PT2163471E

PT2163471E - Disposição de propulsão e rumo

Info

Publication number: PT2163471E
Application number: PT08164275T
Authority: PT
Inventors: Henning Kuhlmann; Teus Van Beek
Original assignee: Waertsilae Netherlands B V
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2011-12-15
Also published as: EP2163471A1; EP2163471B1; JP2010064740A; ATE523423T1; KR20100036936A; CN101716989A; DK2163471T3; ES2371297T3; HRP20110723T1

Description

ΕΡ 2 163 471/PT DESCRIÇÃO "Disposição de propulsão e rumo"

CAMPO DO PRESENTE INVENTO 0 presente invento refere-se a uma disposição de propulsão e rumo para uma embarcação. A disposição é de um tipo que compreende um hélice, um leme disposto por trás do hélice e um corpo em forma de bolbo proporcionado no leme.

ANTECENTES DO PRESENTE INVENTO

Os meios mais comuns para propulsionar uma embarcação consistem num hélice em parafuso que tem duas ou mais pás de hélice. Para reduzir o consumo de combustível e as emissões, o rendimento propulsivo do hélice, o qual é definido como sendo a relação entre a potência de propulsão (também chamada efectiva) e a potência produzida, deve ser tão alto quanto possível. A previsão do rendimento propulsivo para uma certa potência de motor é normalmente feita através de ensaios de modelos à escala. A opinião que prevalece que foi desenvolvida há mais de 100 anos na prática dos ensaios de modelos daqueles tempos sugere que o hélice e o casco de uma embarcação possam ser observados e estimados de modo separado. Na realidade, contudo, a interacção entre o hélice e o casco é um aspecto muito importante. O hélice e o casco devem ser integrados e sintonizados um no outro caso se pretenda alcançar um desempenho óptimo. Isto também se mantém verdade para a interacção entre o que está anexo à hélice e ao casco tal como um leme.

De modo a melhorar a interacção entre um hélice em parafuso e um leme, a GB 762,445 ensina a dispor um corpo em forma de bolbo por trás do hélice em prolongamento do eixo do hélice. De modo a ultrapassar uma contracção da esteira do hélice, é sugerido empurrar uma cabeça que sobressai livremente do corpo em forma de bolbo de modo aproximado ao bordo de fuga das pás de hélice de modo a sobrepor o cubo de hélice. Numa concretização, uma parte frontal do corpo em 2 ΕΡ 2 163 471/ΡΤ forma de bolbo é suportada por um poste de leme de um leme desequilibrado, enquanto uma parte de cauda, ou parte à ré, do corpo em forma de bolbo, é suportada por uma lâmina de leme, estando ambas as partes do corpo em forma de bolbo num engate articulado. Numa outra concretização, o corpo em forma de bolbo é suportado como um leme equilibrado e o cubo de hélice tem um recesso engatado pela cabeça sobressaída do corpo em forma de bolbo para permitir um movimento oscilatório do corpo em forma de bolbo em relação ao cubo de hélice quando o leme é virado. A EP 0 852 551 A descreve uma disposição de propulsão e rumo de uma embarcação, em que um anel de transição enroscado num cubo de um hélice em parafuso forma um corpo aerodinâmico contínuo com um corpo em forma de bolbo suportado por um tirante de leme meio suspenso por trás do hélice. 0 corpo aerodinâmico é interrompido apenas por um intervalo de rotação estreito entre o anel de transição e o corpo em forma de bolbo. 0 documento da arte anterior mais próximo WO 2006/112787 A descreve uma disposição de propulsão e rumo de uma embarcação, em que uma tampa de cubo de carenagem, que é parte integrante de um cubo de um hélice em parafuso, forma um corpo aerodinâmico contínuo com um corpo em forma de bolbo suportado por um leme totalmente suspenso por trás do hélice. A extremidade frontal do corpo em forma de bolbo e da tampa de cubo estão concebidas para manter um intervalo estreito entre o corpo em forma de bolbo e a tampa em forma de cubo constante quando o leme é virado. Além do mais, o leme tem uma concepção altamente sofisticada com base na simulação e optimização da forma do bordo de ataque torcido que vai ao encontro da água em turbilhão propulsionada para trás pelo hélice quando o hélice dá um rumo à embarcação no sentido de vante. O ângulo de torção do leme é maior na área do corpo em forma de bolbo e diminui com a distância a partir do corpo em forma de bolbo. O perfil de bordo de ataque torcido do leme melhora a esteira do hélice através da área de leme, aumentando desse modo a eficiência do hélice. 3 ΕΡ 2 163 471/ΡΤ

