CN101559828A

CN101559828A - 翼舵

Info

Publication number: CN101559828A
Application number: CNA2009100098263A
Authority: CN
Inventors: 松本大辅; 坂本利伸
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2009-01-24
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2029-01-24
Also published as: EP2110311A3; EP2110311A2; ES2411475T3; EP2110311B1; CN101559828B; JP2009255835A

Abstract

本发明涉及一种翼舵，在舵上安装利用舵面附近的上升、下降、旋转流而产生前进方向的推力的翼，实现推进性能的提高。该翼舵配置于在前进时从船尾侧观察为向右旋转的螺旋桨的后方，用于变更船舶的航线方向，并且分别各在舵面上设置一个第一翼，在舵面上设置一个第二翼，其中，第一翼的一端安装在舵面的中央部前缘侧，并安装成比螺旋桨的中心位置更靠上方，第二翼的一端安装在舵面的中央部前缘侧，并安装成比螺旋桨的中心位置更靠下方，第一翼的另一端在螺旋桨的旋转半径的内侧且向斜上方延伸到使朝上的流动增强的位置，并且第二翼的另一端在螺旋桨的旋转半径的内侧且水平延伸到使朝下的流动增强的位置。

Description

翼舵

技术领域

本发明涉及一种装备在船舶而用于变更船舶的航线方向的翼舵。

背景技术

以往，已知公开有为了提高推进性能而能够将螺旋桨旋转流改变到推进方向的流动的结构，例如存在这样的水平翼、即从离开舵阀的轴心中心位置到两舷侧，与随着离开螺旋桨轴心而变化的流入角对应来设定倾斜角(扭转角)的水平翼(特开平6-305487号公报)。另外，已知为了提高推进性能而在螺旋桨轴心附近的舵前缘附加阀，并附加与阀一体的左右高度相等的水平翼的结构(特开平11-139395号公报)。

但是，本发明人详细分析了单轴右旋船的螺旋桨动作后方的舵周围的流场，其结果发现，在舵板前缘位置产生图12所示的水流，在舵轴中心位置产生图13所示的水流。即，根据图12和图13可知，在船舶用舵R的左舷侧(图12和图13中为右侧)，在螺旋桨的旋转半径P内侧且在螺旋桨的中心位置C的上方侧朝上的流动增强，在船舶用舵R的附近朝下的流动增强。另一方面，在舵的右舷侧(图12和图13中为左侧)，在螺旋桨的旋转半径内侧且在螺旋桨的中心位置的下方侧朝下的流动增强，在船舶用舵R的附近朝下的流动增强。

因此，在螺旋桨的尾流的舵轴中心位置，如上所述，在螺旋桨旋转方向不同的左右舷上的中心位置C的上方和下方，流动和流动的强度显著不同。因此，如专利文献1或2所记载，存在如下问题：在从轴心中心位置、轴心位置附近到两舷侧而以相同高度设置的水平翼中，不能通过螺旋桨的尾流有效率地提高推进效率的问题。

另外，作为雷诺氏数：1080000、螺旋桨的转速：7.8rps的流场分析结果的图12和图13为从船首侧看到的前进时的图，未图示的螺旋桨在前进时从船尾看为右旋。另外，图中箭头的朝向表示该画面内的流动的方向，箭头的长度表示流动的大小。特别是，在舵右舷侧的螺旋桨中心线的下侧，朝下流动得以增强。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种翼舵及具有该翼舵的船舶，该翼舵能够通过有效调整螺旋桨后方的水流而使随流增益增加，实现推进性能(推进效率)的提高。

本发明为了解决上述课题，而采用下述的结构。

本发明的翼舵的第一方式中，该翼舵配置于螺旋桨的后方用于变更船舶的航线方向，并且在左舷侧的舵面及右舷侧的舵面上分别设置各一个第一翼及第二翼，其中，当前进时，在从船尾侧观察所述螺旋桨为向右旋转的情况下，所述第一翼的一端安装在所述左舷侧的舵面，且安装成比所述螺旋桨的中心位置更靠上方，所述第二翼的一端安装在所述右舷侧的舵面，且安装成比所述螺旋桨的中心位置更靠下方；当前进时，在从船尾侧观察所述螺旋桨为向左旋转的情况下，所述第一翼的一端安装在所述左舷侧的舵面，且安装成比所述螺旋桨的中心位置更靠下方，所述第二翼的一端安装在所述右舷侧的舵面，且安装成比所述螺旋桨的中心位置更靠上方；各翼的另一端水平延伸到比所述螺旋桨的旋转半径更靠内侧且使朝上或朝下的流动增强的位置。

