CN205186501U - 一种节能船舵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种船用组件，具体说是节能船舵。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。所述舵板的上前缘向舵板后段竖向对称中心面的一侧扭转，舵板的下前缘向舵板后段竖向对称中心面的另一侧扭转。其特点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。该船舵可增加舵板横截面的拱度，提高舵板的水动力性能，有利于船舶的操纵。

Description

一种节能船舵

技术领域

本实用新型涉及一种船用组件，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。

目前使用的船舵舵板都和上述专利申请一样，均为单个的整体板结构，其横截面均呈前缘为圆弧、中部向两侧拱起、尾部为尖角的流线形。由于受到舵板整体尺寸、舵杆吊挂受力强度、使用中水流状况、操控性等的限制，舵板横截面的拱度不能设计的很大，否则会降低舵板的水动力性能，同时拱度增大会增加舵板的重量，不利于船舶的操纵。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是提供一种节能船舵，该船舵可增加舵板横截面的拱度，提高舵板的水动力性能，有利于船舶的操纵。

为解决上述为问题，采取以下技术方案：

本实用新型的节能船舵包括舵板，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。所述舵板的上前缘向舵板后段竖向对称中心面的一侧扭转，舵板的下前缘向舵板后段竖向对称中心面的另一侧扭转。其特点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。

本实用新型的进一步改进方案是所述舵板上前缘自上而下、下前缘自上而下均具有恒定的扭转角度。所述舵板上前缘、下前缘的扭转角度均小于18度。舵板的上前缘、下前缘所具有的恒定不变的扭转角度可有效改善穿过舵区域的螺旋桨的滑流，进而提升船舶螺旋桨的效率。

本实用新型的进一步改进方案是所述舵板的中部两侧均有推力鳍，所述推力鳍均靠近舵板的前缘。推力鳍能够有效回收因尾流周向诱导速度而损失的能量，具有良好的助推节能效果。

所述推力鳍的纵截面呈前缘为圆弧、中部向上下拱起、尾部为尖角的流线形，其最前端到最后端的连线呈向后上方倾斜布置，且其与水平方向的夹角角度为3~6度。推力鳍采用流线形的剖面、以及向后向上的小角度仰起，有利于适应螺旋桨的尾流，并在推力鳍尾部产生吸力，对船舶的助推效果更加明显。

所述舵板两侧的推力鳍呈一高一低布置，位于高位的推力鳍的上表面拱度大于下表面拱度，位于低位的推力鳍的上表面拱度小于下表面拱度，且两推力鳍的纵截面的最前端到最后端的连线位于同一平面内。当船舶的螺旋桨尾流以一定攻角流过推力鳍的上、下表面时，会在拱度小的一面形成压力面、在拱度大的一面形成吸力面，此时水动力合力能够进一步提升对船舶的助推效果。

所述推力鳍的外端均连接有竖向布置的制流板。位于高位的推力鳍外端的制流板上沿与该推力鳍的上表面齐平，下沿突出在该推力鳍的下方；位于低位的推力鳍外端的制流板上沿突出在该推力鳍的上方，下沿与该推力鳍的下表面齐平。制流板可消除螺旋桨尾流在推力鳍外端由压力面向吸力面翻滚的绕流，减少推力鳍外端附件产生的能量损失。

本实用新型的更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，且该舵球位于舵板上前缘和下前缘过度的位置处。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。

采取上述方案，具有以下优点：

由于本实用新型的节能船舵的舵板后端连接有尾翼，该尾翼与舵板间呈铰接配合，且尾翼上有用于与船体相连的传动机构。使用时，尾翼通过传动机构与船体相连，可起到吊挂舵板的作用，加上舵杆与船体的连接，即舵板与船体间通过两点吊挂支撑，可大大提高舵板与船体的连接强度和稳定性。因此，与背景技术相比，该船舵可增加舵板横截面的拱度，尾翼起到导流作用，可有效回收螺旋桨后端尾流的能量，提高舵板的水动力性能，提升船舶的操纵性能。另外，尾翼和传动机构可分担舵板吊挂时舵杆承受的重量，即使舵板的重量增加，舵杆依旧能保持良好的转动性，有利于船舶的操纵。

