專利名稱：十字型抗縱搖舵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種船舶技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種十字型抗縱搖舵。
背景技術(shù)：
為了降低船舶的搖擺運動、提高船舶耐波性，大多數(shù)船舶在水下船體舭部沿船長方向布置有舭龍骨，有些船舶裝有減搖水艙或減搖鰭。舭龍骨結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，但減搖效果在低速時不理想，增加航行阻力；減搖水艙不僅需占用船艙的有效容積、提高運營成本，而且橫搖衰減效果較差；減搖鰭是一種主動式的減搖裝置，高速航行時減搖效果好，低速航行或無航速時基本上起不到減搖的效果，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴，同樣需占用船艙的有效容積。而且這些主動式或被動式的減搖裝置僅僅是用于減小船舶的橫搖運動，對船舶的縱搖運動減小沒有效果。而對水面船舶，尤其對大型水面船舶而言，縱搖特性是耐波性中的一個重要指標，嚴重的縱搖運動可能會造成人員和經(jīng)濟上的重大損失。因此，有效地控制和降低大型水面船舶的縱搖運動，從而改善大型水面船舶的耐波性，是船舶設(shè)計中的重要考慮因素。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，十字舵或X舵在潛艇上有所應(yīng)用，即在潛艇的圓錐形尾部螺旋槳前安裝有十字舵或X舵，如文獻有“差動式十字舵的操縱特性”(武漢造船，1999年第3期，11-13頁，作者王京齊，施生達)、“X舵潛艇的等效舵角轉(zhuǎn)換裝置設(shè)計與仿真分析”(船舶，2005年6月第3期，47-50頁，作者胡坤，龐曉楠)等。然而，這些十字舵或X舵主要是用于潛艇的操縱運動，垂向舵葉控制潛艇在水平面上的機動，水平向舵葉控制潛艇的下潛和上浮，在一定程度上，差動式十字舵可控制或減小潛艇在水平面上回轉(zhuǎn)時的橫傾幅度。但這些技術(shù)和裝置僅用于潛艇而不是用于水面船舶；其功能是用于潛艇的操縱運動，而不是用于船舶在波浪中的縱搖運動的消減；結(jié)構(gòu)形式和安裝形式也完全不同于本發(fā)明提出的十字型抗縱搖舵。在進一步的檢索中，至今尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明主題相同或者類似的文獻報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對目前尚未有有效地降低船舶縱搖運動的裝置和技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種十字型抗縱搖舵，使其在保持船舶綜合推進效率和操縱性能與安裝普通舵的同型船相比基本不變的情況下，有效地降低波浪中船體的縱搖幅度，特別是大幅度降低接近共振狀態(tài)時的船體縱搖幅度，從而全面提高大型水面船舶的耐波性能。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明十字型抗縱搖舵由一個垂向反應(yīng)舵葉、由垂向反應(yīng)舵葉兩側(cè)垂直平伸出去的水平向反應(yīng)舵葉和交接處的流線型的舵球焊接成整體組成，安裝在船舶尾部的螺旋槳后方，螺旋槳與十字型抗縱搖舵鄰近。
