一种高性能组合舵及设计方法与流程

1.本发明涉及船舶节能技术领域，具体涉及一种高性能组合舵及设计方法。

背景技术：

2.船舶节能技术和高性能舵的发展和应用已经十分广泛和成熟，进一步挖潜的空间已经十分有限，需要业界作出不懈的努力。
3.船舶舵的效能与船舶效率相互制约，相辅相成，过于偏重舵效或推进效率都会带来另一面的损失，对舵的效能和船舶推进效率进行优化设计，充分考虑船舶的操纵性和快速性，进一步平衡高舵效和快速性的矛盾，需要开发一种全新的高性能组合舵。
4.现阶段，船舶领域在舵设计中的节能技术比较广泛采用的主要有：1、节能舵球，它的节能机理主要是舵球填充了螺旋桨毂帽后的低压区空间，对桨后的水流有良好的整流作用，消除了螺旋桨毂旋涡；毂涡在毂帽后形成的低压区，一定程度上将低了螺旋桨的推力，有了舵球之后，桨毂后的水流被强迫沿舵球表面流过，使舵球附近水流无法强烈旋转，从而实现整流并增强推力的效果，达到节能的目的。2、舵附推力鳍：推力鳍通常与舵球节能技术组合使用，安装在舵叶轴系对应中心线两侧，也主要用于吸收螺旋桨尾流的旋转能量，达到增强螺旋桨推力的目的，或者说是回收螺旋桨尾流旋转能量，舵附推力鳍翼展较大，容易钩挂杂物，带来额外维护成本概率较大。这是限制其不能广泛推广应用的因素之一。
5.上述二种舵附节能技术结构简单，安装方便，已经得到船舶行业广泛采用，当船舶正向航行极少操舵角度的航行状态下可以收到比较好的节能效果，在处于海上和水域环境宽阔的内河及湖泊航行船舶效果良好。但是，作为内河船舶在滩多流急，船舶密度大，船舶操舵频繁，当操舵从大于0
°
~ 35
°
之间时，舵叶附加舵球，推力鳍就在螺旋桨后形成了夹角，特别是大角度操舵时，舵球、舵附推力鳍就处于横档在螺旋桨后，这时，舵球和推力鳍原来消除螺旋桨尾涡和回收能量的损失、增加推力的机理就基本消失殆尽；反之使螺旋桨后的涡流更加紊乱，进而使阻力大增，这种情况下，对于内河需要冲滩的船舶而言就得不偿失了，形成了节能舵球和舵附推力鳍在内河，主要是急流滩多船舶上不能广泛推广的痛点。
6.襟翼舵是目前效能最高的常用舵型，襟翼舵是带有可以转动尾翼的舵，舵叶分为主体和尾翼两部分，并用铰链轴连接。当舵叶处于零舵角时，舵叶主体和尾翼在同一平面内，整个舵叶呈对称机翼形状，当舵叶从0位开始转动时，尾翼除了随主体转动外，同时绕铰链轴转动，使得尾翼与主舵之间的夹角也随同增加，从而使得整个舵变得与变拱度机翼相似。襟翼舵的舵角随舵角的变化成为可变拱度的曲面，当舵处于满舵位置时，以主舵叶转角为35
°
为例，尾翼转角可达70
°
，这时，螺旋桨尾流经过主舵叶和尾翼两次折向，可以使螺旋桨很大推力转变为横向转船能力，提高了襟翼舵的舵效。
7.由此，襟翼舵在0位时，相当于普通对称平面机翼形舵，可以保持良好的航向稳定性，当转舵离开0位以后，就成为变拱度的曲面，很大程度上改变了船舶回转性能，因此，大量的实船使用和研究表明，襟翼舵是现阶段效能最高的舵型。
8.但是，襟翼舵结构复杂，制造费用高，维护成本也高，特别是遇有海损的情况下的
间接损失更大，虽然有高舵效的效能，但还是给航运企业形成一种由于成本高和维护成本的不可接受望而生畏难以选择的痛点。
9.发明一种具有襟翼舵的高效，兼有普通舵相当的结构，使制造费用低，维护使用方便和维护费用低的高性能组合舵意义重大。
10.襟翼舵在0舵角时，能够保持相对完整的翼型剖面，但是，襟翼舵升力很大，翼型剖面必须设计为具有较大厚度比才能保证舵设计的抗弯强度，而舵的厚度比越大，阻力越大，对推进效率不利。
11.因此，发明一种具有襟翼舵效能，又具有常规流域线型舵剖面的组合舵亦是船舶行业一种值得重点研究的课题。
12.现今相关桨舵配合节能技术的研究、试验表明，舵球前端距螺旋桨毂帽间的间隙在不影响舵的布置前提下尽可能的小，但舵球紧挨螺旋桨后，对螺旋桨拆卸会造成阻碍，这亦是这一技术的不利因素。因此，平衡一种将舵球安装位置与螺旋桨毂帽间隙小、与螺旋桨拆卸方便的矛盾的解决方案是一种节能技术精细化的挖掘可以选择的途径。
13.现阶段，常规船舶舵装置因布置需要，舵叶距离与船体外板距离，考虑转舵与船体外板不产生擦碰，因此，舵叶与船体这一段间隙就形成了舵杆就裸露出来，当船舶航行前进或后退时，露出来的钝型形状就迎着来流形成阻力，对快速性不利，发明一种导流减阻鳍，将这一段露出来产生阻力的形状采用流线型的鳍型壳体包装起来，用来减小这一小段舵杆的航行阻力，同样亦是一种节能技术精细化挖掘的途径。
14.前述导流减阻鳍和舵叶之间，由于减阻鳍是固定于船体，舵叶在转舵时有大于0
°
~
±
35
°
