CN115052810A - 转向装置及具有其的船舶 - Google Patents

Abstract

根据本发明一实施例的转向装置，其特征在于，包括：舵，与螺旋桨相邻配置；舵球，设置于所述舵；以及引导部，从所述舵球沿上下方向分别延伸，并结合于所述舵球中从所述舵的前缘凸出的部分，以引导流体的流动。

Description

转向装置及具有其的船舶

技术领域

本发明涉及一种转向装置及具有其的船舶。

背景技术

通常，在大型船舶的情况下，使用利用附接于船体的后尾的螺旋桨旋转时产生的流体的流动来前进的方式。此时，在螺旋桨的后方附接有舵，随着舵左右旋转，能够调整流体的流动方向，从而改变航行方向。

如上所述，为了通过螺旋桨的旋转达到一定速度，需要使用柴油等油来驱动发动机，在这种情况下，消耗大量的油并排出温室气体，因此造成环境破坏等问题。

因此，近年来，进行了通过减少船舶推进时消耗的能量来减少燃料使用量的各种努力。尤其，IMO在2010年讨论了船舶运航期间减少温室气体的方案，并正在进行关于确定燃料消耗率的标准和方向的讨论。

随着航运公司也加入这种活动，航运公司开始对能够减轻油成本负担的燃料节约型船舶产生兴趣。为响应这种航运公司的需求，船舶制造商一直在不断地研究和开发能够减少燃料消耗量且减少温室气体排出的燃料节约技术。

作为燃料节约技术的一例，通过改善船舶的后尾、螺旋桨、舵等的形状或附接额外的附件来提高推进效率的同时节约燃料的节能附加装置(ESD：Energy Saving Device)得到了较大的关注，这种节能附加装置已经在大量的船舶中应用和使用。

然而，在现有技术中使用的舵球(Bulb)可能会导致阻力增加，因此在提高转向性能或提高推进效率方面存在限制，因而需要改进。

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是为了解决上述现有技术的问题而做出的，本发明的目的在于提供一种转向装置及具有其的船舶，其具有舵球，能够在降低阻力的同时确保桨毂涡流(Hub Vortex)降低效果。

解决课题的技术方案

根据本发明一实施例的转向装置，其特征在于，包括：舵，与螺旋桨相邻配置；舵球，设置于所述舵；以及引导部，从所述舵球沿上下方向分别延伸，并结合于所述舵球中从所述舵的前缘凸出的部分，以引导流体的流动。

根据本发明另一实施例的船舶，其特征在于，包括所述转向装置。

具体而言，所述引导部可以包括：第一延伸构件，朝上部方向延伸；以及第二延伸构件，朝下部方向延伸。

具体而言，所述第一延伸构件和所述第二延伸构件的至少一面可以竖直形成。

具体而言，所述第一延伸构件和所述第二延伸构件的至少一面可以具有倾斜。

具体而言，所述第一延伸构件和所述第二延伸构件的截面积可以随着从所述舵球靠近端部而减小。

具体而言，所述第一延伸构件和所述第二延伸构件可以形成为左右非对称。

具体而言，所述舵的前缘可以与所述螺旋桨的轴在左右方向上并排且竖直形成。

具体而言，所述引导部可以通过倒圆处理两个平板的接触点而成，以省略曲面加工。

发明效果

本发明的转向装置及具有其的船舶通过减小桨毂涡流的旋转能量，能够改善舵流入流的直线度，能够通过形态相对简单的附件即引导部来改善作用于舵的流体力的附加，通过减小舵的阻力，能够改善推进效率和结构稳定性。

