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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Ruder für
Schiffe, insbesondere auf ein Schiffsruder mit asymmetrischem Querschnitt,
der in spannweitiger Richtung des Ruders mit einer schrägen oder
gebogenen Linie variiert, für Anströmkanten- oder
Hinterkantenabschnitte.
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Beschreibung der verwandten
Technik
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Im
Allgemeinen befinden sich Schiffsruder hinter dem Propeller eines
Schiffs, um die Bewegungsrichtung des Schiffs zu steuern. In diesem
Fall unterliegen die Ruder propellerinduzierten Geschwindigkeiten
und propellerinduzierten Strömungswinkeln, die entlang
der Ruderspannweite variieren. Die induzierte Strömung
erzeugt unterschiedlichen Druck auf der rechten und linken Seite
des Ruders gemäß oberen und unteren Positionen
auf einer Achse des Propellers. Wenn man das Ruder von der Sicht
hinter dem Schiff aus betrachtet, erzeugt ein rechtsdrehender Propeller
eine Druckverteilung auf der Ruderoberfläche, so dass eine
Druckseite an einem linken oberen Abschnitt und einem rechten unteren
Abschnitt des Ruders erzeugt wird, und eine Sogseite an einem rechten
oberen Abschnitt und einem linken unteren Abschnitt davon erzeugt
wird. Demgemäß verursacht, wenn sich ein Ruder
mit symmetrischem Querschnitt hinter einem Hochgeschwindigkeits(20
Knoten oder mehr) oder hochbelasteten Propeller eines Schiffs befindet,
die Sogdruckspitze auf der Oberfläche des Ruders, wo die Sogseite
erzeugt wird, eine Kavitation. Um die Kavitation auf der Ruderoberfläche
zu unterdrücken, wurden asymmetrische Ruder entwickelt,
die Anströmkantenabschnitte aufweisen, d. h. Vorderteile
der oberen und unteren Blätter der Ruder auf der Achse des
Propellers, oder Hinterkantenabschnitte, d. h. hintere Teile der
oberen und unteren Blätter, die so verdreht sind, dass
sie entlang der ge samten Spannweite Profile aufweisen, die mit der
propellerinduzierten Strömung in das Ruder ausgerichtet
sind. Mit anderen Worten sind, wenn man das Ruder von der Sicht
hinter dem Schiff aus betrachtet, wobei sich der Propeller nach
rechts tun das Ruder dreht, die Anströmkantenabschnitte
der oberen und unteren Blätter eines solchen herkömmlichen
asymmetrischen Ruders auf der Achse des Propellers zu der Backbord-
bzw. der Steuerbord-Seite hin verdreht, oder die Hinterkantenabschnitte
der oberen und unteren Blätter sind zu der Steuerbord-
bzw. der Backbord-Seite hin verdreht. Bei dieser Struktur sind die Anström-
oder Hinterkantenabschnitte des Ruders asymmetrisch auf der Achse
des Propellers angebracht. Folglich ist es möglich, den
oberen Sogdruckbereich entlang den Anströmkantenabschnitten
des Ruders, der normalerweise die Kavitation auf der Ruderoberfläche
verursacht, zu verkleinern, wodurch die Probleme der herkömmlichen
symmetrischen Ruder gelöst werden.
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Da
die Anström- oder Hinterkantenabschnitte der oberen und
unteren Blätter des Ruders, die auf der Achse des Propellers
zentriert sind, zu den Backbord- und Steuerbord-Seiten hin verdreht
sind, weist jedoch das herkömmliche asymmetrische Ruder
einen diskontinuierlichen Querschnitt auf und muss zum Zwecke der
Struktursteifigkeit eine Scherenplatte enthalten. Des Weiteren ist
ein asymmetrisches Ruder mit Anströmkante mit einem diskontinuierlichen
Querschnitt aufgrund einer Nabenverwirbelung des Propellers anfälliger
für Kavitation auf den diskontinuierlichen Oberflächen
der Anströmkantenabschnitte und der Scherenplatte. Andererseits
ist ein asymmetrisches Ruder mit Hinterkante anfällig für Rudervibration,
die durch die Erzeugung einer starken Verwirbelung hinter einem
diskontinuierlichen Abschnitt der Hinterkantenabschnitte erzeugt
wird, und unterliegt der Verschlechterung der Struktursicherheit
aufgrund des langen diskontinuierlichen Abschnitts in Längsrichtung
des Ruders im Vergleich zu asymmetrischen Rudern mit Anströmkante.
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Beispiele
für ein asymmetrisches Ruder mit Hinterkante sind in
DE 20 2007 017448
U1 ,
JP H54-140903 ,
usw. beschrieben.
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Des
Weiteren offenbaren, um die diskontinuierliche Oberfläche
eines asymmetrisch angeordneten Abschnitts zwischen den Anströmkantenabschnitten
der oberen und unteren Blätter in dem asymmetrischen Ruder
mit Anströmkante zu minimieren, die
Koreanische Gebrauchsmustereintragung Nr.
20-395385 , die
Koreanische
Patentveröffentlichung Nr. 10-2008-0061706 , usw.
asymmetrische Ruder mit Anströmkante, die den Verdrehungswinkel
der Anströmkantenabschnitte in einem vorgegebenen Abschnitt
der Anströmkantenabschnitte der oberen und unteren Blätter
auf der Achse des Propellers linear verkleinern, so dass die Anströmkantenabschnitte
der oberen und unteren Blätter eine kontinuierliche Oberfläche
bilden.
