[发明专利]水上交通工具的水翼

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(Tragflügelkufen)、水上交通工具的稳定鳍或其它鳍形体。依照本发明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)。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一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。

发明内容

因此，本发明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。

本发明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。