CN102596711A - 舵和具有这种舵的船型体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操纵船型体的舵，该舵包括主舵叶片，该主舵叶片具有上游端和下游端，所述舵能够围绕旋转轴线可旋转地安装于船型体，所述旋转轴线大体沿垂直平面延伸。所述主舵叶片大体直立地延伸。所述舵包括两个大体上直立延伸的辅助舵叶片，该辅助舵叶片通过横向板连接于所述主舵叶片。所述横向板中的至少一个定向为朝向所述下游端大体向上地倾斜。因而所述横向板紧随位于向上倾斜的船的船体的船尾的下方的水流方向。

Description

舵和具有这种舵的船型体

技术领域

本发明关于一种操纵船型体的舵以及一种具有这种舵的船型体。

背景技术

漂浮物(例如船和船舶)具有一个或多个与其连接的舵，以用于操纵和保持航线。这些舵可旋转地安装于船型体并且能够围绕旋转轴线(所谓的舵杆)旋转。

舵包括主舵叶片，主舵叶片具有上游端和下游端。船型体通常具有前进动力并且水流将从上游端朝向下游端流经舵。舵通常垂直地直立延伸并且在设定的位置与水流处于同一直线。舵的轴线可以相对于垂直线倾斜。

舵的旋转由转向盘或操纵杆控制。使用合适的传动机构(例如包括变速器和/或驱动器)，舵能够围绕旋转轴线旋转，以在船型体上施加侧向力，从而改变航向。

具有平行辅助叶片的舵已经在JP 7165188中公知。

操纵船型体中(尤其是在浅水区操纵船型体)，众所周知的问题是提高航向的稳定性。因此，舵是必要的，使得当旋转时，舵提供足够的侧向力，以允许航向的改变。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能改善的舵，用于在浅水区操纵。

根据本发明，舵设置有主舵叶片(main rudder blade)。所述舵能够围绕旋转轴线可旋转地安装于船型体，所述旋转轴线大体在垂直平面延伸，所述主舵叶片大体直立地延伸，所述舵还包括至少两个大体直立延伸的辅助舵叶片(auxiliary rudder blade)，其中所述辅助舵通过至少两个横向板连接于所述主舵叶片，其中至少一个横向板(更靠近船的船体的上横向板)朝向该横向板的下游端向上倾斜地延伸。这种舵在浅水区可以提供足够的侧向力。

所述横向板是主要沿横向方向和流动方向延伸的板。根据本发明，这种大体方向有所倾斜，使得所述横向板沿所述下游方向向上延伸。所述三个舵叶片(至少一个主舵叶片和两个辅助舵叶片)在舵的旋转中将增加侧向力，具体是当所述舵设置在操纵所述船型体的螺旋桨的滑流(slipstream)中时。

所述舵设置在所述船型体的船尾。所述船的船体在靠近船尾处将减少浸没。因此朝向所述船尾的水流具有向上倾斜的方向。根据本发明，所述上横向板遵循水流线而定向，使得下游侧位置比上游侧更高。这将在所述舵上减小流动阻力。

发明人围绕用于不同船体形式的舵计算流动模型(flow pattern)并且得出当增加侧向力时，调节所述上横向板的攻角(angle-of-attack)将减少所述舵的流动阻力。

在实施方式中，两个横向板朝向两个横向板的下游端向上倾斜地延伸。但是所述下横向板相对于水平面大体设置在较小的角度。优选地，这个较小的角度与局部的流动方向一致，使得所述下横向板的所述攻角大体为零。在实施方式中，所述下横向板水平地设置。

在实施方式中，所述辅助舵的上部和下部连接于所述横向板。这样，舵具有大体呈矩形的横截面。通过在所述主舵叶片和所述两个辅助舵之间提供双重的连接，获得了更为刚性的结构。具体地，由此获得了盒型结构，该盒形结构增加了所述舵的结构完整性。这将允许减少用于所述舵的材料的数量以减小了所述舵的重量，并且保持足够的刚度。在可替换的实施方式中，所述舵包括三个或者更多个横向板。

而且，由这些计算得出的本发明，有时有利于使上板相对于局部的流动角以小的负攻角定向。这样，在位于板上方的船体上的压力变得更大，从而减小了船体的阻力。

在有利的实施方式中，所述上横向板和所述水平面之间的角度介于0.1和25度之间，优选地，介于1和24度之间。在另一个实施方式中，该角度限制在4和20度之间。这样一个角度允许所述上横向板被设定为相对于局部的流动方向几乎为零的攻角，从而确保所述舵承受的阻力最小。在实施方式中，所述主舵叶片的上游边缘和下游边缘与所述上横向板之间的角度介于65和89度之间。

