水上交通工具的水翼制造技术

提供了用于一种水上交通工具，特别是船舶的带有尾缘（２０）的水翼（１００），特别是舵，其中在流动方向上，在所述水翼后面形成漩涡和／或卡门涡街的负面影响得以降低，在所述尾缘（２０）处设置突出体（３０）用以减少漩涡的形成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于水上交通工具，特别是船舶的带有尾缘的水翼，特别是舵。
技术介绍
在当前语境中，水翼是水上交通工具中使用和/或安装的装置，其产生流体力学 领域中的浮力。水翼的例子有水翼船上的舵、脊骨、水翼滑橇(TragflUgelkufen)、水上交通 工具的稳定鳍或其它鳍形体。依照本专利技术的水翼尤其适合用作舵，其中用于上述体之一，或 用于另外的水翼类型体也是很可能的。已知技术中的水翼通常具有设置在流动方向或沿水上交通工具行驶方向排列的 前缘以及与所述前缘相对的尾缘。水翼的侧面或侧壁设置在前缘和尾缘之间。水翼的上端 部通常与水上交通工具的船体稳固连接，也就是说，在作为舵的情况下，它能够旋转，反之， 相对的底端通常设计为自由端。但是，在作为舵的情况下，也能够设置在底端，(例如，在作 为舵的情况下，设置在尾柱底端)，这也是已知技术。当用于水上交通工具上时，水绕水翼体从前缘流向尾缘。依靠水流的雷诺数、流动 或流速和水翼或水翼尾缘的几何形状，沿流动方向在水翼后部会产生漩涡分离，也就是说， 在尾缘，其频率由斯德鲁哈尔数(Strouhal-Zahl)表示其特征。漩涡通常产生在液体绕其 流动的水翼体两侧，旋转的方向彼此相反。它们之间的流动方向为指向液体绕其流动的水 翼体，与外部流动方向相反。旋转方向相反的漩涡尾迹形式的漩涡系统，其形成于液体绕 其流动的水翼体上以及被驱散开并最终由流动消散，也被认为是所谓的卡门涡街(Karman vortex street) 0这种现象尤其出现在水翼为舵的情况下，因为这些遇到了船舶螺旋桨的 相对快速的流动。此外，尤其具有相对宽的尾缘的舵趋向于产生卡门涡街。这些尤其是带 有鱼尾状外形或先令 (Schilling )外形的舵，其中沿流动方向观察时，舵叶的端部朝 向尤其为楔形榫头形式的尾缘展宽。在该类型的几何形状中，斯德鲁哈尔数和单个漩涡的 分离频率尤其高，由此，卡门涡街就会产生或以特别与众不同的形式出现。图4示出了现有技术中水翼200的情况下卡门涡街的形成。图4中的水翼200是 鱼尾状舵，其中该横截面的外形朝着尾缘201进一步加宽。为了清晰起见，仅示出了水翼 200的端部。尾缘201在侧面202a、202b的两个端部区域2021a、2021b之间为凹形。(螺 旋桨)水流图形通过大量的箭头表示。可以看到，水流实际上以层的形式沿着侧面202a、 202b运行。当水流流过侧面202a、202b的端部区域2021a、2021b时，漩涡210在尾缘201 的上部以及其下部与水流分离。在尾缘201的上部区域，即侧面端点2021a的正后方形成逆 时针方向旋转的漩涡210a。在流动方向的斜下方又出现一个以相反方向，即顺时针方向旋 转的漩涡210b ；漩涡210b形成在下侧面202b上和/或在其正后方。在下游又出现一个逆 时针方向旋转并慢慢消散的漩涡210c，漩涡210c也发源于上侧面202a。漩涡210a，210b， 210c—起形成了所谓的卡门涡街的漩涡系统。在漩涡区，也就是说，在漩涡之间，其压力与 卡门涡街周围水流的压力相比显然降低。由于形成卡门涡街，一方面，水翼的工作效率在降低，也就是说，在舵的情况下，舵力降低。水翼的阻力，也就是舵阻力，也增大。另一方面，舵的侧向力变小，水翼上可能产生 振动。如果漩涡的分离频率与水翼体的自然频率大致相等，后者即是特殊的情况。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种水翼，其中水翼后面流动方向上形成漩涡，也就是 说卡门涡街，的负面影响减小。该目的通过具有权利要求1特征的水翼实现。本专利技术的中心思想是在尾缘上设置一个突出体，由此减少漩涡形成。