SUMÁRIO DO INVENTO É um objecto do presente invento aperfeiçoar as disposições de propulsão e rumo descritas na EP 0 852 551 A e na WO 2006/112787 A.

De acordo com um primeiro aspecto do presente invento, é proporcionada uma disposição de propulsão e rumo para uma embarcação, compreendendo a disposição um hélice em parafuso e um leme que pode virar disposto por trás do hélice. Uma carenagem numa extremidade de cauda do hélice e um corpo em forma de bolbo proporcionado no leme formam um corpo aerodinâmico que é continuo excepto para um intervalo estreito entre a carenagem e o corpo em forma de bolbo. 0 leme tem um bordo de ataque superior torcido que se prolonga desde uma extremidade superior do leme até ao corpo em forma de bolbo e um bordo de ataque inferior torcido que se prolonga desde uma extremidade inferior do leme até ao corpo em forma de bolbo. 0 leme é caracterizado por pelo menos um do bordo de ataque superior e o bordo de ataque inferior ter um ângulo de torção constante de onde resulta um leme muito mais reforçado e fácil de fabricar do que a solução sofisticada descrita na WO 2006/112787.

Os requerentes verificaram que o consumo de combustível da disposição de propulsão e rumo de acordo com o presente invento pode ser cortado em comparação com a disposição de propulsão e rumo convencional da EP 0 852 551 A, que tem um perfil de bordo de ataque sem torção. O que os requerentes não esperavam é que a disposição de propulsão e rumo de acordo com o presente invento pode alcançar a mesma poupança de combustível que a disposição de propulsão e rumo convencional da WO 2006/112787 A, na qual a torção do leme diminui a partir da área do corpo em forma de bolbo para a extremidade superior ou inferior do leme. Muito embora a eficiência de propulsão teórica tenda a ser mais elevada para a disposição de propulsão e rumo da WO 2006/112787 A, quando o leme está paralelo ao eixo de rotação do hélice, o rendimento propulsivo tende a ser mais elevado para a disposição de propulsão e rumo de acordo com o presente invento quando o leme é virado para dar um rumo à 4 ΕΡ 2 163 471/ΡΤ embarcação. Considerando que o leme de uma embarcação é muitas vezes actuado no mar para lutar contra os ventos cruzados e contra as correntes, o rendimento propulsivo e o consumo de combustível globais serão na prática substancialmente os mesmos para ambas as disposições de propulsão e rumo. No caso de se darem muitas manobras, o rendimento propulsivo e o consumo de combustível globais serão ainda melhores para a disposição de propulsão e rumo de acordo com o presente invento. A disposição de propulsão e rumo de acordo com o presente invento tem um benefício adicional dado que os custos de fabrico para o leme que tem o ângulo de torção constante são menores do que aqueles para o leme da WO 2006/112787 A.

