TW201339052A - 船舶的非對稱鰭翼裝置 - Google Patents

船舶的非對稱鰭翼裝置 Download PDF

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Abstract

一種船舶的非對稱鰭翼裝置，該船舶包括一個以一螺槳軸心線轉動的螺槳，且定義有一由該螺槳軸心線向上垂直延伸的起始線，該非對稱鰭翼裝置包含一設置於該船舶之右舷且與該起始線形成有一角度介於70°至110°之間的第一周向角的右舷鰭翼、一設置於該船舶之左舷且與該起始線形成有一角度介於225°至255°之間的第二周向角的第一左舷鰭翼，及一設置於該船舶之左舷且與該起始線形成有一角度介於285°至315°之間的第三周向角的第二左舷鰭翼。利用該右舷鰭翼、第一左舷鰭翼與該第二左舷鰭翼，改變該螺槳的進口流場以提升推進效率與航行速度。

Description

船舶的非對稱鰭翼裝置
本發明是有關於一種鰭翼，特別是指一種船舶的非對稱鰭翼裝置。
近年來，由於開發中國家的迅速竄起，使得開發中國家的消費力與對物資的需求日漸提升，相對的，使得國與國間貿易逐漸熱絡起來。國與國間的貿易除了仰賴航空貨運運送物品外，大宗或重量較重的貨物例如：汽車、機台...等，依舊需仰賴船舶進行運輸，造成各國對於船舶的需求也是與日俱增。
參閱圖1，現有船舶1包括一船殼11，及一具設於該船殼11上且位於水線10下方的螺槳12。該船舶1是利用該螺槳12轉動時螺槳葉片於水中產生向前或向後的推進力以驅動該船舶1。
由於螺槳12的結構與作動方式的關係，當該螺槳12產生推力的同時，也會同時產生極大的紊流同時帶動周圍流體旋轉運動而損耗能量(稱為旋向動能損失)，使得螺槳12需要更多的馬力輸入，若欲以增加螺槳12轉速的方式提高推進力，將會導致紊流與旋向動能損失大增，反而無助於提升船舶1的推進效率與航行速度。
為了提升推進效率與航行速度，相關業者研發出如圖2、3所示，中華人民共和國公告第1048461C號「船用反作用鰭板裝置」的技術，利用分別對應設置於螺槳12前方之左舷與右舷的6塊鰭板13，以改變流體的方向，提升螺槳12的推進效率及航行速度。
但是，一般說來該船舶1體積龐大，相對地該螺槳12與所述鰭板13也十分巨大，想當然，設置的鰭板13數量愈多成本也就愈高，因此，如何減少鰭板13的數量以降低成本，卻又能保有提升推進效率與航行速度的效果，成為相關業者所欲改善的目標。
因此，本發明之目的，即在提供一種結構簡單、成本低且能提升推進效率與航行速度之船舶的非對稱鰭翼裝置。
於是，本發明船舶的非對稱鰭翼裝置，該船舶包括一個以一螺槳軸心線轉動的螺槳，且定義有一由該螺槳軸心線向上垂直延伸的起始線。
該非對稱鰭翼裝置包含一設置於該船舶之右舷的右舷鰭翼、一設置於該船舶之左舷的第一左舷鰭翼，及一設置於該船舶之左舷的第二左舷鰭翼。
而從該船舶的船艉朝船艏方向看，該右舷鰭翼與該起始線形成有一角度介於70°至110°之間的第一周向角，而從該船舶的船艉朝船艏方向看，該第一左舷鰭翼與該起始線形成有一角度介於225°至255°之間的第二周向角，且從該船舶的船艉朝船艏方向看，該第二左舷鰭翼與該起始線形成有一角度介於285°至315°之間的第三周向角，其中，該右舷鰭翼、第一左舷鰭翼與該第二左舷鰭翼是以該螺槳軸心線為中心環繞設置而呈Y字形分佈。
本發明的有益效果在於：僅需利用概呈Y字形狀的非對稱鰭翼裝置，以適當攻角改變該螺槳的進口流場，使流體在進入螺槳前因該右舷鰭翼、第一左舷鰭翼與該第二左舷鰭翼產生與螺槳螺動方向相反的旋轉入流，以減少流體離開螺槳後之旋向動能損失，整體結構簡單、成本低且能提升推進效率與航行速度。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖4、5，本發明船舶的非對稱鰭翼裝置2之較佳實施例，該船舶200包括一個以一螺槳軸心線L為軸轉動的螺槳201、位於該螺槳軸心線L相反側的一右舷202與一左舷203，及一船艉204與一船艏205，且定義有一由該螺槳軸心線L向上垂直延伸的起始線S。