的转角，两者之间必须留有间隙，间隙过大时当来流经过时又会产生涡流，对快速性产生不利影响，如何将这两者之间的间隙减至最小，使其涡流产生的机会消失，这样，按常规的舵装置设计对整个舵装置的拆卸和装配就造成了困难，发明一种减小上述两者间隙的舵装置总成设计方案，对本发明高效舵的效能和推进效率将起到不可忽视的作用。

技术实现要素：

15.本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种高性能组合舵，此组合舵集节能舵球、舵附推力鳍、减少整体舵阻力和简易化襟翼舵的结构于一体，此组合舵可以将上述节能附体和襟翼舵的高效能技术稳定，并且长期地产生在航行船舶上，静、动两舵的组合就形成了一个大襟翼的组合舵，大襟翼的舵这又很大程度上减少操舵频次，从而减小了船舶航行阻力，提高了舵效，同时产生节能效果。
16.为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种高性能组合舵，它包括舵装置总成，所述舵装置总成包括第一舵装置和第二舵装置；所述第一舵装置包括第一舵叶，第一舵叶安装在第一舵杆总成的底端，第一舵杆总成转动安装在船体舵装置平台的内部，第一舵杆总成通过第一舵柄与用于提供转舵动力的舵机相连；所述第二舵装置包括第二舵叶，第二舵叶安装在第二舵杆总成的底端，第二舵杆总成安装在船体舵装置平台的内部并与第一舵杆总成的中心线呈平行布置，第二舵杆总成的顶端通过第二舵柄限位固定安装在舵柄固定结构上，舵柄固定结构固定于船体结构上；所述第二舵叶不转动，第一舵叶能绕着第一舵杆总成转动，且第一舵叶的前缘与
第二舵叶的后缘采用凸凹的半圆弧型转动配合结构。
17.所述第二舵叶上并与螺旋桨轴心线重合的位置设置有节能舵球，节能舵球的两外侧对称固定有舵附推力鳍；导流减阻鳍采用一定的间距设置在第一舵叶和第二舵叶的正上方。
18.所述第一舵杆总成包括第一舵杆，第一舵杆通过第一下舵承本体、第一下防磨衬套、第一舵套管和第一上舵承本体转动支撑在船体舵装置平台上；所述第一上舵承本体和第一舵杆之间设置有第一衬套，第一衬套内部安装有第一调心滚子轴承，第一调心滚子轴承的顶端通过第一舵杆卡环和第一挡圈支撑第一舵杆；第一上舵承本体的顶端通过第一螺栓、弹簧垫圈和螺母压装有纸垫和第一端盖；第一端盖和第一舵杆之间设置有第一毛毡油封；所述第一舵柄通过第一平键、第一制动块、第一舵杆螺母和第一吊环固定在第一舵杆的顶端；所述第一下舵承本体的底端和第一舵杆之间设置有第一j型无骨架橡胶油封、第一油封压板、第一水封和第一水封压板，并通过第二螺栓、弹簧垫圈和螺母压装固定；所述第一舵套管和第一上舵承本体上分别连通安装有压注油杯；所述第一上舵承本体上连通安装有空气管。
19.所述第二舵杆总成包括第二舵杆，第二舵杆通过第二下舵承本体、第二下防磨衬套、第二舵套管和第二上舵承本体转动支撑在船体舵装置平台上；所述第二上舵承本体和第二舵杆之间设置有第二调心滚子轴承，第二调心滚子轴承的顶端通过第二舵杆卡环和第二挡圈支撑第二舵杆；第二上舵承本体的顶端通过第三螺栓、弹簧垫圈和螺母压装有纸垫和第二端盖；第二端盖和第二舵杆之间设置有第二毛毡油封；所述第二舵柄通过第二平键、第二制动块、第二舵杆螺母和第二吊环固定在第二舵杆的顶端；第二舵柄的另一端与舵柄固定结构固定相连；所述第二下舵承本体的底端和第二舵杆之间设置有第二j型无骨架橡胶油封、第二油封压板、第二水封和第二水封压板，并通过第四螺栓、弹簧垫圈和螺母压装固定；所述第二舵套管和第二上舵承本体上分别连通安装有压注油杯；所述第二上舵承本体上连通安装有空气管。
20.所述第一舵柄上加工有用于和第一舵杆相配合的第一舵杆孔，第一舵柄的侧壁上平行设置有第一转臂，第一转臂的另一端加工有第一转臂孔。
21.所述第二舵柄上加工有用于和第二舵杆相配合的第二舵杆孔，第二舵柄的侧壁上设置有第二转臂，第二转臂的另一端加工有第二转臂孔。
22.所述舵柄固定结构包括平行固定在船体舵装置平台顶部的第一立板，第一立板的外壁和船体舵装置平台之间设置有平行布置的加强筋板，第一立板和加强筋板的顶部固定有顶板，顶板的中心部位加工有通孔，通孔的部位穿过螺栓，并与第二舵柄的第二转臂孔配合相连。
23.所述第一舵叶包括设置在舵叶内部的水平筋板和垂直桁，在水平筋板和垂直桁的外部设置有第一流线型外板，第一舵叶的顶部通过上制流板封闭，底端通过下制流板封闭；上制流板和下制流板上安装有放水旋塞，第一舵叶与第二舵叶相配合的一端采用第一半圆
管封闭。
