определяет такие значения для всех значений максимального мгновенного угла меньших (что соответствует значениям относительной скорости больше при которых будет достигаться совместный оптимум тяги и КПД (3). Аналитическое представление кривых 1 - 4, приведенных на фиг.3, имеет вид: при величине относительной находящейся в интервале от II) до скорости, (кривая (кривая при 5) и величине относительной скорости больше Вращательно-поступательные колебания крыла в безграничной жидкости определяются пятью независимыми параметрами: положением оси вращения крыла линейной амплитудой колебаний крыла угловой амплитудой колебаний крыла фазовым сдвигом между вращательными и поступательными колебаниями частотой колебаний крыла Однако, для изучения поведения пропульсивных характеристик крыла при фиксированном максимальном мгновенном угле атаки, удобно основываться на следующи х пяти независимых параметрах: безразмерном положении оси вращения крыла безразмерной линейной амплитуде колебаний крыла фазовом сдвиге между вращательными и поступательными колебаниями относительной скорости крыла максимальном мгновенном угле атаки крыла [3]. В [3] показано, что при оптимальное (для тяги и КПД) положение оси вращения находится на передней кромке крыла оптимальный фазовый сдвиг оптимальные значения линейной амплитуды колебаний крыла должны быть, no-возможности, наибольшие, но не меньше длины хорды крыла. Там же показано, что при и угловая амплитуда колебаний крыла зависит лишь от относительной скорости крыла мгновенного угла атаки крыла и максимального и не зависит от амплитуды то есть Известно [4], что критический угол атаки колеблющегося крыла (при котором возникает отрывный режим обтекания, что приводит к понижению значений пропульсивных характеристик крыла) превосходит критический угол атаки того же крыла при его стационарном обтекании. Поэтому, определив в качестве максимального мгновенного угла атаки крыла его критический угол атаки при стационарном обтекании на крыле всегда будет реализовываться только режим безотрывного обтекания, причем при докритических углах атаки, что и обеспечивает при указанной выше совокупности оптимальных значений остальных параметров совместный оптимум тяги и КПД для всех доступных значений относительной скорости крыла [3]. Способ осуществляют следующим образом. Рабочему органу плавникового движителя, выполненному в виде жесткого прямоугольного крыла и установленного на транспортном средстве задают синусоидальные поступательные колебания с линейной амплитудой и часто той вдоль оси, перпендикулярной передней кромке крыла и направлению поступательного движения судна, а также вращательные колебания относительно передней кромки крыла с угловой амплитудой ис той же частотой. При этом вращательные колебания осуществляют относительно поступательных со сдвигом по фазе на -90°, если при движении судна с точки зрения внешнего наблюдателя справа налево, положительный отсчет угловой амплитуды производить против часовой стрелки. Величину линейной амплитуды колебаний крыла задают по крайней мере больше длины хорды крыла. Величину максимального мгновенного угла атаки крыла задают равной величине критического угла атаки крыла, используемого в движителе при его стационарном обтекании, то есть, Осуществляя постоянный контроль за величиной относительной скорости крыла при движении судна, с помощью микропроцессорного устройства и автоматизированной системы управления приводом плавникового движителя, угловую амплитуду колебаний крыла задают в соответствии с зависимостью при величине относительной скорости, находящейся в интервале от до и в соответствии с зависимостью при относительной скорости больше величине где [град] - критический угол атаки крыла при стационарном обтекании,