一种后掠翼式推进效率改善装置的制作方法

本发明属于船舶推进技术、具体涉及一种后掠翼式推进效率改善装置。

背景技术：

当今社会科技发展异常迅速，与此同时地球上能源资源枯竭和人类居住环境恶化的速度也大大加快，促使了国际海事组织对船舶效能指标的严格要求，绿色发展成为近几年来的主旋律，而绿色航运也正成为投资机构新的投资风口。在船舶快速性研究领域，除了继续不遗余力地优化船舶型线以外，还可采用设计安装水动力节能装置来提高船舶的推进效率，从而使得船舶的能耗得到降低。水动力节能装置在实际制造安装方面具有易制作易安装的特点，一次性投资对于新建船舶可以忽略不计，对于在航船舶的改造成本通常一年以内便可通过航运节油加以回收，船舶越大，回收周期越短，而且使用安全可靠、维修保养方便，没有两次污染和排放的问题。

前置导轮，作为一种典型的前置节能装置，是目前主流的水动力节能装置，如mewis导管(由贝克尔船舶系统公司--beckermarinesystem发明，全称为"deviceforthereductionofavessel'senergyrequirementsforpropulsion")和光芒型前置导轮(专利号：zl.201310271762.0)等，都是由几片直叶定子和一个导管组成，可以概括称之为直叶式前置导轮，该类节能装置具有改善螺旋桨前方的水流均匀性、产生螺旋桨进流预旋作用，可提高船舶的推进效率。

但是，前置导轮作为一种固定在船体外部螺旋桨前方的附加物，破坏了船体流线型的设计，从而增加阻力。为了产生足够强度的螺旋桨进流预旋，该装置还必须靠近螺旋桨，但螺旋桨旋转产生的抽吸作用又会增加附体阻力，该阻力的增加不利于节能。螺旋桨在船艉不均匀伴流场中运转时产生的螺旋桨激振力会引起船体结构的振动，过大的振动容易引起结构的疲劳损伤。在前置导轮的设计时应该尽量远离振动源，以避免疲劳损伤的发生。但为了产生足够强度的螺旋桨进流预旋，该装置又必须靠近螺旋桨，而这容易产生结构的疲劳损伤。在设计前置导管时必须要考虑减阻和减振，即前置导管的安装位置需要远离螺旋桨。而前置导管又必须产生足够强度的进流预旋，即前置导管的安装位置需要靠近螺旋桨。这是设计此类前置导轮需要面对的技术瓶颈。

随着船舶总体性能的日益提升，目前主流形式的直叶式前置导轮都在一定程度上存在节能效果减弱的趋势，而且从公开资料来看，目前的前置导轮在外形设计上也未将减弱螺旋桨激振力对前置导轮的不良影响考虑在内。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种后掠翼式推进效率改善装置，有效克服减阻、减振与增加预旋之间的矛盾，具有设计周期短，节能效果好的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种后掠翼式推进效率改善装置，包括设于船尾的螺旋桨及设于螺旋桨前方的前置导轮,其特征在于：所述前置导轮包括数片后掠翼式导叶以及安装在导叶梢部的弧型导管,每片导叶均包括沿船体艉轴径向设置且与船体连接的前翼、连接于前翼上端且向后倾斜的后翼。

所述前翼与螺旋桨桨盘面位置的间距为螺旋桨直径的15％-25％；后翼与螺旋桨桨盘面位置的间距为螺旋桨直径的10％-20％。

所述导叶包括与艉轴的中纵剖面的夹角为70°-80°的左舷第一导叶、与艉轴的中纵剖面的夹角为25°-35°的左舷第二导叶、与艉轴的中纵剖面的夹角为30°-40°的右舷第一导叶。

所述导叶还包括与艉轴的中纵剖面的夹角为5°-15°的右舷第二导叶。

所述导叶展长为螺旋桨半径的0.4-0.8倍。

所述左舷第一导叶的前、后翼与平行于艉轴的参考线的几何攻角为-8°-8°；左舷第二导叶的前、后翼与平行于艉轴的参考线的几何攻角为-8°-8°；右舷第一导叶的前、后翼与平行于艉轴的参考线的几何攻角为5°-20°。

所述右舷第二导叶的前、后翼与平行于艉轴的参考线的几何攻角为5°-15°。

所述弧形导管的中心点位于艉轴正上方。

采用本发明的一种后掠翼式推进效率改善装置，通过其后掠翼式的设计，可有效克服减阻、减振与增加预旋之间的矛盾，具有设计周期短，节能效果好。由于安装位置较为远离螺旋桨，减弱了螺旋桨激振力对该装置主体部分的影响。经试验结果表明，该装置在设计工况下能产生明显的节能效果，具体节能情况视不同船型而定，具有推广应用价值。

