CN111409812A - 一种带鼓包前缘的可转动船舶用舵 - Google Patents

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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
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Abstract

本发明公开一种带鼓包前缘的可转动船舶用舵，涉及船舵结构技术领域，所述舵包括主舵叶和尾舵叶，所述尾舵叶设置于所述主舵叶的后端，所述主舵叶包括本体以及所述本体的前端设置的多个向前凸起的鼓包前缘。鼓包前缘结构可改善流场结构，且主舵叶与尾舵叶可增加舵叶弯度，二者结合，可提升舵的水动力性能，改善船舶稳定性；椭圆型前缘或曲率连续型前缘叶型可减少空泡侵蚀，有效延长舵使用寿命；鼓包前缘与主舵叶的本体曲率连续型过渡结合，或鼓包前缘与主舵叶的本体椭圆形过渡结合，能够降低前进时的舵阻力，从而降低油耗；主舵叶由舵杆与船体连接，尾舵叶由辅助舵杆与船体连接，可降低舵杆的承重，并增加了悬臂舵的稳定性。

Description

一种带鼓包前缘的可转动船舶用舵
技术领域
本发明涉及船舵结构技术领域，特别是涉及一种带鼓包前缘的可转动船舶用舵。
背景技术
舵是控制船舶方向的重要装置，主要包括舵叶和舵杆，通过舵杆转动来改变舵叶方向，从而改变水流的流动，使舵叶的受力发生变化，进而调节船舶行进的方向。当水的来流方向与航行方向不一致时，舵叶的表面就会发生变化，迎来流方向的舵叶面的受力增加，舵的稳定性就会降低。
在自然界中，座头鲸转弯动作以及其他在水中的运动动作而言，相比于跟他体型相当的水生生物来说，具有更加高超的机动性与灵活性，而这种机动性与灵活性则归功于座头鲸的前缘鼓包分布的肢状鳍。从座头鲸鼓包前缘肢状鳍形态学的研究中受到启发，研究者们对该种生物学特性的研究主要集中在外流流动上，比如在船舶水翼、飞机机翼上，也有研究者将这种特性应用于潮汐叶轮机叶片上，发现这种生物学结构特性具有明显减弱流动分离的作用。鼓包结构的作用类似于涡流发生器，可改善流场结构，沿翼展其波峰产生周期性的相反流向涡，提高了附面层能量，并沿流向逐渐融合，从而避免了展向大涡的形成，显著提升流动特性，延缓翼片在该处产生局部分离，减小了分离区的范围，在不降低稳定性的前提下，减小流动损失，效率提升。
另外，叶片前缘与叶身连接点处的曲率突变是产生前缘吸力峰的根本原因，研究者对不同前缘形状流场进行比较，发现椭圆形前缘与圆形前缘相比，可以改善前缘压力分布，避免分离泡的产生，削弱乃至完全消除前缘吸力峰，使叶片稳定工作范围增大，有效降低出口流动损失。曲率连续前缘因其前缘叶身连接平滑，也可降低前缘吸力峰，使分离泡尺寸减小甚至完全消除。
目前的船舶大部分是采用矩型的舵叶，舵叶为整体、单板、对称、薄、翼型结构，且常规采用圆型前缘，对船舶用舵改造的重点也很少关注舵叶前缘，故阻力相对较大，不利于节能减排，不利于提高水动力性能，同时不利于船舶的操纵，所以，舵叶的设计是一个需要解决的问题。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种带鼓包前缘的可转动船舶用舵，以降低舵叶前缘阻力，提高水动力性能，提高船舶的操纵性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种带鼓包前缘的可转动船舶用舵，所述舵包括主舵叶和尾舵叶，所述尾舵叶设置于所述主舵叶的后端，所述主舵叶包括本体以及所述本体的前端设置的多个向前凸起的鼓包前缘。