垂向反應(yīng)舵葉中心面與兩側(cè)垂直平伸出去的水平向反應(yīng)舵葉中心面的交線位于螺旋槳軸線的延長線上(以下簡稱槳軸線)，并以該交線為回轉(zhuǎn)軸線裝有流線型的舵球，舵球橫截面直徑大于相應(yīng)位置上舵葉的厚度。垂向反應(yīng)舵葉側(cè)面形狀為前緣垂直的、上大下小的倒掛梯形，上下兩端水平截面為對稱的機翼型，沿垂向向十字舵槳軸線方向，該對稱機翼型截面逐漸過渡為非對稱的機翼型，即翼型的導(dǎo)邊中心位置逐漸偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)程度逐漸光順地加大，到槳軸線位置達到最大；槳軸線以上的翼型和槳軸線以下的翼型的導(dǎo)邊中心位置偏轉(zhuǎn)程度一樣、方向相反，由尾向首看，對右旋螺旋槳，槳軸線以上的翼型的導(dǎo)邊中心位置向左偏轉(zhuǎn)，槳軸線以下的翼型的導(dǎo)邊中心位置向右偏轉(zhuǎn)；對左旋螺旋槳，槳軸線以上的翼型的導(dǎo)邊中心位置向右偏轉(zhuǎn)，槳軸線以下的翼型的導(dǎo)邊中心位置向左偏轉(zhuǎn)。
兩側(cè)垂直平伸出去的水平向反應(yīng)舵葉的水平投影是對稱的?？v搖運動時十字型抗縱搖舵兩側(cè)水平向反應(yīng)舵葉上所受的垂向的流體作用力，對主船體產(chǎn)生較大的抵抗縱搖的阻尼力矩，從而達到有效地降低縱搖的目的。十字型抗縱搖舵兩側(cè)水平向反應(yīng)舵葉的兩端垂向截面為對稱的機翼型，垂向截面沿水平向向十字舵槳軸線方向逐漸過渡為非對稱的機翼型，即翼型的導(dǎo)邊中心位置逐漸偏轉(zhuǎn)，槳軸線以左的翼型和槳軸線以右的翼型的導(dǎo)邊中心位置偏轉(zhuǎn)方向相反，由尾向首看，對右旋螺旋槳，槳軸線以左的翼型的導(dǎo)邊中心位置向下偏轉(zhuǎn)，槳軸線以右的翼型的導(dǎo)邊中心位置向上偏轉(zhuǎn)；對左旋螺旋槳，槳軸線以左的翼型的導(dǎo)邊中心位置向上偏轉(zhuǎn)，槳軸線以右的翼型的導(dǎo)邊中心位置向下偏轉(zhuǎn)。這樣一來，十字抗縱搖舵在有效地減小縱搖的同時，事實上也組成了處于螺旋槳尾流中的整流裝置，可有效地回收螺旋槳尾流的能量，提高推進效率，抵消由于十字舵兩側(cè)水平向反應(yīng)舵葉所引起的阻力增加；舵球可有效地降低螺旋槳轂渦的影響，同樣起到提高推進效率的作用。
本發(fā)明應(yīng)用流體動力學(xué)理論，在方便、實用和有廣泛適用性的原則下，提出一種十字型抗縱搖舵，縱搖運動時十字型抗縱搖舵兩側(cè)平伸出去的水平向反應(yīng)舵葉上受到垂向的流體作用力，由于十字型抗縱搖舵遠離船舯，該垂向流體作用力對主船體產(chǎn)生較大的抵抗縱搖的阻尼力矩，從而達到有效地降低縱搖的目的，提高和改善波浪中航行的水面船舶的運動特性，提高大型水面船舶的環(huán)境適應(yīng)能力和運營能力。同時，設(shè)計的垂向和水平向反應(yīng)舵葉在有效地減小縱搖的同時，事實上也組成了處于螺旋槳尾流中的整流裝置，可有效地回收螺旋槳尾流的能量，提高推進效率，可保持安裝十字型抗縱搖舵的船舶的綜合推進效率和操縱性能與安裝普通舵的同型船相比基本不變。
本發(fā)明的進步性和有益效果在于(1)在保持安裝十字型抗縱搖舵的船舶的綜合推進效率和操縱性能與安裝普通舵的同型船相比基本不變的情況下，有效地降低波浪中船體的縱搖幅度，特別是大幅度降低接近共振狀態(tài)時的船體縱搖幅度，從而全面提高大型水面船舶的耐波性能。無論在船舶靜止、低速或高速航行時均可起到良好的降低船舶縱搖運動的效果；(2)不像減搖水艙需占用船艙的有效容積，也不需要減搖鰭的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和驅(qū)動與控制裝置；(3)造價低廉，不需要運行費用，并基本上不需要后期維護費；(4)適應(yīng)范圍廣泛。按船后槳、舵的數(shù)量來分，適用于單槳單舵船、雙槳雙舵船和多槳多舵船；按舵的支承方式來分，適用于懸掛舵、半懸掛舵和支承舵；按舵軸位置來分，可適用于平衡舵或舵前有舵柱的非平衡舵；(5)既可用于新船的設(shè)計，為開發(fā)新一代的高耐波性大型水面船舶提供有效減低縱搖技術(shù)和裝備，也可在不改變現(xiàn)役水面船舶主船體結(jié)構(gòu)的情況下，用于現(xiàn)役水面船舶的改造和耐波性能的提高，有非常廣闊的推廣應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)側(cè)視2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)正視3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)俯視4為圖1所示A-A剖面5為圖1所示B-B剖面6為圖3所示C-C剖面7為圖3所示D-D剖面圖具體實施方式
