[发明专利]减少船舶尾部半平衡悬挂舵舵叶表面空化现象的方法

说明书

技术领域

本发明涉及船舶防腐蚀，特别涉及到一种减少并消除船舶尾部半平衡悬挂舵舵叶表面空化现象的方法，其最主要的对象为大型高速集装箱船的舵。

背景技术

随着国际航运业的迅速发展，人们对超大型集装箱船需求日益增大。近20年来，单船功率已从30MKW增加到70MKW，而船的吃水基本没有发生变化。功率增加但吃水量维持不便，使得螺旋桨的负荷大大增加，船后伴流场变化剧烈，这增加了螺旋桨桨叶以及附体(例如舵、导流罩、轴架等)发生空化的危险性。

近年来，在一些处于营运状态的超大型集装箱船的半平衡舵上已经发现了十分明显的空化引起的剥蚀现象。空化剥蚀区域大多为：舵的活动部分(舵叶)与固定部分(舵承)的间隙区域及其附近的舵叶上沿部分；舵叶下沿最大厚度区域；舵底板等。

通过对流体力学中基本公式——伯努利方程中各因子的相互关系的研究和试验发现，舵的空化现象可以是由它本身的空化造成，也可以由螺旋桨的梢涡和毂涡引起：

(1)由于螺旋桨产生的梢涡空泡随螺旋桨旋转至船底基线处随来流漂移至舵叶下沿处引起的舵叶下沿的空化现象。虽然梢涡空泡本身对螺旋桨的水动力性能没有影响，对材料的剥蚀也没什么威胁，但当其随着来流游移至舵叶下边沿时，由于舵切面在该处线型变化剧烈导致的压力场突变，其质状发生了变化，从涡空泡变成了片状空泡，此类空泡会对舵叶面产生剥蚀作用，该区域如图1中的A区。

(2)由于舵切面自身产生的空泡及螺旋桨产生的梢涡空泡引起的舵切面最大厚度的下游去区的空化现象。舵切面自身产生空泡的原理是舵在水中工作时，舵的一侧表面由于压力降低形成吸力面，当舵切面上某处的压力降至气化压力时，水即汽化，水汽通过舵表面时膨胀从而形成空泡，由于舵切面最大厚度处压力急剧下降，空泡急剧产生，肉眼已见不到其成长过程，似在舵表面最大厚度附近陡然发生空穴，从而引起该处的空化现象；螺旋桨的梢涡空泡随着螺旋桨在不停的旋转，当舵角转至一定角度时，梢涡空泡随着尾流漂移至舵切面最大厚度处，由于舵切面在最大厚度处的压力场的突变，导致涡空泡变化为片状空泡，从而引起该处的空化现象，该区域如图1中的B区。

(3)由于半平衡舵由固定(舵承)和转动(舵叶)两部分组成，存在一定的间隙，在舵角旋转时该区域不仅间隙增大，同时舵叶和舵承的连接处形成锐利的边缘。另外由于船尾部处在一个在非定常的流场内，所以该区域成为一个高速、低压区域，当尾流流经该处时，该区域出现了空化现象，同时漂移至该处的螺旋桨的梢涡空泡也加剧了这一现象，该区域如图1中的C区。

上述的空化在船舵上的分布如图1所示，图1为本发明的半平衡悬挂舵及易发生空化现象的区域的示意图，本发明是在图1上易于发生舵空化的A、B、C三个区域分别开展研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少并消除船舶尾部半平衡悬挂舵舵叶表面空化现象的简单易行的方法，以使舵空化引起的剥蚀危害降到最低。

本发明通过对流体力学中基本公式——伯努利方程中各因子的相互关系的研究和试验发现，舵的空化现象可以是由它本身的空化造成，也可以由螺旋桨的梢涡和毂涡引起：

(1)舵叶下沿的空化现象主要是由于螺旋桨产生的梢涡空泡随螺旋桨旋转至船底基线处随来流漂移至舵叶下沿处引起的。虽然梢涡空泡本身对螺旋桨的水动力性能没有影响，对材料的剥蚀也没什么威胁，但当其随着来流游移至舵叶下边沿时，由于舵切面在该处线型变化剧烈导致的压力场突变，其质状发生了变化，从涡空泡变成了片状空泡，此类空泡会对舵叶面产生剥蚀作用。

(2)舵切面最大厚度的下游去区的空化现象也是由于舵切面自身产生的空泡及螺旋桨产生的梢涡空泡引起的。舵切面自身产生空泡的原理是舵在水中工作时，舵的一侧表面由于压力降低形成吸力面，当舵切面上某处的压力降至气化压力时，水即汽化，水汽通过舵表面时膨胀从而形成空泡，由于舵切面最大厚度处压力急剧下降，空泡急剧产生，肉眼已见不到其成长过程，似在舵表面最大厚度附近陡然发生空穴，从而引起该处的空化现象；螺旋桨的梢涡空泡随着螺旋桨在不停的旋转，当舵角转至一定角度时，梢涡空泡随着尾流漂移至舵切面最大厚度处，由于舵切面在最大厚度处的压力场的突变，导致涡空泡变化为片状空泡，从而引起该处的空化现象。