附图说明

图1为本发明的后掠翼式推进效率改善装置的剖视图；

图2为本发明的后掠翼式推进效率改善装置的轴向视图；

图3为本发明的左舷第一导叶的几何攻角的示意图；

图4为发明的的左舷第二导叶的几何攻角的示意图；

图5为发明的的右舷第一导叶的几何攻角的示意图。

具体实施方式

本发明的后掠翼式推进效率改善装置如图1-图2所示，与现有技术相同的是，同样也包括设于船尾的螺旋桨1及设于螺旋桨1前方区域的前置导轮2,不同的是，所述前置导轮2包括数片后掠翼式导叶3以及安装在导叶3梢部31的弧型导管4,每片后掠翼式导叶3均包括沿船体5艉轴6径向设置且与船体5连接的前翼32、连接于前翼32上端且向后(即向位于后方的螺旋桨1)倾斜的后翼33。前翼32通过焊接的方式与船体5连接，连接位置在船体5艉轴6附近，前翼32较为远离螺旋桨1，其与螺旋桨1桨盘面位置的间距为l2螺旋桨1直径的15％-25％，后翼33较为靠近螺旋桨1，其与螺旋桨1桨盘面位置的间距l1为螺旋桨1直径的10％-20％，由此形成了所述的后掠翼式导叶3。

所述的后掠翼式导叶3以艉轴6为中心，在周向上呈非对称分布，一般而言各导叶3展长l为螺旋桨1半径的0.4-0.8倍不等。作为一个实施例，导叶3的数量可采用3片，分别为与艉轴6的中纵剖面a的夹角为70°-80°的左舷第一导叶3a、与艉轴6的中纵剖面的夹角a为25°-35°的左舷第二导叶3b、与艉轴6的中纵剖面的夹角为30°-40°的右舷第一导叶3c。

请结合图3-图5所示，各后掠翼式导叶3的翼型剖面相同，但每片后掠翼式导叶3的前、后翼与参考线(与艉轴6平行)的几何攻角各不相同：左舷第一导叶3a的前、后翼32a、33a与平行于艉轴6的参考线的几何攻角为-8°-8°；左舷第二导叶3b的前、后翼与平行于艉轴6的参考线的几何攻角为-8°-8°；右舷第一导叶3c的前、后翼与平行于艉轴6的参考线的几何攻角b为5°-20°。

当然，还可根据结构强度的需要，在相应位置增加相应的后掠翼式导叶3，例如，在艉轴6的中纵剖面的右舷偏右10±5°位置再增设一片后掠翼式导叶3，即右舷第二导叶3d。该右舷第二导叶3d的前、后翼33与平行于艉轴6的参考线的几何攻角为5°-15°。

需要说明的是，本发明还可根据船舶实际尾流情况，对翼型剖面形状、各前、后翼33的几何攻角、各导叶3展长及其周向分布角度进行调整。相比目前传统直叶类型的前置导管(例如mewis导管或光芒型前置导轮)，在保证产生足够的螺旋桨1进流预旋前提下，后掠翼式的导叶3设计使得整个装置的安装位置得到了前移，大部分结构远离螺旋桨1，一定程度缓解了螺旋桨1运转产生的激振力对整个装置的振动影响，减弱了螺旋桨1抽吸作用对该装置的影响，有助于减小该装置产生的附加阻力。而螺旋桨1进流预旋则主要由靠近螺旋桨1的后翼33产生并得到有效的保证。

上述弧型导管4安装在导叶3的梢部31，通过焊接的方式与船体5连接。该弧形导管主要用于改善螺旋桨1前上半区域的入流条件，从而达到提高螺旋桨1推进效率的目的。该弧形导管为翼型剖面形状，其与平行于艉轴6的参考线的几何攻角为0°-8°。该弧形导管的中心点(即圆心)c位于艉轴6正上方位置，与艉轴6的间距为螺旋桨直径的0.1-0.2倍。

另外，本发明的后掠翼式推进效率改善装置的具体参数：无论是导叶展长、导叶径向分布、导叶翼型、各导叶前后翼几何攻角、还是导管翼型、径向几何攻角、导管中心点位置等，均可根据船舶尾部形状、螺旋桨1直径以及结构强度要求，进行自适应优化设计，而不是局限于固定的几何形状。

综上所述，该后掠翼式推进效率改善装置，结构相对较轻，加工方便，易于安装定位，可针对具体船型进行针对性设计，以减小附体阻力，产生有利预旋流，改善伴流场，提高推进效率，达到节能的目的。并且，经过数值计算与模型试验结果也表明：本发明的后掠翼式推进效率改善装置具有低阻高效的水动力特性，节能效果十分明显。

但是，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，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，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书范围内。