附图说明

图1是示出本发明第一实施例的转向装置的图。

图2是示出本发明第二实施例的转向装置的图。

图3是示出本发明第三实施例的转向装置的图。

图4是示出本发明第四实施例的转向装置的图。

图5是示出本发明第五实施例的转向装置的图。

图6a是示出本发明第六实施例的转向装置的正面的图。

图6b是详细示出本发明第六实施例的转向装置的一侧的图。

图6c是详细示出本发明第六实施例的转向装置的另一侧的图。

图6d是示出本发明第六实施例的转向装置的侧面的图。

图7是将现有技术和设置有本发明第六实施例的转向装置的船舶的左舷一部分比较示出的图。

图8是将现有技术和设置有本发明第六实施例的转向装置的船舶的右舷一部分比较示出的图。

图9是将运行现有技术和设置有本发明第六实施例的转向装置的船舶所需的传递马力的改善程度进行比较的图。

图10是为了比较仅设置有舵球的船舶和设置有本发明实施例的引导部的船舶而示出的图。

图11是示出图10的另一视图的图。

图12是比较示出图10所示的船舶的CFD分析结果的图。

图13是比较示出图10所示的船舶的模型测试结果的图。

图14是比较示出图10中公开的船舶的分析结果的图。

图15是示出比较图10的另一模型船舶的图。

图16和图17是比较图15中公开的船舶的改善程度的图。

图18是示出本发明实施例的船舶中曲面加工变形的不同的形态的图。

图19是示出与图18不同形式的船舶的图。

图20是用于说明本发明实施例的船舶中引导部的规格的图。

具体实施方式

本发明的目的、特定优点以及新颖特征可以通过以下结合附图的详细说明和优选实施例而变得更加清楚。在本说明书中对各个附图的构成要素添加附图标记时，应当注意，即使在不同的附图中表示，对相同的构成要素，也尽可能地赋予相同的附图标记。另外，在说明本发明时，若判断为对相关的公知技术的具体说明可能会干扰本发明的主旨，则省略其详细说明。

以下，参照附图，详细说明本发明的优选实施例。

图1是示出本发明第一实施例的转向装置的图，图2是示出本发明第二实施例的转向装置的图，图3是示出本发明第三实施例的转向装置的图，图4是示出本发明第四实施例的转向装置的图，图5是示出本发明第五实施例的转向装置的图，图6是示出本发明第六实施例的转向装置的图。

此外，图7和图8是将现有技术和设置有本发明第六实施例的转向装置的船舶比较示出的图，图9是将运行现有技术和设置有本发明第六实施例的转向装置的船舶所需的传递马力的改善程度进行比较的图。

另外，图10和图11是为了比较仅设置有舵球的船舶和设置有本发明实施例的引导部的船舶而示出的图，图12至图14是示出比较图10所示的船舶的数据的图。

此外，图15是示出比较图10的另一模型船舶的图，图16和图17是比较图15中公开的船舶的改善程度的图。

另外，图18是示出本发明实施例的船舶中曲面加工变形的不同的形态的图，图19是示出与图18不同形式的船舶的图。

图20是用于说明本发明实施例的船舶中引导部的规格的图。

参照图1至图20，本发明一实施例的船舶10可以包括发动机系统(未图示)和转向装置100等。

此外，转向装置100可以包括舵110、舵球120以及引导部130，为了便于说明和理解，可以以图为基准将方向表示为左侧和右侧等，但是不限于此。

此外，如后所述，第一实施例至第六实施例可以具有各种变形例，例如根据实施例而应用相同的技术或应用不同的技术或能够进行组合，因此需要注意的是，即使具有相同名称的构成要素使用相同的附图标记，也不限定为特定实施例。

舵110可以与螺旋桨(未标记)相邻配置，可以连接于船体的角或尾鳍，舵轴(未图示)可以插入到所述舵110。此时，舵轴可以沿上下竖直方向形成，在舵110的前端可以形成有前缘101，在后端可以形成有后缘102。

与扭舵(Twist Rudder)不同地，在本实施例的舵110中，前缘101和后缘102可以连续设置。例如，舵110的前缘101可以与螺旋桨的轴在左右方向上并排且竖直形成。

不过，前缘101沿上下方向竖直形成并且可以具有以前后方向为基准从上部到下部的倾斜，因而可以是随着从上端靠近下端而向后方倾斜的形态。

此外，后缘102沿上下竖直方向形成，其可以是与水线面垂直的线。当然，本实施例并非旨在如上所述地限定前缘101和后缘102，相反，可以是前缘101与水线面垂直且后缘102倾斜的形态。

此外，舵110的截面可以是作为前端的前缘101为曲面，作为后端的后缘102为尖尖的形态，具体而言可以是机翼形态。另外，舵110的截面可以是随着从上部靠近下部而面积减小的形态。此时，截面减小的比率可以是恒定的，随着靠近下部，左右宽度和前后宽度可以以后缘102为基准减小。

舵球120可以设置于舵110，例如，在舵110的前端凸出。舵球120可以具有以舵110的前缘101为基准向前方凸出一定长度且在前缘101的后方向舵110的左右凸出的形态。

