舵和具有這種舵的船型體的製作方法

2023-11-09 21:06:02 1

專利名稱：舵和具有這種舵的船型體的製作方法
技術領域：
本發明關於一種操縱船型體的舵以及一種具有這種舵的船型體。
背景技術：
漂浮物(例如船和船舶)具有一個或多個與其連接的舵，以用於操縱和保持航線。這些舵可旋轉地安裝於船型體並且能夠圍繞旋轉軸線(所謂的舵杆)旋轉。舵包括主舵葉片，主舵葉片具有上遊端和下遊端。船型體通常具有前進動力並且水流將從上遊端朝向下遊端流經舵。舵通常垂直地直立延伸並且在設定的位置與水流處於同一直線。舵的軸線可以相對於垂直線傾斜。舵的旋轉由轉向盤或操縱杆控制。使用合適的傳動機構(例如包括變速器和/或驅動器)，舵能夠圍繞旋轉軸線旋轉，以在船型體上施加側向力，從而改變航向。具有平行輔助葉片的舵已經在JP 7165188中公知。操縱船型體中(尤其是在淺水區操縱船型體)，眾所周知的問題是提高航向的穩定性。因此，舵是必要的，使得當旋轉時，舵提供足夠的側向力，以允許航向的改變。

發明內容
本發明的目的是提供一種性能改善的舵，用於在淺水區操縱。根據本發明，舵設置有主舵葉片(main rudder blade)。所述舵能夠圍繞旋轉軸線可旋轉地安裝於船型體，所述旋轉軸線大體在垂直平面延伸，所述主舵葉片大體直立地延伸，所述舵還包括至少兩個大體直立延伸的輔助舵葉片(auxiliary rudder blade)，其中所述輔助舵通過至少兩個橫向板連接於所述主舵葉片，其中至少一個橫向板(更靠近船的船體的上橫向板)朝向該橫向板的下遊端向上傾斜地延伸。這種舵在淺水區可以提供足夠的側向力。所述橫向板是主要沿橫向方向和流動方向延伸的板。根據本發明，這種大體方向有所傾斜，使得所述橫向板沿所述下遊方向向上延伸。所述三個舵葉片(至少一個主舵葉片和兩個輔助舵葉片)在舵的旋轉中將增加側向力，具體是當所述舵設置在操縱所述船型體的螺旋槳的滑流(slipstream)中時。所述舵設置在所述船型體的船尾。所述船的船體在靠近船尾處將減少浸沒。因此朝向所述船尾的水流具有向上傾斜的方向。根據本發明，所述上橫向板遵循水流線而定向，使得下遊側位置比上遊側更高。這將在所述舵上減小流動阻力。發明人圍繞用於不同船體形式的舵計算流動模型(flow pattern)並且得出當增加側向力時，調節所述上橫向板的攻角(angle-of-attack)將減少所述舵的流動阻力。在實施方式中，兩個橫向板朝向兩個橫向板的下遊端向上傾斜地延伸。但是所述下橫向板相對於水平面大體設置在較小的角度。優選地，這個較小的角度與局部的流動方向一致，使得所述下橫向板的所述攻角大體為零。在實施方式中，所述下橫向板水平地設置。
在實施方式中，所述輔助舵的上部和下部連接於所述橫向板。這樣，舵具有大體呈矩形的橫截面。通過在所述主舵葉片和所述兩個輔助舵之間提供雙重的連接，獲得了更為剛性的結構。具體地，由此獲得了盒型結構，該盒形結構增加了所述舵的結構完整性。這將允許減少用於所述舵的材料的數量以減小了所述舵的重量，並且保持足夠的剛度。在可替換的實施方式中，所述舵包括三個或者更多個橫向板。而且，由這些計算得出的本發明，有時有利於使上板相對於局部的流動角以小的負攻角定向。這樣，在位於板上方的船體上的壓力變得更大，從而減小了船體的阻力。在有利的實施方式中，所述上橫向板和所述水平面之間的角度介於0. 