24.所述第二舵叶包括设置在其内部的舵叶桁架，舵叶桁架的外部设置有第一流线型外板，第二舵叶的顶部通过上封板封闭，底端通过下封板封闭；上封板和下封板上安装有放水旋塞，第二舵叶的前缘设置有无缝钢管，第二舵叶与第一舵叶相配合的一端采用第二半圆管封闭；所述第二半圆管与第一舵叶的第一半圆管之间设置有安装间隙。
25.一种高性能组合舵的设计方法，依据第二舵装置的不转动特点，将节能舵球、舵附推力鳍安装在其两侧的螺旋桨轴系中心线上，第一舵叶的前缘与第二舵叶的后缘采用凸凹的半圆弧型形状，第一舵叶的形状按如下设计：根据所设计船的船体尾部型线确定舵高，以第一下舵承本体最大外径确定为舵剖面厚度，以第一舵杆中心线为圆心，最大厚度的1/2为半经确定第一舵叶前缘的半径，并确定第一舵叶前缘距第一舵杆中心距离，选取第一舵杆中心距螺旋桨后最小距离来确定第二舵叶的宽度，以第一舵叶和第二舵叶总宽确定为本组合舵的总宽，按照流线型舵的叶剖面型值将第一舵叶和第二舵叶两舵合二为一进行剖面设计，由第一舵叶已知前缘形状及尺度之后，留出合适间隙得出第二舵叶宽度，第二舵叶尾缘设计成凹形的弧形形状，按第一舵叶和第二舵叶的总宽整体型值取其前段就成了第二舵叶剖面，两舵形状得出后，按照流线型舵叶结构设计即可；第一舵叶和第二舵叶按整体剖面设计后，当第一舵叶处于0位时，由于第二舵叶的存在，它长期稳定处于螺旋桨轴向正向后方，转第一舵叶时，就实现了如襟翼舵随主舵转动襟翼所处的状态，使拱度随第一舵叶转动的角度增加，螺旋桨尾流被第二舵叶上的节能舵球和舵附推力鳍以第二舵叶本身回收后流经第一舵叶，这时螺旋桨尾流由于第一舵叶转动角度而形成折向，螺旋桨来流很大一部份将转换成转船力矩。
26.本发明有如下有益效果：1、本发明通过提供一种高性能组合舵，其集节能舵球、舵附推力、减少整体舵阻力和简易化襟翼舵的结构于一体，此组合舵可以将上述节能附体和襟翼舵的高效能技术稳定并且长期地产生在航行船舶上，第二舵叶和第一舵叶相结合的静、动两舵的组合就形成了一个大襟翼的组合舵，大襟翼的舵这又很大程度上减少操舵频次，从而减小了船舶航行阻力，提高了舵效，同时产生节能效果。
27.2、本发明所述的组合舵，具体涉及过程中，首先采用普通舵设计方法确定舵高，再确定第二舵叶和第一舵叶的整体宽度，并按照普通流线型舵的叶剖面型值将两舵合二为一进行剖面设计，两舵形状得出后，按照常规流线型舵叶结构设计即可，并无特别复杂的结构，制造简单，安装方便。
28.3、本发明与现有襟翼舵是采用铰接轴将襟翼与主舵进行连接相比，本发明的区别在于，第一舵叶与常规舵相当，它结构简单，施工方便，当舵机启动转动第一舵叶时，由于第二舵叶长期固定的存在于第一舵叶的前方，第一舵叶和第二舵叶用一种简单的组合方法就形成了主舵和襟翼的特殊关系，而且第一舵叶的设计按常规襟翼舵所取面积系数的约70％足够，实际上，第一舵叶面积就已经足够大，较常规襟翼舵的襟翼功效更大。
29.4、本发明中由于第二舵叶长期稳定处于螺旋桨正向后方，用舵柄和销轴固定于船体结构上，且舵面积相当于普通舵的平衡面积，由于第二舵叶舵面积仅为普通舵大约1/3，重量轻，更便于拆装，因比，本发明舵可以设计得将第二舵叶与螺旋桨距离很近，当需要拆
卸或是装配螺旋桨时，可以很方便地将第二舵叶拆卸后进行，简单方便；这样的方案，第二舵叶本身又对螺旋桨产生的涡流流经本身之时，又一同与节能舵球、舵附推力实现了更加高效回收螺旋桨毂涡的能量，达到可观的节能效果。
30.5、本发明中由于第一舵叶凸型前缘与第二舵叶凹型后缘的吻合，两者仅是间隙配合，整体线型光顺，螺旋桨尾流可以很顺畅的流经第一舵叶和第二舵叶组合舵的表面，对提高推进效率有利。
31.6、本发明中第二舵叶固定状态的几种创新特征：第一，由于第二舵叶的长期静止状态且与螺旋桨尾流保持在同一轴线上，节能舵球和舵附推力鳍也长期稳定的处于螺旋桨后，船舶航行时，其清除螺旋桨尾流漩涡和回收螺旋桨尾流毂涡能量的功效时刻都不会消减，效率可以达到100％，与现今无论各种型式的舵球，舵附推力鳍在转舵时节能功效的消减或者起负面作用的情况相比，实际节能效果有革命性提升。
附图说明
32.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
33.图1 为本发明舵装置总图。
34.图2为本发明图1中a-a剖视图。
35.图3为本发明图1中b-b剖视图。
36.图4为本发明图1中c-1 、c-2 、c-3 、c-4和c-5剖视图。
37.图5为本发明图4中c-5中导流减阻鳍半宽型值图。
38.图6为本发明图3中第二舵柄d-d视图。
39.图7为本发明图6中e向视图。
40.图8为本发明第一舵柄剖视图。
41.图9为本发明第一舵柄俯视图。
42.图10为本发明舵柄固定结构剖视图。
