一种船舵的设计方法和船舵与流程

本发明涉及船舶水动力节能，尤其涉及一种船舵的设计方法和船舵。

背景技术：

1、节能装置的开发一直是绿色船舶发展的重要方向之一，舵作为一种船舶操纵装置，一般安装在船舶螺旋桨之后，在船舶运行时，舵受到螺旋桨高速水流的冲击，产生较大的阻力，是一个较为明显的耗能装置。

2、长期以来，围绕舵的节能设计，人们开发了各种节能舵和辅助附件，如扭曲舵、舵球等。

3、现有的船舵的设计方法仅能从螺旋桨的艉流中回收部分能量，以产生节能效果，对于船舵本身而言，依然是耗能装置，无法使得舵产生推力。

技术实现思路

1、本发明提供了一种船舵的设计方法和船舵，可以使得船舵产生推力，辅助螺旋桨推进，提高船舶的推进效率，从而产生更为显著的节能效果。

2、根据本发明的一方面，提供了一种船舵的设计方法，船舵包括舵叶，船舵的设计方法包括：沿着舵叶的展长方向，将舵叶分成多个剖面，至少一个剖面为非对称剖面；根据各剖面所在位置的来流攻角调整舵叶在剖面的所在位置处的攻角，以使在船体前进时船舵能够产生沿前进方向上的推力。

3、可选地，根据各剖面所在位置的来流攻角调整舵叶在剖面的所在位置处的攻角，以使在船体前进时船舵能够产生沿前进方向上的推力，包括：根据剖面所在位置的来流攻角调整舵叶在剖面的所在位置处的攻角，以得到剖面所在位置处的最佳攻角，其中，剖面的所在位置处的最佳攻角能够使舵叶在剖面的所在位置处产生最大推力。

4、可选地，根据各所述剖面所在位置的来流攻角调整所述舵叶在所述剖面所在位置处的攻角，以使在船体前进时所述船舵能够产生沿前进方向上的推力，包括：获取船艉处流体的横向速度和来流速度；根据横向速度和来流速度计算来流攻角；根据来流攻角和设定规则得到舵叶在剖面位置处的目标攻角，并根据目标攻角调整舵叶在剖面所在位置处的攻角；其中，横向速度的方向与船体的前进方向垂直，来流速度的方向与船体的前进方向相同。

5、可选地，设定规则包括：β＝c0α，其中，β为目标攻角，c0为调整系数，α为来流攻角。

6、可选地，获取船艉处流体的横向速度和来流速度，包括：根据如下公式计算船艉处流体的横向速度和来流速度：

7、

8、

9、其中，ui和uj为平均速度分量，xi和xj为空间位置坐标，t为时间，v为流体的横向速度，u为流体的来流速度，ρ为流体质量密度，p为平均压力，μ为流体分子粘性系数，为雷诺应力项；其中，i取1，2，3，j取1，2，3，i和j的取值不相同，u1＝u,u2＝v。

10、可选地，各剖面等间距，或者根据垂向上的来流攻角的梯度变化大小取变间距。

11、根据本发明的另一方面，提供了一种船舵，船舵包括舵叶，沿着舵叶的展长方向的多个剖面中至少一个为非对称剖面；舵叶各剖面所在位置处的攻角设置，能够在船体前进时使船舵产生沿前进方向上的推力。

12、可选地，舵叶的剖面的拱度分布形式为：从导边至随边，拱度先逐渐增大，后逐渐缩小。

13、可选地，舵叶的剖面的厚度分布形式为：从导边至随边，厚度先逐渐增大，后逐渐缩小；且最大厚度的位置与导边的距离小于或等于设定阈值。

14、可选地，将舵叶的横向位置设置于螺旋桨艉流影响区域之外，将舵杆中心线的纵向位置设置于螺旋桨桨盘面至船艉端板之间。

15、本发明实施例的技术方案，通过将舵叶分成多个剖面，至少一个剖面为非对称剖面；根据各剖面所在位置的来流攻角调整舵叶在剖面的所在位置处的攻角，可以使得船舵产生推力，辅助螺旋桨推进，提高船舶的推进效率，从而产生更为显著的节能效果。

16、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种船舵的设计方法，其特征在于，所述船舵包括舵叶，所述船舵的设计方法包括：

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，根据各所述剖面所在位置的来流攻角调整所述舵叶在所述剖面的所在位置处的攻角，以使在船体前进时所述船舵能够产生沿前进方向上的推力，包括：

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述根据各所述剖面所在位置的来流攻角调整所述舵叶在所述剖面所在位置处的攻角，以使在船体前进时所述船舵能够产生沿前进方向上的推力，包括：

4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述设定规则包括：

5.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述获取船艉处流体的横向速度和来流速度，包括：

6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，各所述剖面等间距，或者根据垂向上的来流攻角的梯度变化大小取变间距。

7.一种船舵，其特征在于，所述船舵包括舵叶，沿着舵叶的展长方向的多个剖面中至少一个为非对称剖面；

8.根据权利要求7所述的船舵，其特征在于，所述舵叶的剖面的拱度分布形式为：从导边至随边，所述拱度先逐渐增大，后逐渐缩小。

9.根据权利要求7所述的船舵，其特征在于，所述舵叶的剖面的厚度分布形式为：从导边至随边，所述厚度先逐渐增大，后逐渐缩小；且所述最大厚度的位置与所述导边的距离小于或等于设定阈值。

10.根据权利要求7所述的船舵，其特征在于，将舵叶的横向位置设置于螺旋桨艉流影响区域之外，将舵杆中心线的纵向位置设置于螺旋桨桨盘面至船艉端板之间。

技术总结
本发明公开了一种船舵的设计方法和船舶。船舵包括舵叶，船舵的设计方法包括：沿着舵叶的展长方向，将舵叶分成多个剖面，至少一个剖面为非对称剖面；根据各剖面所在位置的来流攻角调整舵叶在剖面的所在位置处的攻角，以使在船体前进时船舵能够产生沿前进方向上的推力。本发明实施例通过将舵叶分成多个剖面，至少一个剖面为非对称剖面；根据各剖面所在位置的来流攻角调整舵叶在剖面的所在位置处的攻角，可以使得船舵产生推力，辅助螺旋桨推进，提高船舶的推进效率，从而产生更为显著的节能效果。

技术研发人员：翟树成,陈雷强,刘登成,李鹏程,黄树权,韩用波
受保护的技术使用者：中船重工（上海）节能技术发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13