Influence of Fixed Structure and Flapped Control Surfaces.

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Um leme all-movable tem muitas variações importantes. Se uma estrutura fixa é colocada logo a vante do leme, como na Fig 142-c, as forças e momentos agindo no leme assim como no navio, devido a deflexão do leme, serão diferentes do que em um leme sem a estrutura fixa. Um leme como o da Fig 142-c geralmente produz uma força de controle maior (com o navio movendo a vante), do que produziria se a parte fixa estivesse ausente .

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Tal leme é chamado de flapped ou hinged rudder. Se a porção fixa é claramente definida como parte do leme (143 (a) e (b)), então todas as propriedades geométricas do leme deverão ser computadas como se a parte fixa fosse de fato parte integrante do leme. Por analogia com a asa de avião mostrada na Fig 142(b), um leme constituído pela combinação de partes móveis e fixas desenvolve sustentação tanto pela variação de sua curvatura(camber) quanto pela variação do ângulo de ataque.

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O efeito favorável da estrutura fixa a vante do leme na sustentação na condição de máquinas a vante e com zero de inflow angle na estrutura fixa, obtido em testes, é mostrado na Fig 144. Esta figura mostra, por exemplo, que a ângulos de leme de 30° a 40°, um leme composto de 25% parte fixa 75% de parte móvel produz mais de 90% da sustentação produzida por um all-movable rudder de mesma área total.

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Neste experimento, não havia gap entre as partes fixa e móvel para quaisquer ângulos de deflexão do leme. Geralmente, na prática, a parte móvel incorpora alguma balance área a vante da centerline do stock, com objetivo de reduzir o torque no leme (Fig 143). Com o balance, algum gap é inevitável entre a estrutura fixa e a parte móvel em grandes ângulos de deflexão. A diferença, se não houvesse o gap, seria de 8% a mais de lift.

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O efeito favorável de uma estrutura fixa a vante do leme pode ser refletido nas melhorias de coursekeeping quando o inflow angle para a estrutura fixa é nulo(Fig 145(a)). Porém, esse inflow angle em uma steady turn pode ter um valor diferente de zero (Fig 145(b)). Esse ângulo de ataque, em troca, irá diminuir o efeito favorável ao coursekeeping devido à estrutura fixa, que só se aplica quando B R = 0.

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Uma série de 12 control surfaces com flaps foi testada, onde a área e o balanço do flape foram variados (Fig 146). O leme nr 5 (40% de flape e 19% de balance) desenvolveu o maior coeficiente de lift da série, praticamente dobrando o coeficiente de lift máximo (0.88) obtido pelo leme unflapped n° 32.

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O doubly all-movable rudder até mesmo com um pequeno (unbalanced) flap tem um maximum lift muito maior que o all-movable rudder sem flap. Aumentando o tamanho do flap em mais de 20% tem pouca influência no máximo lift. Os aumentos de lift são alcançados à custa de grandes aumentos dos hinge moments e de algum aumento do arrasto. Entretanto, os hinge moments dos flapes são bem menores que os momentos máximos do leme sem flape.

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Comparações a valores fixos de coeficiente de lift indicam que o leme com 20% de flape tem menos arrasto que o leme sem flape , a coeficiente de lift maiores que 0.6. A menores valores de coeficiente de lift , o arrasto é comparável. As desvantagens do all- movable rudder são seus maiores hinge moments, complexidade mecânica e possíveis dificuldades de manutenção.

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Na prática, a estrutura fixa, se usada, pode ser um faired sternpost , a horn (Fig 143(a) e (b), ou até mesmo a deadwood ou skeg do próprio navio. No último caso, a área do movable- rudder é menor se comparada com a estrutura fixa a vante dela. Do ponto de vista hidrodinâmico, a performance de tal leme somente pode ser prevista se o navio inteiro a vante do leme for tratado como a parte fixa do leme. Esse leme pode desenvolver muito mais lift no navio como um todo na ahead condition que o poderia um leme isolado de área idêntica. Na astern condition, porém, esse leme seria somente um small flap na leading edge do navio e seria quase que completamente ineficaz para guinar

o navio. ₂₉₂

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Um importante variação de leme de uso comum em muitos navios é o leme equipado com uma partial depht fixed horn, tal como o semibalanced rudder (143 (b)). Ele incorpora a balance area sem introduzir o gap quando o leme está defletido. Entretanto, esse tipo de leme necessariamente incorpora um horizontal brake entre o topo da balance area e o lado inferior da parte fixa, tendo influências negativas em suas características.

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Uma regra geral para flapes de aviões é que os gaps antecipam o stall. A Fig 153 mostra resultados para vários sealings de gaps verticais em lemes. Em cada caso o lift desenvolvido com apenas um dos lados do gap fechado é só um pouco menor que com todos os gaps fechados, mas é muito maior que com todos os gaps abertos.

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O rudder-plus-skeg combination (Fig 154) tem menos aumento de lift para aumento de ângulos de ataque do que o all-movable rudder, mas o stall angle é atrasado por 12º, e o maximum lift atingido é apenas 10% menor. Para o mesmo lift, o skeg rudder tem um drag muito maior. Para skeg angles zero e negativos, o maximum lift do skeg rudder é um pouco menor que do all-movable rudder.

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Uma inversão de leme quando o navio está guinando, entretanto, resulta em aumento dos ângulos e maior maximum lift produzido pelo skeg rudder.

A diferença entre os 3 skeg rudders da fig. 149 não é muito grande. Aumentando a taper ratio melhora o lift em grandes ângulos de ataque.

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