用于右旋单桨船的预旋扇形导管的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于右旋单桨船的预旋扇形导管，由第一至第四叶子以及弧形导板组成；从螺旋桨后侧看，螺旋桨桨毂纵向中心线左侧从上到下依次设有第二叶子以及第一叶子，右侧从上到下依次设有第三叶子以及第四叶子，第一叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角范围为70°-80°，第二叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角范围为25°-30°，第三叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角范围为35°-45°，第四叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角范围为70°-80°。与三叶的预旋三角导管相比，第三个叶片起到支撑和加强预旋作用的同时，处于空泡敏感区之外，不会对空泡性能造成负面影响。
【专利说明】用于右旋单桨船的预旋扇形导管【技术领域】
[0001]本发明涉及右旋单桨船的船体节能设备技术，更具体地说，是涉及一种用于右旋单桨船的预旋扇形导管。
【背景技术】
[0002]在右旋单桨船的使用过程中，国内外的研究已经意识到通过改变螺旋桨进流方向可以提高螺旋桨的推进效率从而达到节能的效果。目前采用的节能装置有预旋鳍、预旋鳍加全导管以及Mewis Duct等，但现有装置存在螺旋浆推进效率低以及伴流不够均匀等问题。经过改进，虽然采用了 3个叶子的预旋三角导管，但仍然存在的强度、疲劳以及振动等方面的问题。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种用于右旋单桨船的预旋扇形导管，不仅减少螺旋桨尾流场中因旋转损失的能量，提高螺旋桨推进效率，而且还能够均匀伴流，使螺旋桨工作更平稳，降低螺旋桨激振力，降低船体振动风险，使得附体结构稳固，容易克服强度、疲劳振动等问题。
[0004]为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0005]一种用于右旋单桨船的预旋扇形导管，设于船尾的螺旋桨以及船体之间，
[0006]由第一至第四叶子以及弧形导板组成；从螺旋桨后侧看，螺旋桨桨毂纵向中心线左侧从上到下依次设有第二叶子以及第一叶子，右侧从上到下依次设有第三叶子以及第四叶子，所述第一叶子、第 二叶子、第三叶子以及第四叶子的长度相等；所述第一叶子的叶根、第二叶子的叶根、第三叶子的叶根以及第四叶子的叶根分别与螺旋桨轴套外侧固定连接；弧形导板的叶背分别与第一叶子的叶梢、第二叶子的叶梢、第三叶子的叶梢以及第四叶子的叶梢固定连接；
[0007]所述第一叶子的剖面、第二叶子的剖面、第三叶子的剖面、第四叶子的剖面以及导板的剖面均为机翼型剖面；
[0008]所述第一叶子的导边、第二叶子的导边、第三叶子的导边、第四叶子的导边以及弧形导板的导边均与船体侧相对；第一叶子的随边、第二叶子的随边、第三叶子的随边、第四叶子的随边以及导板的随边均与螺旋桨侧相对；
[0009]所述第一叶子的叶面朝下，叶背朝上；
[0010]所述第四叶子的叶面朝上，叶背朝下；
[0011]所述第二叶子的叶面与第一叶子的叶背相对；
[0012]所述第三叶子的叶背与第四叶子的叶面相对；
[0013]所述第一叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角范围为70° -80°，所述第二叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角范围为25° -30°，所述第三叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角范围为35° -45°，所述第四叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角范围为70。-80。。
[0014]从叶根往叶梢的方向看，所述第一叶子的叶面沿其轴线逆时针旋转，所述第一叶子的叶面在螺旋桨轴套上的投影与螺旋桨轴套的轴线构成夹角，该夹角的范围为
12。-17° ;
[0015]从叶根往叶梢的方向看，所述第二叶子的叶面沿其轴线逆时针旋转，所述第二叶子的叶面在螺旋桨轴套上的投影与螺旋桨轴套的轴线构成夹角，该夹角范围为10。-15° ;
[0016]从叶根往叶梢的方向看，所述第三叶子的叶面沿其轴线逆时针旋转，所述第三叶子的叶面在螺旋桨轴套上的投影与螺旋桨轴套的轴线构成夹角，该夹角范围为10。-15° ;
[0017]从叶根往叶梢的方向看，所述第四叶子的叶面沿其轴线逆时针旋转，所述第四叶子的叶面在螺旋桨轴套上的投影与螺旋桨轴套的轴线构成夹角，该夹角范围为14。-18。。
[0018]所述第一叶子的厚度比、第二叶子的厚度比、第三叶子的厚度比以及第四叶子的厚度比相等，所述厚度比的范围为7-9。
