专利名称：无艉封板船体型线及平衡舵舵叶的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种船体及舵叶，尤其涉及一种无艉封板船体及平衡舵舵叶，适用于各类无艉封板的安装平衡舵的单舵船舶和多舵船舶，属于船舶技术领域。
背景技术：
船舶操纵性对船舶总体性能和船舶航行性能的好坏起着重要作用，而舵对船舶的操纵性好坏又有着决定性作用，所以如何提高舵效就成了造船人研究的重要问题之一。人们从理论上很早就认识到在舵面积和舵截面不变的情况下，展弦比的大小对舵效起决定性作用，展弦比大则舵效高，展弦比小则舵效低。但由于受船舶吃水和航道限制，一般船舶的展弦比都较小，特别是内河船舶舵的展弦比往往小于1，为了提高舵效，人们设计出了比平板舵效率高的流线型舵、襟翼舵、蒂姆舵、希林舵等。在理论研究和工程实践中人们发现船体对舵效有明显影响，特别是舵叶安装处船底板形状对流经舵的水流特性有较大影响。当舵安装在船体底部空间时，若船体底部与舵上边缘之间的空隙很小，则流经舵的水流特性将会改善，等效于加大了舵叶的展弦比 ，舵的转船力矩和横向力得到提高而使舵效提高。当船体底部与舵上边缘之间的空隙足够小时，其舵效几乎可以提高2倍。然而，这一有利因素目前只是在舵叶安装处的船体是平底时才能较好体现，其原因在于，在传统的船舶设计中，由于船体外形是一个复杂的不会变动的空间曲面，而舵叶又是一个可以绕舵杆中心旋转的机构，所以现有技术只能做到舵叶在某一转角下使舵的上边缘与船体底板有较好的吻合状态(即间隙最小)，而使舵叶在这一转角下舵效较好。例如，对于单艉单舵船，在0°舵角的情况下，舵叶上边缘形状可以做到与船艉底板形状平行而间隙做到最小，从而此时舵效最好，但当舵转动某一角度时，为了不使舵叶与船体相碰或者由于船体自身型线的原因，必然失去舵叶的上边缘形状与船体底板形状的平行而紧密的关系，此时间隙成剪刀差加大，从而使舵效降低。因此，必须对船体及舵叶进行重新设计才能将间隙做到最小，从而提闻航效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无艉封板船体及平衡舵舵叶，使得在舵叶的所有转角范围内，舵叶上边缘形状与船底板形状始终保持平行而使其间隙可以做到最小，始终保持最佳的空间配合，从而有效地提高舵效，改善船舶的操纵性，节约能源。本发明的目的通过以下技术方案予以实现
一种无艉封板船体型线及平衡舵舵叶，在船体舵叶6安装处的船底形状是组合船体旋生面，所述组合船体旋生面是由船体旋生曲面9、船体旋生水平扇面9C、船体旋生柱面9a、船体旋生柱面下端面％组合而成；所述船体旋生曲面9是以舵杆中心线5为转轴，以船体0°直剖线4a后部曲线为船体旋生曲面母线7，以船体旋生曲面旋生角β为旋转角，旋转生成；所述船体旋生曲面母线7，是在直剖图中的船体0°直剖型线4a上确定两点，曲线段％即为船体旋生曲面母线；所述β点到舵杆中心线5的垂直距离大于舵叶上端线后端点b点到舵杆中心线5的垂直距离；所述船体旋生曲面旋生角α是以水线面图中的船体中心线为0°线，对于海洋船舶取值为±35°，对于内河船舶取值为±45° ;船体旋生水平扇面9C以舵杆中心线5为转轴，以船体旋生水平母线7b为母线，以船体旋生曲面旋生角 为旋转角，旋转生成；所述船体旋生水平母线7b，是在直剖图中的舵杆中心线5前的船体0°直剖型线4a上选取g点,使g点到舵杆中心线5的距离大于舵叶上端前缘点h到舵杆中心线
