專利名稱：一種折角線型內(nèi)旋鰭尾船型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于船舶技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種折角線型內(nèi)旋鰭尾船型。
背景技術(shù)：
船舶型線種類繁多，單適用于雙槳船的尾部線型就不勝枚舉，總體歸納起來(lái)主要有普通軸支架雙槳船型、雙球尾船型、雙尾船型、雙尾鰭船型和雙內(nèi)旋鰭尾船型(即渦尾船型)五大類。他們的特點(diǎn)分別體現(xiàn)如下( I)普通軸支架雙槳船型線型簡(jiǎn)單、制造方便、濕表面積小、裸船體阻力較低，但存在著伴流不夠均勻、船身 效率和推進(jìn)效率低、軸支架等附體阻力大的缺點(diǎn)；(2)雙球尾船型船體舭渦明顯減弱，粘性阻力降低，伴流分?jǐn)?shù)增加且更伴流分布均勻，船身效率與推進(jìn)效率提高，且能減少因伴流不均勻而引起的螺旋槳振動(dòng)；( 3 )雙尾船型、雙尾鰭船型預(yù)旋流增強(qiáng)，船身效率與推進(jìn)效率明顯提高，而總阻力增加不大或者沒(méi)有增加；(4)內(nèi)旋鰭尾船型應(yīng)用了渦槽尾技術(shù)，使來(lái)流在渦槽的誘導(dǎo)作用下在螺旋槳前方形成一股較強(qiáng)的預(yù)選流動(dòng)，其旋轉(zhuǎn)方向向外，將槳葉設(shè)置成與預(yù)旋流相反的方向旋轉(zhuǎn)，即內(nèi)旋螺旋槳，如此消除尾流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，減少能量損失，此水動(dòng)力學(xué)機(jī)理與槳前反應(yīng)鰭或?qū)D(zhuǎn)槳的機(jī)理類似，提高船舶推進(jìn)效率，主要是增加了軸向誘導(dǎo)效率，俗稱反槳效應(yīng)。雙內(nèi)旋鰭尾船型可以容納大徑深比(螺旋槳直徑/船舶尾吃水)的螺旋槳，提高了螺旋槳的敞水效率，等同于隧道尾的作用。雙內(nèi)旋鰭尾船型還類似于雙球尾船型，使尾部伴流分?jǐn)?shù)增大且伴流分布均勻，提高了船身效率，減少螺旋槳振動(dòng)。以上五類船型中，前四類均存在著徑深比設(shè)計(jì)參數(shù)限制在0.7左右的缺陷，這是因?yàn)槿绻黾铀鼈兊臉獜綄?huì)引起較為劇烈的螺旋槳脈動(dòng)壓力從而造成螺旋槳上方船底外板的劇烈振動(dòng)。由于這一缺陷的影響，同時(shí)為了尋求船、機(jī)、槳的較佳配合，很大程度的限制了普通雙槳船舶運(yùn)用大主機(jī)功率、大螺旋槳直徑設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。而內(nèi)旋鰭尾船型憑借其特有的類似半導(dǎo)管效應(yīng)和類似隧道尾作用，成功的將徑深比的設(shè)計(jì)范圍擴(kuò)展至0. 7至I. 4之間，且能夠保持較小的船體脈動(dòng)壓力。和相同尺度的其他雙槳船型相比，能夠在保證船、機(jī)、槳較佳配合的設(shè)計(jì)原則下使用更大功率的船舶主機(jī)和更大尺度的螺旋槳直徑成為了雙內(nèi)旋鰭尾船型的最大優(yōu)勢(shì)。船舶快速性能包含兩個(gè)方面的問(wèn)題，即船舶阻力和船舶推進(jìn)。普通雙尾鰭船型除采用了大徑深比的螺旋槳和預(yù)旋流機(jī)理來(lái)獲得優(yōu)秀的船舶推進(jìn)效率外，還盡量采用縱流船型設(shè)計(jì)機(jī)理減少船舶阻力，從而綜合獲得優(yōu)異的船舶快速性能。所謂縱流船型，是針對(duì)側(cè)流船型的一個(gè)相對(duì)概念。一般而言，在船型主要參數(shù)確定后，不同的船體線型設(shè)計(jì)，其船體阻力值也會(huì)相距甚遠(yuǎn)，這是由于不同的船體線型會(huì)使實(shí)際流經(jīng)船體表面的流線形態(tài)各異，從而影響這些空間流線的實(shí)際平順度的緣故。通常，把水流主要繞經(jīng)船體兩舷側(cè)沿水線方向流過(guò)的船舶稱為側(cè)流船型，把水流主要從船底沿縱剖面方向流過(guò)的船舶稱為縱流船型。由于側(cè)流過(guò)程中容易在水面興起波浪而產(chǎn)生興波阻力，所以縱流船型通常比側(cè)流船型的船舶阻力低很多。