De preferência, tanto o bordo de ataque superior como o bordo de ataque inferior têm um ângulo de torção constante. 0 pelo menos um ângulo de torção é de preferência menor do que 15°, mais de preferência menor do que 10°, e mais ainda de preferência entre 5° e 10°. O pelo menos um ângulo de torção diminui no sentido de ré até 0° dentro de uma gama definida pelo respectivo bordo de ataque e o eixo de articulação do leme. O corpo em forma de bolbo é de preferência proporcionado numa lâmina de leme do leme para permitir um movimento oscilatório do corpo em forma de bolbo em relação à carenagem quando o leme é virado. 0 leme pode ser quer um leme totalmente suspenso quer um leme meio suspenso. O rendimento propulsivo e a economia de combustível da disposição de propulsão e rumo de acordo com o presente invento são os mais notáveis quanto mais longe o eixo de articulação do leme estiver disposto a partir do bordo de ataque do leme, ou quanto mais os bordos de ataque superior e inferior do leme forem deslocados a partir do eixo de rotação do hélice para um dado ângulo de virar do leme. Por esta razão, o eixo de articulação do leme está de preferência localizado em 30 a 50% do comprimento de leme máximo a partir 5

ΕΡ 2 163 471/PT do bordo de ataque superior ou inferior no sentido de ré, mais de preferência em 35 a 50% do comprimento de leme máximo, e mais ainda de preferência em 40 a 50% do comprimento de leme máximo.

De acordo com um segundo aspecto do presente invento, é proporcionada uma embarcação que tem a disposição de propulsão e rumo atrás mencionada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Fig. 1 mostra uma disposição de propulsão e rumo de acordo com uma primeira concretização do presente invento. A Fig. 2 mostra o leme da Fig. 1 com as secções transversais superior e inferior. A Fig. 3 mostra a secção transversal superior da Fig. 2. A Fig. 4 mostra a secção transversal inferior da Fig. 2. A Fig. 5 mostra uma disposição de propulsão e rumo de acordo com uma segunda concretização do presente invento montada na popa de uma embarcação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DO INVENTO O invento é agora explicado em maior detalhe com referência às Figs. 1 a 6 que ilustram as concretizações preferidas do presente invento.

Primeira concretização

As Figs. 1 a 4 mostram uma disposição de propulsão e rumo de acordo com uma primeira concretização do presente invento. A disposição de propulsão e rumo deverá ser montada na popa de uma embarcação. A embarcação pode estar equipada com uma ou mais das disposições de propulsão e rumo.

Tal como ilustrado na Fig. 1, a disposição de propulsão e rumo de acordo com a primeira concretização compreende um hélice em parafuso a ser montado num veio de accionamento (não mostrado) da embarcação, e um leme totalmente suspenso 10 a ser montado num eixo de articulação P numa madre do leme (não mostrada) da embarcação por trás do hélice 2. Neste 6

ΕΡ 2 163 471/PT contexto, o termo "por trás" refere-se à direcção de vante da embarcação tal como indicado pela seta F.

Quando o hélice 2 é accionado pelo veio de accionamento, o hélice 2 propulsiona a embarcação quer no sentido de vante F quer no sentido de ré oposto. Quando a embarcação é propulsionada no sentido de vante F pelo hélice 2, a água que passou no hélice 2 forma uma esteira de água em turbilhão que se desloca para o leme 10. O hélice 2 tem um cubo 4 no qual três pás de hélice 8 se encontram montadas. Também pode ter mais ou menos pás. O hélice 2 é mostrado como um hélice de passo variável, mas também pode ter um passo fixo. A extremidade de cauda do hélice 2 é definida por uma tampa de cubo de carenagem 6 que foi enroscada ou encolhida no cubo de hélice 4 para ser parte integrante do cubo 4. O contorno exterior ilustrado do cubo de hélice 4 também pode ser fundido numa única peça. A tampa de cubo de carenagem 6 tem um recesso. O recesso é engatado por uma extremidade frontal 22 de um corpo em forma de bolbo 20 que foi fixo à lâmina de leme 10a do leme 10 por meio de uma ligação de flange para ser parte integrante da lâmina de leme 10a. A extremidade frontal 22 do corpo em forma de bolbo 20 projecta-se para dentro do recesso da tampa de cubo 6 sem entrar em contacto com o recesso. O recesso da tampa de cubo 6 e da extremidade frontal 22 do corpo em forma de bolbo 2 0 são curvos para manter um intervalo estreito entre o recesso da tampa de cubo 6 e a extremidade frontal 22 do corpo em forma de bolbo 20 constante quando o leme 10 é virado. O corpo em forma de bolbo 2 0 e a tampa de cubo 6 formam um corpo aerodinâmico continuo que é partido apenas pelo intervalo estreito. O corpo aerodinâmico impede uma contracção do rasto do hélice, aumentado deste modo a eficiência do hélice. A concepção do leme 10 é agora explicada em maior detalhe com referência às Figs. 2 a 4. A Fig. 2 mostra o leme totalmente suspenso 10 da Fig. 1 em conjunto com uma secção transversal superior numa extremidade superior 17 do leme 10 7