本發(fā)明適應(yīng)范圍廣泛。按船后槳、舵的數(shù)量來分，適用于單槳單舵船、雙槳雙舵船和多槳多舵船；按舵的支承方式來分，適用于懸掛舵、半懸掛舵和支承舵；按舵軸位置來分，可適用于平衡舵或舵前有舵柱的非平衡舵。以下結(jié)合雙槳雙懸掛舵船舶(即安裝有兩個螺旋槳和兩個舵的船舶)的實施例及附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述。
本發(fā)明的每單個十字型抗縱搖舵均由一個垂向反應(yīng)舵葉1、由垂向反應(yīng)舵葉兩側(cè)垂直平伸出去的水平向反應(yīng)舵葉2和交接處的流線型的舵球3焊接成整體組成，安裝在船體4尾部的螺旋槳5后方，螺旋槳與十字型抗縱搖舵鄰近。
按照圖1所示的十字型抗縱搖舵實施例的側(cè)視圖，垂向反應(yīng)舵葉1中心面與兩側(cè)垂直平伸出去的水平向反應(yīng)舵葉2中心面的交線位于螺旋槳軸線的延長線上(以下簡稱槳軸線)，并以該交線為回轉(zhuǎn)軸線裝有流線型的舵球3，舵球橫截面直徑大于相應(yīng)位置上舵葉的厚度。垂向反應(yīng)舵葉1的側(cè)面形狀為前緣垂直的矩形或上大下小的倒掛梯形，這里所示的為矩形的例子。垂向反應(yīng)舵葉1上下兩端水平截面為對稱的機翼型，沿垂向向槳軸線方向，該對稱機翼型截面逐漸過渡為非對稱的機翼型(見圖4和圖5)，即翼型的導(dǎo)邊中心位置線逐漸偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)程度逐漸光順地加大，到槳軸線位置達到最大；槳軸線以上的翼型和槳軸線以下的翼型的導(dǎo)邊中心位置偏轉(zhuǎn)程度一樣、方向相反，由尾向首看，對右旋的螺旋槳，槳軸線以上的翼型的導(dǎo)邊中心位置線向左偏轉(zhuǎn)，槳軸線以下的翼型的導(dǎo)邊中心位置線向右偏轉(zhuǎn)；對左旋的螺旋槳，槳軸線以上的翼型的導(dǎo)邊中心位置線向右偏轉(zhuǎn)，槳軸線以下的翼型的導(dǎo)邊中心位置線向左偏轉(zhuǎn)。十字型抗縱搖舵與舵桿6可用錐體或連接法蘭7連接。本圖中顯示的是用連接法蘭連接的情況。
圖2所示的本發(fā)明實施例的正視圖(從螺旋槳后方位置由首向尾看)中即表示了翼型的導(dǎo)邊中心位置線根據(jù)給定螺旋槳旋向的偏轉(zhuǎn)程度。圖例中位于左舷的螺旋槳為左旋的螺旋槳，位于右舷的螺旋槳為右旋的螺旋槳(船舶左右舷的定義為由尾向首看，左手側(cè)為左舷，右手側(cè)為右舷，本圖為由首向尾看)。對稱和非對稱的機翼截面可選用流體動力特性優(yōu)秀的現(xiàn)有翼型。
從圖3的俯視圖所示，兩側(cè)垂直平伸出去的水平向反應(yīng)舵葉2的水平投影是對稱的，以雙槳雙懸掛舵的船舶為例，通常的轉(zhuǎn)舵角限位為±35°，水平投影以兩舵聯(lián)動以同樣的舵角轉(zhuǎn)動時互不相碰為原則。
本發(fā)明十字型抗縱搖舵的兩側(cè)水平向反應(yīng)舵葉2的兩端垂向截面為對稱的機翼型，垂向截面沿水平向向十字舵槳軸線方向逐漸過渡為非對稱的機翼型(見圖4和圖5、圖6和圖7)，即翼型的導(dǎo)邊中心位置線逐漸偏轉(zhuǎn)，槳軸線以左的翼型和槳軸線以右的翼型的導(dǎo)邊中心位置線偏轉(zhuǎn)方向相反，由尾向首看，對右旋的螺旋槳，槳軸線以左的翼型的導(dǎo)邊中心位置線向下偏轉(zhuǎn)，槳軸線以右的翼型的導(dǎo)邊中心位置線向上偏轉(zhuǎn)；對左旋的螺旋槳，槳軸線以左的翼型的導(dǎo)邊中心位置線向上偏轉(zhuǎn)，槳軸線以右的翼型的導(dǎo)邊中心位置線向下偏轉(zhuǎn)。本發(fā)明在有效地減小縱搖的同時，事實上也組成了處于螺旋槳尾流中的整流裝置，可有效地回收螺旋槳尾流的能量，提高推進效率，抵消由于十字舵兩側(cè)水平向反應(yīng)舵葉所引起的阻力增加；舵球可有效地降低螺旋槳轂渦的影響。
