ES3054074T3 - Gate rudder provided with port rudder and starboard rudder disposed on either side of propeller of ship - Google Patents

Abstract

[Problema] Proporcionar un timón de compuerta que reduzca el consumo de energía durante una travesía. [Solución] Un timón de compuerta que comprende un par de timones, uno de babor y otro de estribor, dispuestos respectivamente a cada lado de una hélice en la popa de un barco. En vista trasera, cada timón consta de una primera sección que se extiende de izquierda a derecha y una segunda sección que se extiende linealmente en dirección vertical; la cuerda de las segundas secciones en dirección delantera-trasera tiene una longitud del 40-100 % del diámetro de la hélice; en vista lateral, la hélice se encuentra a entre el 15-65 % de la cuerda desde el borde de ataque de las segundas secciones del timón; y en vista lateral, los ejes que impulsan los timones se encuentran a entre el 30-50 % de la cuerda desde el borde de ataque de la respectiva segunda sección del timón. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Timón de compuerta provisto de timón de babor y timón de estribor dispuestos a ambos lados de la hélice del buque

[0003] Campo Técnico de la invención

[0004] La presente invención se refiere a un timón de compuerta que incluye un timón izquierdo y un timón derecho dispuestos a izquierda y derecha, respectivamente, de una hélice proporcionada en la popa de un buque.

[0005] Antecedentes de la invención

[0006] En la técnica relacionada, se conoce una técnica de timón de compuerta en la que un timón izquierdo y un timón derecho que se extienden en la dirección delantera-trasera con una distancia predeterminada se proporcionan a izquierda y derecha, respectivamente, de una hélice proporcionada en la popa de un buque, y el timón izquierdo y el timón derecho se mueven detrás de la hélice cuando el buque está parado. (Literatura de Patente 1) Además, se conoce una técnica de una hélice canalizada en la que, para acelerar el chorro expulsado de la hélice, se proporcionan un timón izquierdo y un timón derecho a izquierda y derecha, respectivamente, de la hélice en forma de arco a lo largo de la porción periférica exterior de la hélice. (Literatura de Patente 2)

[0007] Lista de Citas

[0008] Literatura de Patentes

[0009] Literatura de Patentes 1: JP 5833278 B1

[0010] Literatura de Patentes 2: JP 1 -501384 A

[0011] Breve descripción de la invención

[0012] Problema Técnico

[0013] Sin embargo, la técnica de la Literatura de Patentes 1 tiene el problema de que no se puede obtener una fuerza de timón suficiente debido al efecto Coanda y al efecto de soplado de la superficie superior (en lo sucesivo, se denominará USB.) utilizado en un dispositivo de gran sustentación de una aeronave cuando el buque viaja en línea recta, y no se puede reducir suficientemente el consumo de energía durante el viaje del buque. Además, debido a la particularidad de dirigir el timón detrás de la hélice, se genera un par de torsión, y se requiere sustancialmente la misma capacidad de la máquina de dirección que en la técnica relacionada, aunque el área del timón es menor que en la técnica relacionada.

[0014] Además, en la técnica de la Literatura de Patentes 2, la holgura entre la hélice y los timones izquierdo y derecho se establece para que sea pequeña con el fin de aumentar la eficiencia de la hélice, por lo que existe el problema de que la erosión por cavitación se produce fácilmente en las caras interiores de los timones izquierdo y derecho. EP 3103715 A1, por ejemplo, muestra otro ejemplo de timones de compuerta.

[0015] Por lo tanto, un objeto principal de la presente invención es proporcionar un timón de compuerta capaz de reducir el consumo de energía durante la travesía de un buque. Además, un siguiente objeto de la presente invención es proporcionar un timón de compuerta capaz de suprimir la aparición de erosión por cavitación que se produce en las caras interiores de los timones izquierdo y derecho. Además, un objeto es optimizar la capacidad de la máquina de dirección a un tamaño correspondiente a un área pequeña del timón.

[0016] Solución al Problema

[0017] El problema se resuelve mediante un timón de compuerta según las reivindicaciones adjuntas.

[0018] Efectos Ventajosos de la Invención

[0019] Según la invención recitada en la reivindicación 1, el timón incluye una primera porción de timón que se extiende en una dirección horizontal y una segunda porción de timón que se extiende linealmente en una dirección vertical en vista trasera, una longitud de cuerda de timón de la segunda porción de timón en una dirección delantera-trasera es del 40 al 100 % de un diámetro de la hélice, en donde la hélice se proporciona dentro de un intervalo del 15 al 65 % de la longitud de cuerda de timón desde un borde delantero de la segunda porción de timón en vista lateral, y un eje de timón que acciona el timón se encuentra en una posición comprendida entre el 30 y el 50 % de la longitud de la cuerda del timón desde el borde delantero de la segunda porción del timón en vista lateral, de modo que cuando el buque se desplaza en línea recta, mediante una gran fuerza del timón debida al efecto Coanda generado en la porción delantera de la segunda porción de timón del timón y una gran fuerza del timón debida al efecto de USB generado en la porción trasera, se puede generar una gran fuerza de empuje que mueve el buque hacia delante para reducir el consumo de energía durante una travesía del buque y, al mismo tiempo, se puede lograr la minimización del par de torsión del timón.