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Derartige
herkömmliche Techniken stellen jedoch keine zufriedenstellende
Wirkung bereit und weisen zu der vorliegenden Offenbarung völlig
unterschiedliche Konfigurationen und Operationen auf.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, die Probleme der oben
beschriebenen herkömmlichen Techniken zu lösen,
und eine Ausführungsform beinhaltet ein Ruder, insbesondere
ein asymmetrisches Ruder mit Hinterkante, das das Risiko von Kavitationserosionsschäden
aufgrund der durch den rotierenden Propeller auf das Ruder induzierten
beschleunigten Querströmung verringern kann, während
es die Erzeugung einer Verwirbelung hinter einem diskontinuierlichen
Querschnitt von Hinterkantenabschnitten verhindert, das eine verbesserte
Struktur hinsichtlich eines langen diskontinuierlichen Abschnitts
in Längsrichtung des Ruders im Vergleich zu asymmetrischen
Rudern mit Anströmkante aufweist, und das Reibung zwischen
der Ruderoberfläche und der ankommenden Drehströmung
verringern kann, die von einem Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
verursacht wird, der so ausgebildet ist, dass er die diskontinuierliche
Oberfläche eines asymmetrisch angebrachten Abschnitts in
den Hinterkantenabschnitten oberer und unterer Blätter
minimiert.
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Gemäß einem
Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Ruder für
ein Schiff bereit, das hinter einem Propeller am Heck des Schiffs
angebracht ist, um die Bewegungsrichtung des Schiffs zu steuern, dadurch
gekennzeichnet, dass das Ruder in ein oberes Blatt und ein unteres
Blatt auf einer Achse des Propellers geteilt ist, dass Hinterkantenabschnitte der
oberen und unteren Blätter des Ruders in einem vorgegebenen
Verdrehungswinkel auf der Achse des Propellers verdreht sind, um
auf eine von dem Propeller induzierte ankommende Drehströmung
vorgespannt zu sein, und dass in den Hinterkantenabschnitten der
oberen und unteren Blätter Abschnitte nahe der Achse des
Propellers in vertikaler Richtung einen Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
bilden, in dem der Verdrehungswinkel variiert, wobei der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
zu dem hinteren Teil des Ruders hin von einem Schnittpunkt zwischen
der Achse des Propellers und einer Mittelachse an der maximalen
Stärke des Ruders der Breite nach allmählich an
Größe zunimmt.
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Der
Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt kann die Form eines
gleichschenkligen Dreiecks haben, wenn er von einer Seite des Ruders
aus betrachtet wird.
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Die
Hinterkantenabschnitte können einen Oberseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt
aufweisen, der von der Oberseite des Hinterkantenabschnitts des
oberen Blatts bis zu dem oberen Ende des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts
definiert ist, und einen Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt,
der von der Unterseite des Hinterkantenabschnitts des unteren Blatts
bis zu dem unteren Ende des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts
definiert ist und den Verdrehungswinkel hält, wobei der
Verdrehungswinkel in jedem der Oberseite- und Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitte
gehalten wird, und der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
kann das untere Ende des Oberseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitts
und das obere Ende des Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitts
miteinander verbinden.
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Der
Propeller kann sich in rechtsdrehender Richtung zentriert auf dem
Ruder drehen, und die Hinterkantenabschnitte der oberen und unteren
Blätter können zu der Steuerbord- bzw. Backbord-Seite des
Schiffs auf der Achse des Propellers verdreht werden.
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Jeder
der Oberseite- und Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitte
kann in einem Winkel von 2 bis 8 Grad um die Achse des Propellers
verdreht werden.
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Die
Oberseite- und Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitte der
Hinterkantenabschnitte können asymmetrische Querschnitte
haben, die durch lineares oder gebogenes Verdrehen der Querschnitte
der Hinterkantenabschnitte ausgebildet sind, unter Bezug auf eine
imaginäre Querschnitts-Mittelachse parallel zu der Achse
des Propellers in vertikaler Richtung, an einem Schnittpunkt zwischen
der imaginären Querschnitts-Mittelachse und einer Mittelachse
an der maximalen Stärke des Ruders der Breite nach.
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Der
Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt kann einen asymmetrischen
Querschnitt haben, der durch lineares oder gebogenes Verdrehen der
Querschnitte der Hinterkantenabschnitte ausgebildet ist, unter Bezug
auf imaginäre Querschnitts-Mittelachsen parallel zu der
Achse des Propellers in vertikaler Richtung, an Anfangspunkten des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts,
an denen die imaginären Querschnitts-Mittelachsen parallel
zu der Achse des Propellers in vertikaler Richtung imaginäre
Querschnitts-Mittelachsen parallel zu einer Mittelachse an der maximalen
Stärke des Ruders der Breite nach in horizontaler Richtung
schneiden.
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Der
Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt kann eine schräge
Form, die linear variiert, oder eine gebogene Linienform aufweisen,
die gebogen variiert.
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Der
Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt kann eine vertikale
Länge aufweisen, die 30 bis 60% des Radius des Propellers
entspricht.
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Der
Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt kann abgerundete Abschnitte
aufweisen, an denen der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt auf
die Oberseite- und Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitte
trifft.
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Jeder
der abgerundeten Abschnitte kann eine Länge aufweisen,
die 10 bis 30% der maximalen Stärke des Ruders entspricht.
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Der
Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt kann obere und untere
Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitte auf der Achse des
Propellers aufweisen, wobei das distale Ende des oberen Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts
eine vertikale Länge im Bereich von 20 bis 50% der Spannweite
des oberen Blatts des Ruders aufweist, und wobei das distale Ende
des unteren Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts eine
vertikale Länge hat, die größer als 0
bis 20% der Spannweite des unteren Blatts des Ruders ist.