由船艉204朝該船艏205方向觀之，該非對稱鰭翼裝置2是設置於該螺槳201的前方，且包含一設置於該船舶200之右舷202的右舷鰭翼21、一設置於該船舶200之左舷203的第一左舷鰭翼22，及一設置於該船舶200之左舷203的第二左舷鰭翼23，其中，該右舷鰭翼21、第一左舷鰭翼22與該第二左舷鰭翼23是以該螺槳軸心線L為中心環繞設置。且該右舷鰭翼21、第一左舷鰭翼22與該第二左舷鰭翼23是與該螺槳201形成有一間隔0.2至2倍之螺槳201的直徑D的間距T。
該右舷鰭翼21具有一連接於該船舶200之右舷202的第一連接端211，及一由該第一連接端211以該螺槳軸心線L之徑向向外延伸的第一外端212；該第一左舷鰭翼22具有一連接於該船舶200之左舷203的第二連接端221，及一由該第二連接端221以該螺槳軸心線L之徑向向外延伸的第二外端222；該第二左舷鰭翼23具有一連接於該船舶200之左舷203的第三連接端231，及一由該第三連接端231以該螺槳軸心線L之徑向向外延伸的第三外端232。
由船艉204朝該船艏205方向觀之，並以該起始線S為0度，該右舷鰭翼21與該起始線S順時針方向形成有一角度介於70°至110°之間的第一周向角θ1，該第一左舷鰭翼22與該起始線S順時針方向形成有一角度介於225°至255°之間的第二周向角θ2，該第二左舷鰭翼23與該起始線S順時針方向形成有一角度介於285°至315°之間的第三周向角θ3。
再者，該右舷鰭翼21的第一外端212與該螺槳軸心線L的直線距離H1、該第一左舷鰭翼22的第二外端222與該螺槳軸心線L的直線距離H2，以及該第二左舷鰭翼23的第三外端232與該螺槳軸心線L的直線距離H3是介於該螺槳201之半徑R的1至1.2倍之間。
於本實施例中，該右舷鰭翼21、第一左舷鰭翼22與該第二左舷鰭翼23是如圖6所示概呈梯形，當然在實際應用上，該右舷鰭翼21、第一左舷鰭翼22與該第二左舷鰭翼23也可以如圖7所示概呈橢圓形，或如圖8所示概呈三角形，甚至是如圖9所示概呈矩形依然可達成相同的功效，並不以本實施例所限。
參閱圖5、10，由該第一外端212朝該第一連接端211方向觀之，該右舷鰭翼21是由該與該船艉204朝該船艏205方向向下傾斜，並與該螺槳軸心線L形成有一角度介於9°至15°之間的第一攻角α1。
參閱圖5、11，由該第二外端222朝該第二連接端221方向觀之，該第一左舷鰭翼22是由該與該船艉204朝該船艏205方向向下傾斜，並與該螺槳軸心線L形成有一角度介於4°至10°之間的第二攻角α2。
參閱圖5、12，由該第三外端232朝該第三連接端231方向觀之，該第二左舷鰭翼23是由該與該船艉204朝該船艏205方向向下傾斜，並與該螺槳軸心線L形成有一角度介於2°至8°之間的第三攻角α3。
為驗證上述該船舶的非對稱鰭翼裝置2的效果，發明人藉由台灣國際造船股份有限公司1,800 TEU貨櫃輪為例，在德國漢堡船模水槽(英文簡稱HSVA)進行模擬試驗，其結果如圖13與表一、二所示，其中，對照組是未安裝該非對稱鰭翼裝置2的實驗結果，而實驗組是安裝該非對稱鰭翼裝置2的實驗結果。
在實驗組中，該右舷鰭翼21、第一左舷鰭片22、第二左舷鰭片23是與該螺槳201的間距T是該螺槳201之直徑D的0.2倍。而該右舷鰭翼21與該起始線S形間的第一周向角θ1是90°、該第一左舷鰭翼22與該起始線S形間的第二周向角θ2是230°、該第二左舷鰭翼23與該起始線S形間的第二周向角θ3是300°、該右舷鰭翼21與該螺槳軸心線L間的第一攻角α1是13°，而該第一左舷鰭翼22及該第二左舷鰭翼23與該螺槳軸心線L間的第二攻角α2與第三攻角α3皆是4°。且該右舷鰭翼21的第一外端212與該螺槳軸心線L的直線距離H1、該第一左舷鰭翼22的第二外端222與該螺槳軸心線L的直線距離H2，以及該第二左舷鰭翼23的第三外端232與該螺槳軸心線L的直線距離H3是該螺槳201之半徑R的1.05倍。