5的距离，过g点作水平直线，在此水平直线上g点的艉后方向取点f，线段F即为船体旋
生水平母线；所述船体旋生柱面9a是以舵杆中心线5为转轴，以船体旋生柱面母线7a为母线,旋转±180°角旋转生成，同时生成船体旋生柱面下端面9b ;在舵叶6的转角范围内，对于流线型舵叶，舵叶上端面是与船体旋生曲面9处处平行的曲面；对于平板舵叶，舵叶上端线是与船体旋生曲面9处处平行的曲线。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现
前述无艉封板船体型线及平衡舵舵叶，其中船体旋生柱面母线，在水平直线^上选取f点，使f点到舵杆中心线的距离约等于下舵承外半径，f点到舵杆中心线的距离也可以小于下舵承外半径，f点也可以落在舵杆中心线上，过f点作垂线￥ ,使孑丄豆,与船体旋生
曲面母线相交于β点，垂直线段&即为船体旋生柱面母线；当f点落在舵杆中心线上时就
不再有船体旋生柱面，此时的船体旋生柱面退化为直线F。前述无艉封板船体型线及平衡舵舵叶，其中舵叶上端面，是由舵叶后上端面61、舵叶上端竖直柱面6b、舵叶上端水平面6a组成；对于平衡流线型舵，当舵叶后上端面61为双曲度板时，是与其对应处船体旋生曲面向下偏移距离t而生成，所述偏移距离t减去该处船底板厚度后约等于舵叶最大厚度的十分之一，且取值在20毫米 60毫米之间，所述舵叶后上端面61为单曲度板时，舵叶后上端面形状是一个以舵叶后上端线为母线沿船宽方向平移扫描生成的单曲面；对于平衡流线型舵，所述舵叶上端竖直柱面6b是与其对应处船体旋生柱面向艉偏移距离r而生成，所述偏移距离r减去该处船壳板厚度或下舵承外半径后应小于30毫米；对于平衡流线型舵，所述舵叶上端水平面6a是与所述船体旋生水平扇面或船体旋生柱面下端面向下偏移距离s而生成，所述偏移距离s减去该处船壳板厚度后应小于50晕米。前述无艉封板船体型线及平衡舵舵叶，其中舵叶上端线，是由舵叶后上端线、舵叶上端竖直柱线、舵叶上端水平线组成；所述舵叶后上端线，是与其对应处船体0°直剖型线4a向下偏移距离t而生成，所述偏移距离t减去该处船底板厚度后小于20毫米；所述舵叶上端竖直柱线，是与其对应处船体旋生柱面母线向艉偏移距离r而生成，所述偏移距离r减去该处船壳板厚度或下舵承外半径后应小于20毫米；所述舵叶上端水平线，是与其对应处船体旋生水平母线向下偏移距离s而生成，所述偏移距离s为减去该处船底板厚度后小于20晕米。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明在舵叶的所有转角范围内，舵叶上边缘形状与船底板形状始终保持平行而使其间隙可以做到最小，始终保持最佳的空间配合，从而有效地提高舵效，舵效可提高一倍以上，明显改善船舶的操纵性，节约能源。
图I是本发明的侧视图(直剖图)；
图2是本发明的A向视图(站面图)；
图3是本发明的B向视图(水线面图)。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
图I是本发明的侧视图(直剖图)，示意部分直剖型线以及舵在0°舵角时，舵与船体的相对位置情况；
图2是本发明的A向视图(站面图)，由于对称性，仅图示左舷部分型线；
图3是本发明的B向视图(水线面图)，由于对称性，仅图示左舷部分型线。如图I、图2、图3所示
船体0°直剖型线为过舵杆中心线的船体直剖线； ο点为舵杆中心线5与船体0°直剖型线4a的交点；
&点为舵叶上端后缘点；