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Bei
den Verdrehungs-Hinterkantenabschnitten kann ein Versatzabstand
der Hinterkantenabschnitte zu der Mittelachse des Abschnitts des
Ruders auf die Hälfte der maximalen Stärke des
Abschnitts des Ruders begrenzt sein.
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Gemäß einem
anderen Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Ruder für
ein Schiff bereit, das hinter einem Propeller an dem Heck des Schiffs angebracht
ist, um die Bewegungsrichtung des Schiffs zu steuern, dadurch gekennzeichnet,
dass das Ruder in ein oberes Blatt und ein unteres Blatt auf der
Achse des Propellers geteilt ist, dass ein Hin terkantenabschnitt
des unteren Blatts in einem vorgegebenen Verdrehungswinkel auf der
Achse des Propellers verdreht ist, um auf eine von dem Propeller
induzierte ankommende Drehströmung vorgespannt zu sein,
und dass in dem Hinterkantenabschnitt des unteren Blatts ein Abschnitt
nahe der Achse des Propellers in vertikaler Richtung einen Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
bildet, in dem der Verdrehungswinkel variiert, wobei der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
zu dem hinteren Teil des Ruders hin von einem Schnittpunkt zwischen
der Achse des Propellers und einer Mittelachse an der maximalen
Stärke des Ruders der Breite nach allmählich an
Größe zunimmt.
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Der
Hinterkantenabschnitt des unteren Blatts kann einen Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt
aufweisen, der von der Unterseite des Hinterkantenabschnitts des
unteren Blatts bis zu dem unteren Ende des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts
definiert ist, wobei der Verdrehungswinkel in dem Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt gehalten
wird, und der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt kann
das untere Ende des Hinterkantenabschnitts des oberen Blatts und
das obere Ende des Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitts miteinander
verbinden.
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Der
Hinterkantenabschnitt des oberen Blatts kann mit der Achse des Propellers
zusammenfallen, und der Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt
kann in einem Winkel von 2 bis 8 Grad um die Achse des Propellers
verdreht werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Ruder für
ein Schiff bereit, das hinter einem Propeller an dem Heck des Schiffs angeordnet
ist, um die Bewegungsrichtung des Schiffs zu steuern, dadurch gekennzeichnet,
dass das Ruder in ein oberes Blatt und ein unteres Blatt auf der
Achse des Propellers geteilt ist, dass die Hinterkantenabschnitte
der oberen und unteren Blätter in einem vorgegebenen Verdrehungswinkel
auf der Achse des Propellers verdreht sind, um auf eine von dem
Propeller induzierte ankommende Drehströmung vorgespannt
zu sein, und dass in den Hinterkantenabschnitten der oberen und
unteren Blätter Abschnitte nahe der Achse des Propellers
in vertikaler Richtung einen Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
bilden, in dem der Verdrehungswinkel variiert, wobei sich der Anfangspunkt
des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts allmählich
dem hinteren Teil des Ruders von einem Schnittpunkt zwischen der Achse
des Propellers und einer Mittelachse an der maximalen Stärke
des Ruders der Breite nach nähert, während der
Anfangspunkt sich von der Achse des Propellers in vertikaler Richtung
allmählich entfernt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Ruder für
ein Schiff bereit, das hinter einem Propeller an dem Heck des Schiffs angeordnet
ist, um die Bewegungsrichtung des Schiffs zu steuern, dadurch gekennzeichnet,
dass das Ruder in ein oberes Blatt und ein unteres Blatt auf der
Achse des Propellers geteilt ist, dass die Anströmkantenabschnitte
der oberen und unteren Blätter in einem vorgegebenen Verdrehungswinkel
auf der Achse des Propellers verdreht sind, um auf eine von dem
Propeller induzierte ankommende Drehströmung vorgespannt
zu sein, und dass in den Anströmkantenabschnitten der oberen
und unteren Blätter Abschnitte nahe der Achse des Propellers
in vertikaler Richtung einen Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
bilden, in dem der Verdrehungswinkel variiert, wobei der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt zu
dem vorderen Teil des Ruders hin von einem Schnittpunkt zwischen
der Achse des Propellers und einer Mittelachse an der maximalen
Stärke des Ruders der Breite nach allmählich an
Größe zunimmt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Teilseitenansicht eines Schiffs mit einem Ruder gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Ruders gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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3 ist
eine Rückansicht des Ruders gemäß der
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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4 ist
eine Draufsicht auf das Ruder gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung;
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5 zeigt
imaginäre Querschnitts-Mittelachsen parallel zu der Achse
eines Propellers in vertikaler Richtung und imaginäre Querschnitts-Mittelachsen
parallel zu der Mittelachse an der maximalen Stärke des
Ruders der Breite nach in horizontaler Richtung;
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6 zeigt
Querschnittsansichten des Ruders der Reihe nach von oben entlang
imaginärer Querschnitts-Mittelachsen parallel zu der Achse
des Propellers in vertikaler Richtung in 5;
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7 ist
eine teilvergrößerte Ansicht von 2;
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8 ist
eine teilvergrößerte Ansicht von 3;
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9 ist
eine Teilseitenansicht eines Schiffs mit einem asymmetrischen Ruder
mit Anströmkante mit einem Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
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10 ist
eine Vorderansicht des Schiffs mit einem asymmetrischen Ruder mit
Anströmkante mit dem Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nachstehend
werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden
Offenbarung im Einzelnen unter Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Unter
Bezug auf 1 ist ein Schiffsruder 4 gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hinter einem
Propeller 2 vorgesehen, der am Heck eines Schiffs 1 angebracht
ist, um die Bewegungsrichtung des Schiffs 1 zu steuern.
