[发明专利]有艉封板船体型线及平衡舵舵叶设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种船体型线及舵叶，尤其涉及一种有艉封板船体型线及平衡舵舵叶设计方法，适用于各类有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

[0002] 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，从而提高舵效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有艉封板船体型线及平衡舵舵叶设计方法，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：

一种有艉封板船体型线及平衡舵舵叶设计方法，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，是先在水线面图中，以舵杆中心线5与船体0°直剖型线4a的交点点为起点，以船体旋生曲面旋生角为辐射角，作线段与艉封板型线相交于点；然后再在直剖图中，过点作水平线段，并使，过点作垂线，使，将船体0°直剖型线4a向船艉自然延伸与垂线相交于点，在延伸后的船体0°直剖型线上截取曲线段，曲线段即为船体旋生曲面母线；所述船体旋生曲面旋生角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端点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点后取点f，使f点到舵杆中心线5的距离等于所述船体旋生柱面母线到舵杆中心线的距离，线段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；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，与船体旋生曲面母线相交于点，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；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：