I点为在船体0°直剖型线4a上取点，要求a点到舵杆中心线的距离略大于6点到舵杆中心线的距离；
A点为舵叶上端前缘点；
点为在船体0°直剖型线4a上取点，要求f点到舵杆中心线的距离略大于^点到舵杆中心线的距离；
尺寸线t为舵叶上端边缘61与船体0°直剖型线4a的间隙；
尺寸线r为舵叶上端竖直柱线6b与船体旋生柱面母线7a的间隙；
角度α为(船体旋生曲面)旋生角，在图3中，顺时针转动β力正，逆时针转动α为负； 切角Θ为船体0°直剖型线与舵杆中心线的交点处船体0°直剖型线与水平线的夹
角；
舵叶上端线61为是一根直剖平面曲线；
舵叶上端竖直柱线是一根直剖平面垂直直线；
舵叶上端水平线是一根直剖平面水平直线。在图I中，在船体0°直剖型线上截取曲线段■作为船体旋生曲面母线7 ;在舵杆
中心线前的船体0°直剖型线4a上找g点，过g点作水干直线即为船体旋生水平母线7b ;在水平直线斤上找f点使得f点到舵杆中心线的距离约等于下舵承外半径，f点到舵杆中心线的距离也可以小于下舵承外半径，f点也可以落在舵杆中心线上，过f点作垂线￥(使$丄与船体旋生曲面母线7相交于e点，得船体旋生柱面母线7a，当f点落在舵杆
中心线上时就不再有船体旋生柱面9a，此时的船体旋生柱面9a退化为直线$。以船体旋生曲面母线7及船体旋生水平母线7b为母线，以舵杆中心线5为旋转轴，以船体中心线8为0°线，使其母线绕舵杆中心线旋转土 α度，其迹面形成船体旋生曲面9、船体旋生水平扇面9c，船体旋生曲面9是一个近似锥形的旋转扇形曲面，α的绝对值约大于舵叶最大转舵角，在有的情况下α的绝对值也可以约小于舵叶最大转舵角，通常海洋船舶的舵叶最大转舵角为±35°，内河船舶的舵叶最大转舵角为±45° ;以船体旋生柱面母线7a为母线，以舵杆中心线5为旋转轴，以船体中心线8为0°线，使其母线绕舵杆中心线旋转±180度，既得船体旋生柱面9a、船体旋生柱面下端面％。船体旋生曲面9、船体旋生水平扇面9c、船体旋生柱面9a、船体旋生柱面下端面9b共同组成组合船体旋生面。在组合船体旋生面处视情况增加若干船体站面、船体水线面、船体直剖面。本实施例增加站面为5个,在船体4上得到站面型线为11 15五根,相应地在组合船体旋生面上得到内站面型线为111 141四根；本实施例增加水线面为4个，在船体4上得到水线面型线为21 24四根，相应在组合船体旋生面上得到内水线面型线为221、231 二根；本 实施例增加直剖面为3个，在船体4上得到直剖面型线为31 32 二根，相应在组合船体旋生面上得到内直剖面型线为311、一根。调整船体4上的站面型线13 15，水线面型线22 24，直剖面型线31、32，以及其他相关船体型线，直至使船体型线在船体旋生曲面侧边界91处与船体旋生曲面9的相应内站面型线131、141，内水线面型线221 241和船体旋生曲面上边界92，内直剖面型线311相互光顺连接；调整船体4上的站面型线11、12，水线面型线21，以及其他相关船体型线相互光顺连接；站面型线11、12，水线面型线21，以及其他相关船体型线，与组合船体旋生面上的相应内站面型线111、121，在船体旋生柱面下边界93、船体旋生水平面侧边界94、船体旋生水平面前边界95处折角连接。当船体型线型值需要较大的调整量才能使船体型线与船体旋生曲面很好地光顺连接时，或者生成的船体旋生曲面与船体型线光顺连接后的形状不太理想时，则应分别调整船体0°直剖型线4a的形状或者调整切角Θ (船体0°直剖型线与舵杆中心线的交点处船体0°直剖型线于水平线的夹角)的大小，或者同时调整调整船体0°直剖型线4a的形状或者调整切角Θ的大小，然后重复前述的步骤，直至得到满意的船体型线。如图I,舵叶上端边缘形状必须与前述的船体型线良好配合,才能起到充分提高舵效的作用，舵叶上端边缘形状分为三种情况进行设计