附图说明

图1是本实用新型的节能船舵的结构示意图；

图2是图1中A-A向的剖视图；

图3是舵板上前缘、下前缘在水平面的投影视图；

图4是舵板两侧的推力鳍在竖直平面内的投影视图；

图5是图2中B-B向的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述。

如图1、图2和图3所示，本实用新型的节能船舵包括舵板1，该舵板1呈竖向布置，其上端有用于与船体8呈转动配合的舵杆7。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转，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转。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8相连的传动机构。所述传动机构包括呈水平布置的套筒5，该套筒5固定在尾翼2的上端，且套筒5内有导杆6，导杆6与套筒5间呈滑动配合；所述导杆6对应舵板1的一端伸出在套筒5外，且导杆6该端连接有竖向的销轴4，使用时该销轴4与船体8间呈转动状配合。当本实用新型的节能船舵与船体8相连，且舵板1在舵杆7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6的一端绕销轴4的轴线转动，导杆6的另一端在套筒5内滑动，尾翼2将按照特定的转动角度相对舵板1转动。

从发挥该船舵的水动力性能和便于传动机构动作两方面考虑，尾翼2的后缘到其与舵板1铰接处轴线的距离应为船舵剖面总弦长（即舵板1+尾翼2）的02.~0.22倍为最佳。

使用时（图1），若本实用新型的节能船舵位于右旋螺旋桨11的后方，此时在舵板1的上部具有来自左前方的来流，舵板1的下部具有来自右前方的来流，将舵板1的上部和下部分别扭转一定角度可有效改善舵板1前缘的压力分布，推迟空泡腐蚀的出现。为此，舵板1的上前缘1A具有相对于舵板1剖面中心线从扭转轴（舵杆7轴线）朝向左前方的恒定的扭转角度；舵板1的下前缘1B具有相对于舵板1剖面中心线从扭转轴（舵杆7轴线）朝向右前方的恒定的扭曲角度。舵板1上前缘1A、下前缘1B的扭曲角度均小于18度，优选小于13度，最优选在6度至11度之间。若将本实用新型的节能船舵安装在左螺旋桨11的后方，则其舵板1上前缘1A、下前缘1B的扭转方向应与上述相反。

所述舵杆7的中心轴到舵板1前缘的距离占舵板1和尾翼2横向总长的40~55%，即舵板1前段扭曲部的横向长度占船舵剖面总弦长的40~55%。

所述舵板1的中部两侧均有推力鳍10，所述推力鳍10均靠近舵板1的前缘。

如图4和图5所示，所述推力鳍10的纵截面呈前缘为圆弧、中部向上下拱起、尾部为尖角的流线形，其最前端到最后端的连线呈向后上方倾斜布置，且其与水平方向的夹角角度为3~6度。

所述舵板1两侧的推力鳍10呈一高一低布置，位于高位的推力鳍10的上表面拱度大于下表面拱度，位于低位的推力鳍10的上表面拱度小于下表面拱度，且两推力鳍10的纵截面的最前端到最后端的连线位于同一平面内（图4）。