1和25度之間，優選地，介於1和對度之間。在另一個實施方式中，該角度限制在4和20度之間。這樣一個角度允許所述上橫向板被設定為相對於局部的流動方向幾乎為零的攻角，從而確保所述舵承受的阻力最小。在實施方式中，所述主舵葉片的上遊邊緣和下遊邊緣與所述上橫向板之間的角度介於65和89度之間。在實施方式中，所述上橫向板(更靠近所述船的船尾的板)比所述下橫向板朝向所述下遊端(以相對於所述水平面更大的角度)更向上地延伸。更靠近船的船體的所述水流相對於所述水平面的角度更大。在根據本發明的舵的實施方式中，所述橫向板沿橫向方向超出所述輔助舵葉片延伸。通過提供這種延伸，顯著地改善了圍繞所述舵的所述流動模型，減少了所述輔助舵葉片的翼尖渦流(tip vortex)，從而增加側向力並且減小了所述舵的阻力。在所述下遊端，所述橫向板延伸經過所述舵葉片的後緣(trailing edge)。這也將提高所述舵的性能。在實施方式中，所述主舵葉片的弦長與所述橫向板的寬度的比率介於0. 3和1. 2之間。所述橫向板可以從所述主舵葉片沿所述上遊方向和/或所述下遊方向有所延伸，以減小任何發生在所述舵葉片的上部和下部的翼尖渦流的強度。優選地，所述橫向板設置為在所述橫向板的上遊端具有邊緣，邊緣的正面寬度沿所述橫向方向延伸。根據一個實施方式，所述正面寬度與所述主舵的弦長的比率介於0.2和0. 5之間。優選地，所述橫向板大體為具有去除頂角的三角形狀。這種橫向板將大體具有六個邊緣。優選地，當所述舵不處於一個角度以產生側向力時，正面邊緣(位於所述舵的上遊端)沿垂直於所述水流的方向的橫向方向延伸，。優選地，所述正面邊緣是所述橫向板的平面「適合」的所述三角形的第一個去除的頂角。在另一實施方式中，兩個去除的頂角設置在所述橫向板的橫向端。在所述舵的所述橫向端，所述去除的頂角的邊緣具有具體的長度。在實施方式中，該去除的邊緣的長度與所述主舵葉片的弦長之間的比率介於0. 1和0. 3之間。在實施方式中，所述輔助舵葉片的上遊端(優選地，兩個輔助舵的上遊端)設置在所述主舵葉片的前緣的下遊。因而所述輔助葉片相對於所述主舵葉片的位置交錯。這是有必要的，以避免當所述舵旋轉時，所述輔助葉片的位置太靠近於所述螺旋槳。大部分的側向力將施加在所述主舵葉片山，但是由於所述舵角增加，因此所述輔助舵葉片也將產生相當大的側向力，即使所述輔助舵的弦長更小，也將導致相對更高的側向力。在實施方式中，所述主舵葉片的弦長是所述輔助舵葉片的弦長的介於1. 0和3. 0倍。通常，所述主舵葉片的弦是所述輔助舵葉片的弦長的兩倍長。
在另一個實施方式中，所述輔助舵葉片的前緣遠離所述主舵葉片定向。在平面視圖中，所述輔助舵葉片的中心線當向下遊延伸時收斂。因而所述輔助舵葉片的上遊端和所述主舵葉片之間的橫向距離大於所述輔助舵葉片的下遊端和所述主舵葉片之間的橫向距離。這形成了改進的流動模型，提高了所述舵的性能。在實施方式中，所述舵緊隨所述船型體的螺旋槳的後方設置。優選地，所述輔助舵葉片相對於所述主舵葉片的方向的角度介於0. 5和12度之間，在一個實施方式中為介於ι和10度之間，優選地介於2. 0和8. 0度之間。該角度的具體值的設置結合所述舵處於的液流的性能而定。在本發明的實施方式中，所述主舵葉片和所述輔助舵葉片的部分形狀為希林式(Schilling type)。這種葉形片部分(foil sections)提供了增加的提升力。希林水力葉形片(Schilling hydrofoils)的特徵在於其具有後緣，該後緣僅在所述後緣的上遊比葉形