然而，較好的縱流船型多運(yùn)用于吃水較淺的內(nèi)河航道，因?yàn)楫?dāng)船寬與吃水比越大，越利于更多的水流沿船體底部進(jìn)行縱向流動(dòng)，普通雙尾鰭船型正是運(yùn)用這一原理在提高船體推進(jìn)性能的同時(shí)提高或保持優(yōu)秀的船舶阻力性能。通常，這類縱流船型的吃水比往往偏大，如大于6，普通雙尾鰭船型的船寬、吃水尺度選取也遵循這一規(guī)律。但普通雙尾鰭船型其吃水比值遠(yuǎn)達(dá)到9左右，故其底部中段縱流區(qū)域相對(duì)較寬，這樣一方面可以保證絕大部分水流經(jīng)船舶底部縱流段順暢的從首部流向尾部，使船舶阻力降到最小；另一方面可以保證有充足的水量形成槳前預(yù)旋流，使船舶推進(jìn)效率達(dá)到最大。對(duì)于大部分運(yùn)輸船舶而言，由于貨物裝載的需要其船舶吃水通常會(huì)比較大，結(jié)合深水港口對(duì)船舶長(zhǎng)、寬尺度要求，該類船舶的船寬吃水比的取值通常偏小。吃水比偏小的船舶如果直接套用普通雙尾鰭船型設(shè)計(jì)理念，其底部中段縱流區(qū)域相對(duì)較窄，從而無(wú)法使船 舶阻力和推進(jìn)效率的改善程度達(dá)到最佳。船模試驗(yàn)證明，如果把普通雙尾鰭船型直接應(yīng)用到該類尺度的船舶上，會(huì)出現(xiàn)船舶推進(jìn)效率有所改善的同時(shí)船舶阻力甚至出現(xiàn)急劇增大的現(xiàn)象，往往船舶阻力的增加程度超過(guò)了推進(jìn)性能的改善程度，從而造成船舶快速性不夠理想。從水動(dòng)力學(xué)角度分析，這種現(xiàn)象一方面是由于以上分析的縱流不夠造成的，另一方面是由于該船型螺旋槳軸線所在縱剖面至舷側(cè)區(qū)域的復(fù)雜流場(chǎng)。由于船舶尺度已經(jīng)確定，故無(wú)法改善縱流不足的缺陷，所以就必須通過(guò)仔細(xì)分析尾部側(cè)向復(fù)雜流場(chǎng)的形成機(jī)理、對(duì)該區(qū)域采取有效整流措施來(lái)達(dá)到該類尺度的船舶合理應(yīng)用優(yōu)秀雙尾鰭船型的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述問(wèn)題而提供了一種折角線型內(nèi)旋鰭尾船型。該船型是在內(nèi)旋鰭尾的船型的基礎(chǔ)上設(shè)置了一條雙尾鰭船型中的折角線，使該船型起到對(duì)縱流和側(cè)流的引導(dǎo)作用、達(dá)到整流效果。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種折角線型內(nèi)旋鰭尾船型，包括螺旋槳，所述折角線型內(nèi)旋鰭尾船型是在內(nèi)旋鰭尾的船型的基礎(chǔ)上設(shè)置一條折角線，所述折角線的位置在所述螺旋槳的軸外側(cè)沿船長(zhǎng)方向。進(jìn)一步地，所述螺旋槳的內(nèi)側(cè)采用渦槽尾橫剖面形式。優(yōu)選地，所述折角線型內(nèi)旋鰭尾船型的徑深比為0. 7 I. 5。進(jìn)一步地，所述折角線型內(nèi)旋鰭尾船型特別適用于吃水比小的船舶。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明船型是將內(nèi)旋鰭尾船型和雙尾鰭船型結(jié)合在一起，在內(nèi)旋鰭尾船型的基礎(chǔ)上設(shè)置了一條雙尾鰭船型中的折角線，使該船型起到對(duì)縱流和側(cè)流的引導(dǎo)作用、達(dá)到整流效果，最大可能的使船體尾部縱向和橫向流線順暢，減低船體阻力，解決了小寬吃水比尺度船舶所出現(xiàn)阻力較大的實(shí)際問(wèn)題。本發(fā)明船型的徑深比為0. 7 I. 5，在該徑深比下，未出現(xiàn)吸空現(xiàn)象，對(duì)船舶正常航行不造成任何影響。同時(shí)本發(fā)明船型在保證快速性能的同時(shí)，在快速性節(jié)方面還節(jié)能20%以上。