[0021] De acuerdo con la invención descrita en la reivindicación 2, además del efecto de la invención descrito en la reivindicación 1, el eje del timón que acciona el timón se proporciona en una posición dentro de un rango de 35 a 45 % de la longitud de la cuerda del timón desde el borde frontal de la segunda porción del timón en vista lateral, de modo que se pueda generar una mayor fuerza del timón cuando la segunda porción del timón se dirija hacia delante, y al mismo tiempo, se pueda minimizar aún más el par de torsión del timón.

[0023] Según la invención recitada en la reivindicación 3, además del efecto de la invención de la reivindicación 1 o 2, una holgura entre la hélice y la segunda porción de timón es de 4 a 10 % del diámetro de la hélice en vista posterior, de modo que es posible mantener una gran fuerza de timón debido al efecto USB generado en la porción posterior de la segunda porción de timón y evitar la aparición de erosión por cavitación en la cara interior del segundo eje de timón.

[0025] Según la invención recitada en la reivindicación 1, además del efecto mencionado anteriormente con respecto a la reivindicación 1, la segunda porción de timón está deformada, y tiene un ángulo de torsión superior formado en una porción superior de la segunda porción de timón y un ángulo de torsión inferior formado en una porción superior de la segunda porción de timón, y el ángulo de torsión superior es mayor que el ángulo de torsión inferior, de modo que puede generarse un mayor empuje en la porción superior de la segunda porción de timón orientada hacia una porción poco profunda de un calado de un buque en el que una velocidad de flujo de un flujo de succión que fluye hacia una hélice es alta y puede reducirse aún más el consumo de energía durante la travesía del buque.

[0027] Según la invención recitada en la reivindicación 4, además del efecto de la invención descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, el ángulo de torsión superior es de 3 grados o más, y el ángulo de torsión inferior es de 5 grados o menos, de modo que es posible reducir el consumo de energía durante la travesía de buques desde un buque delgado, como un buque portacontenedores, hasta un buque grueso, como un buque cisterna.

[0029] Breve Descripción de los Dibujos

[0031] La Fig.1 es una vista en perspectiva de un timón de compuerta que incluye un timón izquierdo y un timón derecho a izquierda y derecha, respectivamente, de una hélice.

[0032] La Fig. es una vista lateral izquierda del timón de compuerta.

[0033] La Fig.3 es una vista lateral derecha del timón de compuerta.

[0034] La Fig.4 muestra el área (porcentaje con respecto al área total) de un timón cubierta por la estela de una hélice cuando se toma el ángulo del timón en un caso en el que el eje del timón se encuentra en una posición del 30 % (Cp = 0,3) de la longitud de la cuerda del timón desde el borde delantero del timón. La Fig.5 muestra el área (porcentaje con respecto al área total) de un timón cubierta por la estela de una hélice cuando se toma el ángulo del timón en un caso donde el eje del timón se encuentra en una posición del 50 % de la longitud de la cuerda del timón (Cp = 0,5) desde el borde delantero del timón.

[0035] La Fig.6 muestra el área (porcentaje con respecto al área total) de un timón cubierta por la estela de una hélice cuando se toma el ángulo del timón en un caso donde el eje del timón se encuentra en una posición del 70 % de la longitud de la cuerda del timón (Cp = 0,7) desde el borde delantero del timón.

[0036] La Fig.7 es un valor de medición de la posición central de la fuerza del timón cuando se cambia el ángulo del timón de 0 a 60 grados.

[0037] La Fig.8 es una vista trasera del timón de compuerta.

[0038] La Fig. 9 es un valor de medición de la fuerza del timón cuando el gobierno se realiza desde un ángulo de timón de dirección hacia adelante a un ángulo de timón de dirección hacia atrás.

[0039] La Fig. 10 es una simulación de la holgura óptima entre la hélice y el timón de compuerta en Cp = 0,3 y Cp = 0,5.

[0040] La Fig. 11 es un valor de medición de un timón normal de una velocidad angular de giro en el momento del giro del buque.

[0041] La Fig. 12 es un valor de medición de un timón de compuerta de una velocidad angular de giro en el momento del giro del buque.

[0042] La Fig.13 es una vista en planta de un timón de compuerta.

[0043] La Fig. 14 ilustra un timón de compuerta donde (a) es una vista lateral izquierda del timón izquierdo, (b) es una vista en sección transversal de la porción superior del timón izquierdo, (c) es una vista en sección transversal de la porción inferior del timón izquierdo, y (d) es una vista explicativa de un ángulo de torsión del timón izquierdo.

[0044] La Fig.15 ilustra un timón de compuerta donde (a) es una vista lateral derecha del timón derecho, (b) es una vista en sección transversal de la porción superior del timón derecho, (c) es una vista en sección transversal de la porción inferior del timón derecho, y (d) es una vista explicativa de un ángulo de torsión del timón derecho.

[0045] La Fig. 16 es un valor de medición de un valor de resistencia en un caso donde un modelo de buque equipado con un timón normal y un modelo de buque equipado con un timón de compuerta navegan con un ángulo de inclinación de 0 a 10 grados.

[0046] La Fig.17 es un valor de medición de una fuerza lateral del timón en un caso donde un modelo de buque equipado con un timón normal y un modelo de buque equipado con un timón de compuerta navegan con un ángulo de inclinación de 0 a 10 grados.

[0047] La Fig. 18 ilustra la simulación de la perturbación de un campo de flujo de un flujo de succión, donde (a) representa un timón de compuerta en el que no se forma un ángulo de torsión, y (b) representa un timón de compuerta en el que se forma un ángulo de torsión.