引导部130可以从舵球120沿上下方向分别延伸，可以结合于舵球120中从舵110的前缘101凸出的部分，以引导流体的流动。

在此，引导部130可以包括第一延伸构件131和第二延伸构件132。

第一延伸构件131可以朝上部方向延伸，第二延伸构件132可以朝下部方向延伸。

例如，如图1、图3以及图5所示，在第一延伸构件131和第二延伸构件132中，至少一面可以竖直形成。

在此，如图1和图3所示，第一延伸构件131和第二延伸构件132中的每一个延伸构件可以形成为左右侧(以附图为基准)平行，可以具有板形状，如图1所示，可以具有从舵球120的中心朝上部或朝下部竖直延伸的形态。或者，如图3所示，可以具有分别从舵球120的左侧(以附图为基准)或右侧(以附图为基准)朝上部方向或下部方向竖直延伸的形态。

另外，如图5所示，第一延伸构件131和第二延伸构件132可以分别具有在内部形成中空的立体结构，左侧或右侧竖直形成，与其相对的右侧或左侧可以具有倾斜。

如图5所示，第一延伸构件131的左侧可以从舵球120的上部中心竖直延伸，第一延伸构件131的右侧可以具有倾斜，从而设置成从舵球120的右侧端部延伸至第一延伸构件131的左侧端部的形态，因而可以具有第一延伸构件131的截面积从舵球120朝上部逐渐减小的结构。此时，第二延伸构件132的右侧可以从舵球120的下部中心竖直延伸，第二延伸构件132的左侧可以具有从舵球120的左侧端部延伸至第二延伸构件132的右侧端部的形态。

此外，参照图2、图4以及图6，第一延伸构件131和第二延伸构件132也可以具有整体倾斜的形态。

如图2和图6所示，第一延伸构件131以图为基准从舵球120的中心偏向右侧方向，第二延伸构件132形成为以图为基准偏向左侧方向的形态，可以如图2所示具有板结构，也可以如图6所示具有立体结构。进一步地，如图6所示，与第五实施例相同/类似地，第一延伸构件131和第二延伸构件132中的每一个延伸构件可以具有截面积随着靠近端部而减小的立体结构。只是，图6a的实施例示出了第一延伸构件131和第二延伸构件132中的每一个延伸构件的端部设置成从舵110的左右侧朝内侧方向隔开，但是，优选地，第一延伸构件131的右侧沿舵110右侧线设置，第二延伸构件132的左侧沿舵110左侧线设置，从而能够更容易地引导海水的流动。

此外，本实施例的第一延伸构件131和第二延伸构件132可以形成为如图2的第二实施例等那样左右非对称。

如上所述，在第一实施例至第六实施例中，可以根据实施例应用重复的技术(第二实施例和第四实施例均为倾斜的结构)，或者可以应用至少一部分不同的技术(第一实施例为竖直，第二实施例为倾斜，第二实施例和第四实施例的倾斜方向不同等)，这是各个实施例考虑到螺旋桨的结构、运转等螺旋桨下游的流动，从而考虑能够在各种结构的螺旋桨中的每一个螺旋桨最优地实现的实施例(例如，由螺旋桨旋转引起的桨毂涡流，在右旋转螺旋桨的情况下，在以螺旋桨轴为基准的上部从左舷流入到右舷方向)。

此外，如下所述，可以通过实验数据看出，所述实施例中的第六实施例与现有技术存在差异，其如图7至图9所示。

首先，参照图7和图8，与图7的A和图8的A的现有技术不同地，本实施例的图7的B和图8的B设置有引导部130，因而如参照图7和图8的圆和箭头的宽度可知，桨毂涡流的区域减小，从而可以提高直线度。

另外，参照图9，与没有引导部130而仅设置有舵球120的现有技术(existing)(表示为A)相比，如本实施例(表示为B)所示，在附加引导部130的情况下，在阻力R、推力T、扭矩Q等方面均确保了改善效果，可以看出与现有技术相比，最终改善了运行船舶所需的传递马力(以自航(Self-Propulsion)、契约速度为基准验证)。

在此，需要注意的是，图9的数值是为了进行比较而将现有技术设定为100％，并且按比例表示了本实施例的数值。

此外，下面将参照图10至图17进行说明。

在此，需要注意的是，在图10和图11中公开的船舶可以是例如低速油轮(Tanker)，应用与其对应的模型船和模型螺旋桨来进行了测试，测试和分析种类使用了自航(Self-Propulsion)和设计速度，验证方法由CFD和模型测试组成。