可选的，所述舵的纵剖面形状为矩形或梯形，或所述舵的纵剖面前端轮廓线为椭圆形线或抛物线。
可选的，所述舵的横剖面形状为翼型。
可选的，所述主舵叶与所述尾舵叶之间设置有辅助舵杆，所述尾舵叶可转动的设置于所述辅助舵杆上。
可选的，所述主舵叶内部设置有主舵杆，所述主舵杆用于将所述主舵叶与船体连接。
可选的，所述多个鼓包前缘的前端轮廓线为正弦曲线。
可选的，所述多个鼓包前缘的前端轮廓线为多个间隔设置的半圆形。
可选的，所述多个鼓包前缘的前端轮廓线为多个间隔设置的半椭圆形。
可选的，所述本体与所述鼓包前缘之间为曲率连续型过渡或椭圆形过渡。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明中的带鼓包前缘的可转动船舶用舵，鼓包前缘结构可改善流场结构，且主舵叶与尾舵叶可增加舵叶弯度，二者结合，可提升舵的水动力性能，改善船舶稳定性；椭圆型前缘或曲率连续型前缘叶型可减少空泡侵蚀，有效延长舵使用寿命；鼓包前缘与主舵叶的本体曲率连续型过渡结合，或鼓包前缘与主舵叶的本体椭圆形过渡结合，能够降低前进时的舵阻力，从而降低油耗；主舵叶由舵杆与船体连接，尾舵叶由辅助舵杆与船体连接，可降低舵杆的承重，并增加了悬臂舵的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明带鼓包前缘的可转动船舶用舵的结构示意图；
图2为本发明带鼓包前缘的可转动船舶用舵的俯视结构示意图；
图3为本发明带鼓包前缘的可转动船舶用舵中矩形舵的纵剖面的结构示意图；
图4为本发明带鼓包前缘的可转动船舶用舵中梯形舵的纵剖面的结构示意图；
图5为本发明带鼓包前缘的可转动船舶用舵中椭圆形舵的纵剖面的结构示意图；
图6为本发明带鼓包前缘的可转动船舶用舵中抛物线形舵的纵剖面的结构示意图；
图7为本发明带鼓包前缘的可转动船舶用舵中正弦曲线型鼓包前缘的轮廓线示意图；
图8为本发明带鼓包前缘的可转动船舶用舵中圆形鼓包前缘的轮廓线示意图；
图9为本发明带鼓包前缘的可转动船舶用舵中椭圆形鼓包前缘的轮廓线示意图；
图10为本发明带鼓包前缘的可转动船舶用舵中横剖面为椭圆形过渡鼓包前缘的轮廓线示意图；
图11为本发明带鼓包前缘的可转动船舶用舵中横剖面为曲率连续型过渡鼓包前缘的轮廓线示意图。
附图标记说明：1、主舵叶；2、尾舵叶；3、主舵杆；4、辅助舵杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供一种带鼓包前缘的可转动船舶用舵，所述舵包括主舵叶和尾舵叶，所述尾舵叶设置于所述主舵叶的后端，所述主舵叶的前端设置有多个向前凸起的鼓包前缘。
于本具体实施例中，如图1、图2和图6所示，所述舵的纵剖面前端轮廓线为抛物线。所述舵的横剖面形状为翼型。所述主舵叶与所述尾舵叶之间设置有辅助舵杆，所述尾舵叶可转动的设置于所述辅助舵杆上。所述主舵叶内部设置有主舵杆，所述主舵杆用于将所述主舵叶与船体连接。
如图7所示，所述多个鼓包前缘的前端纵剖面轮廓线为正弦曲线。
如图10所示，本体与鼓包前缘之间为椭圆形过渡，即鼓包前缘的横剖面轮廓线为椭圆曲线的一部分。
实施例二：
本实施例是在实施例一的基础上改进的实施例。
于本具体实施例中，如图8所示，所述多个鼓包前缘的前端纵剖面轮廓线为半圆形。