本发明的翼舵的第二方式中，该翼舵配置于在前进时从船尾侧观察为向右旋转的螺旋桨的后方，用于变更船舶的航线方向，并且在左舷侧的舵面及在右舷侧的舵面上分别设置各一个第一翼及第二翼，所述第一翼的一端安装在所述左舷侧的舵面，且安装成比所述螺旋桨的中心位置更靠上方，所述第二翼的一端安装在所述右舷侧的舵面，且安装成比所述螺旋桨的中心位置更靠下方，第一翼的另一端向斜上方延伸到比所述螺旋桨的旋转半径更靠内侧且使朝上的流动增强的位置，第二翼的另一端水平延伸到比所述螺旋桨的旋转半径更靠内侧且使朝下的流动增强的位置。

另外，在配置于在前进时从船尾侧观察为向左旋转的螺旋桨的后方的情况下，第一翼和第二翼的位置关系呈左右相反。

根据本发明的翼舵，由于相对于舵附近的下降、上升、旋转的水流而具有适度的仰角的翼产生推力，所以能够减少船体阻力，降低推进马力。另外，如图7所示，通过使翼的安装位置上下移动，或如图8所示，使安装角度倾斜，更适合于舵的周围的流动，从而能够增大翼的推进马力的降低效果。

另外，如图13所示，在舵面的左舷上方，有形成上升流和朝内流汇合而成的近于旋转流的流体的情况下，这样的情况下，使翼的安装角度朝向斜上方，则能够进一步增大翼的产生推力的效果。

在上述的翼舵中，更适合在与所述螺旋桨的螺旋桨毂相对的前缘部设有由膨垂体构成的舵阀，并且其前缘与所述螺旋桨的尾流的流入方向吻合而被翘曲。

根据这样的翼舵，通过舵阀，使由螺旋桨毂的后端产生的水流沿着舵阀的表面流动，由此，桨毂涡流被削弱，从而，能够降低涡流阻力，进一步提高推进性能(推进效率)。

另外，翼舵的前缘与螺旋桨的尾流的流入方向吻合，在上下沿相反方向翘曲(扭曲)，在舵前缘部螺旋桨轴心高度的位置，产生空隙，而成为产生空穴(cavitation)的原因，但是，通过舵阀来消除该空隙，能够抑制由前缘产生的舵空穴，能够防止舵面的侵蚀及油漆从舵面的剥落。

另外，前缘的另一端与舵阀的顶部连接，前缘的一端与舵阀的底部连接。即，前缘的另一端和前缘的一端经由舵阀而连接，因此，能够使前缘部的加工容易，从而，能够提高制造性能。

