技术领域本发明涉及一种用于水上推进装置的下部部分的脱离式艉鳍。该艉鳍设计为使得附接特征部在特定的负载或碰撞下将失效，从而防止对水上推进装置的下部部分的损伤。
背景技术：
延伸到水中的水上推进装置部分容易受到由水下物体所造成的损伤。延伸在船舶的船体下方的部分特别容易受影响，尤其是前缘部件，诸如鼻段和艉鳍。艉鳍为鳍状特征部，其延伸在水上推进装置(诸如舷外马达、艉驱动或吊舱装置)的齿轮箱下方。艉鳍在水上推进装置的螺旋桨(或“推进器”)的辐条下方延伸，并且用于保护螺旋桨免受来自水下撞击的损伤。脱离式艉鳍设计成在该脱离式艉鳍撞到水下物体时与水上推进装置的下部部分脱离。脱离式艉鳍必须设计成负责来自前、后、侧面以及底部的碰撞。由于脱离式艉鳍附接至齿轮箱的下部部分，所以脱离式艉鳍的附接特征部必须在其脱离时使得对齿轮箱下部部分的损伤降到最小。对齿轮箱下部部分的损伤可导致非常昂贵的修理。此外，对齿轮箱下部部分的过度损伤可导致齿轮箱油的损失，并且因此导致更大的齿轮系损伤。脱离式艉鳍的附接特征部的设计可以负责来自水上推进装置的底部的碰撞。刚性且牢固附接的艉鳍将通过水上推进装置使撞击力向上传递并传递到船舶的船体中，其中该力可能导致船体损伤或甚至船体破裂。脱离式艉鳍的附接特征部因此可以设计成向齿轮箱的下部部分提供足够牢固的附接，以在航行期间保持完整，但为了防止对齿轮箱下部部分的损伤而必须在超出预定压力时断裂或脱离。2008年10月14日授权、标题为“用于水上推进设备的脱离式艉鳍(Breakawayskegforamarinepropulsiondevice)”的Eichinger的美国专利第7,435,147号公开了一种负责沿艉鳍总高的位置处的撞击力L的脱离式艉鳍。然而，由Eichinger公开的脱离式艉鳍没有解决来自底部的撞击力，来自底部的撞击力将通过水上推进装置向上传递到船舶的船体。
技术实现要素：
本发明公开了一种具有脱离式艉鳍的水上推进装置。该水上推进装置包括具有下部部分的下部齿轮箱，该下部部分包括鼻段、推进器段以及具有腹侧配合特征部的轴段。腹侧配合特征部包括配合特征部和配置成接收销的横向通孔。脱离式艉鳍具有沿所述脱离式艉鳍的顶部定位并配置成与所述配合特征部相配合的剪切凸片，其中所述剪切凸片具有基座部分和尖端部分，所述基部部分包括占有至少部分的基座部分体积的缺口。在本发明的第二个方面，公开了一种脱离式艉鳍。该脱离式艉鳍包括沿所述脱离式艉鳍的顶部定位的剪切凸片，其中所述剪切凸片具有基座部分和尖端部分，所述基座部分包括占有至少部分的基座部分体积的缺口。在本发明的第三个方面，公开了一种具有脱离式艉鳍的水上推进装置。水上推进装置包括具有下部部分的下部齿轮箱。该下部部分包括鼻段、推进器段以及具有腹侧配合特征部的轴段。腹侧配合特征部包括第一和第二齿形孔和配置成接收销的横向通孔以及脱离式艉鳍。该脱离式艉鳍包括：沿所述脱离式艉鳍的顶部定位并配置成与所述第一齿形孔相配合的第一剪切凸片、沿所述脱离式艉鳍的顶部定位并配置成与所述第二齿形孔相配合的第二剪切凸片，其中所述第一和第二剪切凸片具有基部部分和尖端部分，所述基部部分包括占有至少部分的基部部分体积的缺口。附图说明图1是根据本发明的安装在船舶上的水上推进装置的三个方面的视图。图2是根据本发明的水上推进装置的剖视图。图3是根据本发明的安装在船舶上的水上推进装置的视图。图4是根据本发明的脱离式艉鳍的附接特征部的视图。