43.图11为本发明图10中f向视图。
44.图12为本发明图10中g向视图。
45.图13为本发明转舵示意图。
46.图14为本发明第一舵叶结构图。
47.图15为本发明图14中h-1、h-2、h-3和h-4剖视图。
48.图16为本发明图14中k-1、k-2、k-3、k-4、k-5和k-6剖视图。
49.图17为本发明节能舵球与第二舵叶配合结构图。
50.图18为本发明图17中m-m视图。
51.图19为本发明图17中n-n视图。
52.图20为本发明节能舵球结构图。
53.图中：第一舵叶1、第一舵杆2、第一下舵承本体3、第一下防磨衬套4、第一油封压板5、第一水封压板6、第一水封7、第一j型无骨架橡胶油封8、纸垫9、弹簧垫圈10、第二螺栓11、螺母12、第一舵套管13、压注油杯14、空气管15、第一上舵承本体16、第一衬套17、第一调心滚子轴承18、第一舵杆卡环19、第一挡圈20、第一螺栓21、第一毛毡油封22、第一端盖23、第一舵柄24、第一平键25、第一制动块26、第一舵杆螺母27、第一吊环28、第二舵杆29、第二舵
叶30、第四螺栓31、第二水封压板32、第二水封33、第二油封压板34、第二j型无骨架橡胶油封35、第二下防磨衬套36、第二下舵承本体37、第二舵套管38、第二上舵承本体39、第二调心滚子轴承40、第二舵杆卡环41、第二挡圈42、第二端盖43、第二毛毡油封44、第二舵柄45、第二平键46、第二制动块47、第二舵杆螺母48、第二吊环49、舵柄固定结构50、导流减阻鳍51、节能舵球52、舵附推力鳍53、船体舵装置平台54；第一流线型外板101、放水旋塞102、上制流板103、下制流板104、水平筋板105、垂直桁106、第一半圆管107；上封板3001、无缝钢管3002、下封板3003、舵叶桁架3004、第一流线型外板3005、第二半圆管3006、安装间隙3007；第一转臂孔2401、第一转臂2402、第一舵杆孔2403、第二舵杆孔4501、第二转臂4502、第二转臂孔4503；加强筋板5001、第一立板5002、顶板5003、通孔5004。
具体实施方式
54.下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
55.实施例1：请参阅图1-20，一种高性能组合舵，它包括舵装置总成，所述舵装置总成包括第一舵装置和第二舵装置；所述第一舵装置包括第一舵叶1，第一舵叶1安装在第一舵杆总成的底端，第一舵杆总成转动安装在船体舵装置平台54的内部，第一舵杆总成通过第一舵柄24与用于提供转舵动力的舵机相连；所述第二舵装置包括第二舵叶30，第二舵叶30安装在第二舵杆总成的底端，第二舵杆总成安装在船体舵装置平台54的内部并与第一舵杆总成的中心线呈平行布置，第二舵杆总成的顶端通过第二舵柄45限位固定安装在舵柄固定结构50上，舵柄固定结构50固定于船体结构上；所述第二舵叶30不转动，第一舵叶1能绕着第一舵杆总成转动，且第一舵叶1的前缘与第二舵叶30的后缘采用凸凹的半圆弧型转动配合结构。本发明通过提供一种高性能组合舵，其集节能舵球、舵附推力、减少整体舵阻力和简易化襟翼舵的结构于一体，此组合舵可以将上述节能附体和襟翼舵的高效能技术稳定并且长期地产生在航行船舶上，第二舵叶30和第一舵叶1相结合的静、动两舵的组合就形成了一个大襟翼的组合舵，大襟翼的舵这又很大程度上减少操舵频次，从而减小了船舶航行阻力，提高了舵效，同时产生节能效果。
56.进一步的，所述第二舵叶30上并与螺旋桨轴心线重合的位置设置有节能舵球52，节能舵球52的两外侧对称固定有舵附推力鳍53；导流减阻鳍51采用一定的间距设置在第一舵叶1和第二舵叶30的正上方。通过将节能舵球52和舵附推力鳍53起到了进一步节能的效果。
57.进一步的，所述第一舵杆总成包括第一舵杆2，第一舵杆2通过第一下舵承本体3、第一下防磨衬套4、第一舵套管13和第一上舵承本体16转动支撑在船体舵装置平台54上；所述第一上舵承本体16和第一舵杆2之间设置有第一衬套17，第一衬套17内部安装有第一调心滚子轴承18，第一调心滚子轴承18的顶端通过第一舵杆卡环19和第一挡圈20支撑第一舵杆2；第一上舵承本体16的顶端通过第一螺栓21、弹簧垫圈10和螺母12压装有纸垫9和第一端盖23；第一端盖23和第一舵杆2之间设置有第一毛毡油封22；所述第一舵柄24通过第一平
