基本介紹
- 中文名：舵展弦比
- 外文名：aspect ratio of rudder
- 定義：舵的平均高度和平均長度之比
- 學科：船舶工程
- 特點：舵展弦比越大舵效越好
- 決定因素：舵的幾何形狀
簡介,參數及計算,舵展弦比對性能的影響,實際套用,
簡介
舵展弦比是舵高、舵長比，在同一個小舵角下，短而高的舵(即高展弦比舵)比面積相同的長而矮的舵，產生更大的舵力。但是，高展弦比舵，在旋轉中等舵角時將會失速或“起泡”，隨後在舵角繼續增大到超過失速點時，舵力增大率就減慢。通常把舵的下游面上的初始光順流線水流變為因分離引起不規則渦流的這種現象，叫作“失速”。這種現象限制了高展弦比舵的效用。與此相反，低展弦比舵在旋轉較大的舵角時不會產生失速，且在未發生失速前通常獲得比高展弦比舵更大的舵力。
參數及計算
（1）舵面積A：舵葉的側投影面積（如有部分舵葉露出水面，舵面積指設計水線以下的舵的側投影面積）。
圖1 舵展與舵寬
圖1 舵展與舵寬（2）舵高（展長）h：舵桿軸線方向舵葉上下緣的垂直距離；對於矩形舵和梯形舵為舵葉上邊緣與下邊緣之間，平行於舵桿軸線的距離；對於其他形狀的舵應取上、下邊緣之間的平均距離，即平均高度hm。
（3）舵寬（弦長） b：為舵葉前、後緣之間的水平距離。對矩形舵，舵寬即各剖面弦長；對非矩形舵可用平均舵寬bm表示。
（4）舵的展弦比 λ：舵的高度(翼展)h與寬度(弦長)b之比值。即：λ=h/b。對於非矩形舵：λ=hm/bm。
舵展弦比對性能的影響
所謂展弦比，是指舵的長度與寬度之比。舵的幾何形狀決定了舵的展弦比和平衡比(在舵桿中心線已定時)，直接影響舵的水動力性能和受力情況。如果改變展弦比，則舵的性質會發生很大的變化。對於同一迎角，升力增量隨展弦比的變小而減少。圖2為在格庭根進行的薄矩形板的風洞實驗結果。由圖可知，對應於展弦比的斜率隨展弦比的變小而漸次地減少，展弦比趨於零時，在理論上可以認為與迎角正弦值的平方成正比。
圖2
圖2另一變化為發生失速的角度，展弦比大的舵在小迎角時就會發生失速。由圖可見，展弦比為5時，早在迎角為9度時就發生失速，展弦比為1者在35度時發生，而展弦比為1/5者可到45度還不發生失速。舵的作用有二：其一是船舶稍離航向時，通過操縱舵使之回復到原來航向；另一是操滿舵(約35度)以使船舶迅速迴轉。對於前者希望有展弦比大的舵，而對於後者則希望有展弦比小而難於發生失速的舵。過去的舵為琵琶型的細長體，其展弦比較大，近年來的舵身較短，大多做成展弦比為1~2左右的舵。
實際套用
小展弦比矩形平板機翼的非線性升力面理論是計算船體操縱運動水動力的一種重要方法， 通常用於運用Bollay理論對船體操縱水動力的計算之中。小展弦比矩形平板機翼的非線性升力面理論的闡述如下：
(1)在小展弦比機翼尾緣加入噴流後，機翼在零攻角下也能產生較大的升力，並且各攻角下的升力和零攻角下的升阻比顯著增加，而有攻角時的升阻比沒有產生大的降低。從綜合的角度來看，將環量控制翼的概念套用於船舵是可行的，它能提高船舶的操縱性，尤其是在船舶低速及微速航行時，能產生更大的舵效作用。
(2)儘管加隔流端板後模型的攻角失速提前，但是在攻角失速前，卻提高了相同條件下模型的升力係數及升阻比，所以在小展弦比機翼端部加隔流端板具有實用價值。
(3)當改變尾圓柱形狀以使噴流方向和表面切線方向的夾角不為零時，模型的升力特性變差，但阻力特性有較大的改善，取一適當的夾角，對減少阻力有重要的作用。