在此要特別說明的是，於本較佳實施例中，所述直線距離H1、H2、H3皆等長，但是在實際應用上，所述所述直線距離H1、H2、H3也可不全然等長，只要在該螺槳201之半徑R的1至1.2倍之間即可達成相同的功效。
由表一、二與圖13可知，在馬力相同的情形下，安裝有該非對稱鰭翼裝置2之實驗組的船速確實高於未安裝該非對稱鰭翼裝置2之對照組的船速；而在相同船速的情下形，安裝有該非對稱鰭翼裝置2之實驗組所需馬力，較未安裝該非對稱鰭翼裝置2之對照組所需馬力節省了約5%，且實驗組之第一階螺槳葉起振力較對照組低，因此，安裝非對稱鰭翼裝置2能減低螺槳201的激振力及空蝕性能。
參閱圖14、15，本發明船舶的非對稱鰭翼裝置2的第二較佳實施例，大致是與該第一較佳實施例相似，不同的地方在於：該非對稱鰭翼裝置2還包含多個分別設於該右舷鰭翼21之第一外端212、該第一左舷鰭翼22之第二外端222，與該第二左舷鰭翼23之第三外端232的附屬物24。
由於本較佳實施例大致是與該第一較佳實施例相似，因此除了可以達成與該第一較佳實施例相同的功效外，利用所述附屬物24還能用以減弱壓力面與吸力面壓差產生的葉尖渦空泡。
在此要特別說明的是，所述附屬物24除了能如圖14、15所示概呈橢圓之流線體外，也可以是如圖16、17所示概呈板體，或是如圖18、19所示概呈彎弧形板體，依然可達成相同的功效，並不以本實施例所限。
綜上所述，本發明船舶的非對稱鰭翼裝置2僅需利用概呈Y型排列的該右舷鰭翼21、第一左舷鰭翼22與該第二左舷鰭翼23，即可改變該螺槳201的進口流場，使流體在進入螺槳201前因該右舷鰭翼21、第一左舷鰭翼22與該第二左舷鰭翼23產生額外的相對旋轉入流效應，以致流體離開螺槳201後之旋向動能損失降低，整體結構簡單、成本低，且能提升推進效率與航行速度，並減低螺槳激振力及改善空蝕性能，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2．．．非對稱鰭翼裝置
21．．．右舷鰭翼
211．．．第一連接端
212．．．第一外端
22．．．第一左舷鰭翼
221．．．第二連接端
222．．．第二外端
23．．．第二左舷鰭翼
231．．．第三連接端
232．．．第三外端
24．．．附屬物
θ1．．．第一周向角
θ2．．．第二周向角
θ3．．．第三周向角
α1．．．第一攻角
α2．．．第二攻角
α3．．．第三攻角
200．．．船舶
201．．．螺槳
202．．．右舷
203．．．左舷
204．．．船艉
205．．．船艏
L．．．螺槳軸心線
S．．．起始線
D．．．直徑
R．．．半徑
T．．．間距
H1~H3．．．直線距離
圖1是一部分側視圖，說明一現有船舶與螺槳的關係；
圖2是一側視圖，說明中華人民共和國公告第1048461C號「船用反作用鰭板裝置」發明專利；
圖3是一後視圖，輔助說明圖2；
圖4是一局部側視圖，說明本發明船舶的非對稱鰭翼裝置的第一較佳實施例；
圖5是一後視圖，說明該第一較佳實施例由船艉朝船艏觀之的型態；
圖6~9是局部仰視圖，說明該第一較佳實施中右舷鰭翼、第一左舷鰭翼與該第二左舷鰭翼的態樣；
圖10~12是局部側視圖，說明該第一較佳實施中第一、二、三攻角的態樣；
圖13是一比較圖，說明該第一較佳實施能減低螺槳激振力；及
圖14~19是由船艏往船艉方向觀之的示意圖，說明本發明船舶的非對稱鰭翼裝置之第二較佳實施例的態樣。
2．．．非對稱鰭翼裝置
21．．．右舷鰭翼
22．．．第一左舷鰭翼
23．．．第二左舷鰭翼
200．．．船舶
201．．．螺槳
202．．．右舷
204．．．船艉
205．．．船艏
L．．．螺槳軸心線
D．．．直徑
R．．．半徑
T．．．間距