本实施例中，推力鳍10剖面采用非对称机翼形，该机翼的剖面厚度比为0.15，最大厚度距机翼前缘的距离为机翼弦长的0.3倍。以该船舵安装在右旋螺旋桨11的正后方为例（图1），舵板1左侧和右侧的推力鳍10向后上方的仰角β（图4）一般取3度至6度合适，推力鳍10的仰角β增大了来流攻角，增加了推力鳍10的升力，可有效提升推力鳍10的助推效果。推力鳍10的前缘有后掠角α（图2），在确保转舵时不碰坏导流管及桨叶和螺旋桨11后尾流中杂物顺利滑脱的前提下，α可取25度至45度，优选取27度至35度。理论上推力鳍10的翼展长度越大，推力鳍10的升力越大，越有利于推力鳍10的助推节能。但越接近螺旋桨11半径处螺旋桨11的螺距角不断减小及螺旋桨11后尾流的收缩，推力鳍10前缘的来流攻角不断减小，使得推力鳍10的阻力增大，反而降低了推力鳍10的助推节能效果。为此，使用时推力鳍10的翼展长度应取船体8螺旋桨11直径的0.3倍至0.4倍为宜；同时，推力鳍10根部的弦长约为船舵剖面总弦长的0.45-0.55倍。

所述推力鳍10的外端均连接有竖向布置的制流板3。位于高位的推力鳍10外端的制流板3上沿与该推力鳍10的上表面齐平，下沿突出在该推力鳍10的下方（图5）；位于低位的推力鳍10外端的制流板3上沿突出在该推力鳍10的上方，下沿与该推力鳍10的下表面齐平（与图5上下方向相反）。制流板3可阻止推力鳍10翼端涡流的产生，减少能量损失。

如图1和图2所示，所述舵板1的前段中部有舵球9，该舵球9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，且该舵球9位于舵板1上前缘1A和下前缘1B过度的位置处。安装时，舵球9的回转轴线应当与船体8的螺旋桨11轴线重合，为有效消除桨毂12尾涡，吸收尾涡损失的能量，舵球9的最大回转直径应略大于螺旋桨11的桨毂12直径。

CFD仿真计算、船模试验及部分实船使用情况表明：本实用新型的节能船舵在正确使用情况下，具有4%-8%的节能效果，是一款优秀的水动力节能装置；且可以推迟空泡腐蚀，有效延长舵系使用寿命；提升舵系的水动力性能，改善船舶的操纵性和航向稳定性。

Claims (9)

1.一种节能船舵，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（7）；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转，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转；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。

2.如权利要求1所述的节能船舵，其特征在于所述舵板（1）上前缘（1A）自上而下、下前缘（1B）自上而下均具有恒定的扭转角度。

3.如权利要求2所述的节能船舵，其特征在于所述舵板（1）上前缘（1A）、下前缘（1B）的扭转角度均小于18度。

4.如权利要求1所述的节能船舵，其特征在于所述舵板（1）的中部两侧均有推力鳍（10），所述推力鳍（10）均靠近舵板（1）的前缘。

5.如权利要求4所述的节能船舵，其特征在于所述推力鳍（10）的纵截面呈前缘为圆弧、中部向上下拱起、尾部为尖角的流线形，其最前端到最后端的连线呈向后上方倾斜布置，且其与水平方向的夹角角度为3~6度。

6.如权利要求5所述的节能船舵，其特征在于所述舵板（1）两侧的推力鳍（10）呈一高一低布置，位于高位的推力鳍（10）的上表面拱度大于下表面拱度，位于低位的推力鳍（10）的上表面拱度小于下表面拱度，且两推力鳍（10）的纵截面的最前端到最后端的连线位于同一平面内。

7.如权利要求6所述的节能船舵，其特征在于所述推力鳍（10）的外端均连接有竖向布置的制流板（3）。

8.如权利要求7所述的节能船舵，其特征在于位于高位的推力鳍（10）外端的制流板（3）上沿与该推力鳍（10）的上表面齐平，下沿突出在该推力鳍（10）的下方；位于低位的推力鳍（10）外端的制流板（3）上沿突出在该推力鳍（10）的上方，下沿与该推力鳍（10）的下表面齐平。

9.如权利要求1至8中任一项所述的节能船舵，其特征在于所述舵板（1）的前段中部有舵球（9），该舵球（9）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，且该舵球（9）位于舵板（1）上前缘（1A）和下前缘（1B）过度的位置处。