CN101186233B

CN101186233B - 减少船舶尾部半平衡悬挂舵舵叶表面空化现象的方法

Info

Publication number: CN101186233B
Application number: CN2007101725677A
Authority: CN
Inventors: 左德权; 陈晓莹
Original assignee: Hudong Zhonghua Shipbuilding Group Co Ltd
Current assignee: Hudong Zhonghua Shipbuilding Group Co Ltd
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: CN101186233A

Abstract

本发明涉及一种减少船舶尾部半平衡悬挂舵舵叶表面空化现象的方法，该方法是在半平衡悬挂舵的舵叶易空化区域采取下列措施：①将舵叶下沿迎水处的直角改为圆角；②在舵叶下沿至浆轴中心线中点处垂直舵叶加装导流鳍；③在舵承上与舵叶相接处的前沿附近加装导流条。使用本发明的方法后舵切面的线型变化平缓，可使螺旋桨的梢涡空泡游移至舵叶下边沿时仍然维持为涡空泡，不对该处的舵叶发生空化，当舵角转至一定角度时，漂移至该处的螺旋桨梢涡空泡由于压力场变化的和缓而性状不发生改变，同时随着尾流继续往船后漂移，加装的导流条后可减少流动到间隙处的水流量，使水流平稳滑过，同时引导不可避免的空泡离开舵叶表面，从而减轻该处的空化现象。

Description

减少船舶尾部半平衡悬挂舵舵叶表面空化现象的方法

技术领域

本发明涉及船舶防腐蚀，特别涉及到一种减少并消除船舶尾部半平衡悬挂舵舵叶表面空化现象的方法，其最主要的对象为大型高速集装箱船的舵。

背景技术

随着国际航运业的迅速发展，人们对超大型集装箱船需求日益增大。近20年来，单船功率已从30MKW增加到70MKW，而船的吃水基本没有发生变化。功率增加但吃水量维持不便，使得螺旋桨的负荷大大增加，船后伴流场变化剧烈，这增加了螺旋桨桨叶以及附体(例如舵、导流罩、轴架等)发生空化的危险性。

近年来，在一些处于营运状态的超大型集装箱船的半平衡舵上已经发现了十分明显的空化引起的剥蚀现象。空化剥蚀区域大多为：舵的活动部分(舵叶)与固定部分(舵承)的间隙区域及其附近的舵叶上沿部分；舵叶下沿最大厚度区域；舵底板等。

通过对流体力学中基本公式——伯努利方程中各因子的相互关系的研究和试验发现，舵的空化现象可以是由它本身的空化造成，也可以由螺旋桨的梢涡和毂涡引起：

(1)由于螺旋桨产生的梢涡空泡随螺旋桨旋转至船底基线处随来流漂移至舵叶下沿处引起的舵叶下沿的空化现象。虽然梢涡空泡本身对螺旋桨的水动力性能没有影响，对材料的剥蚀也没什么威胁，但当其随着来流游移至舵叶下边沿时，由于舵切面在该处线型变化剧烈导致的压力场突变，其质状发生了变化，从涡空泡变成了片状空泡，此类空泡会对舵叶面产生剥蚀作用，该区域如图1中的A区。

(2)由于舵切面自身产生的空泡及螺旋桨产生的梢涡空泡引起的舵切面最大厚度的下游去区的空化现象。舵切面自身产生空泡的原理是舵在水中工作时，舵的一侧表面由于压力降低形成吸力面，当舵切面上某处的压力降至气化压力时，水即汽化，水汽通过舵表面时膨胀从而形成空泡，由于舵切面最大厚度处压力急剧下降，空泡急剧产生，肉眼已见不到其成长过程，似在舵表面最大厚度附近陡然发生空穴，从而引起该处的空化现象；螺旋桨的梢涡空泡随着螺旋桨在不停的旋转，当舵角转至一定角度时，梢涡空泡随着尾流漂移至舵切面最大厚度处，由于舵切面在最大厚度处的压力场的突变，导致涡空泡变化为片状空泡，从而引起该处的空化现象，该区域如图1中的B区。