Claims (8)

  1. 一種船舶的非對稱鰭翼裝置，該船舶包括一個以一螺槳軸心線轉動的螺槳，且定義有一由該螺槳軸心線向上垂直延伸的起始線，該非對稱鰭翼裝置包含：一右舷鰭翼，設置於該船舶之右舷，且從該船舶的船艉朝船艏方向看與該起始線形成有一角度介於70°至110°之間的第一周向角；一第一左舷鰭翼，設置於該船舶之左舷，且從該船舶的船艉朝船艏方向看與該起始線形成有一角度介於225°至255°之間的第二周向角；及一第二左舷鰭翼，設置於該船舶之左舷，且從該船舶的船艉朝船艏方向看與該起始線形成有一角度介於285°至315°之間的第三周向角，其中，該右舷鰭翼、第一左舷鰭翼與該第二左舷鰭翼是以該螺槳軸心線為中心環繞設置而呈Y字形分佈。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述船舶的非對稱鰭翼裝置，其中，該右舷鰭翼具有一連接於該船舶之右舷的第一連接端，及一由該第一連接端以該螺槳軸心線之徑向向外延伸的第一外端，由該第一外端朝該第一連接端方向觀之，該右舷鰭翼是由該與該船舶船之艉朝該船舶船之艏方向向下傾斜，並與該螺槳軸心線形成有一角度介於9°至15°之間的第一攻角。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述船舶的非對稱鰭翼裝置，其中，該第一左舷鰭翼具有一連接於該船舶之左舷的第二連接端，及一由該第二連接端以該螺槳軸心線之徑向向外延伸的第二外端，由該第二外端朝該第二連接端方向觀之，該第一左舷鰭翼是由該與該船舶之船艉朝該船舶之船艏方向向下傾斜，並與該螺槳軸心線形成有一角度介於4°至10°之間的第二攻角。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述船舶的非對稱鰭翼裝置，其中，該第二左舷鰭翼具有一連接於該船舶之左舷的第三連接端，及一由該第三連接端以該螺槳軸心線之徑向向外延伸的第三外端，由該第三外端朝該第三連接端方向觀之，該第二左舷鰭翼是由該與該船舶之船艉朝該船舶之船艏方向向下傾斜，並與該螺槳軸心線形成有一角度介於2°至8°之間的第三攻角。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述船舶的非對稱鰭翼裝置，其中，該右舷鰭翼的第一外端與該螺槳軸心線的直線距離、該第一左舷鰭翼的第二外端與該螺槳軸心線的直線距離，及該第二左舷鰭翼的第三外端與該螺槳軸心線的直線距離都介於該螺槳之半徑的1至1.2倍之間。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述船舶的非對稱鰭翼裝置，還包含多個分別設於該右舷鰭翼之第一外端、該第一左舷鰭翼之第二外端，與該第二左舷鰭翼之第三外端的附屬物。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述船舶的非對稱鰭翼裝置，其中，該右舷鰭翼、第一左舷鰭翼與該第二左舷鰭翼是呈梯形、矩形、三角形或橢圓形。
  8. 根據申請專利範圍第1至7項中任一項所述船舶的非對稱鰭翼裝置，其中，該右舷鰭翼、第一左舷鰭翼與該第二左舷鰭翼是與該螺槳間形成有一介於0.2至2倍螺槳之直徑的間距。
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