另外，在上述翼舵中，更适合所述第一翼在剖面观察时呈翼形，以具有朝上的拱曲的方式而形成，所述第二翼在剖面观察时呈翼形，以具有朝下的拱曲的方式而形成。

根据这样的翼舵，在各翼上附加使升力增加的朝向的拱曲。并且，该升力的朝前成分成为将船舶的船体向前进方向推进的推力，因此，该推力作用于船体，而降低船体阻力。

由此，能够进一步提高推进性能(推进效率)。

根据本发明的翼舵，由于相对于舵附近的下降、上升、旋转的水流而具有适度的仰角的翼产生推力，所以能够减少船体阻力，降低推进马力。

根据本发明的翼舵，由于相对于舵附近的下降、上升、旋转的水流而具有适度的仰角的翼产生推力，所以具有能够实现船体阻力的减少、推进马力的降低、燃料利用率的提高的效果。

附图说明

图1是从右舷侧看装备有本发明的第一实施方式的翼舵的船舶的船尾部的右侧面图。

图2是从左舷侧看装备有本发明的第一实施方式的翼舵的船舶的船尾部的左侧面图。

图3是从船首侧看本发明的第一实施方式的翼舵的正面图。

图4是表示使装备有本发明的第一实施方式的翼舵的船舶行驶而获得的实验结果的曲线图。

图5从右舷侧看装备有本发明的第二实施方式的翼舵的船舶的船尾部的右侧面图。

图6是从左舷侧看装备有本发明的第二实施方式的翼舵的船舶的船尾部的左侧面图。

图7是从船首侧看本发明的第二实施方式的翼舵的正面图。

图8是从船首侧看本发明的第三实施方式的翼舵的正面图。

图9是从右舷侧看装备有本发明的第四实施方式的翼舵的船舶的船尾部的右侧面图。

图10是从左舷侧看装备有本发明的第四实施方式的翼舵的船舶的船尾部的左侧面图。

图11是从船首侧看本发明的第四实施方式的翼舵的正面图。

图12使从船首侧看装备有以往的船舶用舵的船舶的、舵板前缘位置的水流的图。

图13使从船首侧看装备有以往的船舶用舵的船舶的、舵板前缘位置的水流的图。

具体实施方式

以下，参照图1～图4说明本发明的翼舵的第一实施方式。

图1是从右舷侧看装备有本发明的第一实施方式的翼舵的船舶的船尾部的右侧面图，图2是从左舷侧看装备有本发明的第一实施方式的翼舵的船舶的船尾部的左侧面图，图3是从船首侧看本发明的第一实施方式的翼舵的正面图，图4是表示使装备有本发明的第一实施方式的翼舵的船舶行驶而得的实验结果的曲线图。

如图1或图2所示，本实施方式的翼舵10是安装在舵轴5上，并与该舵轴5一起绕铅直轴线转动，以变更船舶1的航线方向的板状部件，该舵轴从位于螺旋桨2的后方侧(船尾侧)的船尾部3的船尾船底4向铅直下方延伸。

螺旋桨2安装在贯通轴包套(bossing)6的螺旋桨轴7的后端部(船尾侧的端部)上，与螺旋桨轴7一起在前进时从船尾侧看顺时针(右旋)旋转，后退时从船尾侧看逆时针(左旋)旋转。

进而，在本实施方式的翼舵10的左舷侧的舵面11及翼舵10的右舷侧的舵面13上分别设有(安装)各一个的第一翼12及第二翼14。

如图2和图3所示，第一翼12是以下结构，即，其一端(根基)在舵面11的中央部前缘侧而安装成比螺旋桨2的中心位置C更靠上方，并沿水平方向(图3中左舷外方)延伸，形成剖面看呈翼形的，具有朝上的拱曲的小翼。另外，第一翼12的另一端(前端)延伸到比螺旋桨2的旋转半径P(参照图12和图13)更靠内侧且使朝上的流动增强的位置(区域)。

如图1和图3所示，第二翼14是以下结构，即，其一端(根基)在舵面13的中央部前缘侧而安装成比螺旋桨2的中心位置C更靠下方，并沿水平方向(图3中右舷外方)延伸，形成剖面看呈翼形的，具有朝下的拱曲的小翼。另外，第二翼14的另一端(前端)延伸到比螺旋桨2的旋转半径P(参照图12和图13)更靠内侧且使朝下的流动增强的位置(区域)。

根据本实施方式的翼舵10，通过第一翼12，在舵面11的附近产生的、在螺旋桨2的旋转半径P内侧且螺旋桨2的中心位置C的上方侧产生的朝上的流动被削弱(抑制)，并且通过第二翼14，在舵面13附近产生的、在螺旋桨2的旋转半径P内侧且在螺旋桨2的中心位置C的下方侧产生的朝下的流动被削弱(抑制)。

这样，通过对舵面附近的上下方向的流动进行整流，能够减少船体阻力。换言之，舵面上的翼利用从上下方向的流动产生的升力，能够实现推进性能(推进效率)的提高。

图4是表示使装备有本发明的第一实施方式的翼舵10的船舶行驶而获得的实验结果的曲线图，横轴表示船速(kn：每小时航行里)、纵轴表示马力(kW)。另外，图中从左下到右上画的虚线是从未装备本实施方式的翼舵10的船舶所获得到的数据，图中从左下向右上画的实线是从装备了本实施方式的翼舵10的船舶所获得到的数据。

如图4所示，在装备有本实施方式的翼舵10的船舶中，以小量的马力，即可得到与未装备本实施方式的翼舵10的船舶相同的船速，另外，在与给予未装备本实施方式的翼舵10的船舶相同的马力的情况下，船速增加(增大)。由此，能够得到与以往相比，降低2％左右的燃料利用率的效果，作为证明本实施方式的翼舵10的上述作用效果的内容，为有效的该实验结果。

另外，根据本实施方式的翼舵10，翼12相对于对应的舵面11安装，使其前端安装成位于后缘的下方，并附加朝上的拱曲，翼14相对于对应的舵面13安装，使其前缘位于后缘的上方，并附加朝下的拱曲，因此，在各个翼12、14上产生朝向船首侧的上方及下方的升力。并且，该升力的朝前成分成为将船舶1的船体向前进方向推进的推力，因此该推力作用于船体上，船体阻力得以降低。

