CN111516848B - 船舵稳定节能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了船舵稳定节能系统，涉及船舶技术领域。具体包括船舵稳定导流体单元、船舵尾翼稳定单元、船舵下弧线节能单元、船舵上梯线节能单元、船舵控制节能单元组成。所述船舵导流体稳定单元包括方向板导流体和水平轴系导流体；所述船舵尾翼稳定单元包括菱形体尾翼和复合联结面；所述船舵方向板下弧线节能单元包括下弧线顶点的垂直高度位置；所述船舵方向板上梯线节能单元包括梯形的垂直高度位置和梯形的腰；所述船舵控制节能单元为下弧线水平位置与上梯梯台顶点位置，两点连线构成的扭力黄金中心线。本发明降低船舵抖动，提高船舵稳定性，降低船舵流动阻力和控制扭力，增强船舵精确度、指向性、反应速度和轴系使用寿命。

Description

船舵稳定节能系统

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及船舵稳定节能系统。

背景技术

船舶依靠高速持续旋转的螺旋桨叶片划水，带来水平主要推力，船舶通过操作船舵的偏转控制航行方向。螺旋桨划水时，除了水平推力，还衍生以螺旋桨为涡心的有害漩涡，漩涡以螺旋桨水平轴中心为中心向外和远端，横向和纵向流力都不均匀分散，漩涡流力随着螺旋桨转速而实时变化，当漩涡流力作用到船舵方向板侧面受阻时，船舵方向板侧面受力不平衡，产生船舵方向板的上下和左右持续抖动，漩涡流力越大和流力的变量越大船舵方向板抖动越明显，持续抖动降低了船舵的稳定性。船舶在行进中船舵前后水压的急剧变化，还形成一个紧贴着船舵尾部的持续扫尾扰流和水花，反向作用使船舵方向板不规则摆动，船舶前进速度增加与船舵偏转角度变大反向作用力越大，持续扰流和水花降低了船舵的稳定性。船舵的稳定性下降使得控制船舵的力矩增大和产生新的水流扰动，船舵运行流动阻力增加，船舵的方向控制精确度、指向性、反应速度下降，船舵轴系易损。同时，控制船舵的扭力越大和船舵阻力越大，能量损耗越大，船舵使用寿命也越短。因此，本发明旨在对现有船舵稳定节能的不足进行改进，以更好地满足实际需要。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供船舵稳定节能系统，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

船舵稳定节能系统，包括船舵稳定导流体单元、船舵尾翼稳定单元、船舵下弧线节能单元、船舵上梯线节能单元、船舵控制节能单元组成。所述船舵导流体稳定单元包括方向板导流体和水平轴系导流体。所述船舵尾翼稳定单元包括菱形体尾翼和复合联结面。所述船舵方向板下弧线节能单元包括下弧线顶点的垂直高度位置和水平左右位置。所述船舵方向板上梯线节能单元包括梯形的垂直高度位置和梯形的腰。所述船舵控制节能单元为船舵垂直轴系的扭矩中心线位置。

本发明中，所述方向板导流体为圆形、椭圆形的圆形柱、圆筒、圆锥，实心或空心，椭圆形时水平方向直径大，一端为球形面封闭，另外一端与方向板焊接、粘接、铆接、热熔胶于一体。

本发明中，所述水平轴系导流体为圆形柱、圆筒、圆锥，实心或空心，直径与方向板导流体圆形柱、筒直径相同，与方向板导流体椭圆形柱、筒最小直径相同，不大于螺旋桨水平轴系直径，一端为球形面封闭，另一端与水平轴系扣联结、卡联结、螺纹联结等可拆卸方式联结，与水平轴系一端的螺旋桨防脱紧固螺母紧密结合，与防脱紧固螺母的过渡带用密封圈、密封套、膨化剂、塑化剂喷涂与打磨，形成线性光滑表面。

本发明中，所述方向板导流体和水平轴系导流体组合，为全部或单独圆柱、圆筒、圆锥形时，导流体直径从水平轴系导流体一侧向方向板导流体一侧呈均匀、连续、相等或缩小的线性状或阶梯线性状。