键25、第一制动块26、第一舵杆螺母27和第一吊环28固定在第一舵杆2的顶端；所述第一下舵承本体3的底端和第一舵杆2之间设置有第一j型无骨架橡胶油封8、第一油封压板5、第一水封7和第一水封压板6，并通过第二螺栓11、弹簧垫圈10和螺母12压装固定；所述第一舵套管13和第一上舵承本体16上分别连通安装有压注油杯14；所述第一上舵承本体16上连通安装有空气管15。通过上述的第一舵杆总成能够保证第一舵叶能够在舵机作用下转动。
58.进一步的，所述第二舵杆总成包括第二舵杆29，第二舵杆29通过第二下舵承本体37、第二下防磨衬套36、第二舵套管38和第二上舵承本体39转动支撑在船体舵装置平台54上；所述第二上舵承本体39和第二舵杆29之间设置有第二调心滚子轴承40，第二调心滚子轴承40的顶端通过第二舵杆卡环41和第二挡圈42支撑第二舵杆29；第二上舵承本体39的顶端通过第三螺栓、弹簧垫圈和螺母压装有纸垫9和第二端盖43；第二端盖43和第二舵杆29之间设置有第二毛毡油封44；所述第二舵柄45通过第二平键46、第二制动块47、第二舵杆螺母48和第二吊环49固定在第二舵杆29的顶端；第二舵柄45的另一端与舵柄固定结构50固定相连；所述第二下舵承本体37的底端和第二舵杆29之间设置有第二j型无骨架橡胶油封35、第二油封压板34、第二水封33和第二水封压板32，并通过第四螺栓31、弹簧垫圈10和螺母12压装固定；所述第二舵套管38和第二上舵承本体39上分别连通安装有压注油杯14；所述第二上舵承本体39上连通安装有空气管15。通过上述的第二舵杆总成，能够用于对第二舵叶进行固定安装，并方便其吊住和拆卸。
59.进一步的，所述第一舵柄24上加工有用于和第一舵杆2相配合的第一舵杆孔2403，第一舵柄24的侧壁上平行设置有第一转臂2402，第一转臂2402的另一端加工有第一转臂孔2401。通过上述的第一舵柄24，保证了舵机能够驱动其第一舵杆转动，进而实现第一舵叶的转动。
60.进一步的，所述第二舵柄45上加工有用于和第二舵杆29相配合的第二舵杆孔4501，第二舵柄45的侧壁上设置有第二转臂4502，第二转臂4502的另一端加工有第二转臂孔4503。通过上述的第二舵柄45能够用于对第一舵杆固定，防止其转动。
61.进一步的，所述舵柄固定结构50包括平行固定在船体舵装置平台54顶部的第一立板5002，第一立板5002的外壁和船体舵装置平台54之间设置有平行布置的加强筋板5001，第一立板5002和加强筋板5001的顶部固定有顶板5003，顶板5003的中心部位加工有通孔5004，通孔5004的部位穿过螺栓，并与第二舵柄45的第二转臂孔4503配合相连。通过上述的舵柄固定结构50能够用于对第二舵柄45进行固定。
62.进一步的，所述第一舵叶1包括设置在舵叶内部的水平筋板105和垂直桁106，在水平筋板105和垂直桁106的外部设置有第一流线型外板101，第一舵叶1的顶部通过上制流板103封闭，底端通过下制流板104封闭；上制流板103和下制流板104上安装有放水旋塞102，第一舵叶1与第二舵叶30相配合的一端采用第一半圆管107封闭。通过上述的第一舵叶1能够在第一舵杆作用下转动。
63.进一步的，所述第二舵叶30包括设置在其内部的舵叶桁架3004，舵叶桁架3004的外部设置有第一流线型外板3005，第二舵叶30的顶部通过上封板3001封闭，底端通过下封板3003封闭；上封板3001和下封板3003上安装有放水旋塞，第二舵叶30的前缘设置有无缝钢管3002，第二舵叶30与第一舵叶1相配合的一端采用第二半圆管3006封闭；所述第二半圆管3006与第一舵叶1的第一半圆管107之间设置有安装间隙3007。通过上述的第二舵叶30保
持固定。
64.实施例2：一种高性能组合舵的设计方法，依据第二舵装置的不转动特点，将节能舵球52、舵附推力鳍53安装在其两侧的螺旋桨轴系中心线上，第一舵叶1的前缘与第二舵叶30的后缘采用凸凹的半圆弧型形状，第一舵叶1的形状按如下设计：根据所设计船的船体尾部型线确定舵高，以第一下舵承本体3最大外径确定为舵剖面厚度，以第一舵杆2中心线为圆心，最大厚度的1/2为半经确定第一舵叶1前缘的半径，并确定第一舵叶1前缘距第一舵杆2中心距离，选取第一舵杆2中心距螺旋桨后最小距离来确定第二舵叶30的宽度，以第一舵叶1和第二舵叶30总宽确定为本组合舵的总宽，按照流线型舵的叶剖面型值将第一舵叶1和第二舵叶30两舵合二为一进行剖面设计，由第一舵叶1已知前缘形状及尺度之后，留出合适间隙得出第二舵叶30宽度，第二舵叶30尾缘设计成凹形的弧形形状，按第一舵叶1和第二舵叶30的总宽整体型值取其前段就成了第二舵叶30剖面，两舵形状得出后，按照流线型舵叶结构设计即可；并无特别复杂的结构。制造简单，安装方便。