当舵叶为平衡平板舵叶，舵叶上端线61是一根平面曲线，该曲线是与其对应处船体0°直剖型线4a向下偏移距离t而生成的曲线，偏移距离t减去该处船底板厚度后应不大于20毫米，舵叶上端竖直柱线6b与船体旋生柱面母线7a的间距为r，间距r减去该处船壳板厚度或下舵承外半径后应不大于20毫米，舵叶上端水平线6a与船体旋生水平母线7b的间距为S，间距r减去该处船壳板厚度后应不大于20毫米，舵叶上端线61与舵叶上端竖直柱线6b及舵叶上端水平线6a共同组成舵叶上端外形。当舵叶为平衡流线型舵叶,且舵叶后上端面61为双曲度板时,舵叶后上端面61是与其对应处组合船体旋生面向下偏移距离t而生成，偏移距离t减去该处船底板厚度后约等于舵叶最大厚度的十分之一，但必须大于20毫米同时小于60毫米，舵叶上端竖直柱面6b是与其对应处组合船体旋生面向艉偏移距离r而生成，平移距离r减去该处船壳板厚度或下舵承外半径后应小于30毫米，舵叶上端水平面6a是与其对应处组合船体旋生面向下偏移距离s而生成，，偏移距离s减去该处船壳板厚度后应不大于50毫米，舵叶后上端面61与舵叶上端竖直柱面6b及舵叶上端水平面6a共同组成舵叶上端外形。
当舵叶为平衡流线型舵叶，为简化制造工艺、降低制造成本同时对转舵效率几乎没有影响时，舵叶后上端面形状是一个以舵叶后上端线61为母线沿船宽方向平移扫描生成的单曲面，该母线是与其对应处船体0°直剖型线4a向下偏移距离为t而生成的曲线，偏移距离t减去该处船底板厚度后约等于舵叶最大厚度的十分之一，但必须大于20毫米同时小于50毫米，舵叶上端竖直柱面6b是与其对应处组合船体旋生面向艉偏移距离r而生成，平移距离r减去该处船壳板厚度或下舵承外半径后应小于30毫米，舵叶上端水平面6a是与其对应处组合船体旋生面向下偏移距离s而生成，偏移距离s减去该处船壳板厚度后应不大于50毫米，舵叶后上61与舵叶上端竖直柱面6b及舵叶上端水平面6a共同组成舵叶上端外形。 除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
权利要求
1.一种无艉封板船体型线及平衡舵舵叶，其特征在于，在船体舵叶(6)安装处的船底形状是组合船体旋生面，所述组合船体旋生面是由船体旋生曲面(9)、船体旋生水平扇面(9C)、船体旋生柱面(9a)、船体旋生柱面下端面(9b)组合而成；所述船体旋生曲面(9)是以舵杆中心线(5)为转轴，以船体0°直剖线(4a)后部曲线为船体旋生曲面母线(7)，以船体旋生曲面旋生角《为旋转角，旋转生成；所述船体旋生曲面母线(7)，是在直剖图中的船体0°直剖型线(4a)上确定ιτ、ιι两点，曲线段■即为船体旋生曲面母线；所述《点到舵杆中心线(5)的垂直距离大于舵叶上端线后端点■&点到舵杆中心线(5)的垂直距离；所述船体旋生曲面旋生角α是以水线面图中的船体中心线为0°线，对于海洋船舶取值为±35°，对于内河船舶取值为±45° ;船体旋生水平扇面(9C)以舵杆中心线(5)为转轴，以船体旋生水平母线(7b)为母线，以船体旋生曲面旋生角《为旋转角，旋转生成；所述船体旋生水平母线(7b)，是在直 