CN101234667B - 船舶的非对称预旋定子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶的非对称预旋定子。本发明为了提高低速非大船的速度性能而设置适用于船尾螺旋桨的前方的预旋定子，考虑船体反流的特性以及螺旋桨的旋转方向等，以多种非对称的形状设置预旋定子，以便使螺旋桨的负荷分布均匀，从而进一步提高螺旋桨的效率以及气穴现象特性。

Description

船舶的非对称预旋定子

技术领域

本发明涉及一种船舶的非对称预旋定子。

考虑船体尾流(wake)的特性以及螺旋桨的旋转方向等，本发明以多种非对称形式设置预旋定子，以便使螺旋桨的负荷分布均匀，从而进一步提高螺旋桨的效率以及气穴现象(cavitation)特性。

背景技术

通常，为了提高船舶的推进性能，在船舶上设置预旋定子，以便使螺旋桨(propeller)发挥最大的推进性能，该螺旋桨用于旋转流入螺旋桨的流入流的切线方向速度成分。

按照上述的方法设置的预旋定子(preswirl stator)通常在螺旋桨向前旋转、船体向前航行时，使船尾部分的水流弯向旋转方向相反的方向，重新送到螺旋桨处，从而减少产生在螺旋桨后方的旋转流，提高螺旋桨的推进效率，一般情况下，随着螺旋桨的旋转，在后方的水中产生与螺旋桨的旋转方向相同方向的旋转流，这种旋转流未使用于船体的推进，反而降低相当于那部分能量的螺旋桨的推进效率。从而，减少这样的旋转流，则可以增加相当程度的螺旋桨的推进效率，因此为了产生与螺旋桨的旋转方向相反方向的旋转流而设置预旋定子。

在低速且非大船的情况下，如图11所示，由船尾形状引起的螺旋桨平面上的上升速度大，所以在左舷和右舷由船舶引起的切向速度使得螺旋桨在左舷启动时和在右舷启动时流入螺旋桨的水流的迎角(Angle of Attack)相差很大，因此，如图12所示，在紧靠螺旋桨的后面处测量流速时，左右侧的残留切向速度相差很大。

由此可知，以回收螺旋桨的旋转能量来提高效率为目的设置的预旋定子被对称设计时，导致相对多余地出现右舷侧上的切向速度对消(Tangential Velocity Cancellation)的结果。

发明内容

本发明的目的在于，考虑船体反流的特性以及螺旋桨的旋转方向等，以多种非对称的形状设置预旋定子，以便使得螺旋桨的负荷分布均匀，从而进一步提高螺旋桨的效率以及气穴现象特性。

本发明是为了提高低速非大船的速度性能而设置适用于船尾螺旋桨的前方的预旋定子，考虑船体反流的特性以及螺旋桨的旋转方向等，以多种形式的非对称结构来设置预旋定子，以便使螺旋桨的负荷分布均匀，从而进一步提高螺旋桨的效率以及气穴现象特性。

在本发明的一个方面中，提供了一种船舶的非对称预旋定子，其特征在于，设置预旋定子时，以轴方向的中心线为基准，在右舷侧不设置所述预旋定子，只在左舷侧分别相隔45度完全非对称地呈放射状地设置3个所述预旋定子。

根据本发明的一个方面的船舶的非对称预旋定子能够解决上述现有技术中存在的“随着螺旋桨的旋转，在后方的水中产生与螺旋桨的旋转方向相同方向的旋转流，这种旋转流未使用于船体的推进，反而降低相当于那部分能量的螺旋桨的推进效率”这一技术问题，从而能够提高螺旋桨的效率以及气穴现象特性。

在本发明的另一方面中，提供了一种船舶的非对称预旋定子，其特征在于，以轴方向的中心线为基准，在两侧呈放射状地设置预旋定子的低速且非大船的预旋定子的设置结构中，以轴方向的中心线为基准，在左舷侧呈放射状地设置3个预旋定子，在右舷侧以轴方向的中心线为基准非对称地设置1个预旋定子。