65.第一舵叶1和第二舵叶30按整体剖面设计后，当第一舵叶1处于0位时，由于第二舵叶30的存在，它长期稳定处于螺旋桨轴向正向后方，转第一舵叶1时，就实现了如襟翼舵随主舵转动襟翼所处的状态，使拱度随第一舵叶1转动的角度增加，螺旋桨尾流被第二舵叶30上的节能舵球52和舵附推力鳍53以第二舵叶30本身回收后流经第一舵叶1，这时螺旋桨尾流由于第一舵叶1转动角度而形成折向，螺旋桨来流很大一部份将转换成转船力矩。
66.本发明的原理：通过本发明的结构，平衡了必须转舵时节能舵球、舵附推力鳍节能功效消减的矛盾，采用间隙装配，与现有襟翼舵是采用铰接轴将襟翼与主舵进行连接相比，本发明的区别在于，第一舵叶1与常规舵相当，它结构简单，施工方便，当舵机启动转动第一舵叶1时，由于第二舵叶30长期固定的存在于第一舵叶1的前方，第一舵叶1和第二舵叶30用一种简单的组合方法就形成了主舵和襟翼的特殊关系，而且第一舵叶1的设计按常规襟翼舵所取面积系数的约70％足够，实际上，第一舵叶1面积就已经足够大，较常规襟翼舵的襟翼功效更大。
67.第二舵叶30长期稳定处于螺旋桨正向后方。用舵柄和销轴固定于船体结构上，且舵面积相当于普通舵的平衡面积，由于第二舵叶30舵面积仅为普通舵大约1/3，重量轻，更便于拆装，因比，本发明舵可以设计得将第二舵叶30与螺旋桨距离很近，当需要拆卸或是装配螺旋桨时，可以很方便地将第二舵叶30拆卸后进行，简单方便；这样的方案，第二舵叶30本身又对螺旋桨产生的涡流流经本身之时，又一同与节能舵球、舵附推力鳍实现了更加高效回收螺旋桨毂涡的能量，达到可观的节能效果。
68.由于第一舵叶1凸型前缘与第二舵叶30凹型后缘的吻合，两者仅是间隙配合，整体线型光顺，螺旋桨尾流可以很顺畅的流经第一舵叶1和第二舵叶30组合舵的表面，对提高推进效率有利。
69.本发明第二舵叶30是采用常规舵叶及装置的结构及制造方法进行，结构简单、制作、安装方便，同时，将节能舵球、舵附推力储一同制作上去，按照普通舵的安装方法，很简易的将其吊装上船，它的特点是将舵装置中的部件“舵柄”采用固定销轴将第二舵叶30整体连接固定于船体结构上，其固定采用焊接定位销底座实现，第二舵叶30固定于舵柄用固定
销轴将整体连接固定于船体结构上，第二舵叶30固定于与船体之后，就长期处于与螺旋桨同一轴线上的状态，这样，就体现出第二舵叶30固定状态的几种创新特征：第一，由于第二舵叶30的长期静止状态且与螺旋桨尾流保持在同一轴线上，舵球和舵附推力鳍也长期稳定的处于螺旋桨后，船舶航行时，其清除螺旋桨尾流漩涡和回收螺旋桨尾流毂涡能量的功效时刻都不会消减，效率可以达到100％，与现今无论各种型式的舵球，舵附推力鳍在转舵时节能功效的消减或者起负面作用的情况相比，实际节能效果有革命性提升。
70.由于第二舵叶30的存在，它长期稳定的处于正向，第一舵叶1转舵时，第一舵叶1就实现了如襟翼舵随主舵转动的襟翼所处的状态，使拱度随第一舵叶1转动角度增力加，螺旋桨尾流被第二舵叶30的节能舵球和舵附推力鳍以及第二舵叶30本身回收之后流经第一舵叶1，这时的螺旋桨尾流由于第一舵叶1的转动角度而形成折向，螺旋桨的来流很大一却份将转换成转船力矩。平衡必须大角度转舵与舵球、舵附推力鳍节能功效消减的矛盾。由前所述，大角度转舵时舵球、舵推力鳍的节能功效将消减甚至起负面效应。
71.前面已经述及普通舵叶与船体底部之间的舵杆按惯例有一段距离露在水中，当船前进或后退时会形成一不容忽视的阻力，为了精细化的挖掘节能技术，本高性能组合舵发明一种导流减阻鳍与本组合舵配套用以下方案来实现：以下舵承本体的外圆直径为厚度。以本组合舵总宽的1/2为长度，按照普通舵叶剖面型值设计导流减阻鳍剖面，高度以本导流减阻鳍前缘与船体的交线为基准确定。确定形状之后，以该处船底实肋板间距为间距确定内部垂直肘板骨架，本减阻鳍采用现场放样制作的方法进行；先将舵装置第一舵叶1和第二舵叶30整体装船之后，再安装本减阻鳍骨架，妥后按施工顺序装上侧板、底封板，施焊完工后还应进行密性试验，与船体最终完成油漆，这样，本导流减阻鳍用一种很筒易方便工艺的方法就可制作完成实现导流减阻。船舶航行时，螺旋桨后尾流可以很顺畅流经本导流减阻鳍，可对节能技术精细化挖潜作出些许贡献。
72.导流减阻鳍与舵叶之向由于舵叶的转舵，必须与导流减鳍留有向隙，按常规为了拆装方便通常留有不小的间隙，这个问隙也会对螺旋桨的尾统形成涡流而减小推进效率，发明一种方法将这个问隙减至最小做到更佳的节能效果采用以下方法：将舵装置零件中的承重卡环设置于上舵承本体上端面以上。舵叶、舵杆在吊装时就可以用与导流减阻鳍很小的间隙实现；由于承重卡环在上舵承本体上端面以上，处于承重卡环外圆固定环也可以方便的装配；这样、再在称重环、固定环的外圆及上端面设置零件“端盖”用至少６个以上螺柱与上舵承本体连接就实现了舵与导流减阻鳍较小的间隙。