ΕΡ 2 163 471/PT e uma secção transversal inferior numa extremidade inferior 18 do leme 10. As Figs. 3 e 4 mostram as secções transversais superior e inferior em maior detalhe.

Tal como mostrado nas Figs. 2 a 4, o leme 10 tem um perfil aerodinâmico com um bordo de ataque superior 12 que se prolonga desde a extremidade superior 17 do leme 10 até ao corpo em forma de bolbo 20, prolongando-se um bordo de ataque inferior 13 desde a extremidade inferior 18 do leme 10 até ao corpo em forma de bolbo 20, e um bordo de fuga 15 que se prolonga por trás do corpo em forma de bolbo 20 desde a extremidade superior 17 até à extremidade inferior 18 do leme 10. O bordo de ataque superior 12 tem um primeiro ângulo de torção constante α de 8° em relação a uma linha central C do leme 10 no sentido de estibordo, enquanto o bordo de ataque inferior 13 tem um ângulo de torção constante β de 6o em relação à linha central C do leme 10 no sentido de bombordo. Os ângulos de torção α, β podem ter valores diferentes, mas são de preferência inferiores a 15° em cada sentido.

As torções dos bordos de ataque superior e inferior ilustrados 12, 13 diminuem no sentido de ré até 0o dentro de uma gama definida pelo respectivo bordo de ataque 12, 13 e do eixo de articulação P do leme 10, de modo que o bordo de fuga 15 não é torcido e prolonga-se numa linha a direito. As torções também podem diminuir até 0o dentro de uma gama definida pelo eixo de articulação P e pelo bordo de fuga 15, ou as torções podem continuar até ao bordo de fuga 15, de modo que se forme um leme em rabo de peixe.

Quando o hélice 2 dá um rumo à embarcação no sentido de vante F, os bordos de ataque torcidos 12, 13 vão ao encontro da água em turbilhão propulsionada para trás pelo hélice 2. O perfil de bordo de ataque torcido do leme 10 melhora a esteira do hélice através da área de leme, aumentando desse modo a eficiência do hélice.

Tal como se pode ver melhor na Fig. 1, o eixo de articulação P do leme ilustrado 10 está localizado a cerca de 4 5% de um comprimento de leme máximo L a partir do bordo de ataque superior 12 no sentido de ré. O eixo de articulação P também pode estar localizado numa posição diferente, mas de 8

ΕΡ 2 163 471/PT preferência em 35 a 50% do comprimento de leme máximo L para conseguir um bom equilíbrio do leme 10.

Se o eixo de articulação P do leme ilustrado 10 estiver localizado dentro da gama acima mencionada do comprimento de leme máximo L, o deslocamento dos bordos de ataque 12, 13 do leme 10 a partir do eixo de rotação do hélice 2 é grande para um pequeno ângulo de virar do leme 10. Perante um tal deslocamento grande, os ângulos de torção constantes α, β aumentam a eficiência do hélice em comparação com o perfil de bordo de ataque convencional da WO 2006/112787 A, que tem grandes ângulos de torção perto do corpo em forma de bolbo e pequenos ângulos de torção perto das extremidades superior e inferior do leme.

Além do mais, os custos de fabrico do leme 10 que têm os ângulos de torção constantes α, β são menores do que os custos para o leme da WO 2006/112787 A que têm ângulos de torção que mudam.