片的厚度厚。在實施方式中，所述主舵葉片的高度與所述主舵的弦長的比率介於1. 0和4. 0之間，在一個實施方式中介於1.0和3.0之間。在另一個實施方式中，所述主舵葉片的中間平面相對於各個所述輔助舵葉片的橫向距離是所述主舵葉片的弦長的介於0. 25和1. 5之間。通常更大的值將使所述輔助舵葉片被設置在所述螺旋槳的滑流的外側，這是不利的。根據本發明的另一個方面，船型體優選地安裝一個或多個螺旋槳，其中每個螺旋槳的後方設置有位於根據上述的實施方式的任何一種的舵。在實施方式中，所述橫向板相對於所述水平面向上的角度與船的船身在船尾向上傾斜(receding)的角度相同。根據另一個優選的實施方式，所述上橫向板的向上的角度取決於所述橫向板和所述傾斜的船的船體之間的距離。因為該距離較小，所述橫向板的角度和所述傾斜的船體的角度更相似。如果所述上橫向板和所述傾斜的船的船體之間的距離更大，所述板相對於所述水平面的角度小於所述傾斜的船的船體的角度。現在本發明將通過參考附圖描述。雖然說明了本發明的具體實施方式
，但是所述的實施方式不應當解釋為限於本發明，而是應當解釋為公開當前優選實施方式的示例性的實施方式。


圖1是根據第一實施方式的舵的側視圖；圖2是舵的第一實施方式的俯視圖；圖3是根據第一實施方式的舵的正視圖；圖4是包括根據本發明的舵的船型體的實施方式。
具體實施例方式圖1顯示了根據本發明的舵1的側視圖。與說明書一致，橫向方向是根據圖1進入/離開紙面的方向。兩個橫向板2、3形成位於垂直平面4的舵葉片12、13、23的端板。橫向板具有葉形片部分。在上遊側5，橫向端板2具有前緣8。板2、3的厚度從前緣8朝向9增加，然後朝向下遊端6的附近10減小。主舵葉片12和輔助舵葉片13、23固定在橫向板2、3之間。主舵葉片12靠近橫向板2、3的上遊側5安裝。輔助舵葉片13的上遊端15設置從上遊端5到下遊的中途。主舵葉片2、3相對於水平面14以一個角度設置。橫向板3設置在圖1所示的角度α。橫向板2設置在不同的角度β，角度β > α。在圖4中，上面的橫向板和下面的橫向板沿縱向方向相對於水平面的不同角度表示的更加明確。舵1安裝於船型體20的船尾16附近。如圖4中所示，船19的底部從最大吃水線(draught) 18朝向船的船尾16向上傾斜，以在海岸線17上方突出。舵設置在傾斜線21的下方並朝向船尾16。舵優選地這樣安裝以使得舵不在最大吃水線18下方延伸。舵以這種方式防止因底部19降低而跑到河床中。舵1通過能夠旋轉39的軸38安裝於船型體20。操縱裝置(例如操縱杆)可以用於驅動變速器，以旋轉軸和舵1，從而允許操縱浮動體20。螺旋槳22在船尾16附近用於推進船。螺旋槳22朝向幾乎與螺旋槳的下遊成直線的舵1排水。結合本發明，可以使用其他螺旋槳類型。由於船21的船體朝向船尾16的形狀水將傾斜於水平面而流動。因此，在船尾16附近存在向上的流動模型。橫向板2、3適用於這種流動模型。如圖1和圖4的側視圖中所示，因為橫向板朝向下遊端6向上延伸或傾斜，舵1將承受較少的阻力。橫向板的傾斜角度較大，因為上橫向板2因流動傾角將更平行於船的船體(局部船體)。