CN110053752A - 一种舵面空化效应抑制装置 - Google Patents

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赵旺
毛翼轩
陈崇格
张禹为
王雅楠
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Abstract

本发明提供的是一种舵面空化效应抑制装置。包括气泵和通气管，所述气泵安装在船体内部，通气管位于挂舵臂和舵叶之间的缝隙处，通气管的上端固定在船尾板上并与气泵相连通，通气管的下端封闭，通气管上开有向舵叶面上吹气的气孔。本发明通过在缝隙处向舵面吹气，使得舵面压力升高，不易产生空化效应，可增加边界层分离点附近流体的动能，使分离点后移，减小分离区，达到减小形状阻力的效果，并且可延长层流区，可将临界雷诺数提高，在临界雷诺数以下可大大降低粘性阻力。

Description

一种舵面空化效应抑制装置
技术领域
本发明涉及的是一种船舶舵，具体地说是一种空化效应抑制装置。
背景技术
空泡是在液体介质遭到连续性破坏的基础上出现的，是压力降低的结果。当液体内某点压力降低到某个临界压力以下时，液体发生汽化，先是微观的，然后成为宏观的小气泡，尔后在液体内部或液体与固体的交界面上，汇合形成较大的蒸汽与气体的空腔，称为空泡。空泡的产生、发展与溃灭过程称为空化现象。
随着空泡产生，气泡流向下游，一般说，空泡周围的压力会再度上升，而空泡趋向消失。然而，由于空泡是突然产生的，冲过来的水力会使气泡破裂，并且又激烈地相互碰撞和相互排斥，气泡在造成的冲击状态中反复地被破坏和产生。这种现象会引起周围的流体产生剧烈的压力变化，发出噪声。在那里的物体表面除受到冲击引起损伤之外，还会导致阻力显著地增大。
舵是船舶的转向机构，主要由挂舵臂和舵叶组成。挂舵臂固定在船尾板上，舵叶与挂舵臂相连且舵叶可转动，挂舵臂与舵叶有一定的缝隙。当船舶需要转向时，舵叶形成一个攻角，舵面一面形成高压区、另一面形成低压区，两个舵面之间的形成压力差，从而产生力使船舶转向，当低压区的压力降至饱和蒸汽压时就会水就会产生气泡，气泡行至压力大处时，气泡溃灭，气泡产生和破灭的过程就会对舵面产生损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够缓解或者抑制船舶尾舵空化效应的舵面空化效应抑制装置。
本发明的目的是这样实现的：包括气泵和通气管，所述气泵安装在船体内部，通气管位于挂舵臂和舵叶之间的缝隙处，通气管的上端固定在船尾板上并与气泵相连通，通气管的下端封闭，通气管上开有向舵叶面上吹气的气孔。
本发明还可以包括：
1.所述通气管有两根，两根通气管关于舵叶弦长对称放置。
2.气孔沿着通气管展长均匀分布。
本发明通过在缝隙处向舵面吹气，使得舵面压力升高，不易产生空化效应，可增加边界层分离点附近流体的动能，使分离点后移，减小分离区，达到减小形状阻力的效果，并且可延长层流区，可将临界雷诺数提高，在临界雷诺数以下可大大降低粘性阻力。
本发明的有益效果主要体现在：
(1)本发明能够向舵面低压区充气使得舵面压力升高，不易产生空化效应。
(2)本发明在舵叶最大厚度处添加两个通气管，向舵叶表面充气，可增加边界层分离点附近流体的动能，使分离点后移，减小分离区，达到减小形状阻力的效果。
(3)本发明的抑制舵面效应的方法可延长层流区，可将临界雷诺数提高，在临界雷诺数以下可大大降低粘性阻力。
附图说明
图1是通气管与舵面的配合关系示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的侧视图；
图4是图1的工作示意图；
图5是本发明的舵面空化效应抑制装置在船舶上的安装示意图；
图6是图5的侧视图；
图7是边界层示意图；
图8是边界层局部放大示意图。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述。
结合图1至图6，本发明的舵面空化效应抑制装置包括气泵7和通气管4，气泵安装在船体内部，通气管位于挂舵臂和舵叶之间的缝隙处，通气管的上端固定在船尾板8上并与气泵相连通，通气管的下端封闭。挂舵臂1与舵叶2相连且舵叶2可转动，通气管4位于挂舵臂1和舵叶2的缝隙3中，两个通气管4关于弦长对称放置，气孔5均布于通气管4上，气孔5沿着展长分布，向舵面上吹气，气泵7位于船尾板8上方，气泵7与通气管4相连，向通气管4中充气，螺旋桨6位于挂舵臂1前方，螺旋桨6向后排出水流，打在舵面上使得船体转向。
当船舶需要转向时，舵叶形成一个攻角，舵面一面形成高压区，另一面形成低压区，两个舵面之间的形成压力差，从而产生力使船舶转向，当低压区的压力降至饱和蒸汽压时就会水就会产生气泡，气泡行至压力大处时，气泡溃灭，气泡产生和破灭的过程就会对舵面产生损伤，由此向舵面表面吹气使得低压区压力始终高于此气温下饱和蒸汽压，则能抑制空泡的产生。
结合图7和图8，图中的水流流向为从舵面前缘移向后缘，边界层为大雷诺数流动问题中的粘性薄层，图8中的平行箭头表示的是速度，长度代表大小，箭头指向代表方向，通气管4边的箭头代表流体的流向，可以看出，在缝隙3之前的边界层，越靠近舵面速度越小，在缝隙3之后，边界层变得饱满，这是由于通气管4向舵叶2表面吹气的原因，向边界层内吹气，可增加边界层分离点附近流体的动能，使分离点后移，减小分离区，减小了形状阻力，此外还可延长层流区，降低粘性阻力。

Claims (3)

1.一种舵面空化效应抑制装置，包括气泵和通气管，其特征是：所述气泵安装在船体内部，通气管位于挂舵臂和舵叶之间的缝隙处，通气管的上端固定在船尾板上并与气泵相连通，通气管的下端封闭，通气管上开有向舵叶面上吹气的气孔。
2.根据权利要求1所述的舵面空化效应抑制装置，其特征是：所述通气管有两根，两根通气管关于舵叶弦长对称放置。
3.根据权利要求1或2所述的舵面空化效应抑制装置，其特征是：气孔沿着通气管展长均匀分布。
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