專利名稱：基于舵球式推力鰭的船舵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種船舶推進(jìn)及節(jié)能技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域的船舵裝置。
背景技術(shù)：
高漲的燃油成本、持續(xù)增長的燃油需求以及國際海事組織(IMO)明確提出了船舶 能效設(shè)計(jì)指數(shù)(EEDI)和船舶能效運(yùn)營指數(shù)(EEOI)的執(zhí)行時(shí)間表，使得船舶節(jié)能問題顯得 尤為迫切。節(jié)能減排問題已成為世界各國政府、實(shí)業(yè)界和科技部門密切關(guān)注的問題。船舶主要節(jié)能措施有開展優(yōu)秀船型的研究，發(fā)展高效推進(jìn)器以及開發(fā)水動(dòng)力節(jié) 能附加裝置等。由于優(yōu)化船體型線以及優(yōu)選動(dòng)力裝置措施一般只能使用在船舶設(shè)計(jì)之初， 一旦固定將很難改變，具有很大的局限性。而開發(fā)新型水動(dòng)力節(jié)能裝置具有更大的靈活性， 易于對現(xiàn)有的舊船進(jìn)行改造，安裝簡便、成本低，在節(jié)能以及降低噪聲方面都有著較好的應(yīng) 用效果，應(yīng)用前景十分廣闊。傳統(tǒng)的舵附推力鰭是一種回收螺旋槳尾流能量的節(jié)能裝置，它安裝在舵的兩側(cè)吸 收螺旋槳尾流的旋轉(zhuǎn)能量起到助推節(jié)能的作用。根據(jù)日本的實(shí)驗(yàn)資料以及相關(guān)的實(shí)船使用 效果，傳統(tǒng)的舵附推力鰭的助推效率可達(dá)到3%左右，仍有上升的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供助推效率高、節(jié)能效果好、噪聲低、成本低的基于舵球式推 力鰭的船舵裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明基于舵球式推力鰭的船舵裝置，包括船舵和螺旋槳，其特征是還包括舵球 和推力鰭，舵球安裝在船舵的前部、且舵球的中心正對螺旋槳軸心線，兩個(gè)推力鰭安裝在舵 球的左側(cè)和右側(cè)。本發(fā)明基于舵球式推力鰭的船舵裝置還可以包括所述的舵球?yàn)闄E球形的回轉(zhuǎn)體，兩個(gè)推力鰭的安裝角相反。本發(fā)明的優(yōu)勢在于本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、安裝簡便、節(jié)能效果好、低噪聲、成本低、易 于對現(xiàn)有舊船進(jìn)行改造。


圖1為本發(fā)明的第一三維圖；圖2為本發(fā)明的第二三維圖；圖3為本發(fā)明的側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明的示意圖；圖5為本發(fā)明的第一俯視圖；圖6為本發(fā)明第二的俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 6，本發(fā)明基于舵球式推力鰭的船舵裝置，包括船舵2和螺旋槳1，其特 征是還包括舵球3和推力鰭4，舵球3安裝在船舵2的前部、且舵球3的中心正對螺旋槳 1軸心線，兩個(gè)推力鰭4安裝在舵球3的左側(cè)和右側(cè)。所述的舵球3為橢球形的回轉(zhuǎn)體，兩 個(gè)推力鰭4的安裝角相反。舵球3的主要幾何參數(shù)舵球3直徑主要與螺旋槳1直徑或轂徑有關(guān)。一般認(rèn)為舵 球3直徑與螺旋槳1直徑之比取0. 2-0. 216范圍較合適，同時(shí)舵球3直徑要大于槳轂直徑。 舵球3的主要位置參數(shù)是與其螺旋槳1或槳轂的距離有關(guān)，已有研究結(jié)果表明此距離越近 越好，距離限制主要出于工藝性的考慮，以便螺旋槳1的拆裝為宜。推力鰭4的葉剖面類型一般采用NACA翼型或Clark-Y翼型。推力鰭4展長越大， 展弦比越大，升力越大，但其摩擦阻力亦越大，所以推力鰭4展長應(yīng)取螺旋槳1尾流場半徑 大小為最佳。