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Bei
dieser Ausführungsform ist ein Vollspatenruder als ein
Beispiel des Ruders 4 gezeigt. Das Ruder 4 ist
an einem Ruderschacht 3 vorgesehen, der sich am Heck des
Schiffs 1 befindet. 1 zeigt das
mit dem Ruderschacht 3 verbundene Ruder, und 2 und 4 zeigen
nur das Ruder.
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In
letzter Zeit wurden Vollspatenruder für große
Schiffe entwickelt.
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Das
Vollspatenruder ist an seiner oberen Oberfläche mit einem
Ruderschaft ausgebildet, der am Heck über Lager in die
untere Oberfläche des Ruderschachts eingeführt
ist, so dass das Vollspatenruder drehbar durch den Ruderschacht
gestützt werden kann. Ein derartiges Vollspatenruder ist
im Stand der Technik bekannt, und Einzelheiten davon sind in 1 nicht
gezeigt.
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Das
Ruder 4 ist im Allgemeinen in ein oberes Blatt 4a und
ein unteres Blatt 4b auf einer Achse L1 des Propellers 2 geteilt.
Sowohl das obere Blatt 4a als auch das untere Blatt 4b sind
in einen Anströmkantenabschnitt 41, der einem
Vorderabschnitt des Ruders entspricht, und einen Hinterkantenabschnitt 42,
der einem Hinterabschnitt des Ruders entspricht, geteilt. Unter
Bezug auf 2 beziehen sich die Ausdrücke „Anströmkantenabschnitt"
und „Hinterkantenabschnitt" auf die vorderen und hinteren
Abschnitte des Ruders 4 jeweils bezogen auf eine Mittelachse L3
an der maximalen Stärke der Breite nach.
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Bei
dem Ruder 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
sind die Hinterkantenabschnitte 42 in einem vorgegebenen
Verdrehungswinkel auf einer Achse L1 des Propellers 2 so
verdreht, dass die Hinterkantenabschnitte 42 der oberen
und unteren Blätter 4a und 4b auf eine
von dem Propeller 2 induzierte ankommende Drehströmung
vorgespannt sind. Des Weiteren bilden in den Hinterkantenabschnitten 42 der
oberen und unteren Blätter 4a und 4b Abschnitte nahe
der Achse L1 des Propellers 2 in vertikaler Richtung einen
Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt, in dem der Verdrehungswinkel
variiert.
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Mit
anderen Worten bildet in den Hinterkantenabschnitten 42 der
oberen und unteren Blätter 4a und 4b der
Abschnitt nahe der Achse L1 des Propellers 2 in vertikaler
Richtung einen schrägen Übergangsabschnitt, in
dem der Verdrehungswinkel in vertikaler Richtung bezüglich
der Achse L1 des Propellers 2 linear variiert.
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Des
Weiteren wird ein Oberseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt von
der Oberseite des Hinterkantenabschnitts 42 des oberen
Blatts 4a bis zu dem oberen Ende des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts
definiert, und ein Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt wird
von der Unterseite des Hinterkantenabschnitts 42 des unteren
Blatts 4b bis zu dem unteren Ende des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts
definiert.
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Vorliegend
wird der Abschnitt, in dem der Verdrehungswinkel in dem Hinterkantenabschnitt 42 des
oberen Blatts 4a auf der Achse L1 des Propellers 2 gehalten
wird, als Oberseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt 42a bezeichnet,
und der Abschnitt, in dem der Verdrehungswinkel in dem Hinterkantenabschnitt 42 des
unteren Blatts 4b auf der Achse L1 des Propellers 2 gehalten
wird, wird als Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt 42b bezeichnet.
Des Weiteren wird der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt,
in dem der Verdrehungswinkel variiert, mit dem Bezugszeichen 42c bezeichnet.
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Der
Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 42c verbindet
das untere Ende des Oberseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitts 42a und
das obere Ende des Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitts 42b miteinander.
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Obwohl
der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 42c bei
dieser Ausführungsform mit einer schrägen Linienform
gezeigt ist, die sich linear verändert, kann der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 42c eine
Bogenform aufweisen, die sich gebogen verändert.
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Somit
gibt es gemäß dieser Ausführungsform
eine Phasendifferenz in vertikaler Richtung zwischen dem unteren
Ende des Hinterkantenabschnitts 42 des oberen Blatts 4a und
dem oberen Ende des Hinterkantenabschnitts 42 des unteren
Blatts 4b, und das untere Ende des Hinterkantenabschnitts 42 des oberen
Blatts 4a ist schräg oder gebogen mit dem oberen
Ende der Hinterkante 42 des unteren Blatts 4b verbunden.
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Genauer
gesagt werden, wenn man das Ruder 4 von der Sicht hinter
dem Schiff aus betrachtet, wobei sich der Propeller 2 in
rechtsdrehender Richtung um das Ruder 4 dreht, die Hinterkantenabschnitte 42 der
oberen und unteren Blätter 4a und 4b auf
der Achse L1 des Propellers 2 zu der Steuerbord-Seite bzw.
der Backbord-Seite des Schiffs hin verdreht.
