可绕双轴转动的舵系及船的制作方法

本发明涉及一种船舶及改进了的结构的舵系和采用该舵系构建的船舶，具体地说，涉及一种可绕双轴转动的舵及船。

背景技术：

舵系包括舵机、传动装置及舵，传统的板叶舵由舵机通过传动装置操控，驱动垂向设置的舵轴绕自身的轴线左右转动，舵轴的下部固定有板叶舵。

参见图2，桨叶5转动产生推力时，以桨叶5的叶梢半径r形成的圆称为叶梢圆51，流过叶梢圆51截面内的流体相对船体的流速较高，板叶舵2的绝大部分位于叶梢圆51延轴线拉出的流体推力管内，这一方面舵效很高，另一方面导致舵阻力也很大。板叶舵2在不打舵角的情形下，在叶梢圆51内的投影面积约占叶梢圆面积的10％－25％之间，大部分船占15％左右，板叶舵产生的阻力相当于桨推力的15％×70％＝10.5％，其中，15％为0度舵角时板叶舵在叶梢圆51内的投影面积占叶梢圆面积的百分比，70％是考虑到板叶舵离开桨后端面一定的距离设置，使阻力有所降低的系数，由此可见0度舵角时板叶舵的阻力耗去了主机动力的10.5％左右，约使船舶的航速下降约3.5％。

注意到船舶航行时多是0度舵角下的直航状态，特别是远洋船舶，基本无需操舵这一实际使用状况，此时若把舵移离流体推力管之外，将会减少舵的上述阻力，增加航速，节省能耗，有鉴于此，有必要设计一种能相对节能的舵系结构及由该舵系构建的船舶。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种可绕双轴转动的舵系；

本发明的另一目的是提供一种采用可绕双轴转动的舵系构建的船。

为实现本发明的主要目的，本发明提供的可绕双轴转动的舵系包括垂向设置的舵轴及固定在所述舵轴下端的舵叶，第一舵机操控舵轴绕自身轴线转动。舵轴包括上段轴与下段轴，上段轴与下段轴通过转轴铰接，下段轴绕所述转轴的轴线转动，转轴的轴线与舵轴的轴线垂直。

由以上方案可见，本发明的舵系中，由于舵叶即可以象现有技术一样绕舵轴转动，还可以绕转轴转动，因此称为可绕双轴转动。将舵轴设计成上下两段，下段可以绕转轴的轴线转动，当两段轴的轴线位于同一直线状态时，与现有技术完全相同，当只需0度舵角长时间航行时，可将下段轴相对上段轴旋转一个角度，使板叶舵向艉旋转升起，部分或全部离开流体推力管区域，以降低其阻力，达至节能目的。

进一步的方案是下段轴相对上段轴的转角在0度到90度之间。航行时可根据具体需要旋转控制转角。

更进一步的方案是还包括一个将转角固定在任意角度的锁定机构。锁定机构可使下段轴相对上段轴的转角固定。

更进一步的方案是还包括第二舵机和传动装置，采用第二舵机通过传动装置联结下段轴。

一个方案是传动装置采用减速箱或液压油缸系统。

又一个方案是传动装置采用传动链。

还一个方案是传动装置采用索。

为实现本发明的另一目的，本发明提供的船包括上述任一方案中的可绕双轴转动的舵系。

进一步的方案是艉部设有内凹的舵叶容纳区。当转角a为90度时，舵叶将有部分进入艉部船体，本方案内凹的舵叶容纳区的设置可避免艉部对舵叶转入的阻碍。

更进一步的方案是艉部或/和艏部设置有侧推装置。当转角为90度的直航状态下，如果航向需要小角度的修正时，本方案可根据需要选择侧推装置工件进行行修改航向。

附图说明

图1本发明可绕双轴转动的舵系第一实施例的结构示意图；

图2是图1中桨叶自艉朝艏的向视图；

图3是本发明可绕双轴转动的舵系第一实施例绕第二轴转动90度后的结构示意图；

图4是本发明第四实施例的结构示意图；

图5是天池5号船有舵情形下实船实验记录表1；

图6是天池5号船无舵情形下实船实验记录表2。

以下结合各实施例及其附图对本发明进一步说明。

具体实施方式

本发明的船除舵系之外其他的部分和结构均与现有技术一样，本领域技术人员可以依据现有技术加以实施，以下仅对可绕双轴转动的舵系结构中与现有技术的区别重点说明，船的实施例不再单独说明。