[0048] Descripción detallada de la invención

[0049] Como se ilustra en la Fig. 1, el timón (en adelante, denominado timón de compuerta) de la presente realización incluye un timón izquierdo 2A y un timón derecho 2B dispuestos a la izquierda y a la derecha, respectivamente, de una hélice 1 del buque.

[0050] El timón izquierdo 2A incluye una primera porción de timón izquierdo 5A que se extiende en dirección horizontal y una segunda porción de timón izquierdo 6A que se extiende hacia abajo desde el extremo izquierdo de la primera porción de timón izquierdo 5A. Obsérvese que el extremo izquierdo de la primera porción izquierda del timón 5A y la porción superior de la segunda porción izquierda del timón 6A pueden conectarse mediante una porción de conexión inclinada y suavemente curvada (no ilustrada).

[0051] Un eje de timón izquierdo 10A que se extiende en dirección vertical está fijado a la porción derecha de la primera porción de timón izquierdo 5A, la porción superior del eje de timón izquierdo 10A se extiende hacia la sala de máquinas del buque, y una máquina de dirección izquierda (no ilustrada) que dirige el eje de timón izquierdo 10A está conectada a la porción superior del eje de timón izquierdo 10A.

[0052] Del mismo modo, el timón derecho 2B incluye una primera porción de timón derecho 5B que se extiende en dirección horizontal y una segunda porción de timón derecho 6B que se extiende hacia abajo desde el extremo derecho de la primera porción de timón derecho 5B. Obsérvese que el extremo derecho de la primera porción de timón derecho 5B y la porción superior de la segunda porción de timón derecho 6B pueden conectarse mediante una porción de conexión inclinada y suavemente curvada (no ilustrada).

[0053] Un eje de timón derecho 10B que se extiende en dirección vertical está fijado a la porción izquierda de la primera porción de timón derecho 5B, la porción superior del eje de timón derecho 10B se extiende hacia la sala de máquinas del buque, y una máquina de dirección hacia la derecha (no ilustrada) que dirige el eje de timón derecho 10B está conectada a la porción superior del eje de timón derecho 10B.

[0054] Obsérvese que, en la presente especificación, el timón izquierdo 2A y el timón derecho 2B se denominan colectivamente timón 2, la primera porción del timón izquierdo 5A y la primera porción del timón derecho 5B se denominan colectivamente primera porción del timón, la segunda porción del timón izquierdo 6A y la segunda porción del timón derecho 6B se denominan colectivamente segunda porción del timón 6, y el eje del timón izquierdo 10A y el eje del timón derecho 10B se denominan colectivamente eje del timón.

[0055] <Longitud de la cuerda del timón de la segunda porción del timón>

[0056] Como se ilustra en la Fig.2, una longitud de cuerda de timón izquierda CA de la segunda porción de timón izquierda 6A es preferiblemente del 40 al 100 % de un diámetro D de la hélice 1 como en la longitud de conducto de la hélice canalizada. Como resultado, la fuerza del timón puede obtenerse eficientemente de la segunda porción izquierda del timón 6A.

[0057] Además, la hélice 1 está dispuesta dentro de un rango de 15 a 65 % de la longitud de cuerda del timón izquierdo CA desde la porción del extremo delantero de la segunda porción del timón izquierdo 6A, es decir, la porción del extremo delantero E de la porción de pala de la hélice 1 está dispuesta detrás de una posición de 15 % de la longitud de cuerda del timón izquierdo CA desde la porción del extremo delantero de la segunda porción del timón izquierdo 6A, y la porción del extremo posterior F de la porción de la pala de la hélice 1 está dispuesta hacia adelante de una posición del 65 % de la longitud de la cuerda del timón izquierdo CA desde la porción del extremo delantero de la segunda porción del timón izquierdo 6A.

[0058] Del mismo modo, como se ilustra en la Fig.3, una longitud de cuerda de timón derecho CB de la segunda porción de timón derecho 6B es preferiblemente del 40 al 100 % del diámetro D de la hélice 1. Como resultado, la fuerza del timón puede obtenerse eficientemente de la segunda porción derecha del timón 6B.

[0059] Además, la hélice 1 está dispuesta dentro de un intervalo de 15 a 65 % de la longitud de cuerda del timón derecho CB desde la porción de extremo frontal de la segunda porción de timón derecho 6B, es decir,la porción de extremo frontal E de la porción de pala de la hélice 1 está dispuesta detrás de una posición de 15 % de la longitud de cuerda del timón derecho CB desde la porción de extremo frontal de la segunda porción de timón derecho 6B, y la porción de extremo posterior F de la porción de pala de la hélice 1 está dispuesta por delante de una posición del 65 % de la longitud de cuerda del timón derecho CB desde la porción de extremo anterior de la segunda porción de timón derecho 6B.

[0060] En la presente especificación, la longitud de cuerda del timón izquierdo CA y la longitud de cuerda del timón derecho CB se denominan colectivamente longitud de cuerda del timón C.

