船用非对称节能翼及船的制作方法

1.本技术涉及船舶技术领域，尤其是涉及一种船用非对称节能翼及船。


背景技术：

2.在船运行业中，节能环保作为船舶行业共同关心的话题，那么如何提高螺旋桨的推进效率，进而达到节能减排的目的，成为了亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种船用非对称节能翼及船，在一定程度上解决了现有技术中存在的如何提高螺旋桨的推进效率，进而达到节能减排的目的，成为了亟待解决的技术问题。
4.本技术提供了一种船用非对称节能翼，应用于船，所述船包括船尾轴以及螺旋桨，所述螺旋桨可转动地设置于所述船尾轴的端部，所述船用非对称节能翼用于设置于所述船尾轴的侧部，且所述船用非对称节能翼沿着船宽方向延伸，所述船用非对称节能翼用于改变流向所述螺旋桨的桨面的水流方向，以增大所述螺旋桨转动过程中对船身所产生的推力。
5.在上述技术方案中，进一步地，沿着船尾朝向船头的方向，所述船用非对称节能翼设置在所述船尾轴的对应于所述螺旋桨的桨叶由下向上旋转的一侧，且所述船用非对称节能翼的根部与所述船尾轴相交的投影线段包括多段沿着船长的方向平滑顺次相连接的直线段。
6.在上述任一技术方案中，进一步地，多个所述直线段位于同一直线上，且形成总直线段。
7.在上述任一技术方案中，进一步地，沿着船长方向，所述总直线段的远离所述螺旋桨的前端以及靠近所述螺旋桨的尾端与所述船尾轴的端部之间的距离均为(0.005lpp-0.05lpp)；
8.所述总直线段与船长方向的夹角在(0
±
75
°
)范围内；
9.沿着船高方向，所述总直线段的前端以及后端与所述船尾轴的轴线之间距离均为(0-1.2r)；
10.所述船用节能平行翼与所述船尾轴相交的根部的投影线段沿着船宽方向延伸，且延伸出的最大宽度为(0.2r-1.2r)；
11.其中，lpp为船的垂线间长，r为所述螺旋桨的半径。
12.在上述任一技术方案中，进一步地，沿着船高方向，所述总直线段位于所述船尾轴的轴线的下方；
13.沿着船长方向，所述总直线段的远离所述螺旋桨的前端以及靠近所述螺旋桨的尾端与所述船尾轴的端部之间的距离分别为0.0136lpp以及0.019lpp；
14.所述总直线段与船长方向的夹角在13.2
°
；
15.沿着船高方向，所述总直线段的前端以及后端与所述船尾轴的轴线之间距离分别为0.3r以及0.023r；
16.所述船用节能平行翼与所述船尾轴相交的根部的投影线段沿着船宽方向延伸，且延伸出的最大宽度为0.77r。
17.在上述任一技术方案中，进一步地，沿着船尾朝向船头的方向，所述船用非对称节能翼设置在所述船尾轴的对应于所述螺旋桨的桨叶由上向下旋转的一侧，且所述船用非对称节能翼与所述船尾轴相交的根部的线段为曲线段。
18.在上述任一技术方案中，进一步地，所述船用非对称节能翼的根部与所述船尾轴相交的曲线段包括第一直线段、第一弧线段以及第二直线段，且所述第二直线段通过所述第一弧线段与所述第一直线段平滑过渡连接；
19.所述第一直线段远离所述螺旋桨设置，且所述第一直线段沿着船长方向延伸；所述第二直线段靠近所述螺旋桨设置，且所述第二直线段的切线方向朝向所述螺旋桨的预设区域延伸。
20.在上述任一技术方案中，进一步地，所述第一直线段的远离所述螺旋桨的前端以及所述第二直线段的靠近所述螺旋桨的尾端与所述船尾轴的端部之间的距离均为(0.005lpp-0.05lpp)；
21.所述第一直线段的前端的延伸趋势与船尾朝向船头的船长方向的夹角在(0
±
75
°
)范围内；所述第二直线段的尾端的延伸趋势与船尾朝向船头的船长方向的夹角在(0
±
75
°
)范围内；
22.沿着船高方向，所述第一直线段的前端与所述船尾轴的轴线之间距离为(0-1.2r)，所述第二直线段的尾端与所述船尾轴的轴线之间距离为(0-1.2r)；
23.所述船用节能平行翼与所述船尾轴相交的根部的投影线段沿着船宽方向延伸，且延伸出的最大宽度为(0.2r-1.2r)；
24.其中，lpp为船的垂线间长，r为所述螺旋桨的半径。