本发明中，所述方向板导流体和水平轴系导流体组合，在船舵0度时两者轴心与螺旋桨轴系轴心重合，在保证船舵自由偏转的前提下相邻距离无限接近为0，水平轴系导流体无限接近方向板，采用塑料、塑钢、玻璃钢、玻璃纤维、铝、钢、铁、合金或复合材料制成，可以是相同材质和不同材质。

本发明中，所述尾翼稳定单元，菱形体尾翼为竖直状封闭式菱形体，实心或空心，上下端面在方向板上下端面的延长面上，可以与方向板侧面一次加工成型为一体，也可以在原方向板末端加装菱形体尾翼，采用焊接、铆接等联结方式形成复合联结面于一体，与方向板同材质，复合联结面进行抛光平滑、防腐处理。

本发明中，所述方向板下弧线顶点的垂直高度位置与水平轴系直径存在运行阻力大小不同的关系，当下弧线顶点的垂直高度在0.1～0.3水平轴系直径范围时，为阻力小的最佳位置，类比，所述船舵方向板上梯线的垂直高度近似在0.1～0.3水平轴系直径范围时，为阻力小的最佳位置。

本发明中，所述下弧线顶点的水平位置与方向板底线长度存在船舵方向板控制扭力大小关联，当下弧线顶点的水平位置居于0.250～0.375方向板底线长度范围时，为方向板垂直轴系扭力小的最佳位置，类比，所述船舵方向板上梯线上底的水平位置居于0.250～0.375方向板上梯线长度范围时，为扭力小的最佳位置。

本发明中，所述船舵方向板上梯线梯形腰，为上梯线上底的水平扭力小最佳位置的两点为梯形上底顶点位置，以船舵方向板上梯线阻力小的最佳垂直高度为高，向方向板两端边界的两条连线。

本发明中，所述船舵控制轴系的扭力黄金中心线位置，由经过船舵方向板上梯线上底最佳位置与下底弧线最佳位置两点，画一条直线构成。

有益效果：本发明所述的船舵稳定节能系统，通过方向板导流体和水平轴系导流体使得有害的漩涡涡心向方向板侧稳定前移，且无限靠近方向板，降低漩涡对方向板的不均匀作用力，通过菱形体尾翼和复合联结面减少方向板扫尾扰流和水花的反向作用力，从而提高船舵的稳定性和方向控制精确度、指向性、反应速度，提高船舵轴系的使用寿命。同时，通过设置方向板下弧线顶点垂直高度的最小阻力位置和方向板上梯线垂直高度和腰的最小阻力位置获得方向板流力小阻力，通过设置方向板下弧线顶点垂直轴系水平扭矩最小位置、方向板梯线上底垂直轴系水平扭矩最小位置，获得船舵垂直轴系扭矩中心线最小扭力位置，从而让船舵控制能量减少、节能。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明装有菱形体尾翼的水流导向示意图；

