CN101898631A - 基于舵球式推力鳍的船舵装置 - Google Patents

基于舵球式推力鳍的船舵装置 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供基于舵球式推力鳍的船舵装置。包括船舵、螺旋桨、舵球和推力鳍，舵球安装在船舵的前部、且舵球的中心正对螺旋桨轴心线，两个推力鳍安装在舵球的左侧和右侧。本发明结构合理、安装简便、节能效果好、低噪声、成本低、易于对现有旧船进行改造。

Description

基于舵球式推力鳍的船舵装置
技术领域
本发明涉及的是一种船舶推进及节能技术设备领域的船舵装置。
背景技术
高涨的燃油成本、持续增长的燃油需求以及国际海事组织(IMO)明确提出了船舶能效设计指数(EEDI)和船舶能效运营指数(EEOI)的执行时间表，使得船舶节能问题显得尤为迫切。节能减排问题已成为世界各国政府、实业界和科技部门密切关注的问题。
船舶主要节能措施有：开展优秀船型的研究，发展高效推进器以及开发水动力节能附加装置等。由于优化船体型线以及优选动力装置措施一般只能使用在船舶设计之初，一旦固定将很难改变，具有很大的局限性。而开发新型水动力节能装置具有更大的灵活性，易于对现有的旧船进行改造，安装简便、成本低，在节能以及降低噪声方面都有着较好的应用效果，应用前景十分广阔。
传统的舵附推力鳍是一种回收螺旋桨尾流能量的节能装置，它安装在舵的两侧吸收螺旋桨尾流的旋转能量起到助推节能的作用。根据日本的实验资料以及相关的实船使用效果，传统的舵附推力鳍的助推效率可达到3％左右，仍有上升的空间。
发明内容
本发明的目的在于提供助推效率高、节能效果好、噪声低、成本低的基于舵球式推力鳍的船舵装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明基于舵球式推力鳍的船舵装置，包括船舵和螺旋桨，其特征是：还包括舵球和推力鳍，舵球安装在船舵的前部、且舵球的中心正对螺旋桨轴心线，两个推力鳍安装在舵球的左侧和右侧。
本发明基于舵球式推力鳍的船舵装置还可以包括：
所述的舵球为椭球形的回转体，两个推力鳍的安装角相反。
本发明的优势在于：本发明结构合理、安装简便、节能效果好、低噪声、成本低、易于对现有旧船进行改造。
附图说明
图1为本发明的第一三维图；
图2为本发明的第二三维图；
图3为本发明的侧视图；
图4为本发明的示意图；
图5为本发明的第一俯视图；
图6为本发明第二的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1～6，本发明基于舵球式推力鳍的船舵装置，包括船舵2和螺旋桨1，其特征是：还包括舵球3和推力鳍4，舵球3安装在船舵2的前部、且舵球3的中心正对螺旋桨1轴心线，两个推力鳍4安装在舵球3的左侧和右侧。所述的舵球3为椭球形的回转体，两个推力鳍4的安装角相反。
舵球3的主要几何参数舵球3直径主要与螺旋桨1直径或毂径有关。一般认为舵球3直径与螺旋桨1直径之比取0.2-0.216范围较合适，同时舵球3直径要大于桨毂直径。舵球3的主要位置参数是与其螺旋桨1或桨毂的距离有关，已有研究结果表明此距离越近越好，距离限制主要出于工艺性的考虑，以便螺旋桨1的拆装为宜。
推力鳍4的叶剖面类型一般采用NACA翼型或Clark-Y翼型。推力鳍4展长越大，展弦比越大，升力越大，但其摩擦阻力亦越大，所以推力鳍4展长应取螺旋桨1尾流场半径大小为最佳。如从桨后看螺旋桨1是顺时针旋转，则螺旋桨1的周向诱导速度在舵的左侧是向上的，右侧是向下的，因此推力鳍4的安装角也是相反的，如图4所示，从而显著地增加推力。推力鳍4的安装角越大，则其有效攻角亦越大，其升力及阻力在其有效攻角较小时亦随之增大，但两者在轴向的合力，即助推力并非随之增大，它存在最佳值，同时随螺旋桨1进速系数变化，一般在4-7度之间。推力鳍4垂向位置置于离桨轴线最近处，其助推效率最大。因为鳍的推力与其平面的面积成正比，同时离毂涡较近，其周向诱导速度最大。但是就实际而言螺旋桨1工作在船尾复杂、不均匀的伴流中，装置推力鳍4时，应略高于船舶螺旋桨1轴中心线位置。此外，舵球与推力鳍的具体参数应根据所使用的螺旋桨和舵的类型和尺寸来酌情选择。
根据悬臂理论，如果将彼此分离的两个推力鳍4安装到舵球3上，则会在舵球3与推力鳍4的连接处施加较大的应力，从而，需在连接处周围进行加固，同时，舵球3与船舵2的连接处也存在相同的问题。为了解决上述问题，将所述舵球式推力鳍装置制造成一体化的结构，从而简化了制造工艺且增加了强度。
此种回收船舶螺旋桨尾流能量的水动力节能装置结合了传统的舵球节能装置与传统的舵附推力鳍节能装置两者的优点。舵球3即可以减小螺旋桨1后中心部位的低压区，降低该区紊乱的水流，从而减小这部分的能量损失；同时，装置在舵球3上的推力鳍4又可以回收螺旋桨1后旋转能量起到助推节能的作用。
目前，已应用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT进行流场仿真分析，采用基于粘性流场的RANS方法对螺旋桨1与舵球式推力鳍进行水动力性能的数值预报，验证安装舵球式推力鳍的节能性。FLUENT是目前在流体，热传递及化学反应等有关的工业方面功能最全面、适用性最广、使用最广泛的CFD软件之一。而RANS方法也是适用于螺旋桨与舵相互干扰水动力性能的高精度、稳定、高效的理论计算方法。计算表明舵球式推力鳍装置最大助推效率可达到6％左右，是一种极为优秀的船舶水动力节能装置。

Claims (2)

1.基于舵球式推力鳍的船舵装置，包括船舵和螺旋桨，其特征是：还包括舵球和推力鳍，舵球安装在船舵的前部、且舵球的中心正对螺旋桨轴心线，两个推力鳍安装在舵球的左侧和右侧。
2.根据权利要求1所述的基于舵球式推力鳍的船舵装置，其特征是：所述的舵球为椭球形的回转体，两个推力鳍的安装角相反。
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