对其分析的数据，如图12(CFD分析结果)和图13(模型测试结果)所示，可以看出，与图10和图11的(A)中仅设置有舵球的船舶相比，如图10和图11的(B)、(C)那样设置有引导部130的船舶中传递马力(power)得到了改善。

此外，如图14所示，可以看出，与表示为(A)的仅设置有舵球的船舶相比，表示为(B)的公开了引导部130的船舶的传递马力(power)和etaD(推进效率)均得到了改善。

另外，如图15公开的那样，需要注意的是，在对与图10公开的船舶不同的船种/模型船舶应用其他形态的螺旋桨的情况下，与前述的测试相同/类似地，使用了自航(Self-Propulsion)并使用了设计速度，验证方法由模型测试组成。

此时，图15的(A)是设置有舵球且省略引导部的船舶，图15的(B)是在舵球附加引导部的船舶，参照比较这两种船舶的图16和图17，可以看出，在设置有引导部的船舶中传递马力(power)和etaD(推进效率)均得到了改善。

此外，参照图18(可以是Symmetric Rudder Type：对称舵型)和图19(可以是Asymmetric Rudder Type：非对称舵型)，引导部130可以具有省略曲面加工的结构，例如，与图18和图19的(A)相比，如图18和图19的(B)所示，可以通过两个平板和接触点倒圆处理来形成引导部，从而通过最小化曲面加工来提高生产性并简化质量检查。

关于此参照图20，与对称舵型和非对称舵型无关地，引导部130可以制作成两个平板在舵球120上部和下端分别接触的结构，此时，两个平板相交的切线可以被倒圆处理。

以舵球120中央为中心，这种引导部130的高度(Height)可以是舵球120的长度(Bulb length)的30％～50％，引导部130的倾斜度可以从设定高度向下方倾斜20度～55度，引导部130切线的曲率可以是

如上所述，本实施例通过减小桨毂涡流的旋转能量，能够改善舵流入流的直线度，能够通过形态相对简单的附件即引导部130来改善作用于舵110的流体力的附加，通过减小舵110的阻力，改善推进效率和结构稳定性，涡流强度可以通过设置于舵110的球形状的舵球120被一次衰减，并且可以实现基于引导部130的二次衰减。

显然，本发明不限于上述的实施例，本发明可以包括所述实施例的组合或组合所述实施例中的至少一种和公知技术的又一实施例。

以上，通过具体实施例详细说明了本发明，但这仅是用于具体说明本发明，本发明不限于此，显然本领域普通技术人员可以在本发明的技术思想范围内进行变形或修改。

本发明的简单变形以及变更均属于本发明领域，通过所附权利要求书，本发明的具体保护范围将变得更加清楚。

Claims (9)

1.一种转向装置，其特征在于，包括：

舵，与螺旋桨相邻配置；

舵球，设置于所述舵；以及

引导部，从所述舵球沿上下方向分别延伸，并结合于所述舵球中从所述舵的前缘凸出的部分，以引导流体的流动。

2.根据权利要求1所述的转向装置，其特征在于，

所述引导部包括：

第一延伸构件，朝上部方向延伸；以及

第二延伸构件，朝下部方向延伸。

3.根据权利要求2所述的转向装置，其特征在于，

所述第一延伸构件和所述第二延伸构件的至少一面竖直形成。

4.根据权利要求2所述的转向装置，其特征在于，

所述第一延伸构件和所述第二延伸构件的至少一面具有倾斜。

5.根据权利要求2所述的转向装置，其特征在于，

所述第一延伸构件和所述第二延伸构件的截面积随着从所述舵球靠近端部而减小。

6.根据权利要求2所述的转向装置，其特征在于，

所述第一延伸构件和所述第二延伸构件形成为左右非对称。

7.根据权利要求1所述的转向装置，其特征在于，

所述舵的前缘与所述螺旋桨的轴在左右方向上并排且竖直形成。

8.根据权利要求1所述的转向装置，其特征在于，

所述引导部通过倒圆处理两个平板的接触点而成，以省略曲面加工。

9.一种船舶，包括权利要求1至8中任一项所述的所述转向装置。

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