25.在上述任一技术方案中，进一步地，沿着船高方向，所述第一直线段的前端位于所述船尾轴的轴线的下方，所述第二直线段的尾端位于所述船尾轴的轴线的上方；
26.所述第一直线段的远离所述螺旋桨的前端以及所述第二直线段的靠近所述螺旋桨的尾端与所述船尾轴的端部之间的距离分别为0.011lpp以及0.03lpp；
27.所述第一直线段的前端的延伸趋势与船尾朝向船头的船长方向的夹角为1.8
°
；所述第二直线段的尾端的延伸趋势与船尾朝向船头的船长方向的夹角为23.2
°
；
28.沿着船高方向，所述第一直线段的前端与所述船尾轴的轴线之间距离为0.006r，所述第二直线段的尾端与所述船尾轴的轴线之间距离为0.173r；
29.所述船用节能平行翼与所述船尾轴相交的根部的投影线段沿着船宽方向延伸，且延伸出的最大宽度为0.77r。
30.本技术还提供了一种船，包括上述任一技术方案所述的船用非对称节能翼，因而，具有该船用非对称节能翼的全部有益技术效果，在此，不再赘述。
31.与现有技术相比，本技术的有益效果为：
32.本技术提供的船用非对称节能翼设置在船尾轴的侧部，也即在船尾轴的侧部增设本技术提供的船用非对称节能翼，能够改变流向螺旋桨的桨面的水流方向，从而增大螺旋
桨转动过程中对船身所产生的推力，进而实现了在全航速范围内，提高船桨的效率，并且达到节能减排的目的。此外，船用非对称节能翼是沿着船宽方向延伸的，便于与船身定位、装配，提升安装效率。
33.本技术还提供一种船，其主要包括上述的船用非对称节能翼，能够实现节能减排的目的。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本技术实施例一提供的第一船用非对称节能翼的结构示意图；
36.图2为本技术实施例一提供的第一船用非对称节能翼的沿着船宽方向的投影图；
37.图3为本技术实施例一提供的第一船用非对称节能翼的沿着船宽方向的另一投影图；
38.图4为对包括本技术实施例一提供的第一船用非对称节能翼的船进行模拟所获得的螺旋桨推力示意图；
39.图5为本技术实施例二提供的第二船用非对称节能翼的结构示意图；
40.图6为本技术实施例二提供的第二船用非对称节能翼的沿着船宽方向的投影图；
41.图7为本技术实施例二提供的第二船用非对称节能翼的沿着船宽方向的另一投影图；
42.图8为本技术实施例二提供的第二船用非对称节能翼的沿着船高方向的投影图；
43.图9为对包括本技术实施例二提供的第二船用非对称节能翼的船进行模拟所获得的螺旋桨推力示意图；
44.图10为本技术实施例三提供的船的船尾轴部分的示意图；
45.图11为对本技术实施例三提供的船进行模拟所获得的螺旋桨推力示意图。
46.附图标记：
47.1-第一船用非对称节能翼，11-总直线段，2-第二船用非对称节能翼，21-第一直线段，22-第一弧线段，23-第二直线段，3-船尾轴。
具体实施方式
48.下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
49.通常在此处附图中描述和显示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。
50.基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
51.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
52.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
53.下面参照图1至图11描述根据本技术一些实施例所述的船用非对称节能翼及船。
54.实施例一
55.参见图1所示，本技术的实施例提供了一种船用非对称节能翼，为了便于与实施例二所述的船用非对称节能翼进行区分，现命名为第一船用非对称节能翼1，应用于船，船包括船尾轴3以及螺旋桨，螺旋桨可转动地设置于船尾轴3的端部，第一船用非对称节能翼1用于设置于船尾轴3的侧部，且第一船用非对称节能翼1沿着船宽方向延伸，第一船用非对称节能翼1用于改变流向螺旋桨的桨面的水流方向，以增大螺旋桨转动过程中对船身所产生的推力。