由此，能够提高推进性能(推进效率)。

参照图5～图7说明本发明第二实施方式的翼舵。图5是从右舷侧看装备有本实施方式的翼舵的船舶的船尾部的右侧面图，图6是从左舷侧看装备有本实施方式的翼舵的船舶的船尾部的左侧面图，图7是从船首侧看本实施方式的翼舵的正面图。

本实施方式的翼舵20，与第一实施方式不同的是：如图5～图7所示，具有舵阀21，并且如图7所示，其前缘22、23相对于垂直轴线(铅直轴线)倾斜。其他结构要素与上述的第一实施方式相同，所以在此关于其他结构要素的说明省略。

舵阀21为，设于翼舵20的前缘部且与螺旋桨2(参照图1或图2)的螺旋桨毂2a(参照图1或图2)相对的位置上的膨垂体，如图5或6所示，从与螺旋桨毂2a相对的船首侧端部朝向翼舵20的前缘急剧扩径，并且从翼舵20的前缘朝向后缘侧缓缓缩径。如图5所示，第二翼14设于比翼舵20的前缘部更靠尾流侧的舵阀21的下方。另外，如图6所示，第一翼12设于比舵20的前缘部更靠尾流侧的舵阀21的上方。这样，考虑到舵附近的流场，将第一翼12及第二翼14设置于比翼舵20的前缘部更靠尾流侧的舵阀21的附近，从而能够最有效地获得推力。另外，如图7所示，舵阀21的剖面形状呈大致圆形，该剖面在从船首侧到船尾侧的任意位置上都为相同形状。

这样的舵阀21用于抑制由螺旋桨毂2a的后端产生的桨毂涡流，即，用于通过使由螺旋桨毂2a的后端产生的水流沿着舵阀21的表面流动，从而削弱(回收)桨毂涡流，并且减少涡流阻力，提高推进性能(推进效率)。

如图7所示，位于舵阀21的上方、即舵阀21的上侧的前缘22，其一端(上端)位于与螺旋桨2的中心位置C相同的位置，或位于螺旋桨2的中心位置C的右舷侧，其另一端(下端)位于螺旋桨2的中心位置C的左舷侧，并且从一端到另一端构成大致一条直线。另外，前缘22的另一端与舵阀21的顶部连接。

另一方面，位于舵阀21的下方、即舵阀21的下侧的前缘23，其一端(上端)位于螺旋桨2的中心位置C的右舷侧，其另一端(下端)位于与螺旋桨2的中心位置C相同的位置，或位于螺旋桨2的中心位置C的左舷侧，并且从一端到另一端构成大致一条直线。另外，前缘23的一端与舵阀21的底部连接。

即，前缘22、23与螺旋桨2的尾流的流入方向吻合而翘曲(扭曲)，由此，使从螺旋桨2向翼舵20的流入方向(流入角度)减少，从而抑制由翼舵20的前缘22、23产生的舵空穴。

根据本实施方式的翼舵20，通过舵阀21，使螺旋管2a的后端产生的水流沿着舵阀21的表面流动，由此，桨毂涡流被削弱，从而能够减少涡流阻力，进一步提高推进性能(推进效率)。

另外，翼舵20的前缘22、23与螺旋桨2的尾流的流入方向吻合而翘曲(扭曲)，由此，螺旋桨2的尾流向翼舵20的流入方向(流入角度)减小，从而，能够抑制由前缘22、23产生的舵空穴，防止舵面11、13的侵蚀及涂漆从舵面11、13的剥落。特别是，利用货船等高速船，有可能产生船空穴导致的侵蚀以及涂漆的剥离，将本发明适用于货船等高速船的情况下，船空穴的抑制效果变得显著。

另外，前端22的另一端与舵阀21的顶部连接，前缘23的一端与舵阀21的底部连接。这样的反作用舵，由于在螺旋桨轴心部扭曲方向相反，所以在舵前缘部会产生台阶，所以存在由该台阶部产生空穴，加工也困难的问题。但是，在本发明中，前缘22的另一端与前缘23的一端经由舵阀21而连接，因此，不会产生在舵前缘部的台阶差，能够防止空穴的产生，并且能够使前缘部的加工容易，也能够提高制造性。

其他作用效果由于与上述的第一实施方式相同，在此其说明省略。

参照图8说明本发明的第三实施方式的翼舵。图8是从船首侧看本实施方式的翼舵的正面图。

本实施方式的翼舵30与上述第一实施方式不同的是代替第一翼12，设置第一翼31。其他结构要素与上述第一实施方式相同，所以在此关于其他结构要素的说明省略。

如图8所示，本实施方式的第一翼31是以下结构，即，其一端(根基)在舵面11的中央部前缘侧而安装成比螺旋桨2的中心位置C更靠上方，并向斜上方(图8中右上方)延伸，形成剖面看呈翼形的，具有朝上的拱曲的小翼。另外，第一翼31的另一端(前端)延伸到比螺旋桨2的旋转半径P(参照图12和图13)更靠内侧且使朝上的流动达到最强的位置(区域)。