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Wenn
die Anströmkantenabschnitte 41 der oberen und
unteren Blätter 4a und 4b in einem vorgegebenen
Winkel auf der Achse L1 des Propellers 2 verdreht werden,
müssen die Anströmkantenabschnitte 41 der
oberen und unteren Blätter 4a und 4b zu
der Backbord- bzw. Steuerbord-Seite des Schiffs hin verdreht werden,
um den asymmetrischen Druck auszugleichen, der wegen des auf das
Ruder ausgeübten Anströmflusses auf die Ruderoberfläche
wirkt und sich wegen des in eine Richtung (rechtsdrehende Richtung)
drehenden Propellers in eine Richtung dreht. Wenn jedoch die Hinterkantenabschnitte 42 der
oberen und unteren Blätter 4a und 4b in
einem vorgegebenen Winkel auf der Achse L1 des Propellers 2 verdreht
werden, werden die Hinterkantenabschnitte 42 der oberen
und unteren Blätter 4a und 4b zu der
Steuerbord-Seite bzw. der Backbord-Seite des Schiffs hin verdreht,
um den asymmetrischen Druck auszugleichen, der wegen des auf das
Ruder ausgeübten Anströmflusses auf die Ruderoberfläche
wirkt und sich wegen des in eine Rich tung (rechtsdrehende Richtung)
drehenden Propellers in eine Richtung dreht.
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Des
Weiteren ist, wie in 3 klar gezeigt ist, der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 42c in
schräger Linienform ausgebildet, in der der Verdrehungswinkel
des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts 42c linear
variiert.
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In 3 gibt
ein schwarzer Punkt die Achse L1 des Propellers 2 an, und
L2 gibt die Längsmittelachse des Ruders 4 an,
die die Achse L1 des Propellers 2 schneidet. Hier ist der
Hinterkantenabschnitt 42 des oberen Blatts 4a auf
einen Abschnitt D1 von der Oberseite des
Ruders 4 bis zu der Achse L1 des Propellers 2 eingestellt,
und der Hinterkantenabschnitt 42 des unteren Blatts 4b ist
auf einen Abschritt D2 von der Unterseite
des Ruders 4 bis zu der Achse L1 des Propellers 2 eingestellt.
Des Weiteren sind die oberen und unteren Blätter 4a und 4b auf
der Achse L1 des Propellers 2 jeweils mit Abschnitten d1, d2 versehen, in
denen die Verdrehungswinkel von den unteren und oberen Enden jedes
der Hinterkantenabschnitte 42 der oberen und unteren Blätter 4a und 4b bis
zu einem Abschnitt nahe der Achse L1 des Propellers 2 gehalten
werden. Der Abschnitt d1 bildet den Oberseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt 42a und
der Abschnitt d2 bildet den Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt 42b.
Des Weiteren bildet ein Abschnitt d3 zwischen
dem Abschnitt d1 und dem Abschnitt d2 den Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 42c,
in dem der Verdrehungswinkel der Hinterkanten 42 der oberen
und unteren Blätter 4a und 4b variiert.
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Hier
kann der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 42c eine
vertikale Länge (die Länge des Abschnitts d3) aufweisen, die 30 bis 60% des Radius des
Propellers 2 entspricht. Insbesondere kann in dem Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 42c ein
Abschnitt d31 des Hinterkantenabschnitts 42 des oberen
Blatts 4a auf der Achse L1 des Propellers 2 eine
vertikale Länge (die Länge des Abschnitts d31) in dem Bereich von 20 bis 50% der vertikalen
Länge (der Länge des Abschnitts D1)
des Hinterkantenabschnitts 42 des oberen Blatts 4a aufweisen,
und ein Abschnitt d32 des Hinterkantenabschnitts 42 des
unteren Blatts 4b auf der Achse L1 des Propellers 2 kann
eine vertikale Länge (die Länge des Abschnitts d32) in dem Bereich von größer
als 0 bis 20% der vertikalen Länge (der Länge
des Abschnitts D2) der Hinterkante 42 des
unteren Blatts 4b aufweisen. Somit haben gemäß dieser
Ausführungsform der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
des oberen Blatts und der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
des unteren Blatts auf der Achse des Propellers unterschiedliche
Längen. Diese Konfiguration wird vorgesehen, weil die auf
der Ruderoberfläche durch die von dem Propeller induzierte
ankommende Drehströmung erzeugte Kavitation in der Praxis
auf dem unteren Blatt des Ruders heftiger ist, als auf dem oberen Blatt
des Ruders. Das heißt, die Kavitation kann weiter unterdrückt
werden, indem die Länge des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts
auf der unteren Seite des Ruders wie bei dem Ruder gemäß der
vorliegenden Ausführungsform verringert wird.
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Bei
dem Ruder 4 können die Hinterkantenabschnitte 42 der
oberen und unteren Blätter 4a und 4b und
die vertikalen Längenabschnitte des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts 42a gemäß der Lage
des Ruders 4 und des Propellers 2 symmetrisch oder
asymmetrisch ausgebildet werden.
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Des
Weiteren können, wie in 4 gezeigt ist,
der Oberseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt 42a in dem
Hinterkantenabschnitt 42 des oberen Blatts 4a und
der Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt 42b in
dem Hinterkantenabschnitt 42 des unteren Blatts 4b in
einem Winkel (α, β) von 2 bis 8 Grad um die Achse
L1 des Propellers 2 verdreht werden. Hier wird angemerkt,
dass der Winkel α gleich dem Winkel β oder unterschiedlich
davon sein kann.