(3)由于半平衡舵由固定(舵承)和转动(舵叶)两部分组成，存在一定的间隙，在舵角旋转时该区域不仅间隙增大，同时舵叶和舵承的连接处形成锐利的边缘。另外由于船尾部处在一个在非定常的流场内，所以该区域成为一个高速、低压区域，当尾流流经该处时，该区域出现了空化现象，同时漂移至该处的螺旋桨的梢涡空泡也加剧了这一现象，该区域如图1中的C区。

上述的空化在船舵上的分布如图1所示，图1为本发明的半平衡悬挂舵及易发生空化现象的区域的示意图，本发明是在图1上易于发生舵空化的A、B、C三个区域分别开展研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少并消除船舶尾部半平衡悬挂舵舵叶表面空化现象的简单易行的方法，以使舵空化引起的剥蚀危害降到最低。

本发明通过对流体力学中基本公式——伯努利方程中各因子的相互关系的研究和试验发现，舵的空化现象可以是由它本身的空化造成，也可以由螺旋桨的梢涡和毂涡引起：

(1)舵叶下沿的空化现象主要是由于螺旋桨产生的梢涡空泡随螺旋桨旋转至船底基线处随来流漂移至舵叶下沿处引起的。虽然梢涡空泡本身对螺旋桨的水动力性能没有影响，对材料的剥蚀也没什么威胁，但当其随着来流游移至舵叶下边沿时，由于舵切面在该处线型变化剧烈导致的压力场突变，其质状发生了变化，从涡空泡变成了片状空泡，此类空泡会对舵叶面产生剥蚀作用。

(2)舵切面最大厚度的下游去区的空化现象也是由于舵切面自身产生的空泡及螺旋桨产生的梢涡空泡引起的。舵切面自身产生空泡的原理是舵在水中工作时，舵的一侧表面由于压力降低形成吸力面，当舵切面上某处的压力降至气化压力时，水即汽化，水汽通过舵表面时膨胀从而形成空泡，由于舵切面最大厚度处压力急剧下降，空泡急剧产生，肉眼已见不到其成长过程，似在舵表面最大厚度附近陡然发生空穴，从而引起该处的空化现象；螺旋桨的梢涡空泡随着螺旋桨在不停的旋转，当舵角转至一定角度时，梢涡空泡随着尾流漂移至舵切面最大厚度处，由于舵切面在最大厚度处的压力场的突变，导致涡空泡变化为片状空泡，从而引起该处的空化现象。

(3)舵叶与舵承的间隙区域及其附近的舵叶上沿部分的空化现象是由于半平衡舵由固定(舵承)和转动(舵叶)两部分组成，存在一定的间隙，在舵角旋转时该区域不仅间隙增大，同时舵叶和舵承的连接处形成锐利的边缘。由于船尾部处在一个在非定常的流场内，所以该区域成为一个高速、低压区域，当尾流流经该处时，该区域出现了空化现象。同时漂移至该处的螺旋桨的梢涡空泡也加剧了这一现象。

本发明的技术方案为针对在舵上容易发生空化现象的区域分别采取措施：

(1)将舵叶下沿处直角改为圆角；

(2)在舵叶下沿至桨轴中心线中点处加装半圆形导流鳍；

(3)在舵承与舵叶间隙前沿加装弧形导流条。

本发明减少船舶尾部半平衡悬挂舵舵叶表面空化现象的方法具有如下的技术效果：

(1)舵叶下沿处直角改为圆角后舵切面的线型变化平缓，这样可使螺旋桨的梢涡空泡游移至舵叶下边沿时，由于该处的压力场变化和缓，空泡的性状不会发生改变，仍然维持为涡空泡，没有对该处的舵叶发生空化。螺旋桨的梢涡将继续随着尾流继续往船后漂移，直至消失在尾流场中。

(2)在舵叶下沿至桨轴中心线中点处加装半圆形导流鳍，当舵角转至一定角度时，漂移至该处的螺旋桨梢涡空泡由于压力场变化的和缓而性状不发生改变，同时随着尾流继续往船后漂移，直至消失在尾流场中。

(3)在舵承与舵叶间隙前沿加装弧形导流条后可以在大舵角时减小舵叶与舵承之间的间隙和缓和锐利的边缘，减少流动到间隙处的水流量，使水流平稳滑过，同时引导不可避免的空泡离开舵叶表面，从而减轻该处的空化现象。

