本發(fā)明涉及在船舶的螺旋槳正后方設(shè)置的船舶用舵。

背景技術(shù)：

船舶大多在水中具有舵(以下，稱為“船舶用舵”)，通過舵來改變水流的流動，變更或調(diào)節(jié)行進(jìn)方向。船舶用舵在大型船中安裝于船體后部的船底附近，能夠左右改變相對于船體中心軸的角度。在擁有螺旋槳(propeller)的船舶中，舵大多位于螺旋槳正后方，通過將前進(jìn)旋轉(zhuǎn)中的螺旋槳所產(chǎn)生的強(qiáng)水流的朝向向右方向或左方向改變，從而改變船體的朝向。

為了提高上述的船舶用舵的性能，已經(jīng)提出了各種方案(例如，專利文獻(xiàn)1、2)。

在專利文獻(xiàn)1的“帶有襟翼(flap)的舵”中，將上端部的一部分露出于水面上方的可動襟翼附設(shè)于舵板的后緣。該襟翼沿鉛垂方向經(jīng)由縫隙而沿上下方向分割成多個(gè)。

在專利文獻(xiàn)2的“船舶用舵裝置”中，在將舵板可轉(zhuǎn)動地支撐于船體的掛舵臂(rudderhorn)的兩側(cè)設(shè)置鰭板(fin)，以該鰭板作為前進(jìn)翼，并且與現(xiàn)有技術(shù)相比而增厚翼厚度。由此，減慢螺旋槳面上的流動，謀求螺旋槳面流場的改善所導(dǎo)致的尾流率和推進(jìn)器效率比的改善。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開平6-48373號公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2006-123849號公報(bào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

如果船舶用舵增大舵面積，則舵法向壓力(normalpressureofrudder)增大而操縱性變好，但推進(jìn)性能惡化。因此，一直以來，期望不增大舵面積就使舵法向壓力增大。

本發(fā)明是為了滿足相關(guān)的迫切期望而創(chuàng)建的。即，本發(fā)明的目的在于，提供能夠不增大舵面積就使舵法向壓力增大且改善船舶的推進(jìn)性能的船舶用舵。

用于解決課題的方案

依據(jù)本發(fā)明，提供一種船舶用舵，是在船舶的螺旋槳后方設(shè)置的船舶用舵，具備：掛舵臂，其固定于前述船舶，向下方延伸；方向舵，其安裝于前述掛舵臂的后方，能夠以舵軸為中心而在規(guī)定的舵角范圍內(nèi)掌舵；以及至少一對鰭板，其安裝于前述掛舵臂，隔開間隔而位于前述船舶的寬度方向兩側(cè)，并沿鉛垂方向延伸，前述鰭板產(chǎn)生具有前述船舶的行進(jìn)方向分量的升力，而且在前述舵角范圍內(nèi)抑制前述方向舵中的流體的剝離。

具有將前述鰭板安裝于前述掛舵臂的撐條。

前述鰭板的截面形狀是翼形，具有沿行進(jìn)方向產(chǎn)生前述升力的彎度或迎角。

前述鰭板位于前述舵軸的附近或比前述舵軸更靠前方。

前述鰭板位于前述方向舵的前述舵角范圍的外側(cè)。

相對于螺旋槳的軸線上的舵弦長，鰭板弦長處于前述舵弦長的5-30%的范圍，前述鰭板與前述掛舵臂的外表面的間隔處于前述舵弦長的3-15%的范圍。

前述鰭板自螺旋槳的軸線起的高度包含至少螺旋槳直徑的30-60%的范圍。

前述鰭板遍及前述掛舵臂的整個(gè)高度而設(shè)置。

前述撐條的截面形狀為翼形，產(chǎn)生具有前述行進(jìn)方向分量的升力。

發(fā)明的效果

依據(jù)上述本發(fā)明的構(gòu)成，通過將鰭板安裝于掛舵臂，從而螺旋槳后方的排移厚度影響變大，螺旋槳前后的流體(尾流)比沒有鰭板的情況更慢，有效尾流改善，螺旋槳效率提高。