[0061] <Disposición del eje del timón>

[0062] El eje de timón izquierdo 10A se proporciona preferiblemente dentro de un rango de 30 a 50 % de la longitud de cuerda de timón izquierdo CA de la segunda porción de timón izquierdo 6A desde el borde delantero de la segunda porción de timón izquierdo 6A,y el eje de timón derecho 10B se proporciona preferiblemente dentro de un intervalo de 30 a 50 % de la longitud de cuerda de timón derecho CB de la segunda porción de timón derecho 6B desde el borde delantero de la segunda porción de timón derecho 6B.Además, con el fin de generar una gran fuerza del timón en el momento del gobierno hacia delante, el eje del timón izquierdo 10A se proporciona preferiblemente dentro de un intervalo de 35 a 45 % de la longitud de cuerda del timón izquierdo CA de la segunda porción de timón izquierdo 6A desde el borde delantero de la segunda porción de timón izquierdo 6A,y el eje del timón derecho 10B se proporciona más preferiblemente dentro de un intervalo de 35 a 45 % de la longitud de cuerda del timón derecho CB de la segunda porción de timón derecho 6B desde el borde delantero de la segunda porción de timón derecho 6B.Como resultado, se puede reducir el par para dirigir el eje del timón izquierdo 10A y el eje del timón derecho 10B, y como se describe más adelante, cuando el buque está parado, también es posible suprimir una disminución de la fuerza del timón de las porciones traseras de la segunda porción del timón izquierdo 6A y la segunda porción del timón derecho 6B que se extienden hacia atrás de la hélice 1 cuando el buque va recto.

[0063] La fuerza del timón F<N>generada en la porción trasera de la segunda porción del timón 6 que se extiende hacia atrás de la hélice 1 puede calcularse sustituyendo la fuerza del timón F<N1>generada en la porción trasera de la segunda porción de timón 6 situada fuera del chorro de la hélice 1 y la fuerza de timón F<N2>generada en la porción trasera de la segunda porción de timón 6 situada en el chorro de la hélice 1 en la Ecuación 1.

[0064] [Ecuación 1]

[0066] F<N1>de la Ecuación 1 puede calcularse a partir de la Ecuación 2.

[0067] [Ecuación 2]

[0069]

[0071] donde, ρ es una densidad, U<R1>es una velocidad en una posición del timón, A<R>es un área de una porción trasera de la segunda porción izquierda del timón 6A que se extiende hacia atrás de la hélice 1, y C<L1>es un coeficiente de sustentación.

[0072] U<R1>de la ecuación 2 puede calcularse a partir de la ecuación 3.

[0073] [Ecuación 3]

[0075] donde, U<R1>es una componente axial de la hélice de la velocidad, y V<R>es una componente circunferencial de la velocidad.

[0076] C<L1>de la ecuación 2 puede calcularse a partir de la ecuación 4.

[0077] [Ecuación 4]

[0079]

[0081] donde, λ representa una proporción de aspecto del timón, y δ representa un ángulo del timón.

[0082] F<N2>de la ecuación 1 puede calcularse a partir de la ecuación 5.

[0083] [Ecuación 5]

[0085]

[0087] donde, ρ es una densidad, U<R2>es una velocidad en una posición del timón, A<R>es un área de una porción trasera de la segunda porción del timón 6 que se extiende hacia atrás de la hélice 1, y C<L2>es un coeficiente de sustentación. U<R2>de la ecuación 5 puede calcularse a partir de la ecuación 6.

[0088] [Ecuación 6]

[0090] donde, U<R2>es una componente axial de la hélice de la velocidad, y V<R>es una componente circunferencial de la velocidad.

[0091] C<L2>de la ecuación 5 puede calcularse a partir de la ecuación 7.

[0092] [Ecuación 7]

[0094]

[0096] donde, λ representa una proporción de aspecto del timón, y δ representa un ángulo del timón.

[0097] µ en la ecuación 1 puede calcularse a partir de la ecuación 8.

[0098] [Ecuación 8]

[0100]

[0103] donde, A<CV>es un área de la porción trasera de la segunda porción de timón 6 situada en el chorro de la hélice 1, A<R>es un área de la porción trasera de la segunda porción de timón 6 que se extiende hacia atrás de la hélice 1, y η es una proporción (D/H) entre el diámetro D de la hélice 1 y la altura H del timón 2.

[0104] Como se ilustra en las Figs.4 a 6, cuando el eje del timón 10 se proporciona detrás de una posición del 50 % (Cp = 0,5) de la longitud de cuerda del timón C de la segunda porción de timón 6 desde el borde delantero de la segunda porción de timón 6 (por ejemplo, Cp = 0,7), el área A<CV>de la porción trasera de la segunda porción de timón 6 que se extiende hacia atrás de la hélice 1 en las Ecuaciones 2 y 5 disminuye bruscamente. Como resultado, existe la posibilidad de que la fuerza de timón F<N>generada en la porción trasera de la segunda porción de timón 6 que se extiende hacia atrás de la hélice 1 debido al chorro de la hélice 1 sea excesivamente pequeña. Por lo tanto, para generar la fuerza predeterminada del timón F<N>en la porción trasera de la segunda porción del timón 6 que se extiende hacia atrás de la hélice 1, el eje del timón 10 se proporciona preferiblemente en un rango del 50 % o menos de la longitud de cuerda del timón C de la segunda porción del timón 6 desde el borde delantero de la segunda porción del timón 6. En las Figs.4 a 6, el área de la porción trasera de la segunda porción de timón 6 se indica claramente como ÁREA CUBIERTA.

[0105] Como se ilustra en la Fig. 7, cuando se acciona la máquina de gobierno para cambiar el ángulo del timón de 0 a 60 grados, la posición central de acción (valor adimensional) de la fuerza del timón cambia monótonamente a alrededor del 40 % a partir del 20 % con un aumento del ángulo del timón en el timón normal, mientras que la posición central de acción de la fuerza del timón disminuye a alrededor del 25 % a partir del 45 %, y luego aumenta a alrededor del 55 % en el timón de compuerta. Por lo tanto, para minimizar el par de torsión de dirección máximo, es necesario desplazar la posición del eje del timón de alrededor del 30 % de la posición convencional a alrededor del 40 %. La Fig.7 muestra la posición central actuante (valor adimensional) de la fuerza del timón obtenida en el experimento del tanque de agua en comparación con la del timón normal.

