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襟翼舵基本原理
根據(jù)機(jī)翼理論，兩個弦長和展弦比相同的機(jī)翼，其中一個是具有拱度的彎曲機(jī)翼，另一個是對稱剖面的機(jī)翼，在相同的沖角下，前者的升力大于后者，這是由于拱度的作用使流體產(chǎn)生了較大的折向所致。
對于船用舵來說，為改善回轉(zhuǎn)性能，應(yīng)盡可能將船舶的前進(jìn)推力轉(zhuǎn)變?yōu)槭沟么稗D(zhuǎn)動的橫向力也即升力。但是普通的對稱剖面機(jī)翼舵，由于受到轉(zhuǎn)舵角的限制，不可能使經(jīng)過舵葉的水流達(dá)到充分的折向，因此真正能轉(zhuǎn)化為橫向力的前進(jìn)推力成分很少。
襟翼舵是帶有可轉(zhuǎn)動尾翼的舵，舵葉分為主體和尾翼兩部分，并用鉸接軸連接。當(dāng)舵葉處于中位(即零舵角)時，舵的主體和尾翼在同一平面內(nèi)，整個舵葉剖面呈接軸連接。當(dāng)舵葉處于中位(即零舵角)時，舵的主體和尾翼在同一平面內(nèi)，整個舵葉剖面呈對稱機(jī)翼狀。但當(dāng)舵離開中位開始轉(zhuǎn)動時，尾翼除了跟隨主體轉(zhuǎn)動外，同時繞鉸接軸轉(zhuǎn)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(jī)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，以及采用機(jī)械裝置使尾翼的轉(zhuǎn)角接近于主體轉(zhuǎn)角的兩倍，即當(dāng)舵處于滿舵位置時，舵葉主體轉(zhuǎn)角為45°，而尾翼轉(zhuǎn)角達(dá)到90°與船體中縱剖面垂直的狀態(tài)。在這種情況下，滿舵時，螺旋槳尾流經(jīng)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(jìn)器推力的一半轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向轉(zhuǎn)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(jī)翼舵，因此仍然保留了良好的航向穩(wěn)定性。當(dāng)它離開中位后成為變拱度的曲面，大大改善了船舶的回轉(zhuǎn)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干貨船、油船采用襟翼舵后，進(jìn)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采用襟翼舵后，提高了其作業(yè)性能。特別是在海上以低速進(jìn)行作業(yè)且要求操縱性良好的船舶，如海洋調(diào)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。[2]
襟翼舵類型
1.翼舵按其舵葉形狀可分為矩形和梯形舵。由于矩形舵的舵葉結(jié)構(gòu)較簡單，制造方便，特別是從主體和尾翼鉸接部分及水下傳動機(jī)構(gòu)等重要零部件的制造、拆裝和維修的方便性考慮，一般采用矩形舵。
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(jī)構(gòu)又可分為齒輪式襟翼舵、滑塊式襟翼舵、導(dǎo)桿式襟翼舵及搖臂式襟翼舵等。[2]
襟翼舵舵的配置
海船襟翼舵的配置主要有兩種方式：
1)單槳單舵。舵置于槳后正中，舵葉高度應(yīng)盡可能大于螺旋槳的直徑，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
舵位于槳葉后的尾流區(qū)，一般正對槳葉中心。但若因其他原因(如拆卸推進(jìn)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。[2]
襟翼舵基本參數(shù)
1)舵面積
為確定舵的面積通常采用兩種方式：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，后一種方法很少使用。
在缺乏母型船的情況下，常常采用以面積比χ表示的統(tǒng)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，它們的升力系數(shù)相近，但對應(yīng)的舵角卻不同。展弦比越小，其升力系數(shù)對應(yīng)的舵角越大。反之，當(dāng)舵角相同時，展弦比越大，該舵角對應(yīng)的升力系數(shù)越大。由此產(chǎn)生的后果是，當(dāng)舵面積相同時，展弦比較大的舵葉，其轉(zhuǎn)舵力矩較小，反之亦然。這亦是一般海船的舵采用較大展弦比的原因。此外，對于襟翼舵來說，其傳動機(jī)構(gòu)的尺寸對于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
襟翼舵由于其升力系數(shù)比普通流線型舵增加很多，幾乎可達(dá)1.5倍，且水動壓力中心位置明顯地向后移，再加上襟翼舵?zhèn)鲃訖C(jī)構(gòu)附加力矩的影響導(dǎo)致舵桿力矩大大增加。平衡系數(shù)的增加則使得舵桿在舵葉剖面上的位置相對后移，雖然有利于減小舵桿扭矩，但總的結(jié)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，因而采用較大的厚度比。通常襟翼舵的舵葉采用NACA型剖面，對于舵踵支承的平衡舵，其厚度比的取值可達(dá)到18%，而懸掛舵厚度比的取值不小于2l%。為了保證舵桿在舵葉上的安裝，舵葉剖面的厚度位于約0.45的舵寬(弦長)處。[2]
襟翼舵優(yōu)點
與普通流線型舵相比，襟翼舵具有以下優(yōu)點：
1．在同樣的主舵轉(zhuǎn)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?fàn)顟B(tài)，船舶的回轉(zhuǎn)直徑只有一倍船長(普通舵的船舶回轉(zhuǎn)直徑一般為2.5倍船長)。
(2)船舶回轉(zhuǎn)總延時大大縮短，這對于急流中航行的船舶尤為重要。
(3)校準(zhǔn)航向時所需舵角大大減小。
2．對舵機(jī)設(shè)計有利
一般舵機(jī)的轉(zhuǎn)角范圍為70°×2，而襟翼舵的良好舵效使所需舵機(jī)的轉(zhuǎn)角范圍僅為(30°～50°)×2，對舵機(jī)設(shè)計有利。同時，由于舵角減小，在倒航滿舵時并不防礙水流流人推進(jìn)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(chǎn)生必要的橫向力使船舶轉(zhuǎn)向，而襟翼舵的舵葉主體對尾翼有導(dǎo)流作用，使船舶能夠從靜止?fàn)顟B(tài)立即進(jìn)入轉(zhuǎn)向運動。[3]
參考資料
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