图5是根据本发明的脱离式艉鳍的附接特征部的视图。图6是根据本发明的脱离式艉鳍的附接特征部的视图。具体实施方式图1示出了具有水上推进装置20的船舶10。水上推进装置20包括下部齿轮箱30和下部部分60。下部部分60包括推进器段90、轴段70和鼻段100。下部部分60可以成型为鱼雷形式。在本发明的一个方面，水上推进装置20是舷外驱动马达，其包括容纳在外壳中的发动机以及延伸在水下方且具有下部部分60的下部齿轮箱30。水上推进装置20安装成在船舶10的艉板上枢转以提供转向功能。在本发明的第二方面，水上推进装置20是艉驱动，其包括变速箱和在水下延伸并且具有下部部分60的下部齿轮箱30。变速箱经由驱动轴连接到发动机并且以大体向下90度的角度将发动机动力从发动机传递到下部齿轮箱30。水上推进装置20安装为在船舶10的艉板上枢转以提供转向功能。在本发明的第三方面，水上推进装置20为吊舱装置，也被称为方位推进器。吊舱装置包括上部吊舱装置和下部齿轮箱30。上部吊舱装置经由驱动轴连接到发动机并且包括变速器50和转向功能。下部齿轮箱30在船体下方延伸并且能够旋转40度到左舷或右舷以提供转向功能。图2示出水上推进装置20的下部齿轮箱30。下部齿轮箱30包括在吃水线15下方延伸的撑杆40。下部齿轮箱30包括用于经由至少一个锥齿轮组270将发动机动力传递到推进器225的一个或多个驱动轴200。下部齿轮箱30还包括用于支撑驱动轴200和推进器轴205的轴承260。下部齿轮箱30至少部分填充有油以润滑驱动轴200、推进器轴205、锥齿轮组270和轴承260。下部齿轮箱30还可以包括油泵250。下部部分60包括在前部的鼻段100、在中间的轴段70和在后部的推进器段90。下部部分60可以是鱼雷状的。轴段70包括用于驱动推进器轴205的驱动轴200。如果水上推进装置20包括后推进器230和前推进器240，那么轴段70可以包括内推进器轴210和外推进器轴220。脱离式艉鳍190附接于轴段70的底部。轴段70的前部包括圆形开孔80。轴段70的内径形成为具有靠近开孔80的螺纹并且配置为螺纹式地接收中间部分110。推进器段90位于下部部分60的后部并且包括由推进器轴205驱动的至少一个推进器225。推进器轴205由通过驱动轴200驱动的锥齿轮组270驱动。在本发明的一方面，推进器段90可以包括由内推进器轴210驱动的后推进器230和由外推进器轴220驱动的前推进器240。内推进器轴210和外推进器轴220由通过驱动轴200驱动的锥齿轮组270驱动。后推进器230和前推进器240两者的使用增加了由水上推进装置20提供的推力。前推进器240可以具有三个叶片，而后推进器230可以具有四个叶片。后推进器230由于叶片尖端处的流速而可能需要更小的直径。为了使更小的后推进器230具有等于前推进器240的叶片面积，后推进器230可以具有四个叶片而非三个叶片。在本发明的另一方面，前推进器240可以具有四个叶片，而后推进器230可以具有五个叶片。推进器段90还可以包括推进器轴阳极50。推进器轴阳极可以具有最大化流体动力效率并同时提供抗腐蚀防护的抛物线形状。鼻段100大体为子弹形状并且位于下部部分60的前部，且包括中间部分110和鼻锥130。脱离式艉鳍190附接于位于轴段70的下侧上的腹侧配合特征部280。腹侧配合特征部280大体从轴段70的前部延伸到后部。通孔290包括在内以接收销300。