剖图中的舵杆中心线(5)前的船体0°直剖型线(4a)上选取g点，使g点到舵杆中心线(5)的距离大于舵叶上端前缘点h到舵杆中心线(5)的距离，过g点作水平直线，在此水平直线上g点的艉后方向取点f，线段F即为船体旋生水平母线；所述船体旋生柱面(9a)是以舵杆中心线(5)为转轴，以船体旋生柱面母线(7a)为母线，旋转±180°角旋转生成，同时生成船体旋生柱面下端面(9b);在舵叶(6)的转角范围内，对于流线型舵叶，舵叶上端面是与船体旋生曲面(9)处处平行的曲面；对于平板舵叶，舵叶上端线是与船体旋生曲面(9)处处平行的曲线。
2.根据权利要求I所述的无艉封板船体型线及平衡舵舵叶，所述船体旋生柱面母线，在水平直线￥上选取f点，使f点到舵杆中心线的距离约等于下舵承外半径，f点到舵杆中心线的距离也可以小于下舵承外半径，f点也可以落在舵杆中心线上，过f点作垂线￥，使牙,与船体旋生曲面母线相交于β点，垂直线段￥即为船体旋生柱面母线；当f点落在舵杆中心线上时就不再有船体旋生柱面，此时的船体旋生柱面退化为直线
3.根据权利要求I所述的无艉封板船体型线及平衡舵舵叶，其特征在于，所述舵叶上端面，是由舵叶后上端面(61)、舵叶上端竖直柱面(6b)、舵叶上端水平面(6a)组成；对于平衡流线型舵，当舵叶后上端面(61)为双曲度板时，是与其对应处船体旋生曲面向下偏移距离t而生成，所述偏移距离t减去该处船底板厚度后约等于舵叶最大厚度的十分之一，且取值在20毫米 60毫米之间，所述舵叶后上端面(61)为单曲度板时，舵叶后上端面形状是一个以舵叶后上端线为母线沿船宽方向平移扫描生成的单曲面；对于平衡流线型舵，所述舵叶上端竖直柱面(6b)是与其对应处船体旋生柱面向艉偏移距离r而生成，所述偏移距离r减去该处船壳板厚度或下舵承外半径后应小于30毫米；对于平衡流线型舵，所述舵叶上端水平面(6a)是与所述船体旋生水平扇面或船体旋生柱面下端面向下偏移距离s而生成，所述偏移距离s减去该处船壳板厚度后应小于50毫米。
4.根据权利要求I所述的无艉封板船体型线及平衡舵舵叶，其特征在于，所述舵叶上端线，是由舵叶后上端线、舵叶上端竖直柱线、舵叶上端水平线组成；所述舵叶后上端线，是与其对应处船体0°直剖型线(4a)向下偏移距离t而生成，所述偏移距离t减去该处船底板厚度后小于20毫米；所述舵叶上端竖直柱线，是与其对应处船体旋生柱面母线向艉偏移距离r而生成，所述偏移距离r减去该处船壳板厚度或下舵承外半径后应小于20毫米；所述舵叶上端水平线，是与其对应处船体旋生水平母线向下偏移距离s而生成，所述偏移距离s为减去该处船底板厚度后小于20 毫米。
全文摘要
本发明公开了一种无艉封板船体型线及平衡舵舵叶，在船体舵叶安装处的船底形状是组合船体旋生面，所述组合船体旋生面是由船体旋生曲面、船体旋生水平扇面、船体旋生柱面、船体旋生柱面下端面组合而成，对于流线型舵叶，舵叶上端面是与船体旋生曲面处处平行的曲面；对于平板舵叶，舵叶上端线是与船体旋生曲面处处平行的曲线。本发明在舵叶的所有转角范围内，舵叶上边缘形状与船底板形状始终保持平行而使其间隙可以做到最小，始终保持最佳的空间配合，从而有效地提高舵效，改善船舶的操纵性，节约能源。
文档编号B63H25/38GK102963497SQ20121046832
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者周玉龙, 赵鹏, 王志东 申请人:江苏科技大学