附图说明

图1为本发明涉及到的船舶半平衡悬挂舵及易发生空化现象的区域的示意图。

图2为本发明针对半平衡悬挂舵舵叶下沿处空化现象所采取的措施示意图。

图3为本发明针对半平衡悬挂舵舵叶下沿至桨轴中心线中点处舵叶最大厚度处空化现象所采取的措施示意图。

图4为本发明针对半平衡悬挂舵上舵叶与舵承间隙区域处空中心线化现象所采取的措施示意图。

具体实施方式

下面我们以一艘5000TEU级的集装箱船的半平衡悬挂舵的舵空化模型试验为例，详细说明减少船舶尾部半平衡悬挂舵舵叶表面空化现象的方法。该试验是在某船舶运输科学研究所的空泡水筒中进行的。

看图2，图2为本发明针对半平衡悬挂舵舵叶下沿处空化现象所采取的措施示意图。图中的1为舵承，2表示的是舵叶。本发明的方法是将常规舵叶下沿的直角改成圆弧，如图中箭头所指向的位置，该圆弧使水流平滑过渡，减小由螺旋桨梢涡引起的舵下沿空化现象。根据该船的实际情况，在模型试验中该圆弧的尺寸为直径100mm的1/4圆。

再看图3，图3为本发明针对半平衡悬挂舵舵叶下沿至桨轴中心线中点处舵叶最大厚度处空化现象所采取的措施示意图。该方法是在舵底板与桨轴中心线中点处舵叶最大厚度处加装剖面为1/2圆的导流鳍，以改善该区域的流场，减小空化现象。根据该船的实际情况，在模型试验中该圆弧的尺寸为直径3.5mm的1/2圆。

最后看图4，图4为本发明针对半平衡悬挂舵上舵叶与舵承间隙区域处空中心线化现象所采取的措施示意图。

在舵承与舵叶间隙前沿加装弧形导流条，使水流从舵承导流到舵叶，减少流动到间隙处的水流量，使水流平滑过渡，从而减小该处的空化现象。根据该船的实际情况，在模型试验中该圆弧的尺寸为直径210mm的1/4圆。

下面的表1和表2分别时加装本发明前后的此次舵空化试验记录表，可以看出，本发明在减少/消除半平衡舵空化现象上取得了很好效果。

表1加装本发明前的舵空化试验记录表：

舵角

舵空泡描述

舵叶与舵承间隙空泡

舵叶上部空泡

舵叶下部空泡

舵叶下边沿空泡

左舷面

右舷面

左舷面

右舷面

左舷面

右舷面

右转

0(°)

-

少量

2(°)

-

少量

4(°)

少量

-

少量

6(°)

少量

-

极小

-

较小

8(°)

少量

-

少量

-

有

10(°)

有

-

有

-

有

-

有

12(°)

有

-

有

-

有

-

较多

左转

2(°)

-

少量

4(°)

-

少量

6(°)

-

少量

8(°)

-

少量

-

少量

10(°)

-

有

-

较小

12(°)

-

有

-

有

注：空泡大小依次为-、极小、少量、较小、有、较多、多。

表2加装本发明后的此次舵空化试验记录表：

舵角

舵空泡描述

舵叶与舵承间隙空泡

舵叶上部空泡

舵叶下部空泡

舵叶下沿空泡

左舷面

右舷面

左舷面

右舷面

左舷面

右舷面

右转

0(°)

-

2(°)

-

4(°)

-

6(°)

少量

-

极小

-

有

8(°)

少量

-

少量

-

有

10(°)

有

-

少量

-

有

12(°)

有

-

有

-

少量

-

有

左转

2(°)

-

4(°)

-

6(°)

-

8(°)

-

少量

-

10(°)

-

有

-

12(°)

-

有

-

Claims

1.一种减少船舶尾部半平衡悬挂舵舵叶表面空化现象的方法，其特征在于，在半平衡悬挂舵的舵叶易空化区域采取下列措施：

①将舵叶下沿迎水处的直角改为圆角；

②在舵叶下沿至桨轴中心线中点处垂直舵叶加装导流鳍，所述的导流鳍为半圆形板；

③在舵承上与舵叶相接处的前沿附近加装导流条，所述的导流条为四分之一圆弧形，弧形面迎着水流行进面。