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Des
Weiteren werden bei dieser Ausführungsform sowohl die Hinterkantenabschnitte 42 der oberen
und unteren Blätter 4a und 4b des Ruders 4 um
die imaginäre Querschnitts-Mittelachse parallel zu der
Achse L1 des Propellers 2 im Schnittpunkt zwischen der
imaginären Querschnitts-Mittelachse parallel zu der Achse
L1 des Propellers 2 in vertikaler Richtung und der Mittelachse
L3 an der maximalen Stärke des Ruders 4 der Breite
nach verdreht, wie in 4 gezeigt ist.
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Bei
dieser Ausführungsform sind die Hinterkantenabschnitte 42 der
oberen und unteren Blätter 4a und 4b des
Ruders 4 so gezeigt, dass sie asymmetrische Querschnitte
aufweisen, die durch lineares Verdrehen der Querschnitte der Hinterkantenabschnitte 42 der
oberen und unteren Blätter 4a und 4b unter
Bezug auf eine imaginäre Querschnitts-Mittelachse parallel
zu der Achse L1 des Propellers 2 in vertikaler Richtung
an einem Schnittpunkt zwischen der imaginären Querschnitts-Mittelachse
und der Mittelachse L3 an der maximalen Stärke des Ruders 4 der
Breite nach gebildet werden. Die asymmetrischen Querschnitte können
jedoch durch gebogenes Verdrehen der Querschnitte der Hinterkantenabschnitte 42 der
oberen und unteren Blätter 4a und 4b unter
Bezug auf die imaginäre Querschnitts-Mittelachse parallel
zu der Achse L1 des Propellers 2 in vertikaler Richtung
gebildet werden. Anders ausgedrückt kann, obwohl die Referenzlinie
des Verdrehungswinkels (α, β) in 4 als
gerade Linie gezeigt ist, dies auch eine gebogene Linie sein.
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Somit
werden gemäß dieser Ausführungsform der
vorliegenden Offenbarung die Hinterkantenabschnitte 42 der
oberen und unteren Blätter 4a und 4b des
Ruders 4 in einem vorgegebenen Winkel auf der Achse L1
des Propellers 2 verdreht, anstatt die Anströmkantenabschnitte 41 der
oberen und unteren Blätter 4a und 4b in
einem vorgegebenen Winkel auf der Achse L1 des Propellers 2 zu
verdrehen. Des Weiteren bilden bei den Hinterkantenabschnitten 42 des
Ruders 4 gemäß dieser Ausführungsform
Abschnitte der oberen und unteren Blätter 4a und 4b nahe
der Achse L1 des Propellers 2 in vertikaler Richtung den
Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt, in dem der Verdrehungswinkel
variiert. Somit weisen die Anströmkantenabschnitte 41 des
Ruders 4 keine diskontinuierliche Fläche auf,
und die Hinterkantenabschnitte 42 des Ruders 4 weisen
an den asymmetrisch angeordneten Abschnitten in den oberen und unteren
Blättern eine minimierte diskontinuierliche Fläche
auf, wodurch das Risiko von Kavitationserosionsschäden
aufgrund der von dem drehenden Propeller auf das Ruder induzierten
beschleunigten Querströmung reduziert wird, während
die Kavitation auf der Ruderoberfläche um die diskontinuierliche
Flache herum an den asymmetrisch angeordneten Abschnitten der Anström-
oder Hinterkantenabschnitte der oberen und unteren Blätter
durch eine an einer Nabe 2a des Propellers 2 erzeugte
Verwirbelung verhindert wird.
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Insbesondere
ist gemäß der Ausführungsform der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 42c so
konfiguriert, dass er zu dem hinteren Teil des Ruders hin von einem
Anfangspunkt aus, d. h. einem Schnittpunkt zwischen der Achse des
Propellers 2 und der Mittelachse L3 an der maximalen Stärke
des Ruders 4 der Breite nach, allmählich an Größe
zunimmt. Daher hat der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 42c gemäß dieser
Ausführungsform die Form eines gleichschenkligen Dreiecks,
wenn er von der Seite des Ruders aus betrachtet wird.
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Anders
ausgedrückt variiert, wie in den 5 und 6 deutlich
dargestellt ist, der Anfangspunkt des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts 42c nach
hinten von dem Schnittpunkt zwischen der Achse L1 des Propellers 2 und
der Mittelachse L3 an der maximalen Stärke des Ruders 4 der
Breite nach, so dass er sich allmählich dem hinteren Teil
des Ruders 4 nähert, während der Anfangspunkt
in vertikaler Richtung sich allmählich von der Achse L1
entfernt.
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6 zeigt
Querschnittsansichten des Ruders der Reihe nach von oben in 5 aufgenommen
entlang der Linie L1-L1, die die Achse des Propellers 2 ist,
und den imaginären Querschnitts-Mittelachsen L1a-L1a, L1b-L1b,
L1c-L1c und L1d-L1d, die zu der Achse L1 des Propellers 2 parallel
sind, in vertikaler Richtung.
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Wie
in 6 deutlich gezeigt ist, hat in den Hinterkantenabschnitten 42 der
oberen und unteren Blätter 4a und 4b der
Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 42c einen
asymmetrischen Querschnitt, der durch lineares oder gebogenes Verdrehen
des Querschnitts des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts 42c ausgebildet
ist, unter Bezug auf die imaginären Querschnitts-Mittelachsen
L1a-L1a, L1b-L1b, L1c-L1c und L1d-L1d, parallel zu der Achse L1
des Propellers 2 in vertikaler Richtung, an Anfangspunkten
des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts 42c,
in denen die imaginären Querschnitts-Mittelachsen L1a,
L1b, L1c und Lid parallel zu der Achse L1 des Propellers in vertikaler
Richtung die imaginären Querschnitts-Mittelachsen L1a,
L3b, L3c und L3d parallel zu der Mittelachse L3 an der maximalen
Stärke des Ruders 4 der Breite nach in horizontaler
Richtung schneiden. In 6 sind Teile des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts 42c,
die dem oberen Blatt auf der Achse L1 des Propellers 2 entsprechen,
in Querschnittsansicht entlang der imaginären Querschnitts-Mittelachsen
parallel zu der Achse L1 des Propellers in vertikaler Richtung gezeigt.
