CN105329430A - 一种节能扭曲船舵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能扭曲船舵。它包括舵板，该舵板呈竖向布置，其上端有用于与船体呈转动配合的舵杆。所述舵板的后段自上而下呈横截面为半椭圆形的规则形状。其特点是所述舵板的上前缘向舵板后段竖向对称中心面的一侧扭曲，其扭转角自舵板上端到舵板中部先逐渐增大再逐渐减小，舵板的下前缘向舵板后段竖向对称中心面的另一侧扭曲，其扭转角自舵板中部到舵板下端先逐渐增大再逐渐减小，且上前缘扭转角的分布与下前缘扭转角的分布以舵板中部呈原点对称布置，使得舵板前缘自上而下呈扭曲的近S形。该船舵的前缘与经过螺旋桨的水流间的作用力相对均匀，方向相对一致，可大大提高螺旋桨的工作效率。

Description

一种节能扭曲船舵

技术领域

本发明涉及一种船用组件，具体说是安装在船尾螺旋桨后侧的节能扭曲船舵。

背景技术

螺旋桨是用于船舶推进最常规的手段，其具有两个或更多的桨叶，为减少船舶的燃油消耗和排放，应尽可能提高螺旋桨的推进效率。从螺旋桨和船舵相互作用的角度使船舵与螺旋相互协调，以利于回收桨后尾流中的能量，提高螺旋桨/舵系统的推进效率，已成为船舶推进设计中的一个重要考虑因素。

申请号为200910173151.6（公布号为CN101716989A）的中国发明专利申请公开了一种船用的推进和操舵装置，该装置舵板的上前缘和下前缘中至少一个具有不变的扭转角度，即舵板的上前缘或下前缘向舵板后段竖向对称中心面的一侧扭转，或者舵板的上前缘、下前缘分别向舵板后段竖向对称中心面的两侧扭转。将该舵板设置在船舶螺旋桨的后侧，可有效改善穿过舵区域的螺旋桨的滑流，进而提升螺旋桨的效率。

但是，当船舶的螺旋桨在转动时，经过螺旋桨的水流是呈螺旋状向其后侧延伸的，且由于桨叶形状的不规则，其外端、中部、根部的水流方向及作用力也是不一致的。而上述发明专利申请中的舵板的上前缘、下前缘具有不变的扭转角度，即相对于桨叶外端、中部、根部的位置，上前缘或下前缘的扭转角度不变。所以，该舵板的前缘自上而下与经过螺旋桨的水流间的作用力无法保持相对的均匀，作用力的方向也会出现偏差，在一定程度上会阻碍水流的流动。因此，该舵板对螺旋桨工作效率的提升程度非常有限。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种节能扭曲船舵，该船舵的前缘与经过螺旋桨的水流间的作用力相对均匀，方向相对一致，可大大提高螺旋桨的工作效率。

为解决上述问题，采取以下技术方案：

本发明的节能扭曲船舵包括舵板，该舵板呈竖向布置，其上端有用于与船体呈转动配合的舵杆。所述舵板的后段自上而下呈横截面为半椭圆形的规则形状。其特点是所述舵板的上前缘向舵板后段竖向对称中心面的一侧扭曲，其扭转角自舵板上端到舵板中部先逐渐增大再逐渐减小，舵板的下前缘向舵板后段竖向对称中心面的另一侧扭曲，其扭转角自舵板中部到舵板下端先逐渐增大再逐渐减小，且上前缘扭转角的分布与下前缘扭转角的分布以舵板中部呈原点对称布置，使得舵板前缘自上而下呈扭曲的近S形。

其中，所述上前缘的扭转角和下前缘的扭转角均在0至15度间呈先增大后减小变化。优选上前缘的扭转角和下前缘的扭转角均在0至10度间呈先增大后减小变化。

所述舵板的前段自前缘到舵板后段呈平滑过渡。

本发明的进一步改进方案是所述舵板的前段中部有舵球，该舵球为纺锥形回转体，其前段近似于半球形且位于舵板前缘的前方，其后段与舵板呈一体连接。安装时，舵球的位置应当与船体螺旋桨的桨毂位置对应，可消除螺旋桨转动时产生的毂涡紊流，回收能量，提高螺旋桨的推进效率。

本发明的进一步改进方案是所述舵板的后端连接有尾翼，该尾翼呈竖向布置，且其与舵板间呈铰接配合；所述尾翼上有用于与船体相连的传动机构。设置尾翼可增加舵板剖面的拱度，改进舵板的水动力性能，有利于船舶的操纵。所述舵杆的中心轴到舵板前缘的垂直距离占舵板和尾翼横向总长的35~50%。