[0106] <Distancia entre la hélice y el timón>

[0107] Como se ilustra en la Fig. 8, una distancia izquierda TA entre una línea periférica exterior L de la hélice 1 y una cara interior izquierda 7A de la segunda porción izquierda del timón 6A afecta en gran medida a una fuerza del timón debida al efecto Coanda generado en la porción delantera de la segunda porción izquierda del timón 6A que se extiende hacia delante de la hélice 1 por el flujo de succión que fluye hacia la hélice 1 por la fuerza de succión de la hélice 1 y una fuerza de timón debida al efecto del USB generado en la porción trasera de la segunda porción izquierda del timón 6A que se extiende hacia atrás de la hélice 1 por el chorro expulsado de la hélice 1.

[0108] Del mismo modo, una distancia derecha TB entre la línea periférica exterior L de la hélice 1 y una cara interior derecha 7B de la segunda porción derecha del timón 6B afecta en gran medida a una fuerza del timón debida al efecto Coanda generado en la porción delantera de la segunda porción derecha del timón 6B que se extiende por delante de la hélice 1 por el flujo de succión que fluye hacia la hélice 1 por la fuerza de succión de la hélice 1 y una fuerza de timón debida al efecto USB generado en la porción trasera de la segunda porción derecha del timón 6B que se extiende hacia atrás de la hélice 1 por el chorro expulsado de la hélice 1.

[0109] Es decir, en un caso en el que la distancia izquierda TA y la distancia derecha TB se ajustan a distancias inferiores a un valor predeterminado, pueden producirse daños debidos a la cavitación en las caras interiores de los timones izquierdo y derecho, y en un caso donde la distancia izquierda TA y la distancia derecha TB se ajustan a distancias superiores a un valor predeterminado, la velocidad de flujo del flujo de succión y la velocidad de flujo del flujo de chorro se reducen, y el efecto Coanda y el efecto USB se reducen, de modo que puede reducirse la fuerza del timón.

[0110] En la presente especificación, la cara interior izquierda 7A y la cara interior derecha 7B se denominan colectivamente cara interior 7, y la distancia izquierda TA y la distancia derecha TB se denominan colectivamente distancia T.

[0111] Como se ilustra en la Fig. 9, en el caso del timón izquierdo 2A, una fuerza de timón generada cuando el eje del timón izquierdo 10A se dirige al -(ángulo del timón de dirección hacia adelante) para lograr una postura en la que la parte delantera de la segunda porción del timón izquierdo 6A se posiciona en el lado delantero derecho en relación con la porción trasera es mayor que la fuerza del timón generada cuando el eje del timón izquierdo 10A se dirige al ángulo del timón (ángulo del timón de dirección hacia atrás). (ángulo de timón de dirección hacia atrás) para llevar una postura en la que la porción delantera de la segunda porción de timón izquierda 6A está posicionada en el lado delantero izquierdo con respecto a la porción trasera debido al efecto de aleteo causado por la interferencia entre la popa y la segunda porción de timón izquierda 6A.

[0112] Del mismo modo, en el caso de un timón derecho 2B,una fuerza de timón generada cuando el eje del timón derecho 10B se dirige al -para conseguir una postura en la que la porción delantera de la segunda porción de timón derecha 6B se posiciona en el lado delantero izquierdo con respecto a la porción trasera es mayor que una fuerza de timón generada cuando el eje de timón derecho 10B se gobierna al ángulo de timón por el efecto de aleta para conseguir una postura en la que la porción delantera de la segunda porción de timón derecha 6B se posiciona en el lado delantero derecho con respecto a la porción trasera debido a la interferencia entre la popa del buque y la segunda porción de timón derecho 6B.

[0113] Como se ilustra en la Fig.13, el ángulo -del timón del eje del timón izquierdo 10A es un ángulo del timón obtenido dirigiendo hacia delante el eje del timón izquierdo 10A en el sentido de las agujas del reloj, el ángulo del timón del eje del timón izquierdo 10A es un ángulo del timón obtenido dirigiendo hacia atrás el eje del timón izquierdo 10A en el sentido contrario a las agujas del reloj, el ángulo de timón - del eje del timón derecho 10B es un ángulo de timón obtenido dirigiendo hacia delante el eje del timón derecho 10B en el sentido contrario a las agujas del reloj, y el ángulo de timón del eje del timón derecho 10B es un ángulo de timón obtenido dirigiendo hacia atrás el eje del timón derecho 10B en el sentido de las agujas del reloj.

[0114] Por otro lado, cuando el ángulo de timón del eje del timón izquierdo 10A se dirige excesivamente para acercar excesivamente la porción delantera de la segunda porción izquierda del timón 6A a la popa, se produce una perturbación en el campo de flujo del caudal de succión que fluye hacia la hélice 1, y existe la posibilidad de que aumente la cavitación que causa vibración y ruido. Por lo tanto, es preferible fijar el ángulo máximo del timón de dirección del ángulo -del timón del eje del timón izquierdo 10A a 15 grados en el que se puede obtener la misma fuerza del timón que la fuerza del timón generada cuando el timón se dirige al ángulo del timón de 25 grados. Aunque el ángulo de rotación del eje del timón izquierdo 10A puede establecerse arbitrariamente, en la presente realización, el ángulo de rotación se establece de 0 a 15 grados para el ángulo -del timón y de 0 a 105 grados para el ángulo del timón.