如图13所示，在舵面的左舷上方，有形成上升流和朝内流汇合的近于旋转流的流体的情况，在这样的情况下，如本实施方式的第一翼31所示，通过将其安装角朝向斜上方，从而能够进一步增大翼的推力发生的效果。

其他作用效果由于与上述的第一实施方式相同，所以在此其说明省略。

参照图9～图11说明本发明的第四实施方式的翼舵。图9是从右舷侧看装备有本发明的第四实施方式的翼舵的船舶的船尾部的右侧面图，图10是从左舷侧看装备有本发明的第四实施方式的翼舵的船舶的船尾部的左侧面图，图11是从船首侧看本发明的第四实施方式的翼舵的正面图。

本实施方式的翼舵40，与上述的第二实施方式不同的是，代替第一翼12，而设置第一翼41。其他结构要素与上述第二实施方式相同，所以在此关于其他结构要素的说明省略。

如图10和图11所示，本实施方式的第一翼41是以下结构，即，其一端(根基)在舵阀21的顶部后缘侧而安装成比螺旋桨2的中心位置C更靠上方并向斜上方(图11中右上方)延伸，形成剖面看呈翼形的，具有朝上的拱曲的小翼。另外，第一翼41的另一端(前端)延伸到比螺旋桨2的旋转半径P(参照图12和图13)更靠内侧且使朝上的流动达到最强的位置(区域)。

本实施方式的翼舵40的作用效果与上述的第三实施方式相同，所以在此其说明省略。

另外，图12和图13所示的流动因每个船而不同，对每个船进行流场分析，确定第一翼和第二翼的有效区域是理想的。另外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的技术构思的范围内能够适当根据需要实施变形和变更。

另外，本发明的翼舵适用于船舶，例如气运船、油船、货船、渡船、RORO船(汽车滚装船)、汽车运动船、散装货船、客船等一般商船，能够实现良好的推进马力的降低、提高燃料利用率，作为节能船能够得以期待。

Claims

1、一种翼舵，其配置于螺旋桨的后方，用于变更船舶的航线方向，并且在左舷侧的舵面及右舷侧的舵面上分别设置各一个第一翼及第二翼，

所述翼舵的特征在于，

当前进时，在从船尾侧观察所述螺旋桨为向右旋转的情况下，

所述第一翼的一端安装在所述左舷侧的舵面的中央部前缘侧，且安装成比所述螺旋桨的中心位置更靠上方，所述第二翼的一端安装在所述右舷侧的舵面的中央部前缘侧，且安装成比所述螺旋桨的中心位置更靠下方，

当前进时，在从船尾侧观察所述螺旋桨为向左旋转的情况下，

所述第一翼的一端安装在所述左舷侧的舵面的中央部前缘侧，且安装成比所述螺旋桨的中心位置更靠下方，所述第二翼的一端安装在所述右舷侧的舵面的中央部前缘侧，且安装成比所述螺旋桨的中心位置更靠上方，

各翼的另一端水平延伸到比所述螺旋桨的旋转半径更靠内侧且使朝上或朝下的流动增强的位置。

2、一种翼舵，其配置于在前进时从船尾侧观察为向右旋转的螺旋桨的后方，用于变更船舶的航线方向，并且在左舷侧的舵面及右舷侧的舵面上分别设置各一个第一翼及第二翼，

所述翼舵的特征在于，

第一翼的另一端向斜上方延伸到比所述螺旋桨的旋转半径更靠内侧且使朝上的流动增强的位置，

第二翼的另一端水平延伸到比所述螺旋桨的旋转半径更靠内侧且使朝下的流动增强的位置。

3、如权利要求1或2所述的翼舵，其特征在于，

在与所述螺旋桨的螺旋桨毂相对的前缘部设有由膨垂体构成的舵阀，

所述翼舵的前缘与所述螺旋桨的尾流的流入方向吻合而被翘曲。

4、如权利要求1或2所述的翼舵，其特征在于，

所述第一翼在剖面观察时呈翼形，以具有朝上的拱曲的方式而形成，

所述第二翼在剖面观察时呈翼形，以具有朝下的拱曲的方式而形成。

5、一种船舶，其具有权利要求1或2所述的翼舵。