權(quán)利要求
1.一種十字型抗縱搖舵，其特征在于，由一個垂向反應(yīng)舵葉(1)、由垂向反應(yīng)舵葉兩側(cè)垂直平伸出去的水平向反應(yīng)舵葉(2)和交接處的流線型的舵球(3)焊接成整體組成，設(shè)置在船體(4)尾部的螺旋槳(5)后方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十字型抗縱搖舵，其特征是，所述的垂向反應(yīng)舵葉(1)，其中心面與兩側(cè)垂直平伸出去的水平向反應(yīng)舵葉(2)中心面的交線位于螺旋槳軸線的延長線上，并以該交線為回轉(zhuǎn)軸線設(shè)置流線型的舵球(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的十字型抗縱搖舵，其特征是，所述的垂向反應(yīng)舵葉(1)，其側(cè)面形狀為前緣垂直的、上大下小的倒掛梯形，上下兩端水平截面為對稱的機翼型，沿垂向向十字舵槳軸線方向，該對稱機翼型截面逐漸過渡為非對稱的機翼型，即翼型的導(dǎo)邊中心位置逐漸偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)程度逐漸光順地加大，到槳軸線位置達到最大；槳軸線以上的翼型和槳軸線以下的翼型的導(dǎo)邊中心位置偏轉(zhuǎn)程度一樣、方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的十字型抗縱搖舵，其特征是，所述的垂向反應(yīng)舵葉(1)，由尾向首看，對右旋螺旋槳，槳軸線以上的翼型的導(dǎo)邊中心位置向左偏轉(zhuǎn)，槳軸線以下的翼型的導(dǎo)邊中心位置向右偏轉(zhuǎn)；對左旋螺旋槳，槳軸線以上的翼型的導(dǎo)邊中心位置向右偏轉(zhuǎn)，槳軸線以下的翼型的導(dǎo)邊中心位置向左偏轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十字型抗縱搖舵，其特征是，所述的兩側(cè)垂直平伸出去的水平向反應(yīng)舵葉(2)的水平投影是對稱的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十字型抗縱搖舵，其特征是，與舵桿(6)用錐體或連接法蘭(7)連接。
全文摘要
一種船舶與海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的十字型抗縱搖舵，由一個垂向反應(yīng)舵葉、由垂向反應(yīng)舵葉兩側(cè)垂直平伸出去的水平向反應(yīng)舵葉和交接處的流線型的舵球焊接成整體組成，安裝在船舶尾部的螺旋槳后方，螺旋槳與十字型抗縱搖舵鄰近。本發(fā)明有效地降低波浪中船體的縱搖運動，特別是大幅度降低接近共振狀態(tài)時的船體縱搖幅度，全面提高大型水面船舶的耐波性能。它可以是懸掛舵、半懸掛舵和支承舵，適用于單槳單舵船、雙槳雙舵船和多槳多舵船。既可用于新船的設(shè)計，也可在不改變主船體結(jié)構(gòu)的情況下，用于現(xiàn)役水面船舶的改造和耐波性能的提高，有非常廣闊的推廣應(yīng)用前景。
文檔編號B63H25/38GK1775625SQ20051011042
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者繆國平, 朱仁傳, 范佘明 申請人:上海交通大學(xué)