Teile des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts 42c,
die dem unteren Blatt auf der Achse L1 des Propellers 2 entsprechen,
haben – mit Ausnahme der Richtung – dieselbe Querschnittsform
wie die Teile des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts 42c,
die dem oberen Blatt entsprechen, und sind daher in 6 weggelassen
worden.
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Des
Weiteren weist gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung, wie deutlich in den 7 und 8,
die teilvergrößerte Ansichten der 2 und 3 sind,
gezeigt ist, der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 42c abgerundete Abschnitte
auf, in denen der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 42 auf
die Oberseite- und Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitte 42a bzw. 42b trifft.
Hier können die abgerundeten Abschnitte eine Länge
haben, die 10 bis 30% der maximalen Stärke des Ruders 4 entspricht.
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Andrerseits
kann, obwohl dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, falls
das Ruder ein Hornruder ist, nur der Hinterkantenabschnitt 42 des
unteren Blatts 4b in einem vorgegebenen Verdrehungswinkel
auf der Achse L1 des Propellers 2 verdreht sein, um auf
die von dem Propeller 2 induzierte ankommende Drehströmung
hin vorgespannt zu sein. Dies ist hier so zu verstehen, dass in
dem Hinterkantenabschnitt des unteren Blatts 4b ein Abschnitt
nahe der Achse L1 des Propellers 2 in vertikaler Richtung einen
Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt bildet, in dem der
Verdrehungswinkel variiert.
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Bei
dem Hornruder bildet ein Abschnitt von der Unterseite des Hinterkantenabschnitts 42 des
unteren Blatts 4b bis zu dem unteren Ende des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts
einen Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt, in dem der Verdrehungswinkel
gehalten wird, und der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
verbindet das untere Ende des Hinterkantenabschnitts 42 des
oberen Blatts 4a und das obere Ende des Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitts
miteinander. Der Hinterkantenabschnitt 42 des oberen Blatts 4a fällt
mit der Achse L1 des Propellers 2 zusammen, und nur der
Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt in dem Hinterkantenabschnitt 42 des
unteren Blatts 4b wird in einem Winkel von 2 bis 8 Grad
um die Achse L1 des Propellers 2 verdreht.
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Andererseits
sind die Anströmkantenabschnitte des Ruders der durch den
Propeller induzierten komplexen ankommenden Strömung ausgesetzt. Des
Weiteren ist es, unter der Annahme, dass die Anström- und
Hinterkantenabschnitte des Ruders in demselben Winkel verdreht werden,
wahrscheinlich, dass das asymmetrische Ruder mit Anströmkante eine
unangemessene Druckverteilung hinsichtlich der Kavitation auf der
Ruderoberfläche im Vergleich zu dem asymmetrischen Ruder
mit Hinterkante erzeugt. Außerdem ist, da die Anströmkantenabschnitte
des Ruders eine starke Variation der Biegung aufweisen, das asymmetrische
Ruder mit Anströmkante, das durch Verdrehen der Anströmkantenab schnitte
des Ruders ausgebildet ist, im Vergleich zu dem asymmetrischen Ruder
mit Hinterkante im Hinblick auf Herstellung und Kavitation nicht
vorteilhaft. Es wird jedoch angemerkt, dass die vorliegende Offenbarung
auf ein asymmetrisches Ruder mit Anströmkante angewendet
werden kann, um den Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
darin auszubilden.
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Die 9 und 10 zeigen
ein Schiff, das ein asymmetrisches Ruder mit Anströmkante
mit einem Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 9 ist
eine Teilseitenansicht des Schiffs, das das asymmetrische Ruder
mit Anströmkante mit dem Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist,
und 10 ist eine Vorderansicht des Schiffs, das das
asymmetrische Ruder mit Anströmkante mit dem Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist.
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Wie
in den 9 und 10 gezeigt ist, sind die Anströmkantenabschnitte 41 der
oberen und unteren Blätter 4a und 4b in
einem vorgegebenen Verdrehungswinkel auf der Achse L1 des Propellers
verdreht, und in den Anströmkantenabschnitten 41 der oberen
und unteren Blätter 4a und 4b bilden
Abschnitte nahe der Achse L1 des Propellers in vertikaler Richtung
einen Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 41c,
in dem der Verdrehungswinkel variiert. Der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt 41c hat die
Form eines gleichschenkligen Dreiecks, das zu dem vorderen Teil
des Ruders von einem Schnittpunkt zwischen der Achse L1 des Propellers
und der Mittelachse L3 an der maximalen Stärke des Ruders der
Breite nach allmählich an Größe zunimmt.
In den Anströmkantenabschnitten 41 der oberen
und unteren Blätter 4a und 4b sind Oberseite-
und Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitte 41a und 41b auf
oberen und unteren Seiten des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts 41c ausgebildet.