当前上下文 中的突出体是实际上从水翼尾缘突出，也就是伸出的任意结构体。由于在横截面视图中，尾 缘通常大致横跨水翼的纵向方向，突出体一般，至少近似地，向下游方向突出。这意味着至 少一个突出体大致在水翼纵向上和/或与水翼连接的船舶的纵向上从尾缘突出。尾缘通常是线性、凹面、凸起，或一些其它设计结构的水翼终结表面。因此，尾缘区 域通常设计为平坦的，且通常不呈尖角等。进一步，尾缘通常设计成从上部到底部和/或从 一侧到另一侧是连续的，从而形成一个单一的、连续的区域。现在，突出体从该表面突出，将 引起漩涡分离的可能性不断减小。通过该方法，卡门涡街产生的可能性会降低。至少一个 突出体的有效性取决于各种因素，例如突出体的数目、几何结构以及准确的设置。在至少一个突出体的情况下，我们因此处理本质上不属于尾缘表面，但是设置在 后者上并且从后者突出的体。因此在该意义上，突出体不是从尾缘表面上轻微地突出，例 如，突出的尾缘面或类似物，而是本质上独立的体，但是便利地稳固连接到尾缘，也就是说 连接到尾缘表面。由于这个原因，该至少一个突出体不是从水翼模制而成的，也没有在水翼 上形成凹痕或凹陷。因此，该突出体可以由例如金属制造，尤其由钢制造，并可以通过焊接 或其它合适的连接方式和/或方法与尾缘连接。通过从尾缘表面突出的体，尤其可以避免 形成水翼两侧逆时针旋转的漩涡，而该漩涡是形成卡门涡街的必备条件。进一步优选地，至 少一个突出体设计为刚性的，非韧性的，即无弹性的体。这样确保水翼的流动行为，尤其关 于漩涡的产生，维持不变。通过设置至少一个突出体，降低了水翼上产生卡门涡街的可能性，通过该方式，增 大水翼阻力，也同样提高了燃料效率。此外，降低了震动对水翼和/或水上交通工具的船 体的损坏的危险。因为该至少一个突出体设置在尾缘上，这也不会减小水翼有效地流动表 面区域，并且因为它位于流动表面区域的外侧而不在主流区域内，不会由于水流分离而引 发气穴现象。因此，由于流体的设置，通过相对小量的结构费用，无需流体力学领域中实际 水翼的横截面的任何弱化，就能实现降低尾缘区域中形成漩涡的有益效果。通过依据本发 明的该至少一个突出体，漩涡形成过程被削弱或阻止，由此出现如流动方向上水翼后面所 示的非常稳定或层流的模式。该至少一个突出体尤其专门设置在尾缘而不是水翼的其它区 域。关于尾缘的宽度，该至少一个突出体有利地设置成使它不遮盖整个宽度。关于尾 缘宽度，它仅仅从子区有利地突出。这确保实现妨碍涡流流动。如果该至少一个突出体遮 盖了尾缘的整个宽度，在流体力学领域中该突出体作为尾缘的纯粹的外延，并且不需要的 逆时针旋转的漩涡能从该突出体的两侧分离。从属权利要求说明了本专利技术的优选实施方式。为了实现尽可能地减少漩涡的形成，本专利技术优选实施方式中所做的设置为至少一 个突出体延伸超过尾缘的长度至少50%，优选为至少75%，并且在特别优选的实施方式中 实际上超过尾缘的整个长度。在当前上下文中，术语“尾缘长度”可以理解为尾缘区域中水 翼上下端之间的距离。尾缘通常掠过水翼的整个高度。因此，有利地，该至少一个突出体掠 过尾缘尽可能大的区域，因此相对于水翼的高度，尽可能地降低，即削弱漩涡形成。如果该 至少一个突出体从尾缘的一端延展到另一端，这是特别有利的，因为这保证消弱了在水翼 的整个高度上形成漩涡。这里，有利地，该至少一个突出体能由单一体组成，其长度与尾缘 长度相对应，并且与尾缘连接，但是，一般地，该至少一个突出体也可能由多个子体组成。从横截面上看，该至少一个突出体原则上可以设计为任意形式。但是，在水翼本文档来自技高网...

【技术保护点】
带有尾缘（２０）的水翼（１００），特别是舵，用于水上交通工具，特别是船舶，其特征在于，在尾缘（２０）处设置至少一个突出体（３０）以减少漩涡的形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：亨宁库尔曼，托马斯法尔兹，
申请(专利权)人：贝克船舶系统有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]