傾角相差在1至M度之間，優選地在4至20度之間。圖2顯示了舵1的俯視圖。主舵葉片12和輔助舵葉片13、23的位置顯示在圖2中。在每個葉片(主/輔助舵葉片12、23、13)的上遊端5的附近，葉片具有葉形片狀的橫截面。在本實施方式中，每個葉片設置有希林葉形片部分(Schilling foil section)。橫向板2為具有去除頂角沈至觀的三角形狀。去除的頂角27形成板2的前緣33。去除的頂角26J8為船翼31、32的一部分，該船翼31、32沿橫向方向34並超出輔助葉片13、23地向外延伸距離35。形成在去除的頂角26J8的邊緣四、30沿流動方向延伸。輔助舵葉片13、23分別具有中心線40、41。中心線40、41相對於主舵葉片的中心線呈攻角「 Y 」設置。輔助舵葉片13、23設置為相對於主舵葉片12處於朝向下遊端6收斂。因而輔助舵葉片設置為與主舵葉片在上遊端5的橫向距離大於與主舵葉片在下遊端6的橫向距離。攻角「 Y 」(0-12度)的設置考慮到關於在處於適當且大的舵角的輔助舵葉片上減小分流問題。如果在設定位置並且具體地使用螺旋槳22時，水流將朝向舵1被推進。由於推進動作，水流將表現為收斂的流動模型。輔助舵葉片根據這種流動模型設置，從而在設定位置減小輔助舵葉片的阻力。主舵葉片沿橫向端板2、3之間的直立方向具有高度4。上板2沿流動方向具有長度81。輔助舵葉片13、23沿流動方向具有弦長82。上板2朝向上遊並超出主舵葉片12的前緣5延伸了長度83。
主舵葉片12的弦長86表示在圖2中。圖2還顯示了在橫向板2的上遊端的寬度87。而且，圖2顯示了主舵葉片12的中心線88。儘管橫向板2、3顯示為將主舵葉片連接到兩個輔助舵葉片的單個板，但是根據本發明的實施方式，能夠具有三個或四個獨立的板，以使在主舵葉片12和輔助舵葉片13、23之間形成多於三個或四個的連接。
權利要求
1.一種用於操縱船型體(20)的舵(1)，該舵(1)包括主舵葉片(12)，該主舵葉片(12)具有上遊端( 和下遊端(6)，所述舵(1)能夠圍繞旋轉軸線(38)可旋轉地安裝於所述船型體，所述舵(1)還包括兩個大體直立延伸的輔助舵葉片(13，23)，該輔助舵葉片(13，23)通過至少兩個橫向板(2，3)連接於所述主舵葉片(12)，其中所述橫向板0，3)中的至少一個定向為朝向所述下遊端(6)大體向上地傾斜，其中，所述兩個橫向板(2，3)分別連接於所述輔助舵葉片(13，23)和/或所述主舵葉片(12)的上端和下端，其中，位於下橫向板⑶上方的上橫向板⑵比所述下橫向板⑶更朝向所述下遊端(6)向上地傾斜延伸。
2.根據權利要求1所述的舵，其中，單個所述橫向板(2，；3)使兩個所述輔助舵葉片(13，23)與所述主舵葉片連接。
3.根據權利要求1或2所述的舵，其中，兩個所述橫向板(2，3)朝向所述下遊端(6)向上地傾斜延伸。
4.根據前述權利要求中任意一項所述的舵，其中，所述橫向板(2，；3)和水平面(14)之間的角度介於0. 1和25度之間。
5.根據前述權利要求中任意一項所述的舵，其中，主要沿流動方向(7)和橫向方向(34)延伸的所述橫向板(2,3)沿所述橫向方向(34)超出所述輔助舵葉片(13,23)延伸。