Der Oberseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt 41a ist
von der Oberseite des Anströmkantenabschnitts 41 des oberen
Blatts 4a bis zu dem oberen Ende des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts 41c definiert,
und der Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteabschnitt 41b ist
von der Unterseite des Anströmkantenabschnitts 41 des
unteren Blatts 4b bis zu dem unteren Ende des Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitts 41c definiert.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, weist gemäß einer
Aus führungsform der vorliegenden Offenbarung das Ruder
anstelle von verdrehten Anströmkantenabschnitten Hinterkantenabschnitte
der oberen und unteren Blätter auf, die in einem vorgegebenen
Winkel auf der Achse eines Propellers verdreht sind. Des Weiteren
bilden bei den Hinterkantenabschnitten des Ruders gemäß dieser Ausführungsform
Abschnitte der oberen und unteren Blätter nahe der Achse
des Propellers in vertikaler Richtung einen Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt,
in dem der Verdrehungswinkel variiert. Somit weisen die Anströmkantenabschnitte
der oberen und unteren Blätter keine diskontinuierliche
Fläche auf, und die Hinterkantenabschnitte der oberen und
unteren Blätter weisen eine minimierte diskontinuierliche Fläche
an asymmetrisch angebrachten Abschnitten in den oberen und unteren
Blättern auf, wodurch das Risiko von Kavitationserosionsschäden
aufgrund der von dem drehenden Propeller auf das Ruder induzierten
beschleunigten Querströmung verringert wird, während
Kavitation auf der Ruderoberfläche um die diskontinuierliche
Fläche herum an den asymmetrisch angeordneten Abschnitten
in den Hinterkantenabschnitten der oberen und unteren Blätter
durch eine an einer Nabe des Propellers erzeugte Verwirbelung verhindert
wird.
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Insbesondere
hat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Offenbarung der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt die
Form eines gleichschenkligen Dreiecks, das auf den hinteren Teil
des Ruders von einem Schnittpunkt zwischen der Achse des Propellers
und der Mittelachse an der maximalen Stärke des Ruders
der Breite nach allmählich an Größe zunimmt,
und entlang Abschnitten abgerundet ist, an denen der Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt
auf die Oberseite- und Unterseite-Verdrehungswinkel-Halteteile trifft,
so dass das Ruder Reibung zwischen der Ruderoberfläche
und der ankommenden Drehströmung verringern kann, die von
dem Verdrehungswinkel-Übergangsabschnitt verursacht wird,
der so ausgebildet ist, dass er die diskontinuierliche Oberfläche
des asymmetrisch angebrachten Abschnitts in den Hinterkantenabschnitten
der oberen und unteren Blätter minimiert.
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Bei
dem herkömmlichen Ruder kann, da sich die Anströmkantenabschnitte
in der von dem Propeller induzierten komplexen Strömung
befinden, eine Veränderung der Krümmung der Anströmkantenabschnitte
einen Kavitationserosionsschaden an der Ruderoberfläche
verursachen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform
weist jedoch das Ruder die asymmetrischen Hinterkantenabschnitte
auf, um die Veränderung der Krümmung der Anströmkantenabschnitte
zu verhindern, so dass im Hinblick auf Ruderkavitation Vorzüge
bereitgestellt werden.
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Des
Weiteren stellt, wenn die Anströmkantenabschnitte und die
Hinterkantenabschnitte im gleichen Winkel verdreht werden, die Asymmetrie
der Hinterkantenabschnitte eine verbesserte Querschnittsdruckverteilung
im Vergleich mit der Asymmetrie der Anströmkantenabschnitte
bezüglich der Kavitation bereit. Demgemäß ist
es unwahrscheinlich, dass das Ruder gemäß der
vorliegenden Ausführungsform im Vergleich zu den asymmetrischen Rudern
mit Anströmkante einen Kavitationsschaden erfährt.
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Des
Weiteren zeigen die Anströmkantenabschnitte des Ruders
eine starke Änderung der Krümmung, wohingegen
die Hinterkantenabschnitte eine lineare Form aufweisen. Demgemäß ermöglicht
die vorliegende Offenbarung eine einfache Herstellung kontinuierlicher
asymmetrischer Ruder.
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Die
verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen können
kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereit
zu stellen. Die Gesamtheit des deutschen Patents, der deutschen
Patentanmeldungen, der ausländischen Patente, der ausländischen
Patentanmeldungen und der Nicht-Patent-Veröffentlichungen,
auf die in dieser Beschreibung Bezug genommen wurde und/oder die
in dem Anmeldedatenblatt aufgelistet sind, wird hier durch Bezugnahme
in ihrer Gesamtheit aufgenommen. Aspekte der Ausführungsformen
können bei Bedarf modifiziert werden, um Konzepte der verschiedenen
Patente, Anmeldungen und Veröffentlichungen zu verwenden,
um noch weitere Ausführungsformen bereit zu stellen.
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Diese
und weitere Veränderungen können an den Ausführungsformen
im Lichte der vorstehend erläuterten Beschreibung vorgenommen
werden. Im Allgemeinen sollten in den folgenden Ansprüchen
die verwendeten Begriffe nicht so ausgelegt werden, dass sie die
Ansprüche auf die spezifischen in der Beschreibung und
den Ansprüchen offenbarten Ausführungsformen beschränken,
sondern sollten so ausgelegt werden, dass sie alle möglichen
Ausführungsformen zusammen mit dem vollen Umfang von Äquivalenten,
zu denen die Ansprüche berechtigt sind, umfassen. Demgemäß werden
die Ansprüche nicht durch die Offenbarung eingeschränkt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 202007017448
U1 [0004]
- - JP 54-140903 [0004]
- - KR 20-395385 [0005]
- - KR 10-2008-0061706 [0005]