可绕双轴转动的舵系第一实施例

参见图1，这是本例的一个工作原理性质的简略图，图中略去了第一舵机及第二舵机，略去的结构都是本领域技术人员依据现有技术及可以依据本发明文字说明便能够加以实施的部分，图中仅对本发明对现有技术作出特别贡献的结构加以示出。

舵系的第一舵机操控舵轴1绕自身轴线转动，舵轴1分为上段轴11和下段轴12，两者通过转轴13铰接，第二舵机通过作为传动装置的索21及板叶舵2与下段轴12联结，以便操控下段轴12绕转轴13的轴线相对转轴13的轴线转动，图1中下段轴12的转角为0度，即实线示出的板叶舵2所处的第一极限位置，当板叶舵2位于虚线示的第二极限位置时，上述转角为90度，板叶舵2的大部分进入了艉部设置的内凹的舵叶容纳区3。图1中索21仅为示意，实际其有两条，分别用于拉动板叶舵2自第一极限位置至第二极限位置和第二极限位置至第一极限位置，并根据舵机舱的实际形状设置若干滑轮进行导向。对于小型船舶，可由第二舵机控制锁定下段轴12相对上段轴11的转角，也可在舵系中设置该转角的锁定机构以降低第二舵机的负荷。

可绕双轴转动的舵系第二实施例

本例与上例的不同之处是传动装置采用传动链与若干链轮。

可绕双轴转动的舵系第三实施例

本例与上两例的不同之处是传动装置采用减速箱，在上段轴11上固定一个第二舵机的平台机架，第二舵机及减速箱均安装在该平台机架上，第二舵机与减速箱连接，减速箱的输出齿轮与固定在下段轴12顶端，并与转轴13共轴线设置的齿轮啮合。如此，第二舵机通过减速箱联结下段轴12，使下段轴12得以在第一极限位置与第二极限位置之间转动并锁定在指定旋转角度的位置。根据需要，还可以通过程序控制实现在下段轴12的上述转角非0度时禁止第一舵机工作。

可绕双轴转动的舵系第四实施例

参见图4，本例与第三实施例的不同之处是传动装置采用液压油缸系统，液压油缸22的一端铰接在船体上，另一端铰接在舵叶上。图4中液压油缸22处于收缩状态，已将板叶舵拉至第二极限位置，当液压油缸22处于伸长状态时，可将板叶舵2推至第一极限位置。

其他实施方式

对本发明船的实施方式来说，如果是大型货轮，现有设计多配置有艏侧推装置和/或艉侧推装置，则更加有利于本发明可绕双轴转动的舵系的实施，采用本发明的舵系后，可利用侧推装置对直航过程中船的航向加以修正。

本发明的主要构思是直航时尽量减少在流体推力管横截面内的板叶舵的投影面积，以相对减小板叶舵产生的阻力。最佳阻力状态是板叶舵2旋转固定在图3示的第二极限位置，此时，板叶舵2已经完全旋转出了流体推力管，因此在流体推力管横截面即桨的叶梢圆内的投影面为零。受船的艉部型线或内部结构的制约，如果第二极限位置的转角不能达到90度，例如是45度，板叶舵在叶梢圆内的投影面将不会为零，但仍然会比转角为0度时的投影面要小，这同样能实现本发明的节能目的。

根据本发明，对天池5号船进行了实船实验，实验方法如下，先将天池5号船原板叶舵拆除，出于安全考虑，安装了一台可升降的船艉挂机作为需要舵时使用，依靠船艉挂机将天池5号驶入空旷水域，到达该测试水域后将船艉挂机升起，相当于本发明的板叶舵位于第二极限位置，进行航速测试，结果见图6。

再将天池5号的原板叶舵装回并驶入同一空旷水域，进行航速测试，测试结果见图5。

综合对比图5、图6实验结果，可以得出如下结论：

首先，无舵时主机最高转速增加了约：1.3％。有板叶舵时的天池5号主机最大转速为1242rpm，无舵时天池5号主机最大转速为1258.75rpm，即：主机最大转速增加了约1.3％。

其次，无舵时天池5号船的最高航速比有舵时提高了约5.4％。有板叶舵时天池5号船的最高航速为6.9kn，无舵时天池5号船的最高航速为7.3kn，即：天池5号船的最高航速提高了约5.4％。

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