本發(fā)明船型包括內(nèi)旋鰭尾的船型，使其擁有類似雙球尾的橫剖面形態(tài)使得螺旋槳前伴流場(chǎng)分布均勻，從而螺旋槳在正常工作狀態(tài)下受力均勻而降低槳軸旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)；另一方面，由于其螺旋槳上方類似半導(dǎo)管的噴射效應(yīng)，有效降低螺旋槳上方激振力，減震降噪效果明顯且有效保證船體結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度。通過(guò)水池試驗(yàn)證明，內(nèi)旋鰭尾船型擁有非常優(yōu)秀的舒適性、可靠性。對(duì)船舶快速性而言，本發(fā)明基于內(nèi)旋鰭尾技術(shù)，在螺旋槳內(nèi)側(cè)區(qū)域采用渦槽尾橫剖面設(shè)計(jì)形式，從而有效提高螺旋槳伴流分?jǐn)?shù)和螺旋槳相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率，同時(shí)由于內(nèi)旋鰭尾可以容納更大直徑螺旋槳的特性使得螺旋槳敞水效率增大，最終有效提高船舶推進(jìn)效率。本發(fā)明船型還包括內(nèi)旋鰭尾的船型，使該船型具有快速性能。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種折角線型內(nèi)旋鰭尾船型橫剖面圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，一種折角線型內(nèi)旋鰭尾船型，包括螺旋槳。折角線型內(nèi)旋鰭尾船型是在內(nèi)旋鰭尾的船型的基礎(chǔ)上設(shè)置一條折角線1，折角線I的位置在所述螺旋槳的軸2外側(cè)沿船長(zhǎng)方向。本實(shí)施例船型在螺旋槳內(nèi)側(cè)區(qū)域采用普通內(nèi)旋鰭尾船型的渦槽尾橫剖形式、在螺旋槳外側(cè)區(qū)域借鑒采用雙尾鰭船型的折角線橫剖形式。一方面，通過(guò)在螺旋槳外側(cè)設(shè)置一條折角線1，將復(fù)雜的雙向曲度橫剖線改造成以折角線為分界的兩段單向曲度的橫剖線，從而起到對(duì)該區(qū)域縱流和側(cè)流的引導(dǎo)作用、達(dá)到整流效果，最大可能的使船體尾部縱向和橫向流線順暢，減低船體阻力，解決了小寬吃水比尺度船舶所出現(xiàn)阻力較大的實(shí)際問(wèn)題；另一方面，在螺旋槳內(nèi)側(cè)采用渦槽尾橫剖面形式，以伴流均勻化作用提高船身效率、以反槳效應(yīng)提高螺旋槳的相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率、以適用大直徑螺旋槳提高螺旋槳的敞水效率，從而綜合提高船舶推進(jìn)效率。以上從船舶阻力和船舶推進(jìn)兩方面共同提高船舶快速性。通過(guò)船模水池試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用折角內(nèi)旋鰭尾技術(shù)比應(yīng)用普通內(nèi)旋鰭尾技術(shù)在船舶推進(jìn)效率方面保持相當(dāng)?shù)膬?yōu)秀水平，而在船舶阻力方面折角內(nèi)旋鰭尾降低阻力達(dá)15%以上。本實(shí)施例的船型是以內(nèi)旋鰭尾船型作為基礎(chǔ)，內(nèi)旋鰭尾船型對(duì)船舶舒適性而言，一方面，由于內(nèi)旋鰭尾擁有類似雙球尾的橫剖面形態(tài)使得螺旋槳前伴流場(chǎng)分布均勻，從而螺旋槳在正常工作狀態(tài)下受力均勻而降低槳軸旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)；另一方面，由于其螺旋槳上方類似半導(dǎo)管的噴射效應(yīng)，有效降低螺旋槳上方激振力，減震降噪效果明顯且有效保證船體結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度。通過(guò)水池試驗(yàn)證明，內(nèi)旋鰭尾船型擁有非常優(yōu)秀的舒適性、可靠性。對(duì)船舶快速性而言，本實(shí)施例的船型基于內(nèi)旋鰭尾技術(shù)，在螺旋槳內(nèi)側(cè)區(qū)域采用渦槽尾橫剖面設(shè)計(jì)形式，從而有效提高螺旋槳伴流分?jǐn)?shù)和螺旋槳相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率，同時(shí)由于內(nèi)旋鰭尾可以容納更大直徑螺旋槳的特性使得螺旋槳敞水效率增大，最終有效提高船舶推進(jìn)效率。