56.基于以上描述的结构可知，在船尾轴3的侧部增设第一船用非对称节能翼1，能够改变流向螺旋桨的桨面的水流方向，从而增大螺旋桨转动过程中对船身所产生的推力，进而实现了在全航速范围内，提高船桨的效率，并且达到节能减排的目的。
57.此外，第一船用非对称节能翼1是沿着船宽方向延伸的，便于与船身定位、装配，提升安装效率。
58.在该实施例中，优选地，如图2和图3所示，沿着船尾朝向船头的方向，第一船用非对称节能翼1设置在船尾轴3的对应于螺旋桨的桨叶由下向上旋转的一侧，且第一船用非对称节能翼1的根部与船尾轴3相交的投影线段为直线段也即前述的总直线段11，也即起到较好的整流的作用，利用上述结构的第一船用非对称节能翼1能够对流入螺旋桨的桨面的水流进行整流，进而能够提高螺旋桨的效率，提升推进力，此外，结构简单，方便加工，当然，不仅限于此，还可根据实际需要设计，例如，第一船用非对称节能翼1的根部与船尾轴3相交的投影线段还可包括多段沿着船长的方向顺次相连接的分直线段，且此多段分直线段形成了类直线的结构。
59.在该实施例中，优选地，如图2、图3和图8所示，沿着船长方向，总直线段11的远离螺旋桨的前端以及靠近螺旋桨的尾端与船尾轴3的端部之间的距离也即l1-1以及l1-2均为(0.005lpp-0.05lpp)；
60.总直线段11与船长方向的夹角a1在(0
±
75
°
)范围内，此处的“正”代表着延伸趋势为朝向x轴以上的方向延伸，此处的“负”代表着延伸趋势朝为朝向x轴以下的方向延伸，角度值则代表着延伸方向所在的直线与x轴所在的直线之间的夹角，注意，判断延伸趋势时，均是以由船头向船尾的方向为基准；
61.沿着船高方向，总直线段11的前端以及后端与船尾轴3的轴线之间距离也即b1-1以及b1-2均为(0-1.2r)；
62.船用节能平行翼与船尾轴3相交的根部的投影线段沿着船宽方向延伸，且延伸出的最大宽度y1为(0.2r-1.2r)；
63.其中，lpp为船的垂线间长，r为螺旋桨的半径。
64.基于此一系列参数，优选地，沿着船高方向，总直线段11位于船尾轴3的轴线的下方；
65.沿着船长方向，总直线段11的远离螺旋桨的前端以及靠近螺旋桨的尾端与船尾轴3的端部之间的距离l1-1以及l1-2分别为0.0136lpp以及0.019lpp；
66.总直线段11与船长方向的夹角a1在13.2
°
；
67.沿着船高方向，总直线段11的前端以及后端与船尾轴3的轴线之间距离b1-1以及b1-2分别为0.3r以及0.023r；
68.船用节能平行翼与船尾轴3相交的根部的投影线段沿着船宽方向延伸，且延伸出的最大宽度y1为0.77r。
69.结合上述详细的数据，优选地，以总直线段11作为第一局部坐标系的x轴，具有前述参数的船用节能平行翼相对第一局部坐标系的x轴可在一定范围内设置，以满足不同的需求，适应性更强。
70.沿着船尾朝向船头的方向看，船尾轴3的左侧设置有具有上述详细参数的第二船用非对称节能翼2，对此组装结构进行等比例缩放，建立合理的模型并且进行计算流体力学仿真(cfd，computational fluid dynamics)，具体如下：
71.(1)模型包括船身、舵叶、螺旋桨以及第一船用非对称节能翼1，以舵叶的沿其高度方向延伸的中心线作为z轴，且z方向也即船高的方向，且由下向上为正；以船长作围x轴，且由船尾朝向船头为正；以船宽作为y轴；
72.(2)螺旋桨采用滑移网格模拟整个桨叶真实转动。
73.(3)模拟工况为船舶吃水13.5米，航速15knot也就是海里/小时的意思。采用一定缩尺比的进行模型尺度仿真。
74.经过模拟后，获得了螺旋桨的推力示意图，图4中a1线为螺旋桨的推力的平均值。
75.可见，在相同转速下(转速为7.55转/秒)，在第一船用非对称节能翼1的作用下，螺旋桨推力从43.5n提高到43.8n，那么在相同的推力需求下，可以降低螺旋桨转速，减小扭矩，从而达到降低功率的效果。
76.实施例二