上述方案中，所述舵板为全悬挂舵板或半悬挂舵板。

采取上述方案，具有以下优点：

由于本发明的节能扭曲船舵舵板的后段自上而下呈横截面为半椭圆形的规则形状，舵板的上前缘向舵板后段竖向对称中心面的一侧扭曲，其扭转角自舵板上端到舵板中部先逐渐增大再逐渐减小，舵板的下前缘向舵板后段竖向对称中心面的另一侧扭曲，其扭转角自舵板中部到舵板下端先逐渐增大再逐渐减小，且上前缘扭转角的分布与下前缘扭转角的分布以舵板中部呈原点对称布置，使得舵板前缘自上而下呈扭曲的近S形。即该舵板的上前缘自上而下、下前缘自上而下的扭转角度均为变化的。使用时，上前缘的上端、下前缘的下端（扭转角度小）对应螺旋桨桨叶的先端，该处的水流相对平直、缓和；上前缘的中部、下前缘的中部（扭转角度大）对应螺旋桨桨叶的中部，该处的水流较急，螺旋角度也最大；上前缘的下端、下前缘的上端（扭转角度小）对应螺旋桨桨叶的根部，该处的水流相对平直、缓和。因此，该舵板扭曲的前缘可以完全与经过螺旋桨的水流的方向及作用力相适应，使得水流作用在舵板前缘的作用力相对均匀，且水流方向与舵板前段的板面相对平行，可完全避免舵板对水流的阻碍，大大提高船舶螺旋桨的工作效率。

附图说明

图1是本发明的节能扭曲船舵的结构示意图（实施例一）；

图2是图1中舵板的各剖面扭转情况示意图；

图3是图2中剖面A的扭转示意图；

图4是图2中剖面B的扭转示意图；

图5是本发明的节能扭曲船舵的舵板前缘自上而下的扭转角度示意图；

图6是本发明的节能扭曲船舵的实施例二的结构示意图（半悬挂舵板）。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细描述。

实施例一

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的节能扭曲船舵包括舵板1，该舵板1呈竖向布置，其上端有用于与船体7呈转动配合的舵杆6。所述舵板1的后段自上而下呈横截面为半椭圆形的规则形状。所述舵板1的上前缘1A向舵板1后段竖向对称中心面的一侧扭曲，其扭转角自舵板1上端到舵板1中部先逐渐增大再逐渐减小，舵板1的下前缘1B向舵板1后段竖向对称中心面的另一侧扭曲，其扭转角自舵板1中部到舵板1下端先逐渐增大再逐渐减小，且上前缘1A扭转角的分布与下前缘1B扭转角的分布以舵板1中部呈原点对称布置，使得舵板1前缘自上而下呈扭曲的近S形。所述舵板1的前段自前缘到舵板1后段呈平滑过渡。

其中，所述上前缘1A的扭转角和下前缘1B的扭转角均在0至15度间呈先增大后减小变化。优选上前缘1A的扭转角和下前缘1B的扭转角均在0至10度间呈先增大后减小变化。如图5所示，舵板1上前缘1A的扭转角度自上而下向舵板1一侧先以缓慢增大的斜率从0度变化到10度，再以快速减小的斜率从10度变化到0度；舵板1下前缘1B的扭转角度自上而下向舵板1另一侧先以快速增大的斜率从0度变化到10度，再以缓慢减小的斜率从10度变化到0度。这种扭转角度的变化，使得舵板1前缘扭曲成一个近似于英文字母“S”的形状。

本实施例中，所述舵板1的前段中部还设置有舵球8，该舵球8为纺锥形回转体，其前段近似于半球形且位于舵板1前缘的前方，其后段与舵板1呈一体连接。同时，所述舵板1的后端还连接有尾翼2，该尾翼2呈竖向布置，且其与舵板1间呈铰接配合；所述尾翼2上有用于与船体7相连的传动机构。所述传动机构包括呈水平布置的套筒4，该套筒4固定在尾翼2的上端，且套筒4内有导杆5，导杆5与套筒4间呈滑动配合；所述导杆5对应舵板1的一端伸出在套筒4外，且导杆5该端连接有竖向的销轴3，使用时该销轴3与船体7间呈转动状配合。当本发明的节能扭曲船舵与船体7相连，且舵板1在舵杆6的驱动下转动时，该传动机构可使得尾翼2也随之动作，此时导杆5的一端绕销轴3的轴线转动，导杆5的另一端在套筒4内滑动，尾翼2将按照特定的转动角度相对舵板1转动。

所述舵杆6的中心轴到舵板1前缘的垂直距离占舵板1和尾翼2横向总长的35~50%，即舵板1前段扭曲部的横向长度占船舵剖面弦长的35~50%。

本实施例所用舵板1为全悬挂舵板1，即舵板1上、下部为一体结构，且舵杆6与舵板1呈固定连接。使得使用时，整个舵板1全部悬挂于船体7下方，舵杆6可控制整个舵板1相对于船体7转动。