在实施方式中，所述上横向板(更靠近所述船的船尾的板)比所述下横向板朝向所述下游端(以相对于所述水平面更大的角度)更向上地延伸。更靠近船的船体的所述水流相对于所述水平面的角度更大。

在根据本发明的舵的实施方式中，所述横向板沿横向方向超出所述辅助舵叶片延伸。通过提供这种延伸，显著地改善了围绕所述舵的所述流动模型，减少了所述辅助舵叶片的翼尖涡流(tip vortex)，从而增加侧向力并且减小了所述舵的阻力。在所述下游端，所述横向板延伸经过所述舵叶片的后缘(trailing edge)。这也将提高所述舵的性能。

在实施方式中，所述主舵叶片的弦长与所述横向板的宽度的比率介于0.3和1.2之间。所述横向板可以从所述主舵叶片沿所述上游方向和/或所述下游方向有所延伸，以减小任何发生在所述舵叶片的上部和下部的翼尖涡流的强度。

优选地，所述横向板设置为在所述横向板的上游端具有边缘，边缘的正面宽度沿所述横向方向延伸。根据一个实施方式，所述正面宽度与所述主舵的弦长的比率介于0.2和0.5之间。

优选地，所述横向板大体为具有去除顶角的三角形状。这种横向板将大体具有六个边缘。优选地，当所述舵不处于一个角度以产生侧向力时，正面边缘(位于所述舵的上游端)沿垂直于所述水流的方向的横向方向延伸，。优选地，所述正面边缘是所述横向板的平面“适合”的所述三角形的第一个去除的顶角。在另一实施方式中，两个去除的顶角设置在所述横向板的横向端。

在所述舵的所述横向端，所述去除的顶角的边缘具有具体的长度。在实施方式中，该去除的边缘的长度与所述主舵叶片的弦长之间的比率介于0.1和0.3之间。

在实施方式中，所述辅助舵叶片的上游端(优选地，两个辅助舵的上游端)设置在所述主舵叶片的前缘的下游。因而所述辅助叶片相对于所述主舵叶片的位置交错。这是有必要的，以避免当所述舵旋转时，所述辅助叶片的位置太靠近于所述螺旋桨。大部分的侧向力将施加在所述主舵叶片山，但是由于所述舵角增加，因此所述辅助舵叶片也将产生相当大的侧向力，即使所述辅助舵的弦长更小，也将导致相对更高的侧向力。

在实施方式中，所述主舵叶片的弦长是所述辅助舵叶片的弦长的介于1.0和3.0倍。通常，所述主舵叶片的弦是所述辅助舵叶片的弦长的两倍长。

在另一个实施方式中，所述辅助舵叶片的前缘远离所述主舵叶片定向。在平面视图中，所述辅助舵叶片的中心线当向下游延伸时收敛。因而所述辅助舵叶片的上游端和所述主舵叶片之间的横向距离大于所述辅助舵叶片的下游端和所述主舵叶片之间的横向距离。这形成了改进的流动模型，提高了所述舵的性能。

在实施方式中，所述舵紧随所述船型体的螺旋桨的后方设置。

优选地，所述辅助舵叶片相对于所述主舵叶片的方向的角度介于0.5和12度之间，在一个实施方式中为介于1和10度之间，优选地介于2.0和8.0度之间。该角度的具体值的设置结合所述舵处于的液流的性能而定。

在本发明的实施方式中，所述主舵叶片和所述辅助舵叶片的部分形状为希林式(Schilling type)。这种叶形片部分(foil sections)提供了增加的提升力。希林水力叶形片(Schilling hydrofoils)的特征在于其具有后缘，该后缘仅在所述后缘的上游比叶形片的厚度厚。

在实施方式中，所述主舵叶片的高度与所述主舵的弦长的比率介于1.0和4.0之间，在一个实施方式中介于1.0和3.0之间。

在另一个实施方式中，所述主舵叶片的中间平面相对于各个所述辅助舵叶片的横向距离是所述主舵叶片的弦长的介于0.25和1.5之间。通常更大的值将使所述辅助舵叶片被设置在所述螺旋桨的滑流的外侧，这是不利的。

根据本发明的另一个方面，船型体优选地安装一个或多个螺旋桨，其中每个螺旋桨的后方设置有位于根据上述的实施方式的任何一种的舵。

在实施方式中，所述横向板相对于所述水平面向上的角度与船的船身在船尾向上倾斜(receding)的角度相同。

根据另一个优选的实施方式，所述上横向板的向上的角度取决于所述横向板和所述倾斜的船的船体之间的距离。因为该距离较小，所述横向板的角度和所述倾斜的船体的角度更相似。如果所述上横向板和所述倾斜的船的船体之间的距离更大，所述板相对于所述水平面的角度小于所述倾斜的船的船体的角度。