通過(guò)船模水池試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用內(nèi)旋鰭尾技術(shù)比應(yīng)用雙尾鰭技術(shù)在船舶推進(jìn)效率方面擁有20%的收益，卻在船舶阻力方面增加20%以上，綜合下來(lái)該類尺度船舶內(nèi)旋鰭尾船型的快速性稍遜于雙尾鰭船型。折角線I是雙鰭尾船型的一個(gè)重要特點(diǎn)，本實(shí)施例船型包括鰭尾船型。對(duì)雙尾鰭船型而言，尾鰭體與主船體的連接形式可以分為光滑曲線連接和折角線連接。通過(guò)對(duì)雙尾鰭船型的系列試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，折角線I連接形式雙尾鰭船型的船舶阻力比光滑曲線連接小得多。對(duì)船寬吃水比偏小的運(yùn)輸船舶而言，由于尺度因素引起的螺旋槳軸線所在縱剖面至船舶舷側(cè)區(qū)域的復(fù)雜流場(chǎng)主要由縱流部分和側(cè)流部分共同構(gòu)成，且二者所占比例相當(dāng)。縱流場(chǎng)和側(cè)流場(chǎng)本身并不會(huì)對(duì)船舶阻力造成太大的影響，但是兩種不同形態(tài)的水流在同一區(qū)域同時(shí)出現(xiàn)、共同作用，由二者之間的相互干涉及所引起的渦流能量損失將會(huì)造成船舶阻力的急劇增加，從而明顯降低船舶快速性。鑒于雙尾鰭船型的研究經(jīng)驗(yàn)和靈感，本實(shí)施例船型在其螺旋槳的軸2外側(cè)區(qū)域設(shè)置如圖一所示折角線，對(duì)該區(qū)域水體的縱向流動(dòng)和橫向流動(dòng)起引導(dǎo)作用，減少縱、橫流動(dòng)的干涉影響、使水流順暢，從而達(dá)到降低船舶阻力的效果。根據(jù)槳前軸向、周向伴流分布合理設(shè)計(jì)螺旋槳，由于大直徑螺旋槳的特點(diǎn)使得螺旋槳轉(zhuǎn)速下降，在推進(jìn)效率有效提高的同時(shí)需協(xié)調(diào)螺旋槳轉(zhuǎn)速和主機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。通過(guò)選擇較優(yōu)的齒輪箱減速比來(lái)實(shí)現(xiàn)主機(jī)與螺旋槳之間的傳動(dòng)，達(dá)到機(jī)、槳較佳配合的目標(biāo)，滿足節(jié)能減排、拓展主機(jī)功率和螺旋槳直徑應(yīng)用范圍的設(shè)計(jì)要求。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析得出結(jié)論，本實(shí)施例船型比應(yīng)用雙尾鰭技術(shù)在船舶快速性方面節(jié)能20%以上。 本實(shí)施例船型的徑深比為0. 7 I. 5，最佳為I. 3。在普通船型的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為保證船舶在輕載或部分裝載航行中螺旋槳正常工作狀態(tài)下不出現(xiàn)槳葉離開(kāi)水而暴露于空氣中的現(xiàn)象，且在滿載航行中不至于出現(xiàn)較大的螺旋槳激振力，船型設(shè)計(jì)的徑深比(螺旋槳直徑與設(shè)計(jì)吃水的比值)通常取為0. 7左右，一般都不大于I。于是，普通船型在壓載或部分裝載的航行狀態(tài)中需在船舶尾部壓載水艙內(nèi)裝載相當(dāng)數(shù)量的壓載水，以滿足船舶浮態(tài)要求。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到，船舶壓載水的過(guò)量使用將會(huì)帶來(lái)不必要的船舶能量損失和壓重的水體污染。本實(shí)施例船型引入的內(nèi)旋鰭尾船型完全具備解決船舶全生命周期無(wú)壓載水難題的技術(shù)可行性。一方面，通過(guò)對(duì)該船型模型試驗(yàn)的觀察可以確定本實(shí)施例船型的徑深比可以取到I. 3左右，在輕載航行且無(wú)壓載水的工況下即使船舶靜態(tài)下螺旋槳上方槳葉露出水面，而當(dāng)船舶航行起來(lái)后由于該船型特有的隧道效應(yīng)和螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)所形成的誘導(dǎo)作用使得水體自然充滿螺旋槳整個(gè)盤(pán)面而不會(huì)出現(xiàn)槳葉吸空現(xiàn)象，從而有效保護(hù)螺旋槳。