另外，由于處于螺旋槳的旋轉(zhuǎn)流中的鰭板產(chǎn)生具有行進(jìn)方向分量的升力，因而能夠降低舵的阻力，改善升力阻力比。

進(jìn)一步，由于鰭板在舵角范圍內(nèi)抑制方向舵中的流體的剝離，因而在將舵大大地沖開時(shí)能夠抑制剝離，與現(xiàn)有的舵相比，能夠使舵法向壓力增加。

因此，通過本發(fā)明，能夠不增大舵面積就使舵法向壓力增大，而且改善船舶的推進(jìn)性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的船舶用舵的整體構(gòu)成圖。

圖2是圖1(b)的部分放大圖。

圖3是示出本發(fā)明的船舶用舵的實(shí)施例1的圖。

圖4是示出實(shí)施例1的方向舵的舵力測量試驗(yàn)的結(jié)果的圖。

圖5是示出本發(fā)明的船舶用舵的實(shí)施例2的圖。

圖6是示出實(shí)施例1、2的船舶用舵的推進(jìn)性能試驗(yàn)的結(jié)果的圖。

符號說明：

cr　舵弦長

cf　鰭板弦長

dp　螺旋槳直徑

f　升力

o　原點(diǎn)

α　迎角

1　船舶

2　螺旋槳

10　船舶用舵

12　掛舵臂

12a　水平支撐部

14　方向舵

15　舵軸

16　鰭板

18　撐條。

具體實(shí)施方式

基于附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施方式。此外，對各圖中共同的部分標(biāo)記同一符號，省略重復(fù)的說明。

圖1是本發(fā)明的船舶用舵10的整體構(gòu)成圖。在該圖中，圖1(a)是側(cè)面圖，圖1(b)是圖1(a)的b-b向視圖。

本發(fā)明的船舶用舵10是在船舶1的螺旋槳(propeller)2的后方設(shè)置的舵。

在圖1中，本發(fā)明的船舶用舵10具備掛舵臂(rudderhorn)12、方向舵14以及至少一對鰭板(fin)16。

掛舵臂12固定于船舶1的后部，向下方延伸。

如圖1(b)所示，掛舵臂12的水平截面中，上游側(cè)以流線形形成，從而降低對于流體的阻力。另外，其下游側(cè)以凹陷至上游側(cè)的圓弧狀的凹面形成，方向舵14的上游側(cè)位于該凹面。

另外，如圖1(a)所示，掛舵臂12在其下端具有突出至下游側(cè)的水平支撐部12a。

方向舵14安裝于掛舵臂12的后方，構(gòu)成為能夠以舵軸15為中心而搖動。在該示例中，舵軸15是在掛舵臂12的水平支撐部12a設(shè)置的鉛垂軸。

在該示例中，掛舵臂12和方向舵14作為整體而為矩形，構(gòu)成為：掛舵臂12位于其上部上游側(cè)，方向舵14在其后方經(jīng)由舵軸15而能夠以舵軸15為中心在規(guī)定的舵角范圍內(nèi)掌舵。規(guī)定的舵角范圍是例如±35°。

在比水平支撐部12a更靠上方，方向舵14的前緣的水平截面(圖1(b)的前緣)是容納于掛舵臂12的下游側(cè)的凹面內(nèi)的圓弧面。另外，在比水平支撐部12a更靠上方，方向舵14如圖1(b)那樣，與掛舵臂12一起成為左右對稱的對稱翼形狀。

另外，在比水平支撐部12a更靠下方，方向舵14僅以方向舵14成為一體且左右對稱的對稱翼形狀。

此外，掛舵臂12或方向舵14的構(gòu)成不限定于上述的示例，也可以是其他的構(gòu)成。

至少一對鰭板16被安裝于掛舵臂12，隔開間隔而位于船舶1的寬度方向兩側(cè)，沿鉛垂方向延伸。此外，鰭板16不限定于一對，也可以是一對以上。另外，鉛垂方向不限定于嚴(yán)格意義上的鉛垂，也可以相對于鉛垂而傾斜。該傾斜角度可以是與前后方向或?qū)挾确较虺衫?-15°。