根据本发明的另一方面的船舶的非对称预旋定子能够解决上述现有技术中存在的“随着螺旋桨的旋转，在后方的水中产生与螺旋桨的旋转方向相同方向的旋转流，这种旋转流未使用于船体的推进，反而降低相当于那部分能量的螺旋桨的推进效率”这一技术问题，从而能够提高螺旋桨的效率以及气穴现象特性。

根据本发明的又一方面，提供了一种船舶的非对称预旋定子，其特征在于，所述预旋定子设置在船尾的螺旋桨的前方，预旋定子非对称地设置在左舷和右舷，非对称设置的所述预旋定子，在左舷侧以分别相隔45度的角度设置3个所述预旋定子，在右舷侧以分别相隔60度的角度设置2个所述预旋定子，并且，以左舷侧预旋定子的翼弦长度的75％～85％的程度缩短所述右舷侧预旋定子的翼弦长度。

根据本发明的又一方面的船舶的非对称预旋定子能够解决上述现有技术中存在的“随着螺旋桨的旋转，在后方的水中产生与螺旋桨的旋转方向相同方向的旋转流，这种旋转流未使用于船体的推进，反而降低相当于那部分能量的螺旋桨的推进效率”这一技术问题，从而能够提高螺旋桨的效率以及气穴现象特性。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的预旋定子的设置状态立体图；

图2是示出根据本发明第一实施例的预旋定子的设置状态侧面构成图；

图3是根据本发明第一实施例的预旋定子的正面构成图；

图4是示出根据本发明第一实施例的预旋定子的示意性侧面构成图；

图5是示出根据本发明第二实施例的预旋定子的设置状态立体图；

图6是示出根据本发明第二实施例的预旋定子的设置状态的侧面构成图；

图7是根据本发明第二实施例的预旋定子的正面构成图；

图8是根据本发明第二实施例的预旋定子的示意性侧面构成图；

图9是根据本发明第三实施例的预旋定子的正面构成图；

图10是示出现有预旋定子的设置状态的侧面构成图；

图11是在通常低速且非大船中可以看到的在螺旋桨平面上的切线速度的示意图；

图12是在通常的低速且非大船的螺旋桨后方测量流速的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明根据本发明第一实施例的船舶的非对称预旋定子。

图1是示出根据本发明第一实施例的预旋定子的设置状态立体图，图2是示出根据本发明第一实施例的预旋定子的设置状态的侧面构成图，图3是根据本发明第一实施例的预旋定子的正面构成图，图4是根据本发明第一实施例的预旋定子的示意性侧面构成图。

本发明的特征在于，在设置预旋定子1时，以轴方向中心线为基准，右舷侧不设置上述的预旋定子1，而仅在左舷侧分别相隔45度地完全非对称状态呈放射形设置3个预旋定子1，从而提高螺旋桨的效率以及气穴现象特性。

如图3所示，本发明引入完全非对称预旋定子1的概念，在左舷设置3个预旋定子1，在右舷不设置预旋定子1。

即，由于在右舷侧未使用预旋定子1，因此，右舷侧的轴向速度变快，且由于流入螺旋桨2的流入流的扰乱现象消失，螺旋桨2的负荷分布变得均匀，从而可以提高螺旋桨2的效率以及气穴现象特性。

对此进一步详细地说明，则在左舷侧分别以45度设置3个预旋定子1，在右舷侧不设置预旋定子1，相对轴方向的中心线，优选地，左舷侧的各预旋定子1中的最上边的预旋定子1的角度最小，最下边的预旋定子1的角度最大，中间的预旋定子1具有上述2个预旋定子1中间程度的螺距角。

