CN101746498A - 分体式助推高效舵 - Google Patents

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熊鳌魁
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/06—Steering by rudders
    • B63H25/38—Rudders
    • B63H2025/388—Rudders with varying angle of attack over the height of the rudder blade, e.g. twisted rudders

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  • Wind Motors (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

分体式助推高效舵是将舵叶以螺旋桨轴线为界分为上下独立、分别操舵控制的两部分，上下舵叶的外形、尺寸可以不一致。上下舵叶的横剖面也可同为非对称有拱度的翼型。上下舵叶的平衡位置(即不操舵保持船舶直航时或称正舵时)根据螺旋桨旋转方向交错迎着旋转方向偏转一个角度布置构成水平面内X型结构。上舵叶和下舵叶分别配置上舵叶舵杆和下舵叶舵杆。其中上舵叶的上舵叶舵杆为空心轴，下舵叶的下舵叶舵杆为实心轴，上舵叶舵杆套在下舵叶舵杆上形成共轴方式。在平衡位置时就获得最大流体动力，通过打破侧向力平衡完成操纵。优点是能充分利用螺旋桨尾流特点来提高舵效，同时自身能助推。适用于各类船舶的操纵。

Description

分体式助推高效舵
所属技术领域
本发明涉及一种船舶装置，特别是涉及一种安装于船舶螺旋桨后用于操纵船舶运动的舵装置。
背景技术
船舶在水中航行时的机动或操纵如避碰、回转等基本上都是依靠舵装置，因此舵是保证船舶安全的重要装置。舵工作的基本原理是利用水作用在舵上的水动力产生偏转力矩迫使船舶转向。理想的舵装置一是应该舵效高，即同等条件下所产生的横向力尽可能大；二是对螺旋桨有正效应，即有助于提高螺旋桨的推进效率；三是舵本身不形成阻力而提供推力。一般来说，舵安装于船舶推进装置螺旋桨的后面，就是因为螺旋桨后的水流速度大有利于提高舵效，反过来桨后舵也有助于整流从而提高螺旋桨推进效率。目前普通舵之外已有多种特种舵得到实际应用，如襟翼舵、转子舵、反应舵、整流帽舵、主动舵等。这些舵或为了提高舵效如襟翼舵、转子舵，或为了提高推进效率如整流帽舵。主动舵具有高舵效和助推的效果，而反应舵则兼有提高推进效率和助推的功能。相对较新推出的舵有Propac舵、先令舵(schilling rudder)等。文献“数种船舶节能技术性能分析”介绍了若干当前流行的节能助推装置(中外船舶科技；2009第1期21页)。然而无论这些舵设计的出发点如何，其基本思路都是将垂向安置于螺旋桨后的舵叶设计成上下(以螺旋桨轴线为界区分上下，即高于轴线的部分为上体，低于轴线的部分为下体)固定、连成一体的形式。由于螺旋桨旋转后导致其后的水流也相应地形成螺旋状，螺旋桨轴线上下区域的水流条件反向。因此从流体力学的观点看上述上下连体的设计就存在一个问题，即当操舵后若舵叶上半部分处在最佳流体动力状态时，下半部分就不容易处在好的流体动力状态。反之亦然。此外由于要兼顾左右操舵，舵之横剖面基本上是对称性的，其流体动力性能远不如有拱度非对称翼型。襟翼舵、转子舵就是为克服对称性的问题而提出。另有些舵设计考虑到了螺旋桨后水流特点如反应舵等，这类特种舵的特征在于舵叶上下部分的前缘和/或后缘错开分别向相反的方向扭曲。但其上下体仍相对固定连成一体，操舵时整个舵一起同向转动，从而在操舵后仍不能兼顾上下水流条件的不同。因此这种设计对提高舵效帮助不大，仅在平衡位置时(即不操舵保持船舶直航时或称正舵时)由于舵叶以形成最佳攻角方式扭曲，有利于回收螺旋桨所作部分无用功(即水流旋转能量)将其转化为推力，同时也能达到提高螺旋桨推进效率。综上所述，现有舵均为横剖面基本对称、展向单一整体旋转的舵叶，可定义为单体舵。其优点为可通过单一舵杆操舵，不足在于未能充分利用流动条件发挥最大水动力性能来助推和提高舵效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能充分利用螺旋桨尾流特点来提高舵效，同时自身能助推的舵装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：将舵叶以螺旋桨轴线为界分为上下独立、分别操舵控制的两部分，即上舵叶和下舵叶。上舵叶和下舵叶的外形、尺寸可以不一致，如上舵叶为较大梯形舵叶而下舵叶为较小的矩形舵叶，或上舵叶横剖面形状为对称形而下舵叶为非对称形等。上舵叶和下舵叶的横剖面也可同为非对称有拱度的翼型。上舵叶和下舵叶的平衡位置(即不操舵保持船舶直航时或称正舵时)根据螺旋桨旋转方向交错迎着旋转方向偏转一个角度布置构成水平面内X型结构。上舵叶1和下舵叶2分别配置上舵叶舵杆3和下舵叶舵杆4。其中：上舵叶1的上舵叶舵杆3为空心轴，下舵叶2的下舵叶舵杆4为实心轴，上舵叶舵杆3套在下舵叶舵杆4上形成共轴方式。上舵叶1的下端面与下舵叶2的上端面之间设置便于相对转动的装置如滚动轴承等。具体舵叶形状、参数的选取及其平衡位置的布置根据应用对象的客观条件基于流体力学原理以满足这样的要求来确定：平衡位置时上舵叶和下舵叶处在最大的流体动力状态且都应具有有助于船舶前行的推力分量；而它们的侧向力分量大小相等方向相反。在达到上述要求的前提下，船舶操纵通过单独旋转上舵叶或者下舵叶(根据船舶转向方向而定)改变其上的流体动力大小乃至方向从而破坏侧向力平衡来达到。此时由于上舵叶和下舵叶均处于最佳流体动力状态达到了获得最大舵效的目的。
本发明与现有舵存在根本不同：现有舵的舵叶是通过旋转一个角度后获得流体动力来完成操纵，而本发明在平衡位置时就获得最大流体动力，通过打破侧向力平衡完成操纵。后者的优点是能充分利用螺旋桨尾流特点来提高舵效，同时自身能助推。由于其平衡状态是设计状态因而可在设计阶段准确设计确保能提供最大推力和侧向力，而且由于上舵叶、下舵叶除需共轴外完全独立，也为设计提供了更多的选择。
附图说明
附图为本发明外观结构示意图
图中：1-上舵叶；2-下舵叶；3-上舵叶舵杆；4-下舵叶舵杆。
具体实施方式
将舵叶以螺旋桨轴线为界分为上下独立、分别操舵控制的两部分，即上舵叶1和下舵叶2。上舵叶1和下舵叶2分别配置上舵叶舵杆3和下舵叶舵杆4。其中上舵叶1的上舵叶舵杆3为空心轴，下舵叶2的下舵叶舵杆4为实心轴，上舵叶舵杆3套在下舵叶舵杆4上形成共轴方式。上舵叶1和下舵叶2的平衡位置(即不操舵保持船舶直航时或称正舵时)根据螺旋桨旋转方向交错迎着旋转方向偏转一个角度布置，构成水平面内X型结构。上舵叶1、下舵叶2的横剖面为非对称有拱度的翼型。上舵叶1的下端面与下舵叶2的上端面之间设置有滚动轴承。