现在本发明将通过参考附图描述。虽然说明了本发明的具体实施方式，但是所述的实施方式不应当解释为限于本发明，而是应当解释为公开当前优选实施方式的示例性的实施方式。

附图说明

图1是根据第一实施方式的舵的侧视图；

图2是舵的第一实施方式的俯视图；

图3是根据第一实施方式的舵的正视图；

图4是包括根据本发明的舵的船型体的实施方式。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的舵1的侧视图。与说明书一致，横向方向是根据图1进入/离开纸面的方向。两个横向板2、3形成位于垂直平面4的舵叶片12、13、23的端板。

横向板具有叶形片部分。在上游侧5，横向端板2具有前缘8。板2、3的厚度从前缘8朝向9增加，然后朝向下游端6的附近10减小。

主舵叶片12和辅助舵叶片13、23固定在横向板2、3之间。主舵叶片12靠近横向板2、3的上游侧5安装。辅助舵叶片13的上游端15设置从上游端5到下游的中途。

主舵叶片2、3相对于水平面14以一个角度设置。横向板3设置在图1所示的角度α。横向板2设置在不同的角度β，角度β＞α。

在图4中，上面的横向板和下面的横向板沿纵向方向相对于水平面的不同角度表示的更加明确。

舵1安装于船型体20的船尾16附近。如图4中所示，船19的底部从最大吃水线(draught)18朝向船的船尾16向上倾斜，以在海岸线17上方突出。

舵设置在倾斜线21的下方并朝向船尾16。舵优选地这样安装以使得舵不在最大吃水线18下方延伸。舵以这种方式防止因底部19降低而跑到河床中。

舵1通过能够旋转39的轴38安装于船型体20。操纵装置(例如操纵杆)可以用于驱动变速器，以旋转轴和舵1，从而允许操纵浮动体20。

螺旋桨22在船尾16附近用于推进船。螺旋桨22朝向几乎与螺旋桨的下游成直线的舵1排水。结合本发明，可以使用其他螺旋桨类型。

由于船21的船体朝向船尾16的形状水将倾斜于水平面而流动。因此，在船尾16附近存在向上的流动模型。

横向板2、3适用于这种流动模型。如图1和图4的侧视图中所示，因为横向板朝向下游端6向上延伸或倾斜，舵1将承受较少的阻力。

横向板的倾斜角度较大，因为上横向板2因流动倾角将更平行于船的船体(局部船体)。倾角相差在1至24度之间，优选地在4至20度之间。

图2显示了舵1的俯视图。主舵叶片12和辅助舵叶片13、23的位置显示在图2中。在每个叶片(主/辅助舵叶片12、23、13)的上游端5的附近，叶片具有叶形片状的横截面。在本实施方式中，每个叶片设置有希林叶形片部分(Schilling foil section)。

横向板2为具有去除顶角26至28的三角形状。去除的顶角27形成板2的前缘33。去除的顶角26、28为船翼31、32的一部分，该船翼31、32沿横向方向34并超出辅助叶片13、23地向外延伸距离35。形成在去除的顶角26、28的边缘29、30沿流动方向延伸。

辅助舵叶片13、23分别具有中心线40、41。中心线40、41相对于主舵叶片的中心线呈攻角“γ”设置。辅助舵叶片13、23设置为相对于主舵叶片12处于朝向下游端6收敛。因而辅助舵叶片设置为与主舵叶片在上游端5的横向距离大于与主舵叶片在下游端6的横向距离。

攻角“γ”(0-12度)的设置考虑到关于在处于适当且大的舵角的辅助舵叶片上减小分流问题。

如果在设定位置并且具体地使用螺旋桨22时，水流将朝向舵1被推进。由于推进动作，水流将表现为收敛的流动模型。辅助舵叶片根据这种流动模型设置，从而在设定位置减小辅助舵叶片的阻力。

主舵叶片沿横向端板2、3之间的直立方向具有高度4。上板2沿流动方向具有长度81。辅助舵叶片13、23沿流动方向具有弦长82。

上板2朝向上游并超出主舵叶片12的前缘5延伸了长度83。

主舵叶片12的弦长86表示在图2中。图2还显示了在横向板2的上游端的宽度87。而且，图2显示了主舵叶片12的中心线88。

尽管横向板2、3显示为将主舵叶片连接到两个辅助舵叶片的单个板，但是根据本发明的实施方式，能够具有三个或四个独立的板，以使在主舵叶片12和辅助舵叶片13、23之间形成多于三个或四个的连接。