[0115] Del mismo modo, cuando el ángulo de timón del eje del timón derecho 10B se dirige excesivamente para acercar excesivamente la porción delantera de la segunda porción del timón derecho 6B a la popa, se producen perturbaciones en el campo de flujo del caudal de aspiración que fluye hacia la hélice 1, y existe la posibilidad de que aumente la cavitación que causa vibraciones y ruido. Por lo tanto, es preferible establecer el ángulo máximo del timón de dirección del ángulo -del timón del eje del timón derecho 10B en 15 grados, en el que se puede obtener la misma fuerza del timón que la fuerza del timón generada cuando el timón se dirige al ángulo del timón de 25 grados. Obsérvese que el ángulo de rotación del eje del timón derecho 10B puede fijarse arbitrariamente, pero en la presente realización, el ángulo de rotación se fija de 0 a 15 grados para el ángulo -del timón y de 0 a 105 grados para el ángulo del timón.

[0116] En el caso de detener el buque, dirigiendo el eje del timón izquierdo 10A al ángulo -del timón de 15 grados y dirigiendo el eje del timón derecho 10B al ángulo -del timón de 15 grados, es posible bloquear el flujo de agua desde la parte delantera del casco, lo que favorece el ralentí de la hélice, y es posible reducir la fuerza de inercia de la hélice. Por lo tanto, en particular, en el caso de FPP (hélice de paso fijo), el buque se desplaza fácilmente al estado de rotación inversa, y se puede mejorar el rendimiento de parada y el rendimiento inverso.

[0117] La distancia T entre la línea periférica exterior L de la hélice 1 y la cara interior 7 de la segunda porción de timón 6 puede calcularse a partir de la ecuación 9.

[0118] [Ecuación 9]

[0120]

[0122] donde, Rp es un radio de rotación de la segunda porción de timón 6, Cp es un valor obtenido dividiendo la longitud entre el borde delantero de la segunda porción de timón 6 y el eje del timón por la longitud de cuerda del timón C en la vista lateral (fijada en 0,3 a 0,5 en la presente realización), y ψ es el ángulo del timón de gobierno del -ángulo del timón del eje del timón 10 (fijado en 15 grados en la presente realización).

[0123] Como se muestra en la Fig.10, la distancia T calculada sustituyendo Cp = 0,3 en la ecuación 9 e incrementando el valor obtenido dividiendo la longitud de la cuerda del timón C de la segunda porción del timón 6 por el diámetro D de la hélice 1 entre 0,4 y 0,7 es de 0,04D a 0,06D.04D a 0,06D, y la distancia T calculada sustituyendo Cp = 0,5 en la ecuación 9 y aumentando el valor obtenido dividiendo la longitud de la cuerda del timón C de la segunda porción del timón 6 por el diámetro D de la hélice 1 a 0,4 a 0,7 es de 0,06D a 0,1D. Por lo tanto, la distancia T entre la línea periférica exterior L de la hélice 1 y la cara interior 7 de la segunda porción de timón 6 es preferiblemente de 4 a 10 % del diámetro D de la hélice 1.

[0124] Como resultado, cuando el buque se desplaza en línea recta, se genera una gran fuerza de timón debido al efecto Coanda generado en la porción delantera de la segunda porción izquierda del timón 6A que se extiende hacia delante de la hélice 1 por el flujo de succión que fluye hacia la hélice 1 y una gran fuerza de timón debido al efecto USB generado en la porción trasera de la segunda porción izquierda del timón 6A que se extiende hacia atrás de la hélice 1 por el chorro expulsado de la hélice 1, y se puede generar un gran empuje (elevación) para mover el buque hacia delante. Además, al formar la distancia T mayor que 0,03 D, que es la distancia de la hélice del conducto, es posible evitar que se produzca erosión por cavitación en la porción delantera de la cara interior A de la segunda porción de timón 6.

[0125] Como se muestra en las Figs. 3A, 11 y 12, en un timón normal equipado detrás de la hélice, en particular detrás de la CPP (hélice de paso variable), cuando los ángulos del timón de gobierno del ángulo -del timón y del ángulo del timón son de 20 grados o más, la fuerza de giro (velocidad angular de giro) del buque tiende a entrar en pérdida. Por otro lado, incluso cuando los ángulos del timón de dirección del ángulo -del timón y del ángulo del timón son de 20 grados o más, el timón de compuerta puede mantener la tendencia creciente de la fuerza de giro (velocidad angular de giro) según el ángulo del timón sin calarse. Obsérvese que, en la Fig. 11, el eje horizontal indica el ángulo del timón y el eje vertical la velocidad angular de giro.

[0126] Como se ilustra en la Fig. 13, en vista en planta, la segunda porción izquierda del timón 6A está formada en una forma aerodinámica que tiene una línea curva que conecta el centro de la segunda porción izquierda del timón 6A en la dirección del grosor y que se abomba hacia la hélice (línea de curvatura). Como resultado, en particular, se genera la sustentación hacia la hélice delantera, el flujo de succión por la hélice 1 generado en el borde delantero de la cara interior 7A de la segunda porción izquierda del timón 6A genera el efecto Coanda, y se puede aumentar la sustentación y la fuerza del timón correspondiente.