77.参见图5所示，本技术的实施例二也提供一种船用节能平行翼，为了便于与实施例一所述的船用非对称节能翼进行区分，现命名为第二船用非对称节能翼2，应用于船，船包括船尾轴3以及螺旋桨，螺旋桨设置于船尾轴3的端部，且与船尾轴3的端部转动连接；
78.且优选地，如图6和图7所示，沿着船尾朝向船头的方向，第二船用非对称节能翼2设置在船尾轴3的对应于螺旋桨的桨叶由上向下旋转的一侧，且第二船用非对称节能翼2与船尾轴3相交的根部的线段为曲线段。
79.进一步，优选地，如图6和图7所示，第二船用非对称节能翼2的根部与船尾轴3相交的曲线段包括第一直线段21、第一弧线段22以及第二直线段23，且第二直线段23通过第一弧线段22与第一直线段21平滑过渡连接；
80.第一直线段21远离螺旋桨设置，且第一直线段21沿着船长方向延伸；第二直线段
23靠近螺旋桨设置，且第二直线段23的切线方向朝向螺旋桨的预设区域延伸。
81.根据以上描述的结构可知，利用上述结构的第二船用非对称节能翼2能够对流向螺旋桨的桨面的水流进行整流，进而能够提高螺旋桨的效率，提升推进力。
82.在该实施例中，优选地，如图6至图8所示，第一直线段21的远离螺旋桨的前端以及第二直线段23的靠近螺旋桨的尾端与船尾轴3的端部之间的距离l2-1以及l2-2均为(0.005lpp-0.05lpp)；
83.第一直线段21的前端的延伸趋势与船尾朝向船头的船长方向的夹角a2-1在(0
±
75
°
)范围内；第二直线段23的尾端的延伸趋势与船尾朝向船头的船长方向的夹角a2-2在(0
±
75
°
)范围内，注意：此处的“正”代表着延伸趋势为朝向x轴以上的方向延伸，此处的“负”代表着延伸趋势朝为朝向x轴以下的方向延伸，角度值则代表着延伸方向所在的直线与x轴所在的直线之间的夹角，注意，判断延伸趋势时，均是以由船头向船尾的方向为基准；
84.沿着船高方向，第一直线段21的前端与船尾轴3的轴线之间距离b2-1为(0-1.2r)，第二直线段23的尾端与船尾轴3的轴线之间距离b2-2为(0-1.2r)；
85.船用节能平行翼与船尾轴3相交的根部的投影线段沿着船宽方向延伸，且延伸出的最大宽度y2为(0.2r-1.2r)；
86.其中，lpp为船的垂线间长，r为螺旋桨的半径。
87.基于前述参数范围，优选地，沿着船高方向，第一直线段21的前端位于船尾轴3的轴线的下方，第二直线段23的尾端位于船尾轴3的轴线的上方；
88.第一直线段21的远离螺旋桨的前端以及第二直线段23的靠近螺旋桨的尾端与船尾轴3的端部之间的距离l2-1以及l2-2分别为0.011lpp以及0.03lpp；
89.第一直线段21的前端的延伸趋势与船尾朝向船头的船长方向的夹角a2-1为1.8
°
；第二直线段23的尾端的延伸趋势与船尾朝向船头的船长方向的夹角a2-2为23.2
°
；
90.沿着船高方向，第一直线段21的前端与船尾轴3的轴线之间距离b2-1为0.006r，第二直线段23的尾端与船尾轴3的轴线之间距离b2-2为0.173r；
91.船用节能平行翼与船尾轴3相交的根部的投影线段沿着船宽方向延伸，且延伸出的最大宽度y2为0.77r。
92.结合上述详细的数据，优选地，以总直线段11作为第一局部坐标系的x轴，具有前述参数的船用节能平行翼相对第一局部坐标系的x轴可在一定范围内设置，以满足不同的需求，适应性更强。
93.沿着船尾朝向船头的方向看，船尾轴3的左侧设置有具有上述详细参数的第二船用非对称节能翼2，对此组装结构进行等比例缩放，建立合理的模型并且进行计算流体力学仿真(cfd，computational fluid dynamics)，具体如下：
94.(1)模型包括船身、舵叶、螺旋桨以及第二船用非对称节能翼2，以舵叶的沿其高度方向延伸的中心线作为z轴，且z方向也即船高的方向，且由下向上为正；以船长作围x轴，且由船尾朝向船头为正；以船宽作为y轴；
95.(2)螺旋桨采用滑移网格模拟整个桨叶真实转动。
96.(3)模拟工况为船舶吃水13.5米，航速15knot也就是海里/小时的意思。采用一定缩尺比的进行模型尺度仿真。
97.经过模拟后，获得了螺旋桨的推力示意图，图9中a2线为螺旋桨的推力的平均值。