另一方面，從水動(dòng)力機(jī)理分析，由于本實(shí)施例船型特有的類似半導(dǎo)管效應(yīng)，有效螺旋槳上方激振力，減震降噪效果明顯。所以，本實(shí)施例船型完全可以實(shí)現(xiàn)船舶全生命周期無(wú)壓載水。試驗(yàn)表明本實(shí)施例船型在徑深比達(dá)I. 3的試驗(yàn)狀態(tài)中螺旋槳工作正常，未出現(xiàn)吸空現(xiàn)象，對(duì)船舶正常航行不造成任何影響。本本實(shí)施例船型是將內(nèi)旋鰭尾船型和雙尾鰭船型結(jié)合在一起，在內(nèi)旋鰭尾船型的基礎(chǔ)上設(shè)置了一條雙尾鰭船型中的折角線，使該船型起到對(duì)縱流和側(cè)流的引導(dǎo)作用、達(dá)到整流效果，最大可能的使船體尾部縱向和橫向流線順暢，減低船體阻力，解決了小寬吃水比尺度船舶所出現(xiàn)阻力較大的實(shí)際問(wèn)題。該船型的徑深比為0. 7 I. 5，未出現(xiàn)吸空現(xiàn)象，對(duì)船舶正常航行不造成任何影響。本實(shí)施例船型包括內(nèi)旋鰭尾的船型，使本實(shí)施例船型擁有類似雙球尾的橫剖面形態(tài)使得螺旋槳前伴流場(chǎng)分布均勻，從而螺旋槳在正常工作狀態(tài)下受力均勻而降低槳軸旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)；另一方面，由于其螺旋槳上方類似半導(dǎo)管的噴射效應(yīng)，有效降低螺旋槳上方激振力，減震降噪效果明顯且有效保證船體結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度。通過(guò)水池試驗(yàn)證明，內(nèi)旋鰭尾船型擁有非常優(yōu)秀的舒適性、可靠性。對(duì)船舶快速性而言，本發(fā)明基于內(nèi)旋鰭尾技術(shù)，在螺旋槳內(nèi)側(cè)區(qū)域采用渦槽尾橫剖面設(shè)計(jì)形式，從而有效提高螺旋槳伴流分?jǐn)?shù)和螺旋槳相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率，同時(shí)由于內(nèi)旋鰭尾可以容納更大直徑螺旋槳的特性使得螺旋槳敞水效率增大，最終有效提高船舶推進(jìn)效率，同時(shí)內(nèi)旋鰭尾有較大的在推進(jìn)效率。本實(shí)施例船型還包括內(nèi)旋鰭尾的船型，使該船型具有快速性能。最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種折角線型內(nèi)旋鰭尾船型，包括螺旋槳，其特征在于，所述折角線型內(nèi)旋鰭尾船型是在內(nèi)旋鰭尾的船型的基礎(chǔ)上設(shè)置一條折角線，所述折角線的位置在所述螺旋槳的軸外側(cè)沿船長(zhǎng)方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的折角線型內(nèi)旋鰭尾船型，其特征在于，所述螺旋槳的內(nèi)側(cè)采用渦槽尾橫剖面形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的折角線型內(nèi)旋鰭尾船型，其特征在于，所述折角線型內(nèi)旋鰭尾船型的徑深比為0.7 1.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的折角線型內(nèi)旋鰭尾船型，其特征在于，所述折角線型內(nèi)旋鰭尾船型特別適用于吃水比小的船舶。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種折角線型內(nèi)旋鰭尾船型，屬于船舶技術(shù)領(lǐng)域。該船型包括螺旋槳，所述折角線型內(nèi)旋鰭尾船型是在內(nèi)旋鰭尾的船型的基礎(chǔ)上設(shè)置一條折角線，所述折角線的位置在所述螺旋槳的軸外側(cè)沿船長(zhǎng)方向。該船型能起到對(duì)縱流和側(cè)流的引導(dǎo)作用、達(dá)到整流效果。
文檔編號(hào)B63B3/40GK102745304SQ20121024740
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者嚴(yán)俊, 彭必業(yè), 王小紅, 范為 申請(qǐng)人:武漢武船海洋工程船舶設(shè)計(jì)有限公司