图3为本发明的船舵节能比较的折线示意图；

图4为本发明的船舵控制扭力比较的折线示意图。

图中：0、船舵方向板；1a方向板导流体；1b、水平轴系导流体；1c、过渡环；2a、菱形体尾翼；2b、复合联结面；3、方向板下弧线；3a、方向板下弧线顶点高；3b、方向板下弧线垂直轴系扭力点；4、方向板上梯形线；4a、方向板上梯形线高；4b、方向板上梯形线垂直轴系扭力点；4c、方向板上梯形线腰；4d、方向板上梯形线腰；5、垂直方向轴系；5a、方向板扭矩中心线；6、水平轴系；6a、螺旋桨；6b、防脱紧固螺母、6c、水平轴系直径。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见附图1和图2所示的船舵稳定节能系统的较佳实施例，所述方向板0的一侧外壁焊接有圆柱形、空心、封闭、不锈钢材质的方向板导流体1a，方向板导流体1a右端为球面，圆柱形、实心、塑料材质的水平轴系导流体1b设置于水平轴系6的一端，与方向板导流体1a球面相邻的水平轴系导流体1b一端同为球面，水平轴系导流体1b另一端与防脱紧固螺母6b依靠塑料过渡环1c紧密结合，结合处喷涂塑化剂并打磨成光滑表面，方向板导流体1a与水平轴系导流体1b直径相同，与水平轴系轴直径6c相等同为D，在船舵0度时方向板导流体1a与水平轴系导流体1b两者轴心与螺旋桨轴系轴心重合，在保证方向板1a自由偏转的前提下，水平轴系导流体1b与方向板导流体1a相邻距离无限接近为0，水平轴系导流体1b无限接近方向板0，从而使以螺旋桨6a产生的漩涡涡心向方向板0前移并无限接近，降低漩涡对方向板0不均匀作用力，减少方向板的抖动，提高方向板稳定性，从而提高船舵的稳定性和方向控制精确度、指向性、反应速度，提高船舵轴系的使用寿命。所述菱形体尾翼2a焊接在方向板0末端，产生复合联结面ab，菱形体尾翼2a为封闭的空心菱形体，材质与方向板0为同型号的不锈钢板，复合联结面2b进行抛光平滑、防腐处理，菱形体尾翼2a上下端面在方向板0上下端面的延长面上，从而减少方向板扫尾扰流和水花的反向作用力，提高方向板的稳定性，进而提高船舵的稳定性和方向控制精确度、指向性、反应速度，提高船舵轴系的使用寿命。

为了提高船舵的节能，需要减小船舵方向板0的流动阻力和提高船舵垂直方向轴系5的控制扭力有效性，如图1所示，所述方向板下弧线3设置于方向板0底部，减小方向板0底部流动阻力，类比应用设置方向板0顶部的梯台，梯台上梯形线4设置于方向板0顶部，方向板上梯形线4使得水流可以顺着方向板顶部4c、4d两侧表面呈扇形分流，减小方向板0顶部流动阻力，提高船舵垂直方向轴系5的控制扭力有效性，即确定船舵垂直方向轴系5在船舵方向板扭矩中心线5a居于方向板0的最佳位置。

如图3所示，所述水平轴系6的直径设为D(6c)，方向板下弧线3垂直高度设为d1(3a),当d1＝0.1～0.3D时，为最小阻力范围，方向板下弧线3产生的节能比较效果为4.81％～4.85％，水平轴系6直径与方向板下弧线3垂直高度存在节能的具体关联，类比应用到方向板0的顶部梯台上梯形线4的最佳近似垂直高度为d2(4a)，当方向板下弧线3垂直高度和方向板上梯形线4垂直高度在d2(4a)0.1～0.3D之间时。方向板0上下的改进共同作用，船舵垂直轴系5扭力节能在4.80％～4.85％*(1-2)之间，降低了船舵方向板0流动阻力，提高了船舵的节能性。

如图4所示，所述方向板下弧线垂直轴系扭力点3b距离设为L1a，方向板0底线距离设为L1，当L1a在0.250～0.375L1时，为方向板下弧线垂直轴系扭力的最小范围，船舵垂直轴系5扭力比较结果在5％～10％之间，方向板下弧线垂直轴系扭力点3b距离L1a与方向板0底线距离L1之间存在船舵控制扭力节能的关联，类比应用到方向板0顶部梯台上梯形线4的梯台垂直轴系扭力点4b距离L2a，当方向板下弧线3顶点位置和方向板上梯形线4梯台顶点位置在0.250～0.375L1、L2之间时，船舵垂直轴系5在方向板扭矩中心线5a时，扭力比较效果为5％～10％/(1-2)之间，降低了船舵方向板垂直轴系5控制扭力，提高了船舵的节能性，提高船舵轴系的使用寿命。方向板下弧线3中心线最佳位置距离L1a(3b)与方向板上梯线4的梯台最佳位置距离L2a(4b)，经过两点位置的直线为方向板扭矩中心线5a。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.船舵稳定节能系统，包括船舵稳定导流体单元、船舵尾翼稳定单元和船舵下弧线节能单元、船舵上梯线节能单元、船舵控制节能单元；船舵导流体稳定单元包括方向板和水平轴系导流体，方向板一侧外壁焊接有方向板导流体；船舵尾翼稳定单元包括菱形体尾翼和复合联结面，船舵下弧线节能单元包括下弧线顶点的垂直高度位置和水平左右位置，船舵上梯线节能单元包括梯形的垂直高度位置和梯形的腰，船舵控制节能单元为船舵控制轴系的扭力黄金中心线位置；所述方向板下弧线顶点的垂直高度位置与水平轴系直径存在运行阻力大小不同的关系，下弧线顶点的垂直高度在0.1～0.3水平轴系直径范围，为阻力小的最佳位置，所述船舵方向板上梯线的垂直高度在0.1～0.3水平轴系直径范围，为阻力小的最佳位置；菱形体尾翼为竖直状封闭式菱形体，实心或空心，上下端面在方向板上下端面的延长面上；