98.可见，在相同转速下(转速为7.55转/秒)，在第二船用非对称节能翼2的作用下，螺旋桨推力从43.5n提高到44.7n，那么在相同的推力需求下，可以降低螺旋桨转速，减小扭矩，从而达到降低功率的效果。
99.实施例三
100.参见图10所示，本技术的实施例三还提供一种船，包括上述实施例一和实施例二所述的船用非对称节能翼，因而，具有该实施例一和实施例二所述船用非对称节能翼的全部有益技术效果，相同的技术特征及有益效果不再赘述。
101.在该实施例中，优选地，如图1至图3所示，沿着船尾朝向船头的方向，第一船用非对称节能翼1设置在船尾轴3的对应于螺旋桨的桨叶由下向上旋转的一侧，且第一船用非对称节能翼1的根部与船尾轴3相交的投影线段为直线段也即前述的总直线段11；
102.沿着船高方向，总直线段11位于船尾轴3的轴线的下方；
103.沿着船长方向，总直线段11的远离螺旋桨的前端以及靠近螺旋桨的尾端与船尾轴3的端部之间的距离l1-1以及l1-2分别为0.0136lpp以及0.019lpp；
104.总直线段11与船长方向的夹角a1在13.2
°
；
105.沿着船高方向，总直线段11的前端以及后端与船尾轴3的轴线之间距离b1-1以及b1-2分别为0.3r以及0.023r；
106.船用节能平行翼与船尾轴3相交的根部的投影线段沿着船宽方向延伸，且延伸出的最大宽度y1为0.77r，其中，lpp为船的垂线间长，r为所述螺旋桨的半径。
107.在该实施例中，优选地，如图1至图3所示，沿着船尾朝向船头的方向，第二船用非对称节能翼2设置在船尾轴3的对应于螺旋桨的桨叶由上向下旋转的一侧，且第二船用非对称节能翼2与船尾轴3相交的根部的线段为曲线段；
108.沿着船高方向，第一直线段21的前端位于船尾轴3的轴线的下方，第二直线段23的尾端位于船尾轴3的轴线的上方；
109.第一直线段21的远离螺旋桨的前端以及第二直线段23的靠近螺旋桨的尾端与船尾轴3的端部之间的距离l2-1以及l2-2分别为0.011lpp以及0.03lpp；
110.第一直线段21的前端的延伸趋势与船尾朝向船头的船长方向的夹角a2-1为1.8
°
；第二直线段23的尾端的延伸趋势与船尾朝向船头的船长方向的夹角a2-2为23.2
°
；
111.沿着船高方向，第一直线段21的前端与船尾轴3的轴线之间距离b2-1为0.006r，第二直线段23的尾端与船尾轴3的轴线之间距离b2-2为0.173r；
112.船用节能平行翼与船尾轴3相交的根部的投影线段沿着船宽方向延伸，且延伸出的最大宽度y2为0.77r，其中，lpp为船的垂线间长，r为所述螺旋桨的半径。
113.基于以上详细的结构进行等比例缩放，建立合理的模型并且进行计算流体力学仿真(cfd，computational fluid dynamics)，具体如下：
114.(1)模型包括船身、舵叶、螺旋桨以及第一船用非对称节能翼1和第二船用非对称节能翼2，以舵叶的沿其高度方向延伸的中心线作为z轴，且z方向也即船高的方向，且由下向上为正；以船长作围x轴，且由船尾朝向船头为正；以船宽作为y轴；
115.(2)螺旋桨采用滑移网格模拟整个桨叶真实转动。
116.(3)模拟工况为船舶吃水13.5米，航速15knot也就是海里/小时的意思。采用一定缩尺比的进行模型尺度仿真。
117.经过模拟后，获得了螺旋桨的推力示意图，图11中a3线为螺旋桨的推力的平均值。
118.可见，在相同转速下(转速为7.55转/秒)，通过第一船用非对称节能翼1和第二船用非对称节能翼2的作用，螺旋桨推力从43.5n提高到44.9n，那么在相同的推力需求下，可以降低螺旋桨转速，减小扭矩，从而达到降低功率的效果。
119.注意：本实施例提供的船也不仅限于包括第一船用非对称节能翼1和第二船用非对称节能翼2，也可只具有第一船用非对称节能翼1，或者只具有第二船用非对称节能翼2，具体可参见实施例一和实施例二中所示的结构和模拟结果。
120.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。