73.综上所述，舵装置第二舵叶30是长期稳定的固定于船体之上，因此基本不需要与导流减阻鳍具有间隙，设计时同样采用上述方法进行舵装置第二舵叶30的制造。这样可以达到两者之向无间隙的配合，导流减阻鳍与舵叶第二舵叶30就形成了一个整体流线型导流体，形成一个高性能的消减螺旋桨尾涡的节能装置，而且距离螺旋桨较近，优秀的消涡节能特征以及节能舵球，节能舵附推力鳍长期稳定100%的功效，加上舵装置第一舵叶1与舵装置第二舵叶30的静、动配合，又具有优于高效襟翼舵舵效的特点，如此，一种采用十分简易的制造方法组合成的一种高性能组合舵就可以实现。

技术特征：

1.一种高性能组合舵，其特征在于：它包括舵装置总成，所述舵装置总成包括第一舵装置和第二舵装置；所述第一舵装置包括第一舵叶（1），第一舵叶（1）安装在第一舵杆总成的底端，第一舵杆总成转动安装在船体舵装置平台（54）的内部，第一舵杆总成通过第一舵柄（24）与用于提供转舵动力的舵机相连；所述第二舵装置包括第二舵叶（30），第二舵叶（30）安装在第二舵杆总成的底端，第二舵杆总成安装在船体舵装置平台（54）的内部并与第一舵杆总成的中心线呈平行布置，第二舵杆总成的顶端通过第二舵柄（45）限位固定安装在舵柄固定结构（50）上，舵柄固定结构（50）固定于船体结构上；所述第二舵叶（30）不转动，第一舵叶（1）能绕着第一舵杆总成转动，且第一舵叶（1）的前缘与第二舵叶（30）的后缘采用凸凹的半圆弧型转动配合结构。2.根据权利要求1所述一种高性能组合舵，其特征在于：所述第二舵叶（30）上并与螺旋桨轴心线重合的位置设置有节能舵球（52），节能舵球（52）的两外侧对称固定有舵附推力鳍（53）；导流减阻鳍（51）采用一定的间距设置在第一舵叶（1）和第二舵叶（30）的正上方。3.根据权利要求1所述一种高性能组合舵，其特征在于：所述第一舵杆总成包括第一舵杆（2），第一舵杆（2）通过第一下舵承本体（3）、第一下防磨衬套（4）、第一舵套管（13）和第一上舵承本体（16）转动支撑在船体舵装置平台（54）上；所述第一上舵承本体（16）和第一舵杆（2）之间设置有第一衬套（17），第一衬套（17）内部安装有第一调心滚子轴承（18），第一调心滚子轴承（18）的顶端通过第一舵杆卡环（19）和第一挡圈（20）支撑第一舵杆（2）；第一上舵承本体（16）的顶端通过第一螺栓（21）、弹簧垫圈（10）和螺母（12）压装有纸垫（9）和第一端盖（23）；第一端盖（23）和第一舵杆（2）之间设置有第一毛毡油封（22）；所述第一舵柄（24）通过第一平键（25）、第一制动块（26）、第一舵杆螺母（27）和第一吊环（28）固定在第一舵杆（2）的顶端；所述第一下舵承本体（3）的底端和第一舵杆（2）之间设置有第一j型无骨架橡胶油封（8）、第一油封压板（5）、第一水封（7）和第一水封压板（6），并通过第二螺栓（11）、弹簧垫圈（10）和螺母（12）压装固定；所述第一舵套管（13）和第一上舵承本体（16）上分别连通安装有压注油杯（14）；所述第一上舵承本体（16）上连通安装有空气管（15）。4.根据权利要求1所述一种高性能组合舵，其特征在于：所述第二舵杆总成包括第二舵杆（29），第二舵杆（29）通过第二下舵承本体（37）、第二下防磨衬套（36）、第二舵套管（38）和第二上舵承本体（39）转动支撑在船体舵装置平台（54）上；所述第二上舵承本体（39）和第二舵杆（29）之间设置有第二调心滚子轴承（40），第二调心滚子轴承（40）的顶端通过第二舵杆卡环（41）和第二挡圈（42）支撑第二舵杆（29）；第二上舵承本体（39）的顶端通过第三螺栓、弹簧垫圈和螺母压装有纸垫（9）和第二端盖（43）；第二端盖（43）和第二舵杆（29）之间设置有第二毛毡油封（44）；所述第二舵柄（45）通过第二平键（46）、第二制动块（47）、第二舵杆螺母（48）和第二吊环（49）固定在第二舵杆（29）的顶端；第二舵柄（45）的另一端与舵柄固定结构（50）固定相