[0127] Del mismo modo, en la vista en planta, la segunda porción derecha del timón 6B está formada en una forma aerodinámica que tiene una línea de curvatura que conecta el centro de la segunda porción derecha del timón 6B en la dirección de la anchura y se abulta hacia la hélice. Como resultado, en particular, se genera la sustentación hacia el lado delantero de la hélice, el flujo de succión por la hélice 1 generado en el borde delantero de la cara interior 7B de la segunda porción derecha del timón 6B genera el efecto Coanda, y la sustentación y se puede aumentar la sustentación y la fuerza del timón correspondiente.

[0128] <Ángulo de torsión>

[0129] Como se ilustra en la Fig.14, la segunda porción izquierda del timón 6A tiene un ángulo de torsión izquierdo αA tal que la porción delantera de la segunda porción izquierda del timón 6A está situada a la izquierda de la línea virtual y la porción trasera de la segunda porción izquierda del timón 6A está situada a la derecha de la línea virtual con respecto a la línea virtual en la dirección delantera-trasera. Como resultado, dado que el flujo de succión que fluye hacia la hélice 1 y el chorro expulsado de la hélice 1 pueden fluir con un ángulo de ataque predeterminado con respecto a la línea de cuerda del timón de la segunda porción izquierda del timón 6A, la segunda porción izquierda del timón 6A puede reducir su resistencia y aumentar su sustentación. Se puede aumentar la fuerza de empuje para propulsar el buque hacia delante. Obsérvese que la segunda porción izquierda del timón 6A ilustrada en la Fig.14 tiene un ángulo de torsión αA en toda la longitud de la cuerda del timón de la segunda porción izquierda del timón 6A, pero el ángulo de torsión αA puede formarse sólo en la porción delantera de la segunda porción izquierda del timón 6A por delante del eje izquierdo del timón 10A en vista lateral.

[0130] Un ángulo de torsión superior izquierdo αA1 de la porción superior de la segunda porción izquierda del timón 6A es mayor que un ángulo de torsión inferior izquierdo αA2 de la porción inferior de la segunda porción izquierda del timón 6A. Como resultado, es posible generar eficientemente un gran empuje en la porción superior de la segunda porción izquierda del timón 6A frente a una porción poco profunda del calado del buque que tiene una alta velocidad de flujo tal como un flujo de succión del buque, el buque teniendo una gran influencia del flujo de succión de la hélice en comparación con la velocidad de flujo en un estado en el que no hay funcionamiento de la hélice. En la Fig.14, toda la longitud de la cuerda del timón de la segunda porción izquierda del timón 6A tiene el ángulo de torsión αA, pero el ángulo de torsión αA puede formarse sólo en la porción delantera de la segunda porción izquierda del timón 6A por delante del eje izquierdo del timón 10A en vista lateral.

[0131] Del mismo modo, como se ilustra en la Fig.15, la segunda porción de timón derecha 6B tiene un ángulo de torsión derecha αB tal que la porción delantera de la segunda porción de timón derecha 12 está situada a la derecha de la línea virtual y la porción trasera de la segunda porción de timón derecha 6B está situada a la izquierda de la línea virtual con respecto a la línea virtual en la dirección delantera-trasera. Como resultado, dado que el flujo de succión que fluye hacia la hélice 1 y el chorro expulsado de la hélice 1 pueden fluir con un ángulo de ataque predeterminado con respecto a la línea de cuerda de la segunda porción derecha del timón 6B, la segunda porción derecha del timón 6B puede reducir su resistencia y aumentar su sustentación. Se puede aumentar la fuerza de empuje para propulsar el barco hacia delante. Obsérvese que la segunda porción de timón derecho 6B ilustrada en la Fig. 15 tiene un ángulo de torsión αB en toda la longitud de la cuerda del timón de la segunda porción de timón derecho 6B, pero el ángulo de torsión αB puede formarse sólo en la porción delantera de la segunda porción de timón derecho 6B por delante del eje del timón derecho 10B en vista lateral.

[0132] Un ángulo de torsión superior derecho αB1 de la porción superior de la segunda porción de timón derecho 6B es mayor que un ángulo de torsión inferior derecho αB2 de la porción inferior de la segunda porción de timón derecho 6B.. Como resultado, es posible generar eficientemente un gran empuje en la porción superior de la segunda porción derecha del timón 6B orientada hacia una porción poco profunda del calado del buque teniendo la gran influencia del flujo de succión de la hélice comparada con la velocidad del flujo en un estado en el que no hay funcionamiento de la hélice.

[0133] En la presente especificación, el ángulo de torsión αA y el ángulo de torsión αB se denominan colectivamente ángulo de torsión α, el ángulo de torsión αA1 y el ángulo de torsión αB1 se denominan colectivamente ángulo de torsión superior α1, y el ángulo de torsión αA2 y el ángulo de torsión αB2 se denominan colectivamente ángulo de torsión inferior α2.

[0134] En el timón de compuerta de la presente realización, el ángulo de torsión superior α1 es de 3 grados o más, y el ángulo de torsión inferior α2 es de 5 grados o menos. Obsérvese que el ángulo de torsión superior α1 y similares son diferentes en función de la forma del buque. En un buque delgado, como un buque portacontenedores, preferiblemente, el ángulo de torsión superior α1 es de 5 grados, y el ángulo de torsión inferior α2 es de 1 grado. En un buque grueso, como un petrolero, preferiblemente, el ángulo de torsión superior α1 es de 7 grados, y el ángulo de torsión inferior α2 es de 3 grados. Por lo tanto, cuando se resume la relación entre el ángulo de torsión superior α1 y el ángulo de torsión inferior α2, es preferible que el ángulo de torsión superior α1 sea mayor que el ángulo de torsión inferior α2, el ángulo de torsión superior α1 sea de 3 grados o más, y el ángulo de torsión inferior α2 sea de 5 grados o menos.