诸如狭槽282或齿形孔284的配合特征部可以包括在内以接收位于脱离式艉鳍190上的剪切凸片310和/或对准凸片350。脱离式艉鳍190大体为鳍状并且附接于轴段70的底部上的腹侧配合特征部280。剪切凸片310沿着顶部边缘形成于脱离式艉鳍190上。剪切凸片310包括尖端320和基座330，该基座将剪切凸片310附接于脱离式艉鳍190的顶部边缘。如图4和图5中所示可以存在多个剪切凸片310。在本发明的一方面，剪切凸片310可以是如图6中所示的单个连续凸片。剪切凸片310中的通孔290配置为接收将脱离式艉鳍190紧固到腹侧配合特征部280的销300。如图4到图6中所示的缺口340形成于剪切凸片310的基座330中。缺口340用于将剪切凸片310的应力能力调整为预定值或预定值范围。较大缺口340可被选取用于减小应力能力，而较小缺口340可被选取用于增加剪切凸片310的应力能力。单个剪切凸片310中可以包括一个以上的缺口340以减小应力能力。缺口340的大小和/或数量可被选取用于实现剪切凸片310的预选定裂断应力。销300插入穿过腹侧配合特征部280中的孔290，该销对准剪切凸片310中的孔290并且将脱离式艉鳍190紧固到腹侧配合特征部280。销300是本领域中已知的类型，诸如滚销、剪切销或定位销。还可使用螺纹式紧固件等。工业实用性脱离式艉鳍190设计为当其撞到相当大质量的水下物体时与下部齿轮箱30的下部部分60脱离。当脱离式艉鳍190脱离时，下部部分60应遭到尽可能小的损伤。脱离式艉鳍190可在向前方向上或当后退时或当以与船舶10的龙骨成某个角度撞击物体时脱离。附接特征部能够承受诸如转向和航行的正常负载，同时基于材料的屈服强度维持近似1.5到2.0的安全系数(FOS)。另外的负载状况是关于如图3中所示的高斜升角船体的潮落事件。此状况可导致船体搁在水上推进装置20上。根据本发明的脱离式艉鳍190设计为脱离但不允许水上推进装置20穿破船舶10的船体并造成船体完整性的损失。对于图3中所示的高斜升角船体，向上撞击力360与脱离式艉鳍190的角度之间的角度可以是19度或介于15度与25度之间。例如，脱离式艉鳍190在40海里下的10度角高速转向操纵期间可以经历多达3400lb的侧向负载。因此，脱离式艉鳍190必须附接到轴段70使得其可承受此力，但是如果其撞击水下物体，那么在预定应力下脱离。安全系数(FOS)有利于限定下部齿轮箱30的部件所必须承受的应力。FOS可以被限定为从1.0到5.0的连续范围内的标量。在一个实例中，1.0到5.0的FOS标量可以对应于40,000psi到0psi的冯米斯应力(vonMisesstress)。1.0的FOS对应于预期为或超出下部齿轮箱30的部件的设计极限的应力。图4到图6以阴影区形式示出相对应力。阴影结构对应于图的侧面上的说明。在本发明的一个方面，包括沿着脱离式艉鳍190的上边缘的对准凸片350。对准凸片350不包括用于接收销300的孔290。对准凸片350可以与一个或多个剪切凸片310穿插。每个剪切凸片310前面和后面可以存在对准凸片350。在本发明的另一方面，对准凸片350和剪切凸片310可以沿着脱离式艉鳍190的顶部交替。如同剪切凸片310，对准凸片350可以配置为与腹侧配合特征部280中诸如狭槽282或齿形孔284的配合特征部相配合。对准凸片350可被添加到设计方案以响应于侧面负载增加脱离式艉鳍190的强度而不影响向上撞击力360的强度。