Segunda concretização A Fig. 5 mostra uma disposição de propulsão e rumo de acordo com uma segunda concretização do presente invento montada na popa de uma embarcação.

Tal como ilustrado na Fig. 5, a disposição de propulsão e rumo de acordo com a segunda concretização compreende um hélice em parafuso 2 montado num veio de accionamento 30 da embarcação, e um leme meio suspenso 10' montado por trás do hélice 2 no casco da embarcação. O leme meio suspenso 10' compreende uma cabeça de ataque lOd que se encontra fixa ao casco, e uma lâmina de leme que pode virar 10a na qual um corpo 20 em forma de bolbo é acoplado no lugar. A cabeça de ataque lOd está provida de uma chumaceira principal inferior lOe. A chumaceira principal inferior lOe suporta uma madre do leme 32 na qual a lâmina de leme 10a está montada. 0 hélice 2 tem um cubo 4 no qual estão montadas quatro pás de hélice 8. Também pode ter menos ou mais pás. 0 hélice 9

ΕΡ 2 163 471/PT 2 é mostrada como um hélice de passo variável, mas também pode ter um passo fixo. 0 cubo de hélice 4 foi fundido numa única peça para ter a forma de uma carenagem. Em alternativa, a carenagem pode ser uma tampa de cubo que foi enroscada ou encolhida no cubo de hélice. 0 cubo 4 tem um recesso que é engatado por uma extremidade frontal do corpo 20 em forma de bolbo sem contactar o recesso. O corpo 20 em forma de bolbo e o cubo 4 formam um corpo aerodinâmico continuo que é partido apenas por um intervalo estreito para permitir um movimento oscilatório do corpo 20 em forma de bolbo em relação ao cubo 4 quando a lâmina de leme 10a é virada. 0 corpo aerodinâmico impede uma contracção da esteira do hélice, aumentando deste modo a eficiência do hélice. O recesso do cubo 4 e a extremidade frontal do corpo 20 em forma de bolbo são curvados para manter o intervalo estreito constante quando a lâmina de leme 10a é virada.

De modo similar ao leme totalmente suspenso 10 de acordo com a primeira concretização, o leme meio suspenso 10' de acordo com a segunda concretização tem um perfil aerodinâmico com um bordo de ataque superior torcido 12, um bordo de ataque inferior torcido 13 e um bordo de fuga 15 que não é torcido e prolonga-se numa linha a direito. O bordo de ataque superior 12 prolonga-se desde uma extremidade superior da cabeça de ataque lOd até uma extremidade inferior da cabeça de ataque lOd. O bordo de ataque inferior 13 prolonga-se desde uma extremidade inferior 18 da lâmina de leme 10a até ao corpo 20 em forma de bolbo. O bordo de ataque superior 12 tem um primeiro ângulo de torção constante em relação a uma linha central do leme 10' no sentido de estibordo, enquanto o bordo de ataque inferior 13 tem um ângulo de torção constante em relação à linha central no sentido de estibordo. Os ângulos de torção têm valores inferiores a 15° em cada direcção, mais de preferência menores do que 10°, e mais ainda de preferência entre 5o e 10°. A torção do bordo de ataque superior 12 diminui até 0o no sentido de ré para a madre do leme 32. A torção do bordo de ataque inferior 13 diminui até 0o no sentido de ré dentro de uma gama definida pelo bordo de ataque inferior 13 e do eixo de articulação P 10

ΕΡ 2 163 471/PT da lâmina de leme 10a. A gama entre o eixo de articulação P e o bordo de fuga 15 também pode ser torcida.

Quando o hélice 2 dá um rumo à embarcação no sentido de vante, os bordos de ataque torcidos 12, 13 vão ao encontro da água em turbilhão propulsionada para trás pelo hélice 2. O perfil de bordo de ataque torcido do leme 10' melhora a esteira do hélice através da área do leme, aumentando deste modo a eficiência do hélice. O leme ilustrado 10' tem um comprimento de leme constante no sentido de vante e de ré. O eixo de articulação P da lâmina de leme 10a está localizado a cerca de 41% do comprimento do leme a partir do bordo de ataque superior ou inferior 12, 13 no sentido de ré. O eixo de articulação P também pode estar localizado numa posição diferente, mas de preferência em 35 a 50% do comprimento do leme para conseguir um bom equilíbrio do leme 10'.