优选地，上述左舷侧的各预旋定子1的螺距角，相对轴方向的中心线从上到下分别倾斜17度、19度、23度来设置。

与以现有结构设置的预旋定子1相比，以如上述结构提供的本发明可以提高3～4％的效率之外，与现有的对称形反作用桨栓(reaction pin)相比，减少了约40吨的重量，从而从经济上来说非常有利，并且，由于螺旋桨2的负荷变得均匀，从而提高螺旋桨2的效率以及气穴现象特性。

以下，参照附图详细说明根据本发明的第二实施例的船舶的非对称预旋定子。

图5是示出根据本发明第二实施例的预旋定子的设置状态的立体图，图6是根据本发明第二实施例的预旋定子的设置状态的侧面构成图，图7是根据本发明第二实施例的预旋定子的正面构成图，图8是根据本发明第二实施例的预旋定子的示意性侧面构成图。

本发明的特征在于，在以轴方向的中心线为基准，在两侧呈放射状地设置有预旋定子1的低速且非大船的预旋定子1的设置结构中，以轴方向的中心线为基准，沿左舷侧呈放射形设置3个预旋定子1，在右舷侧以轴方向的中心线为基准，将1个预旋定子1设置成非对称结构，从而提高螺旋桨的效率以及气穴现象特性。

以上述结构提供的本发明，以轴方向的中心线为基准，在左舷侧相隔45度呈放射状地设置3个预旋定子1，并且，相对每个轴方向的中心线，将上述左舷侧的各预旋定子1中的最上边的预旋定子1设置成17度，最下边的预旋定子1设置成23度，而中间的预旋定子1设置成19度，以便其具有上述2个预旋定子1的中间程度的螺距角，另一方面，在右舷侧以轴方向的中心线为基准水平设置单一的预旋定子1。

如图7所示，本发明引入深化的非对称预旋定子概念，由船体抵消了相当部分的右舷侧上的切向速度，从而在左舷设置3个预旋定子1，而在右舷设置1个预旋定子1。

如上述，右舷侧上的预旋定子1的数量定为单数，因此右舷侧上的轴向速度变快，从而螺旋桨负荷分布变得均匀，由此可以提高螺旋桨的效率以及气穴现象特性。

对此进行进一步的说明，则在左舷侧分别相隔45度设置3个预旋定子1，在右舷侧水平方向设置1个预旋定子1，优选地，相对轴方向的中心线，左舷侧的各预旋定子1中，最上边的预旋定子1的角度最小，最下边的预旋定子1的角度最大，中间的预旋定子1具有上述2个预旋定子1的中间程度的螺距角，且右舷侧预旋定子1的螺距角优选地相对轴方向的中心线从上边开始以22度或者28度倾斜设置。

提供如上述结构的本发明带来如下效果：与具有现有结构的预旋定子1相比提高1～2％的效率的同时，与现有的对称形反作用桨栓相比减少了约25吨的重量，从而从经济上非常有利，并且，由于螺旋桨2的负荷变为均匀，从而提高了螺旋桨2的效率以及气穴现象特性。

以下，参照附图详细说明根据本发明的第三实施例的船舶的非对称预旋定子。

如图9所示，本发明引入非对称预旋定子1的概念，由船体抵消了相当部分的右舷侧上的切向速度，所以去除该部分的1个预旋定子1，在左舷设置3个，在右舷设置2个，从而将不必要的抵抗最小化。

此外，为了配合理想的来流(on-comming flow)迎角，右舷侧的预旋定子1的螺距角相对变大，由此堵住流入螺旋桨2的轴的流动，从而增大该部分的螺旋桨2的负荷，从而使由船体引起的上升流动以及螺旋桨2负荷的不均匀更为严重。

因此，不仅减少右舷侧的1个预旋定子1，而且优选地将该侧的翼的翼弦(chord)长度(舷的长度)以及相反侧翼的翼弦长度缩短至75％～85％，且在约80％的长度之处显示最理想的结果。

如上述，通过减少1个右舷侧的预旋定子1以及缩短翼弦长度，右舷侧上的轴向速度变快，通过这种作用，螺旋桨2的负荷分布变得均匀，由此可以大幅度提高螺旋桨2的自身效率以及气穴现象特性。