如從槳后看螺旋槳1是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則螺旋槳1的周向誘導(dǎo)速度在舵的左側(cè) 是向上的，右側(cè)是向下的，因此推力鰭4的安裝角也是相反的，如圖4所示，從而顯著地增加 推力。推力鰭4的安裝角越大，則其有效攻角亦越大，其升力及阻力在其有效攻角較小時(shí) 亦隨之增大，但兩者在軸向的合力，即助推力并非隨之增大，它存在最佳值，同時(shí)隨螺旋槳1 進(jìn)速系數(shù)變化，一般在4-7度之間。推力鰭4垂向位置置于離槳軸線最近處，其助推效率最 大。因?yàn)轹挼耐屏εc其平面的面積成正比，同時(shí)離轂渦較近，其周向誘導(dǎo)速度最大。但是就 實(shí)際而言螺旋槳1工作在船尾復(fù)雜、不均勻的伴流中，裝置推力鰭4時(shí)，應(yīng)略高于船舶螺旋 槳1軸中心線位置。此外，舵球與推力鰭的具體參數(shù)應(yīng)根據(jù)所使用的螺旋槳和舵的類型和 尺寸來酌情選擇。根據(jù)懸臂理論，如果將彼此分離的兩個(gè)推力鰭4安裝到舵球3上，則會(huì)在舵球3與 推力鰭4的連接處施加較大的應(yīng)力，從而，需在連接處周圍進(jìn)行加固，同時(shí)，舵球3與船舵2 的連接處也存在相同的問題。為了解決上述問題，將所述舵球式推力鰭裝置制造成一體化 的結(jié)構(gòu)，從而簡化了制造工藝且增加了強(qiáng)度。此種回收船舶螺旋槳尾流能量的水動(dòng)力節(jié)能裝置結(jié)合了傳統(tǒng)的舵球節(jié)能裝置與 傳統(tǒng)的舵附推力鰭節(jié)能裝置兩者的優(yōu)點(diǎn)。舵球3即可以減小螺旋槳1后中心部位的低壓區(qū)， 降低該區(qū)紊亂的水流，從而減小這部分的能量損失；同時(shí)，裝置在舵球3上的推力鰭4又可 以回收螺旋槳1后旋轉(zhuǎn)能量起到助推節(jié)能的作用。目前，已應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件FLUENT進(jìn)行流場仿真分析，采用基于粘 性流場的RANS方法對螺旋槳1與舵球式推力鰭進(jìn)行水動(dòng)力性能的數(shù)值預(yù)報(bào)，驗(yàn)證安裝舵球 式推力鰭的節(jié)能性。FLUENT是目前在流體，熱傳遞及化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)方面功能最全 面、適用性最廣、使用最廣泛的CFD軟件之一。而RANS方法也是適用于螺旋槳與舵相互干 擾水動(dòng)力性能的高精度、穩(wěn)定、高效的理論計(jì)算方法。計(jì)算表明舵球式推力鰭裝置最大助推 效率可達(dá)到6%左右，是一種極為優(yōu)秀的船舶水動(dòng)力節(jié)能裝置。
權(quán)利要求
基于舵球式推力鰭的船舵裝置，包括船舵和螺旋槳，其特征是還包括舵球和推力鰭，舵球安裝在船舵的前部、且舵球的中心正對螺旋槳軸心線，兩個(gè)推力鰭安裝在舵球的左側(cè)和右側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于舵球式推力鰭的船舵裝置，其特征是所述的舵球?yàn)闄E 球形的回轉(zhuǎn)體，兩個(gè)推力鰭的安裝角相反。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供基于舵球式推力鰭的船舵裝置。包括船舵、螺旋槳、舵球和推力鰭，舵球安裝在船舵的前部、且舵球的中心正對螺旋槳軸心線，兩個(gè)推力鰭安裝在舵球的左側(cè)和右側(cè)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、安裝簡便、節(jié)能效果好、低噪聲、成本低、易于對現(xiàn)有舊船進(jìn)行改造。
文檔編號B63H5/07GK101898631SQ20101023533
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者于凱, 常欣, 胡文婷, 郭春雨, 黃勝 申請人:哈爾濱工程大學(xué)