所述方向板下弧线顶点的垂直高度位置与水平轴系直径存在运行阻力大小不同的关系，下弧线顶点的垂直高度在0.1～0.3水平轴系直径范围，为阻力小的最佳位置，所述船舵方向板上梯线的垂直高度在0.1～0.3水平轴系直径范围，为阻力小的最佳位置。

2.根据权利要求1所述的船舵稳定节能系统，其特征在于，所述方向板导流体为圆形、椭圆形的圆形柱、圆筒、圆锥，实心或空心，椭圆形时水平方向直径大，一端为球形面封闭，另外一端与方向板焊接、粘接、铆接、热熔胶于一体。

3.根据权利要求1所述的船舵稳定节能系统，其特征在于，所述水平轴系导流体为圆形柱、圆筒、圆锥，实心或空心，直径与方向板导流体圆形柱、筒直径相同，与方向板导流体椭圆形柱、筒最小直径相同，不大于螺旋桨水平轴系直径，一端为球形面封闭，另一端与水平轴系扣联结、卡联结或螺纹连接，与水平轴系一端的螺旋桨防脱紧固螺母紧密结合，与防脱紧固螺母的过渡带用密封圈、密封套、膨化剂、塑化剂喷涂与打磨，形成线性光滑表面。

4.根据权利要求1所述的船舵稳定节能系统，其特征在于，所述方向板导流体和水平轴系导流体组合，为全部或单独圆柱、圆筒、圆锥形时，导流体直径从水平轴系导流体一侧向方向板导流体一侧呈均匀、连续、相等或缩小的线性状或阶梯线性状。

5.根据权利要求1所述的船舵稳定节能系统，其特征在于，所述方向板导流体和水平轴系导流体组合，在船舵0度时两者轴心与螺旋桨轴系轴心重合，在保证船舵自由偏转的前提下相邻距离无限接近为0，水平轴系导流体无限接近方向板，采用玻璃纤维、铝、钢、铁、合金或复合材料制成，复合材料包括塑料、塑钢和玻璃钢。

6.根据权利要求1所述的船舵稳定节能系统，其特征在于，所述尾翼稳定单元与方向板侧面一次加工成型为一体，或在原方向板末端加装菱形体尾翼，采用焊接、铆接形成复合联结面于一体，与方向板同材质，复合联结面进行抛光平滑、防腐处理。

7.根据权利要求1所述的船舵稳定节能系统，其特征在于，所述下弧线顶点的水平位置与方向板底线长度存在船舵方向板控制扭力大小关联，下弧线顶点的水平位置居于0.250～0.375方向板底线长度范围，为方向板垂直轴系扭力小的最佳位置，所述船舵方向板上梯线上底的水平位置居于0.250～0.375方向板上梯线长度范围，为扭力小的最佳位置。

8.根据权利要求1所述的船舵稳定节能系统，其特征在于，所述船舵方向板上梯线梯形腰，为上梯线上底的水平扭力小最佳位置的两点为梯形上底顶点位置，以船舵方向板上梯线阻力小的最佳垂直高度为高，向方向板两端边界的两条连线。

9.根据权利要求1所述的船舵稳定节能系统，其特征在于，所述船舵垂直轴系的控制扭力中心线最佳位置，由经过船舵方向板上梯线上底最佳位置与下底弧线最佳位置两点，画一条直线构成。

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