[0019]所述弧形导板的厚度比为7。
[0020]所述第四叶子的长度为螺旋桨半径的90%_105%。
[0021]与现有技术相比，采用本发明的一种用于右旋单桨船的预旋扇形导管具有以下的技术效果:
[0022]本发明与现有的预旋鳍相比:其一，结构上更稳固，容易克服强度、疲劳振动等问题；其二，同等情况下，可以使用厚度比更小的剖面，附加阻力更小，预旋效果更好；其三，增加了上部部分导管的整流作用，对增加螺旋桨盘面的来流有好处，利于达到更好的节能效果。与预旋鳍加全导管相比，避免了对底部良好进流场的无畏干扰，减少节能附体的湿表面积，因为现在的船体线型都经过了充分优化，伴流不存在明显的缺陷。与Mewis Duct相t匕，本发明的预旋三角导管与螺旋桨轴线同心，有利于加工和定位。与预旋三角导管相比(三叶)，更稳固结构，更均匀的预旋效果，第三个叶片起到支撑和加强预旋作用的同时，处于空泡敏感区之外，不会对空泡性能造成负面影响；并且，四个叶子对弧形导管有更好的支撑(相对于三叶)，采用四个叶子时还可以减小叶子的厚度比。
[0023]总之，本发明涉及一种采用桨前预旋原理和加速螺旋桨上部进流，使螺旋桨盘面进流更加均匀的船体节能设备，重点在于降低螺旋桨尾流场因旋转而损失的能量，提高螺旋桨推进效率及减少因尾部流动分离而附加的形状阻力。通过实验可知，4叶和3叶节能效果差别不大，但采用四个叶子在强度、疲劳以及振动等方面的效果更好。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明安装在船体的船尾的安装示意图；
[0025]图2为图1中从A向看本发明的用于右旋单桨船的预旋扇形导管的结构示意图；
[0026]图3为本发明的叶子与导管的剖面示意图；
[0027]图4为本发明的四片叶子以及弧形导管的机翼型剖面定义示意图。【具体实施方式】
[0028]下面结合附图以及实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0029]根据CFD计算的或者船模试验测量的船体伴流特点和螺旋桨旋转方向等特征，发明一种装于中低速船船尾的桨前完全非对称布置的预旋三角导管，以提高推进效率，均匀伴流，降低船体振动风险。
[0030]如图1、图2所示的一种用于右旋单桨船的预旋扇形导管，设于船尾的螺旋桨20以及船体21之间，从螺旋桨20后侧看，螺旋桨桨毂纵向中心线左侧的船尾从上到下设有第二叶子12、第一叶子11，螺旋桨桨毂纵向中心线右侧的船尾从上到下设有第三叶子13、第四叶子14，第一叶子11、第二叶子12、第三叶子13以及第四叶子14的长度相等；第一叶子11的叶根、第二叶子12的叶根、第三叶子13的叶根以及第四叶子14的叶根分别与螺旋桨轴套22外侧固定连接；弧形导板14的叶背分别与第一叶子11的叶梢、第二叶子12的叶梢、第三叶子13的叶梢以及第四叶子14的叶梢固定连接；
[0031]第一叶子的剖面、第二叶子的剖面、第三叶子的剖面、第四叶子的剖面以及导板的剖面均为机翼型剖面；
[0032]第一叶子的导边、第二叶子的导边、第三叶子的导边、第四叶子的导边以及弧形导板的导边均与船体侧相对；第一叶子的随边、第二叶子的随边、第三叶子的随边、第四叶子的随边以及导板的随边均与螺旋桨侧相对；
[0033]第一叶子的叶面朝下，叶背朝上；
[0034]第四叶子的叶面朝上，叶背朝下；
[0035]第二叶子的叶面与第一叶子的叶背相对；
[0036]第三叶子的叶背与第四叶子的叶面相对；
[0037]其中，第一叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角BI范围为70° -80° (图1中采用较佳的角度72° )，第二叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角B2范围为25° -30° (图1中采用较佳的角度28° )，第三叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角B3范围为35° -45°(图1中采用较佳的角度42° )，第四叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角B4范围为70° -80° (图1中采用较佳的角度72° )，这样可以加速螺旋桨上部进流，使螺旋桨盘面进流更加均匀，提高螺旋桨推进效率。
[0038]从叶根往叶梢的方向看，所述第一叶子的叶面在螺旋桨轴套上的投影与螺旋桨轴套的轴线的夹角al为第一叶子的叶面沿轴线逆时针旋转12° -17° (图1中采用较佳的角度17° );所述第二叶子的叶面在螺旋桨轴套上的投影与螺旋桨轴套的轴线的夹角a2为第二叶子的叶面沿轴线逆时针旋转10° -15° (图1中采用较佳的角度15° );所述第三叶子的叶面在螺旋桨轴套上的投影与螺旋桨轴套的轴线的夹角a3为第三叶子的页面沿轴线逆时针旋转10° -15° (图1中采用较佳的角度15° )，所述第四叶子的叶面在螺旋桨轴套上的投影与螺旋桨轴套的轴线的夹角a3为第四叶子的页面沿轴线逆时针旋转14° -18°(图1中采用较佳的角度18° )，采用桨前预旋原理，重点在于降低螺旋桨尾流场因旋转而损失的能量，提高螺旋桨推进效率。
