襟翼舵

襟翼舵是指由主舵葉和襟翼組成舵葉的舵。襟翼接於主舵葉的隨邊並可由單獨機構進行獨立控制，襟翼轉動方向可與主舵葉一致，但角度大於舵葉轉角，也有襟翼與主舵葉轉動方向相反的。襟翼舵可提高舵效或減小舵桿扭矩。

基本介紹

• 中文名：襟翼舵
• 外文名：flap-type rudder
• 組成：主舵葉和襟翼
• 優點：可提高舵效或減小舵桿扭矩
• 套用：洋調查船、測量船等
• 學科：船舶工程

基本原理

根據機翼理論，兩個弦長和展弦比相同的機翼，其中一個是具有拱度的彎曲機翼，另一個是對稱剖面的機翼，在相同的沖角下，前者的升力大於後者，這是由於拱度的作用使流體產生了較大的折向所致。

對於船用舵來說，為改善迴轉性能，應儘可能將船舶的前進推力轉變為使得船舶轉動的橫向力也即升力。但是普通的對稱剖面機翼舵，由於受到轉舵角的限制，不可能使經過舵葉的水流達到充分的折向，因此真正能轉化為橫向力的前進推力成分很少。

襟翼舵是帶有可轉動尾翼的舵，舵葉分為主體和尾翼兩部分，並用鉸接軸連線。當舵葉處於中位(即零舵角)時，舵的主體和尾翼在同一平面內，整個舵葉剖面呈接軸連線。當舵葉處於中位(即零舵角)時，舵的主體和尾翼在同一平面內，整個舵葉剖面呈對稱機翼狀。但當舵離開中位開始轉動時，尾翼除了跟隨主體轉動外，同時繞鉸接軸轉動，使得尾翼與主體之間的夾角也隨同增加，從而使得整個舵變得與變拱度的機翼相似。

襟翼舵的舵葉隨舵角的變化成為可變拱度的曲面，因此通過合理劃分舵葉主體和尾翼之間的比例，以及採用機械裝置使尾翼的轉角接近於主體轉角的兩倍，即當舵處於滿舵位置時，舵葉主體轉角為45°，而尾翼轉角達到90°與船體中縱剖面垂直的狀態。在這種情況下，滿舵時，螺旋槳尾流經過舵葉主體和尾翼兩次折向，全部尾流折向90°方向，幾乎可使推進器推力的一半轉變為橫向轉船力，從而大大提高了襟翼舵的舵效。

由此可見，襟翼舵在中位時，如同普通的對稱剖面機翼舵，因此仍然保留了良好的航向穩定性。當它離開中位後成為變拱度的曲面，大大改善了船舶的迴轉性能。因此，近年來得到越來越多的使用，諸如一般的中小型船舶包括乾貨船、油船採用襟翼舵後，進出河港不再需要拖船綁拖或幫助靠離碼頭。拖船、漁船、自航耙吸式挖泥船等採用襟翼舵後，提高了其作業性能。特別是在海上以低速進行作業且要求操縱性良好的船舶，如海洋調查船、測量船、地球物理勘探船、科研考察船等，襟翼舵是很好的選擇。

類型

1.翼舵按其舵葉形狀可分為矩形和梯形舵。由於矩形舵的舵葉結構較簡單，製造方便，特別是從主體和尾翼鉸接部分及水下傳動機構等重要零部件的製造、拆裝和維修的方便性考慮，一般採用矩形舵。

2.襟翼舵按其支承方式可分為懸掛舵和雙支點平衡舵

3.按尾翼的傳動機構又可分為齒輪式襟翼舵、滑塊式襟翼舵、導桿式襟翼舵及搖臂式襟翼舵等。

舵的配置

海船襟翼舵的配置主要有兩種方式：

1)單槳單舵。舵置於槳後正中，舵葉高度應儘可能大於螺旋槳的直徑，但舵的下緣不要超出槳盤底部太多。以減小左右操舵力不均衡的影響。舵的前緣距槳葉的距離以不拆卸舵即能折裝槳葉為原則，其間隙一般為螺旋槳直徑的0.25～0.15。

2)雙槳雙舵

舵位於槳葉後的尾流區，一般正對槳葉中心。但若因其他原因(如拆卸推進器軸)需要，舵可向兩舷處外移，其位移量約為螺旋槳直徑的0.10～0.15。

基本參數

1)舵面積

為確定舵的面積通常採用兩種方式：其一為利用實踐中積累的資料，參照母型船確定舵面積；其二為用解析船舶運動方程式確定舵面積。事實上前一種方法用得較多，後一種方法很少使用。

在缺乏母型船的情況下，常常採用以面積比χ表示的統計資料.

2)展弦比

一般來說，襟翼舵的展弦比對性能的影響與普通舵相仿，面積相同而展弦比不同的舵，它們的最大升力係數相近，但對應的舵角卻不同。展弦比越小，其最大升力係數對應的舵角越大。反之，當舵角相同時，展弦比越大，該舵角對應的升力係數越大。由此產生的後果是，當舵面積相同時，展弦比較大的舵葉，其轉舵力矩較小，反之亦然。這亦是一般海船的舵採用較大展弦比的原因。此外，對於襟翼舵來說，其傳動機構的尺寸對於展弦比的選擇可能會有較大的影響。

3)舵葉剖面形狀與厚度比

襟翼舵由於其升力係數比普通流線型舵增加很多，幾乎可達1.5倍，且水動壓力中心位置明顯地向後移，再加上襟翼舵傳動機構附加力矩的影響導致舵桿力矩大大增加。平衡係數的增加則使得舵桿在舵葉剖面上的位置相對後移，雖然有利於減小舵桿扭矩，但總的結果仍是舵桿直徑的增大。

為使襟翼舵的舵葉具有足夠的厚度，因而採用較大的厚度比。通常襟翼舵的舵葉採用NACA型剖面，對於舵踵支承的平衡舵，其厚度比的取值可達到18%，而懸掛舵厚度比的取值不小於2l%。為了保證舵桿在舵葉上的安裝，舵葉剖面的最大厚度位於約0.45的舵寬(弦長)處。

優點

與普通流線型舵相比，襟翼舵具有以下優點：

1．在同樣的主舵轉角時，襟翼舵可以提供更大的法向力

襟翼舵為船舶的操縱性帶來以下好處。

(1)不論是全速航行還是在靜止狀態，船舶的迴轉直徑只有一倍船長(普通舵的船舶迴轉直徑一般為2.5倍船長)。

(2)船舶迴轉總延時大大縮短，這對於急流中航行的船舶尤為重要。

(3)校準航向時所需舵角大大減小。

2．對舵機設計有利

一般舵機的轉角範圍為70°×2，而襟翼舵的良好舵效使所需舵機的轉角範圍僅為(30°～50°)×2，對舵機設計有利。同時，由於最大舵角減小，在倒航滿舵時並不防礙水流流人推進器。

3．對提高船舶低速航行時的舵效有良好作用

普通舵必須有一定的流人速度才能產生必要的橫向力使船舶轉向，而襟翼舵的舵葉主體對尾翼有導流作用，使船舶能夠從靜止狀態立即進入轉向運動。