Claims (20)

1.一种用于操纵船型体(20)的舵(1)，该舵(1)包括主舵叶片(12)，该主舵叶片(12)具有上游端(5)和下游端(6)，所述舵(1)能够围绕旋转轴线(38)可旋转地安装于所述船型体，所述舵(1)还包括两个大体直立延伸的辅助舵叶片(13，23)，该辅助舵叶片(13，23)通过至少两个横向板(2，3)连接于所述主舵叶片(12)，其中所述横向板(2，3)中的至少一个定向为朝向所述下游端(6)大体向上地倾斜，

其中，所述两个横向板(2，3)分别连接于所述辅助舵叶片(13，23)和/或所述主舵叶片(12)的上端和下端，

其中，位于下横向板(3)上方的上横向板(2)比所述下横向板(3)更朝向所述下游端(6)向上地倾斜延伸。

2.根据权利要求1所述的舵，其中，单个所述横向板(2，3)使两个所述辅助舵叶片(13，23)与所述主舵叶片连接。

3.根据权利要求1或2所述的舵，其中，两个所述横向板(2，3)朝向所述下游端(6)向上地倾斜延伸。

4.根据前述权利要求中任意一项所述的舵，其中，所述横向板(2，3)和水平面(14)之间的角度介于0.1和25度之间。

5.根据前述权利要求中任意一项所述的舵，其中，主要沿流动方向(7)和横向方向(34)延伸的所述横向板(2，3)沿所述横向方向(34)超出所述辅助舵叶片(13，23)延伸。

6.根据权利要求5所述的舵，其中，所述主舵叶片(12)的弦长与所述横向板(2，3)超出所述辅助舵叶片(13，23)延伸的长度(35)的比率介于0.3和1.2之间。

7.根据前述权利要求中任意一项所述的舵，其中，所述横向板(2，3)在所述横向板(2，3)的上游端(5)的宽度与所述主舵叶片(12)的弦长(86)之间的比率介于0.2和0.5之间。

8.根据前述权利要求中任意一项所述的舵，其中，所述横向板(2，3)形状为具有去除的顶角(26，27，28)的三角形。

9.根据权利要求8所述的舵，其中，所述去除的顶角(26，27，28)设置在沿所述横向方向超出所述辅助舵叶片(13，23)延伸的所述横向板的端部。

10.根据权利要求8或9所述的舵，其中，形成在所述去除的顶角(26，28)处的边缘(29，30)的长度与所述主舵叶片(12)的弦长(86)的比率介于0.1和0.3之间。

11.根据前述权利要求中任意一项所述的舵，其中，所述辅助舵叶片(13，23)的上游端(5)设置在所述主舵叶片(12)的上游端(5)的下游。

12.根据前述权利要求中任意一项所述的舵，其中，所述主舵叶片(12)的弦长(86)是所述辅助舵叶片(13，23)的弦长(82)的介于1.0倍和3.0倍之间。

13.根据前述权利要求中任意一项所述的舵，其中，所述辅助舵叶片(13，23)以相对于所述主舵叶片(12)的攻角设置，所述辅助舵叶片(13，23)的前缘远离所述主舵叶片(12)旋转。

14.根据权利要求13所述的舵，其中，所述辅助舵叶片(13，23)相对于所述主舵叶片(12)设置的所述攻角介于0.5和12度之间。

15.根据前述权利要求中任意一项所述的舵，其中，所述主舵叶片(12)或所述辅助舵叶片(13，23)中的任意一个由希林舵叶形片部分组成。

16.根据前述权利要求中任意一项所述的舵，其中，所述主舵叶片(12)的高度(4)与所述主舵叶片(12)的弦长(86)的比率介于1.0和4.0之间。

17.根据前述权利要求中任意一项所述的舵，其中，所述主舵叶片的中心线(88)和所述辅助舵叶片(13，23)之间的横向距离与所述主舵叶片(12)的弦长的比率介于0.25和1.5之间。

18.根据前述权利要求中任意一项所述的舵，其中，所述旋转轴线大体在垂直平面中延伸，所述主舵叶片(12)大体直立地延伸。

19.一种船型体，该船型体包括组件，该组件包括螺旋桨和根据前述权利要求中任意一项所述的舵。

20.根据权利要求19所述的船型体，所述船型体包括以角度(β)向上倾斜延伸的上横向板(2)，其中所述角度(β)取决于所述船型体的船体和所述上横向板(2)之间的距离。

Images