[0039]再请参见图3所示，第一叶子11的厚度比、第二叶子12的厚度比、第三叶子13的厚度比以及第四叶子14的厚度比相等，厚度比的范围在7-9之间，弧形导板15的厚度比为
7。需要说明的是，在满足结构强度要求的情况下，厚度比越小越好，可以减小摩擦阻力，上面所定的厚度比是通过有限元软件进行计算的得到的。
[0040]本发明由4片完全非对称布置的叶子和弧形导板组成，叶子的剖面形状和导板的剖面形状选取NACA翼形中阻升比小的系列，其强度需要根据叶子和导板所受动载荷进行核算。预旋扇形导管的布置见图1，其基本布置原则是针对常规的右旋单桨船左侧2片叶子，右侧2片叶子。
[0041]根据我们的研究，叶子的长度也要在一定的范围内才能保证良好的节能效果，叶子的外梢端要在90%R-105%R的范围内，其中R为螺旋桨半径。
[0042]该设备加装于螺旋桨前的船体上，通过改变流场方向来产生桨前的预旋转流场，从而达到减少能量损失，提高螺旋桨推进效率的目的。在针对船舶尾流场特点进行详细的叶子布置和旋转角度优化以后，可以达到可观的节能效果。同时，要结合尾部的水动力载荷和船体运动来确定叶子和三角导管上的动载荷，进而校核强度。
[0043]例如:本发明的预旋扇形导管应用CFD软件进行叶子布置和角度优化后，安装于38800dwt散货船上，在HSVA进行船模试验，预报结果:在14节，减少功率消耗2%。
[0044]需要说明的是，所述四片叶子以及弧形导板的剖面均为机翼型剖面，机翼型剖面的定义如图4所示，其中，81为机翼型剖面的叶面、82为机翼型剖面的叶背、83为机翼型剖面的导边、84为机翼型剖面的随边。
[0045]本【技术领域】中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种用于右旋单桨船的预旋扇形导管，设于船尾的螺旋桨以及船体之间，其特征在于: 由第一至第四叶子以及弧形导板组成；从螺旋桨后侧看，螺旋桨桨毂纵向中心线左侧从上到下依次设有第二叶子以及第一叶子，右侧从上到下依次设有第三叶子以及第四叶子，所述第一叶子、第二叶子、第三叶子以及第四叶子的长度相等；所述第一叶子的叶根、第二叶子的叶根、第三叶子的叶根以及第四叶子的叶根分别与螺旋桨轴套外侧固定连接；弧形导板的叶背分别与第一叶子的叶梢、第二叶子的叶梢、第三叶子的叶梢以及第四叶子的叶梢固定连接； 所述第一叶子的剖面、第二叶子的剖面、第三叶子的剖面、第四叶子的剖面以及导板的剖面均为机翼型剖面； 所述第一叶子的导边、第二叶子的导边、第三叶子的导边、第四叶子的导边以及弧形导板的导边均与船体侧相对；第一叶子的随边、第二叶子的随边、第三叶子的随边、第四叶子的随边以及导板的随边均与螺旋桨侧相对； 所述第一叶子的叶面朝下，叶背朝上； 所述第四叶子的叶面朝上，叶背朝下； 所述第二叶子的叶面与第一叶子的叶背相对； 所述第三叶子的叶背与第四叶子的叶面相对； 所述第一叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角范围为70° -80°，所述第二叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角范围为25° -30°，所述第三叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角范围为35° -45°，所述第四叶子与螺旋桨桨毂纵向中心线的夹角范围为70° -80°。
2.根据权利要求1所述的预旋扇形导管，其特征在于: 从叶根往叶梢的方向看，所述第一叶子的叶面沿其轴线逆时针旋转，所述第一叶子的叶面在螺旋桨轴套上的投影与螺旋桨轴套的轴线构成夹角，该夹角的范围为12° -17° ；从叶根往叶梢的方向看，所述第二叶子的叶面沿其轴线逆时针旋转，所述第二叶子的叶面在螺旋桨轴套上的投影与螺旋桨轴套的轴线构成夹角，该夹角范围为10° -15° ；从叶根往叶梢的方向看，所述第三叶子的叶面沿其轴线逆时针旋转，所述第三叶子的叶面在螺旋桨轴套上的投影与螺旋桨轴套的轴线构成夹角，该夹角范围为10° -15° ；从叶根往叶梢的方向看，所述第四叶子的叶面沿其轴线逆时针旋转，所述第四叶子的叶面在螺旋桨轴套上的投影与螺旋桨轴套的轴线构成夹角，该夹角范围为14° -18°。
3.根据权利要求1所述的预旋扇形导管，其特征在于: 所述第一叶子的厚度比、第二叶子的厚度比、第三叶子的厚度比以及第四叶子的厚度比相等，所述厚度比的范围为7-9。
4.根据权利要求1所述的预旋扇形导管，其特征在于: 所述弧形导板的厚度比为7。
5.根据权利要求1所述的预旋扇形导管，其特征在于: 所述第四叶子的长度为螺旋桨半径的90%-105%。
【文档编号】B63H1/28GK103770919SQ201410032595
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】周志勇, 王刚毅, 程宣恺, 陆琛亮 申请人:上海船舶研究设计院