使用时，将该节能扭曲船舵安装在船体7下方螺旋桨10后侧，舵杆6上端自船体7的舵杆6孔伸入到船体7上。舵板1前缘的扭曲方向应当由螺旋桨10的旋转方向来确定。以图1、图2为例，在船尾向船舶运行方向的前方观察，螺旋桨10为逆时针旋转，则舵板1的上部具有自右前方的来流，上前缘1A应当向右侧扭曲，舵板1的下部具有自左前方的来流，下前缘1B应当向左侧扭曲，螺旋桨10轴线对应的舵板1前缘未扭曲。若船体7螺旋桨10的旋转方向与图1相反，则舵板1上前缘1A、下前缘1B的扭曲方向也应当与前述方向相反。同时，舵板1上的舵球8应当与船体7螺旋桨10的桨毂9呈横向同轴布置，且使得两者间留有窄隙。舵球8的回转直径优选为螺旋桨10桨毂9直径的0.9~1.1倍。以螺旋桨10和船舵能够正常工作和方便拆卸为宜，舵球8前部至桨毂9末端的距离应越小越好，这样能有效消除桨毂9尾部产生的紊流或空泡现象，起到回收桨毂9后尾流中损失的能量，消除空泡腐蚀，延长舵系使用寿命的效果。

该节能扭曲船舵舵板1的变扭转角度的扭曲方式是针对螺旋桨10后尾流在舵板1前缘来流攻角沿螺旋桨10半径方向不断变化的特点而采取的，当船舶高速航行时，这种扭曲方式有利于改善舵板1前缘的压力分布，推迟空泡腐蚀的出现，进而增大装置的使用寿命。另外，当装置在小角度范围内操舵角时，上述的扭曲使舵板1剖面拱度大的一侧为低压区，而拱度小的一侧为高压区，朝向拱度大的一侧的水动力在船舶运行方向上的分力有助于提升船舶的航速，起到节能减排的效果。

实施例二

如图6所示，本实施例与实施例一相比，其区别仅在于所述舵板为半悬挂舵板，即舵板为上、下分体的组合结构，上舵板单元101有竖向通孔，所述舵杆6'的下端穿过该竖向通孔与下舵板单元102呈固定连接，舵杆6'与上舵板单元101呈转动配合。使用时，上舵板单元101与船体呈固定连接，下舵板单元102通过舵杆6'与船体呈转动配合，即仅下舵板单元102处于悬挂状态，舵杆6'仅控制下舵板单元102相对于船体转动。

同时，本实施例中所述上舵板单元101的前缘相当于实施例一中的舵板上前缘，且两者的扭曲方式相同；所述下舵板单元102的前缘相当于实施例一中的舵板下前缘，且两者的扭曲方式相同；所述舵球位于下舵板单元102前缘的上端，且舵球与下舵板单元102呈一体连接；所述传动机构可以连接在尾翼与船体之间，也可以连接在尾翼与上舵板单元101之间。

本实施例除了舵板为半悬挂状态外，其它部件之间的连接、以及船舵与船体间的连接与实施例一相同，其能够达到的效果也与实施例一相近，此处不再详细说明。

Claims (8)

1.一种节能扭曲船舵，包括舵板（1），该舵板（1）呈竖向布置，其上端有用于与船体呈转动配合的舵杆（6、6’）；所述舵板（1）的后段自上而下呈横截面为半椭圆形的规则形状；其特征在于所述舵板（1）的上前缘（1A）向舵板（1）后段竖向对称中心面的一侧扭曲，其扭转角自舵板（1）上端到舵板（1）中部先逐渐增大再逐渐减小，舵板（1）的下前缘（1B）向舵板（1）后段竖向对称中心面的另一侧扭曲，其扭转角自舵板（1）中部到舵板（1）下端先逐渐增大再逐渐减小，且上前缘（1A）扭转角的分布与下前缘（1B）扭转角的分布以舵板（1）中部呈原点对称布置，使得舵板（1）前缘自上而下呈扭曲的近S形。

2.如权利要求1所述的节能扭曲船舵，其特征在于所述上前缘（1A）的扭转角和下前缘（1B）的扭转角均在0至15度间呈先增大后减小变化。

3.如权利要求2所述的节能扭曲船舵，其特征在于所述上前缘（1A）的扭转角和下前缘（1B）的扭转角均在0至10度间呈先增大后减小变化。

4.如权利要求1所述的节能扭曲船舵，其特征在于所述舵板（1）的前段自前缘到舵板（1）后段呈平滑过渡。

5.如权利要求1所述的节能扭曲船舵，其特征在于所述舵板（1）的前段中部有舵球（8），该舵球（8）为纺锥形回转体，其前段近似于半球形且位于舵板（1）前缘的前方，其后段与舵板（1）呈一体连接。

6.如权利要求1所述的节能扭曲船舵，其特征在于所述舵板（1）的后端连接有尾翼（2），该尾翼（2）呈竖向布置，且其与舵板（1）间呈铰接配合；所述尾翼（2）上有用于与船体相连的传动机构。

7.如权利要求6所述的节能扭曲船舵，其特征在于所述舵杆（6、6’）的中心轴到舵板（1）前缘的垂直距离占舵板（1）和尾翼（2）横向总长的35~50%。

8.如权利要求1至7中任一项所述的节能扭曲船舵，其特征在于所述舵板（1）为全悬挂舵板或半悬挂舵板。