连；所述第二下舵承本体（37）的底端和第二舵杆（29）之间设置有第二j型无骨架橡胶油封（35）、第二油封压板（34）、第二水封（33）和第二水封压板（32），并通过第四螺栓（31）、弹簧垫圈（10）和螺母（12）压装固定；所述第二舵套管（38）和第二上舵承本体（39）上分别连通安装有压注油杯（14）；所述第二上舵承本体（39）上连通安装有空气管（15）。5.根据权利要求1或3所述一种高性能组合舵，其特征在于：所述第一舵柄（24）上加工有用于和第一舵杆（2）相配合的第一舵杆孔（2403），第一舵柄（24）的侧壁上平行设置有第一转臂（2402），第一转臂（2402）的另一端加工有第一转臂孔（2401）。6.根据权利要求1或4所述一种高性能组合舵，其特征在于：所述第二舵柄（45）上加工有用于和第二舵杆（29）相配合的第二舵杆孔（4501），第二舵柄（45）的侧壁上设置有第二转臂（4502），第二转臂（4502）的另一端加工有第二转臂孔（4503）。7.根据权利要求1所述一种高性能组合舵，其特征在于：所述舵柄固定结构（50）包括平行固定在船体舵装置平台（54）顶部的第一立板（5002），第一立板（5002）的外壁和船体舵装置平台（54）之间设置有平行布置的加强筋板（5001），第一立板（5002）和加强筋板（5001）的顶部固定有顶板（5003），顶板（5003）的中心部位加工有通孔（5004），通孔（5004）的部位穿过螺栓，并与第二舵柄（45）的第二转臂孔（4503）配合相连。8.根据权利要求1所述一种高性能组合舵，其特征在于：所述第一舵叶（1）包括设置在舵叶内部的水平筋板（105）和垂直桁（106），在水平筋板（105）和垂直桁（106）的外部设置有第一流线型外板（101），第一舵叶（1）的顶部通过上制流板（103）封闭，底端通过下制流板（104）封闭；上制流板（103）和下制流板（104）上安装有放水旋塞（102），第一舵叶（1）与第二舵叶（30）相配合的一端采用第一半圆管（107）封闭。9.根据权利要求1所述一种高性能组合舵，其特征在于：所述第二舵叶（30）包括设置在其内部的舵叶桁架（3004），舵叶桁架（3004）的外部设置有第一流线型外板（3005），第二舵叶（30）的顶部通过上封板（3001）封闭，底端通过下封板（3003）封闭；上封板（3001）和下封板（3003）上安装有放水旋塞，第二舵叶（30）的前缘设置有无缝钢管（3002），第二舵叶（30）与第一舵叶（1）相配合的一端采用第二半圆管（3006）封闭；所述第二半圆管（3006）与第一舵叶（1）的第一半圆管（107）之间设置有安装间隙（3007）。10.权利要求1-9任意一项所述一种高性能组合舵的设计方法，其特征在于：依据第二舵装置的不转动特点，将节能舵球（52）、舵附推力鳍（53）安装在其两侧的螺旋桨轴系中心线上，第一舵叶（1）的前缘与第二舵叶（30）的后缘采用凸凹的半圆弧型形状，第一舵叶（1）的形状按如下设计：根据所设计船的船体尾部型线确定舵高，以第一下舵承本体（3）最大外径确定为舵剖面厚度，以第一舵杆（2）中心线为圆心，最大厚度的1/2为半经确定第一舵叶（1）前缘的半径，并确定第一舵叶（1）前缘距第一舵杆（2）中心距离，选取第一舵杆（2）中心距螺旋桨后最小距离来确定第二舵叶（30）的宽度，以第一舵叶（1）和第二舵叶（30）总宽确定为本组合舵的总宽，按照流线型舵的叶剖面型值将第一舵叶（1）和第二舵叶（30）两舵合二为一进行剖面设计，由第一舵叶（1）已知前缘形状及尺度之后，留出合适间隙得出第二舵叶（30）宽度，第二舵叶（30）尾缘设计成凹形的弧形形状，按第一舵叶（1）和第二舵叶（30）的总宽整体型
值取其前段就成了第二舵叶（30）剖面，两舵形状得出后，按照流线型舵叶结构设计即可；第一舵叶（1）和第二舵叶（30）按整体剖面设计后，当第一舵叶（1）处于0位时，由于第二舵叶（30）的存在，它长期稳定处于螺旋桨轴向正向后方，转第一舵叶（1）时，就实现了如襟翼舵随主舵转动襟翼所处的状态，使拱度随第一舵叶（1）转动的角度增加，螺旋桨尾流被第二舵叶（30）上的节能舵球（52）和舵附推力鳍（53）以第二舵叶（30）本身回收后流经第一舵叶（1），这时螺旋桨尾流由于第一舵叶（1）转动角度而形成折向，螺旋桨来流很大一部份将转换成转船力矩。

技术总结

本发明提供了一种高性能组合舵及设计方法，舵装置总成包括第一舵装置和第二舵装置；所述第一舵装置包括第一舵叶，第一舵叶安装在第一舵杆总成的底端，第一舵杆总成转动安装在船体舵装置平台的内部，第一舵杆总成通过第一舵柄与用于提供转舵动力的舵机相连；第二舵装置包括第二舵叶，第二舵叶安装在第二舵杆总成的底端，第二舵杆总成安装在船体舵装置平台的内部并与第一舵杆总成的中心线呈平行布置，第二舵杆总成的顶端通过第二舵柄限位固定安装在舵柄固定结构上。此组合舵可以将上述节能附体和襟翼舵的高效能技术稳定，并且长期地产生在航行船舶上，静、动两舵的组合就形成了一个大襟翼的组合舵，大襟翼的舵这又很大程度上减少操舵频次，同时产生节能效果。同时产生节能效果。同时产生节能效果。