也就是说，本发明在左舷侧分别以45度的角度设置3个预旋定子1，在右舷侧分别以60度的角度设置2个预旋定子1，相对轴方向的中心线，各预旋定子1中，左舷侧的最上边的角度最大，中间的角度最小，最下边的具有上述2个的中间程度的角度，优选地，右舷侧的预旋定子1中，相对于轴方向的中心线，上边的具有与左舷侧的预旋定子1中的最上边的相同的角度，下边的具有大于左舷侧的下边2个之和的角度。

最优选的将各预旋定子1设置成：相对轴方向的中心线，其螺距角为将左舷侧设置成从上边分别是12度、6度、10度，将右舷侧设置成从上边分别为12度、18度。

以上示出并说明了本发明的优选实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在不背离权利要求范围中的本发明的原则的情况下，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种变形，且上述变形均属于权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种船舶的非对称预旋定子，其特征在于，设置预旋定子(1)时，以轴方向的中心线为基准，在右舷侧不设置所述预旋定子(1)，只在左舷侧分别相隔45度完全非对称地呈放射状地设置3个所述预旋定子(1)，提高螺旋桨的效率以及气穴现象特性。

2.根据权利要求1所述的船舶的非对称预旋定子，其特征在于，相对轴方向的中心线，所述左舷侧的各预旋定子(1)中最上边的预旋定子(1)的角度最小，最下边的预旋定子(1)的角度最大，中间的预旋定子(1)具有所述2个预旋定子(1)的中间程度的螺距角。

3.根据权利要求2所述的船舶的非对称预旋定子，其特征在于，相对于轴方向的中心线，左舷侧的各预旋定子(1)的螺距角从上开始分别以17度、19度、23度的角度倾斜设置。

4.一种船舶的非对称预旋定子，其特征在于，以轴方向的中心线为基准，在两侧呈放射状地设置预旋定子(1)的低速且非大船的预旋定子(1)的设置结构中，以轴方向的中心线为基准，在左舷侧呈放射状地设置3个预旋定子(1)，在右舷侧以轴方向的中心线为基准非对称地设置1个预旋定子(1)，从而提高旋桨的效率以及气穴现象特性。

5.根据权利要求4所述的船舶的非对称预旋定子，其特征在于，左舷侧所设置的3个所述预旋定子(1)相隔45度呈放射状地设置，并且，相对轴方向的中心线，所述左舷侧的各预旋定子(1)中最上边的预旋定子(1)设置成17度，最下边的预旋定子(1)设置成23度，而中间的预旋定子(1)设置成19度，以便使其具有所述2个固定翼(1)中间程度的螺距角，另一方面，在右舷侧，以轴方向的中心线为基准，在中央水平设置单一的预旋定子(1)。

6.根据权利要求4或5中任一项所述的船舶的非对称预旋定子，其特征在于，以所述右舷侧的轴方向的中心线为基准设置在中央的单一预旋定子(1)相对轴方向的中心线从上边开始以22度或者28度倾斜设置螺距角。

7.一种船舶的非对称预旋定子，其特征在于，所述预旋定子(1)设置在船尾的螺旋桨的前方，预旋定子(1)非对称地设置在左舷和右舷，非对称设置的所述预旋定子(1)，在左舷侧以分别相隔45度的角度设置3个所述预旋定子(1)，在右舷侧以分别相隔60度的角度设置2个所述预旋定子(1)，并且，以左舷侧预旋定子(1)的翼弦长度的75％～85％的程度缩短所述右舷侧预旋定子(1)的翼弦长度。

8.根据权利要求7所述的船舶的非对称预旋定子，其特征在于，左舷侧的预旋定子(1)的相对轴方向的中心线的角度从上边开始分别是12度、6度、10度，右舷侧的预旋定子(1)的相对轴方向的中心线的角度从上边开始分别是12度、18度。

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