6.根據權利要求5所述的舵，其中，所述主舵葉片(12)的弦長與所述橫向板(2，3)超出所述輔助舵葉片(13，23)延伸的長度(35)的比率介於0.3和1.2之間。
7.根據前述權利要求中任意一項所述的舵，其中，所述橫向板(2，3)在所述橫向板(2，3)的上遊端(5)的寬度與所述主舵葉片(12)的弦長(86)之間的比率介於0.2和0.5之間。
8.根據前述權利要求中任意一項所述的舵，其中，所述橫向板(2，；3)形狀為具有去除的頂角(26,27,28)的三角形。
9.根據權利要求8所述的舵，其中，所述去除的頂角06，27，28)設置在沿所述橫向方向超出所述輔助舵葉片(13，23)延伸的所述橫向板的端部。
10.根據權利要求8或9所述的舵，其中，形成在所述去除的頂角(沈，28)處的邊緣(29,30)的長度與所述主舵葉片(12)的弦長(86)的比率介於0. 1和0. 3之間。
11.根據前述權利要求中任意一項所述的舵，其中，所述輔助舵葉片(13，2；3)的上遊端(5)設置在所述主舵葉片(12)的上遊端(5)的下遊。
12.根據前述權利要求中任意一項所述的舵，其中，所述主舵葉片(1 的弦長(86)是所述輔助舵葉片(13，23)的弦長(82)的介於1.0倍和3.0倍之間。
13.根據前述權利要求中任意一項所述的舵，其中，所述輔助舵葉片(13，23)以相對於所述主舵葉片(12)的攻角設置，所述輔助舵葉片(13，23)的前緣遠離所述主舵葉片(12)旋轉。
14.根據權利要求13所述的舵，其中，所述輔助舵葉片(13，23)相對於所述主舵葉片(12)設置的所述攻角介於0. 5和12度之間。
15.根據前述權利要求中任意一項所述的舵，其中，所述主舵葉片(1 或所述輔助舵葉片(13，23)中的任意一個由希林舵葉形片部分組成。
16.根據前述權利要求中任意一項所述的舵，其中，所述主舵葉片(1 的高度(4)與所述主舵葉片(12)的弦長(86)的比率介於1. 0禾Π 4. 0之間。
17.根據前述權利要求中任意一項所述的舵，其中，所述主舵葉片的中心線(88)和所述輔助舵葉片(13，23)之間的橫向距離與所述主舵葉片(12)的弦長的比率介於0.25和1. 5之間。
18.根據前述權利要求中任意一項所述的舵，其中，所述旋轉軸線大體在垂直平面中延伸，所述主舵葉片(1 大體直立地延伸。
19.一種船型體，該船型體包括組件，該組件包括螺旋槳和根據前述權利要求中任意一項所述的舵。
20.根據權利要求19所述的船型體，所述船型體包括以角度(β)向上傾斜延伸的上橫向板O)，其中所述角度(β)取決於所述船型體的船體和所述上橫向板⑵之間的距離。
全文摘要
本發明涉及一種操縱船型體的舵，該舵包括主舵葉片，該主舵葉片具有上遊端和下遊端，所述舵能夠圍繞旋轉軸線可旋轉地安裝於船型體，所述旋轉軸線大體沿垂直平面延伸。所述主舵葉片大體直立地延伸。所述舵包括兩個大體上直立延伸的輔助舵葉片，該輔助舵葉片通過橫向板連接於所述主舵葉片。所述橫向板中的至少一個定向為朝向所述下遊端大體向上地傾斜。因而所述橫向板緊隨位於向上傾斜的船的船體的船尾的下方的水流方向。
文檔編號B63H25/38GK102596711SQ201080048902
公開日2012年7月18日 申請日期2010年9月20日 優先權日2009年9月25日
發明者A·德佳吉爾, P·范奧塞恩 申請人:Ihc荷蘭Ie公司, V·奧塞恩公司