在圖1中，本發(fā)明的船舶用舵10進(jìn)一步具有撐條18，該撐條18將鰭板16安裝于掛舵臂12。即，鰭板16經(jīng)由撐條18而被安裝于掛舵臂12。

撐條(stay)18沿鰭板16的長度方向(在圖1(a)中，為上下方向)隔開間隔而設(shè)置多個(gè)(至少兩個(gè)以上)，從而防止鰭板16的振動。

以下，為了便于說明，將圖1中的螺旋槳2的軸線與舵軸15的交點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)o，將行進(jìn)方向設(shè)為x軸，將寬度方向向左朝向設(shè)為y軸，將鉛垂向上朝向設(shè)為z軸。

另外，將螺旋槳2的直徑設(shè)為螺旋槳直徑dp，將螺旋槳2的軸線上的方向舵14的行進(jìn)方向長度設(shè)為舵弦長cr，將鰭板16的前緣至后緣的長度設(shè)為鰭板弦長cf。

在圖1中，一對鰭板16沿著z軸在z坐標(biāo)從zmin至zmax的范圍內(nèi)沿鉛垂方向延伸。

另外，各鰭板16定位成后緣的x坐標(biāo)為xf，y坐標(biāo)為yf，鰭板16的向外的旋轉(zhuǎn)角度設(shè)定為迎角α。

圖2是圖1(b)的部分放大圖。在該圖中，圖2(a)示出方向舵14為最大的舵角(在該示例中為35°)的情況。另外，圖2(b)是將圖2(a)進(jìn)一步放大的圖。

在圖1和圖2中，鰭板16設(shè)定成產(chǎn)生具有行進(jìn)方向分量的升力f，而且在規(guī)定的舵角范圍(例如，±35°的范圍)內(nèi)抑制方向舵14中的流體的剝離。

以下，說明本發(fā)明的實(shí)施例。

[實(shí)施例1]

圖3是示出本發(fā)明的船舶用舵10的實(shí)施例1的圖。在該圖中，圖3(a)是側(cè)面圖，圖3(b)是圖3(a)的b-b向視圖。

在該示例中，一對鰭板16沿著z軸遍及掛舵臂12的整個(gè)高度而沿鉛垂方向延伸。即，一對鰭板16在從掛舵臂12的最下端(zmin≒0.4×dp)至掛舵臂12的最上端(zmax≒1.1×dp)的范圍內(nèi)沿鉛垂方向延伸。

另外，各鰭板16定位成使得后緣的x坐標(biāo)xf成為0，y坐標(biāo)yf成為0.15×cr。鰭板16的向外朝向的旋轉(zhuǎn)角度(迎角)α設(shè)定成5°。

在該示例中，鰭板16的截面形狀(基于水平面的截面形狀)是翼形。該翼形沿寬度方向的向外朝向具有彎度(camber)，而且具有沿寬度方向的向外朝向鼓起的形狀。

另外，在該示例中，鰭板16位于方向舵14的搖動范圍(自螺旋槳2的軸線起±35°)的外側(cè)。

圖4是示出實(shí)施例1的方向舵14的舵力測量試驗(yàn)的結(jié)果的圖。

該圖示出使舵角在±30°的范圍內(nèi)變化時(shí)的舵法向壓力系數(shù)。

此外，“舵法向壓力系數(shù)”是指舵法向壓力相對于舵角的斜率，表示舵的效力。

從該圖得知，實(shí)施例1的方向舵14的舵法向壓力系數(shù)相對于沒有鰭板16的舵(以下，稱為“無鰭板的舵”)而增加了3%，舵的效力提高。

[實(shí)施例2]

圖5是示出本發(fā)明的船舶用舵10的實(shí)施例2的圖。在該圖中，圖5(a)是側(cè)面圖，圖5(b)是圖5(a)的b-b向視圖。

在該示例中，一對鰭板16沿著z軸在z坐標(biāo)從zmin=0.3×dp至zmax=0.6×dp的范圍內(nèi)沿鉛垂方向延伸。

另外，各鰭板16定位成使得后緣的x坐標(biāo)成為xf=0.20×cr，y坐標(biāo)成為yf=0.15×cr。鰭板16的向外朝向的旋轉(zhuǎn)角度(迎角)α設(shè)定成0。