Se o eixo de articulação P do leme ilustrado 10' estiver localizado dentro da gama acima mencionada do comprimento de leme máximo, o deslocamento do bordo de ataque inferior 13 da lâmina de leme 10a a partir do eixo de rotação do hélice 2 é grande para um pequeno ângulo de virar do leme 10'. Mediante um tal deslocamento grande, o ângulo de torção constante do bordo de ataque inferior 13 aumenta a eficiência do hélice em comparação com um bordo de ataque inferior que tem um ângulo de torção grande perto do entalhe e um ângulo de torção pequeno perto da extremidade inferior da lâmina de leme.

Além do mais, os custos de fabrico para o leme meio suspenso 10' que tem os ângulos de torção constantes são menores do que aqueles para um leme meio suspenso que têm ângulos de torção que mudam.

Lisboa, 2011-11-18

Claims

ΕΡ 2 163 471/ΡΤ 1/2 REIVINDICAÇÕES 1 - Disposição de propulsão e rumo para uma embarcação, compreendendo a disposição um hélice em parafuso (2) e um leme que pode virar (10/ 10'; 10') disposto por trás do hélice (2), em que: uma carenagem (4; 6) numa extremidade de cauda do hélice (2) e um corpo (2 0) em forma de bolbo proporcionado no leme (10/ 10') formam um corpo aerodinâmico que é continuo excepto num intervalo estreito entre a carenagem e o corpo (20) em forma de bolbo/ e o leme (10/ 10') tem um bordo de ataque superior torcido (12) que se prolonga desde uma extremidade superior (17) do leme (10/ 10') até ao corpo (20) em forma de bolbo e um bordo de ataque inferior torcido (13) que se prolonga desde uma extremidade inferior (18) do leme (10/ 10') até ao corpo (20) em forma de bolbo, caracterizada por pelo menos um do bordo de ataque superior (12) e do bordo de ataque inferior (13) ter um ângulo de torção constante (α, β) .
2 - Disposição de propulsão e rumo de acordo com a reivindicação 1, em que tanto o bordo de ataque superior (12) como o bordo de ataque inferior torcido (13) têm um ângulo de torção constante (α, β).
3 - Disposição de propulsão e rumo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o pelo menos um ângulo de torção (α, β) é menor do que 15°, de preferência menor do que 10°, e mais ainda de preferência entre 5° e 10°.
4 - Disposição de propulsão e rumo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o pelo menos um ângulo de torção (α, β) diminui no sentido de ré até 0° dentro de uma gama definida pelo respectivo bordo de ataque (12, 13) e o eixo de articulação (P) do leme (10/ 10’ ) .
5 - Disposição de propulsão e rumo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o corpo (20) em forma de bolbo é proporcionado numa lâmina de leme ΕΡ 2 163 471/PT 2/2 (10a) do leme (10; 10') para permitir um movimento oscilatório do corpo (20) em forma de bolbo em relação à carenagem (6) quando a lâmina de leme (10a) é virada.
6 - Disposição de propulsão e rumo de acordo com a reivindicação 5, em que o leme (10) é um leme totalmente suspenso.
7 - Disposição de propulsão e rumo de acordo com a reivindicação 5, em que o leme (10') é um leme meio suspenso.
8 - Disposição de propulsão e rumo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o eixo de articulação (P) do leme (10; 10') está localizado em 30 a 50% do comprimento de leme máximo (L) a partir do bordo de ataque superior ou inferior (12, 13) no sentido de ré, de preferência em 35 a 50% do comprimento de leme máximo (L) e mais de preferência em 40 a 50% do comprimento de leme máximo (L) .
9 - Embarcação que tem uma disposição de propulsão e rumo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes. Lisboa, 2011-11-18