Claims (5)

1.一种分体式助推高效舵，其特征是：将舵叶以螺旋桨轴线为界分为上下独立、分别操舵控制的上舵叶(1)和下舵叶(2)；上舵叶(1)和下舵叶(2)分别配置上舵叶舵杆(3)和下舵叶舵杆(4)；其中上舵叶(1)的上舵叶舵杆(3)为空心轴，下舵叶(2)的下舵叶舵杆(4)为实心轴，上舵叶舵杆(3)套在下舵叶舵杆(4)上形成共轴方式；上舵叶(1)与下舵叶(2)的平衡位置(即不操舵保持船舶直航时或称正舵时)根据螺旋桨旋转方向交错迎着旋转方向偏转一个角度布置，构成水平面内X型结构。
2.根据权利要求1所述的分体式助推高效舵，其特征是：上舵叶(1)、下舵叶(2)的横剖面为非对称有拱度的翼型。
3.根据权利要求1所述的分体式助推高效舵，其特征是：上舵叶(1)为较大梯形舵叶，下舵叶(2)为较小的矩形舵叶。
4.根据权利要求1所述的分体式助推高效舵，其特征是：上舵叶(1)横剖面形状为对称形，下舵叶(2)横剖面形状为非对称形。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的分体式助推高效舵，其特征是：上舵叶(1)的下端面与下舵叶(2)的上端面之间设置有滚动轴承。
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