在該示例中，鰭板16的截面形狀是翼形。該翼形沿寬度方向的向內(nèi)朝向具有彎度，而且具有沿寬度方向的向內(nèi)朝向鼓起的形狀。

圖6是示出實(shí)施例1、2的船舶用舵10的推進(jìn)性能試驗(yàn)的結(jié)果的圖。

該圖示出將沒有鰭板16的舵(“無鰭板的舵”)設(shè)為100的情況下的實(shí)施例1、2的必要功率。

從該圖得知，與無鰭板的舵相比較，功率降低率在實(shí)施例1中為0.7%，在實(shí)施例2中為0.5%，必要功率降低。

如上所述，鰭板16的截面形狀優(yōu)選地為翼形，具有產(chǎn)生升力f的彎度或迎角α，該升力f具有行進(jìn)方向分量。

另外，鰭板16優(yōu)選地位于舵軸15的附近或比舵軸15更靠前方(上游側(cè))。

另外，鰭板16優(yōu)選地位于方向舵14的規(guī)定的舵角范圍的外側(cè)。

此外，由于船舶用舵10位于船舶1的螺旋槳后方，因而流入船舶用舵10的流體成為復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)流或橫流。

因此，左右的鰭板16也可以不相同，而是不同的。即，至少一對鰭板16也可以不是翼形，彎度的方向也可以不同，也可以不對稱，沿高度方向也可以不是相同的形狀。

另外，從上述的實(shí)施例確認(rèn)到，鰭板弦長cf是舵弦長cr的10%，性能提高。在鰭板弦長cf為舵弦長cr的5-30%的范圍內(nèi)，能夠預(yù)測同等以上的效果。

另外確認(rèn)到，鰭板16離寬度方向中心(包含圖5的x軸和z軸的平面)的距離是舵弦長cr的15%，性能提高。在該情況下，鰭板16(鰭板16的朝向x軸側(cè)的內(nèi)表面)與掛舵臂12的外表面的間隔是舵弦長cr的大約4%。可是，鰭板16與掛舵臂12的外表面的間隔即使在舵弦長cr的3-15%的范圍內(nèi)，也能夠預(yù)測同等以上的效果。

另外，鰭板16自螺旋槳2的軸線起的高度可以包含螺旋槳直徑dp的至少30-60%的范圍。換而言之，鰭板16至少遍及自螺旋槳2的軸線起的高度成為30-60%的范圍整體而沿高度方向延伸。進(jìn)一步，鰭板16優(yōu)選地遍及掛舵臂12的整個(gè)高度而設(shè)置。此外，只要位于方向舵14的舵角范圍的外側(cè)，就也可以將鰭板16設(shè)置直到掛舵臂12的下方。

另外，撐條18的截面形狀(基于鉛垂面的截面形狀)優(yōu)選地為翼形，優(yōu)選與鰭板16同樣地產(chǎn)生具有行進(jìn)方向分量的升力f。

依據(jù)上述的本發(fā)明的構(gòu)成，通過將鰭板16安裝于掛舵臂12，從而螺旋槳后方的排移厚度影響變大，螺旋槳前后的流體(尾流)比沒有鰭板16的情況更慢，有效尾流改善，螺旋槳效率提高。

另外，由于處于螺旋槳2的旋轉(zhuǎn)流中的鰭板16產(chǎn)生具有行進(jìn)方向分量的升力f，因而能夠降低舵的阻力，改善升力阻力比。

進(jìn)一步，由于鰭板16在舵角范圍內(nèi)抑制方向舵14中的流體的剝離，因而在將舵大大地沖開時(shí)能夠抑制剝離，與現(xiàn)有的舵相比，能夠使舵法向壓力增加。

因此，通過本發(fā)明，能夠不增大舵面積就使舵法向壓力增大，而且改善船舶1的推進(jìn)性能。

此外，本發(fā)明當(dāng)然不限定于上述的實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的要點(diǎn)的范圍內(nèi)，能夠添加各種變更。