如图11所示，本体与鼓包前缘之间为曲率连续型过渡，即鼓包前缘与本体在连接点P1、P2处的曲率一致，鼓包前缘的剖面线型为过P1、O、P2的贝塞尔曲线。
所述多个鼓包前缘的半径可以相同也可以不同。相邻所述鼓包前缘之间的间隔可以相等也可以不相等。
实施例三：
本实施例是在实施例一的基础上改进的实施例。
于本具体实施例中，如图9所示，所述多个鼓包前缘的前端轮廓线为多个间隔设置的半椭圆形。所述多个鼓包前缘的长轴或短轴的半径可以相同也可以不同。相邻所述鼓包前缘之间的间隔可以相等也可以不相等。
向前凸起的鼓包前缘，能够起到流动稳定的作用，鼓包前缘的几何结构参数选择与具体船舶横向摇摆角度及船舶航行速度有关，采用鼓包前缘结构与本体曲率连续型过渡，降低流动分离，提升减摇鳍的水动力性能，减小前进时的减摇鳍阻力，从而降低油耗。
舵各剖面前缘可为椭圆型前缘，即前缘型线为椭圆的一部分，且与本体轮廓线相切；舵各剖面前缘可也为曲率连续型前缘，即前缘型线与本体轮廓线在连接点曲率一致。采用椭圆型前缘或曲率连续型前缘可降低吸力峰，减少空泡侵蚀，有效延长减摇鳍使用寿命。
主舵叶由舵杆与船体连接；尾舵叶可围绕主舵叶小角度范围内相对转动，增加舵叶的弯度，且与主舵叶由绞接配合，尾舵叶头部被主舵叶环绕包围，并由辅助舵杆与船体连接，可降低舵杆的承重，并增加了悬臂舵的稳定性。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种带鼓包前缘的可转动船舶用舵，其特征在于，所述舵包括主舵叶和尾舵叶，所述尾舵叶设置于所述主舵叶的后端，所述主舵叶包括本体以及所述本体的前端设置的多个向前凸起的鼓包前缘。
2.根据权利要求1所述的带鼓包前缘的可转动船舶用舵，其特征在于，所述舵的纵剖面形状为矩形或梯形，或所述舵的纵剖面前端轮廓线为椭圆形线或抛物线。
3.根据权利要求1所述的带鼓包前缘的可转动船舶用舵，其特征在于，所述舵的横剖面形状为翼型。
4.根据权利要求1所述的带鼓包前缘的可转动船舶用舵，其特征在于，所述主舵叶与所述尾舵叶之间设置有辅助舵杆，所述尾舵叶可转动的设置于所述辅助舵杆上。
5.根据权利要求1所述的带鼓包前缘的可转动船舶用舵，其特征在于，所述主舵叶内部设置有主舵杆，所述主舵杆用于将所述主舵叶与船体连接。
6.根据权利要求1所述的带鼓包前缘的可转动船舶用舵，其特征在于，所述多个鼓包前缘的前端轮廓线为正弦曲线。
7.根据权利要求1所述的带鼓包前缘的可转动船舶用舵，其特征在于，所述多个鼓包前缘的前端轮廓线为多个间隔设置的半圆形。
8.根据权利要求1所述的带鼓包前缘的可转动船舶用舵，其特征在于，所述多个鼓包前缘的前端轮廓线为多个间隔设置的半椭圆形。
9.根据权利要求1所述的带鼓包前缘的可转动船舶用舵，其特征在于，所述本体与所述鼓包前缘之间为曲率连续型过渡或椭圆形过渡。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112298549A (zh) * 2020-10-30 2021-02-02 北京航空航天大学 具有仿生波状前缘的倾转旋翼及倾转旋翼机
CN113353219A (zh) * 2021-06-10 2021-09-07 青岛海洋科学与技术国家实验室发展中心 自适应变面积尾舵及水下滑翔机
CN113371171A (zh) * 2021-06-18 2021-09-10 武汉理工大学 一种自适应偏转前缘的变形舵叶及偏转方法

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