[0135] Como se ilustra en la Fig. 16, cuando el buque se balancea debido a la influencia de las olas y el viento, la resistencia del timón de compuerta de la presente realización es menor que la de un timón normal. Además, se ha comprobado que cuando el ángulo de inclinación del buque es de 0 a 9 grados, la resistencia del timón de compuerta actúa como un empuje que empuja el buque hacia delante. Como resultado, se ha encontrado que hay un efecto de reducir en gran medida el consumo de energía durante el viaje de la nave en el caso de utilizar el timón de compuerta de la presente realización. En la Fig.16, el timón de compuerta de la presente realización se denota como timón de la presente invención, y el timón normal se denota como timón normal.

[0136] Como se ilustra en la Fig. 17, se ha comprobado que la fuerza lateral del timón de compuerta de la presente realización, es decir, la fuerza de restablecimiento para devolver el buque al estado de desplazamiento recto es mayor que la del timón normal cuando el buque se balancea debido a la influencia de las olas y el viento. Como resultado, se ha encontrado que el uso de la compuerta del timón de la presente realización tiene un efecto de mejorar significativamente la estabilidad de rumbo del buque. En la Fig.17, el timón de compuerta de la presente realización se denota como timón de la presente invención, y el timón normal se denota como timón normal. Como se muestra en la Fig.18, se ha descubierto que el timón de compuerta en el que el ángulo de torsión α está formado en la segunda porción izquierda del timón 6 suprime la perturbación del campo de flujo del flujo de succión que fluye hacia la hélice 1 en comparación con el timón de compuerta en el que el ángulo de torsión no está formado en la segunda porción izquierda del timón 6. Como resultado, se ha comprobado que existe un efecto de mantenimiento de un gran empuje al evitar una disminución de la velocidad del flujo debido a la turbulencia del flujo de aspiración y al evitar una disminución del empuje generado por el timón de compuerta.

[0137] Aplicabilidad Industrial

[0138] La presente invención puede aplicarse a un timón de compuerta que incluye un timón izquierdo y un timón derecho dispuestos a izquierda y derecha, respectivamente, de una hélice de un buque.

[0139] Lista de Signos de Referencia

[0140] 1 hélice

[0141] 2 timón

[0142] 2A timón izquierdo

[0143] 2B timón derecho

[0144] 5 primera porción del timón

[0145] 6 segunda porción del timón

[0146] 10 eje del timón

[0147] T distancia

[0148] Α ángulo de torsión

[0149] α1 ángulo de torsión superior

[0150] α2 ángulo de torsión inferior

Claims (4)

1. REIVINDICACIONES

1.Un timón de compuerta que comprende un par de timones que incluyen un timón izquierdo (2A) y un timón derecho (2B) dispuestos a izquierda y derecha, respectivamente, de una hélice (1) en una popa,

en donde cada uno de los timones (2A, 2B) incluye una primera porción de timón (5A, 5B) que se extiende en una dirección horizontal y una segunda porción de timón (6A, 6B) que se extiende linealmente en una dirección vertical en vista posterior,

en donde una longitud de cuerda del timón (CA, CB) de la segunda porción de timón (6A, 6B) en una dirección delantera-trasera es del 40 al 100 % de un diámetro de la hélice (1),

en donde la hélice (1) se encuentra en un rango del 15 al 65 % de la longitud de cuerda del timón (CA, CB) desde un borde delantero de la segunda porción del timón (6A, 6B) en vista lateral,

en donde cada uno de los timones (2A, 2B) está provisto de un eje de timón (10A, 10B) para accionar el timón (2A, 2B) en una posición comprendida entre el 30 y el 50 % de la longitud de cuerda del timón (CA, CB) desde el borde delantero de la segunda porción de timón (6A, 6B) en vista lateral, y

en donde cada segunda porción de timón (6A, 6B) está deformada, y tiene un ángulo de torsión superior (αA1, αB1) formado en una porción superior de la segunda porción de timón (6A, 6B) y un ángulo de torsión inferior (αA2, αB2) formado en una porción inferior de la segunda porción de timón (6A, 6B), y el ángulo de torsión superior (αA1, αB1) es mayor que el ángulo de torsión inferior (αA2, αB2).

2.El timón de compuerta según la reivindicación 1, en donde el eje del timón (10A, 10B) para accionar el timón (2A, 2B) se proporciona en una posición dentro de un rango de 35 a 45 % de la longitud de cuerda del timón (CA, CB) desde el borde frontal de la segunda porción del timón (6A, 6B) en vista lateral.

3.El timón de compuerta según la reivindicación 1 o 2, en donde una distancia (TA, TB) entre la hélice (1) y cada segunda porción de timón (6A, 6B) es de 4 a 10 % del diámetro de la hélice (1) en vista posterior.

4.El timón de compuerta según la reivindicación 1, en donde el ángulo de torsión superior (αA1, αB1) es de 3 grados o más, y el ángulo de torsión inferior (αA2, αB2) es de 5 grados o menos.