专利名称：船球鼻尾的制作方法
技术领域：
本发明与自航船的推进有关，具体与船尾的形式有关。
早自推进器开始用作船舶推进以来，推进器桨叶在不均匀伴流场中运转时造成的推进器引致的振动和相关问题，便已是研究工作的课题。
在理论上，推进器桨叶可为在水中的特定前进速度而设计，其参数(面积，螺矩等等)经选择，当在该速度下在水中旋转时，产生最大的升力和最小的切向阻力。但不幸由于船体的影响，伴流被扰乱，并有横过螺旋桨周面积(和船体附近的其他地方)的不均匀速度流场，通常在这区域里有湍流。桨叶在一周的旋转中经过速度通常变化的液体，产生有变化的升力，造成桨叶振动和总的效率下降。这问题已有许多设计者用各种方法对付，或者设计各种尺寸和构形的桨叶系统，或在推进器的紧接前方设置各种形式的球体，试图造成较均匀的伴流流谱。
本发明的背景思想与一切其他系统有所不同，它不是试图强使已发生并已变形的液流改变为一个新流谱，而是采用一种球形，在推进器前方很远，就是在可能将形状改变了的水流扰乱的地方造成湍流，然后沿适当限定的表面，改造成理想的均匀流谱。上述湍流的取得，是因为使船体表面有一个突然的变化，并在水流中增加了一块体积，前者即该球鼻形和船体间的交接线，而后者即为球鼻体本身。在先行的一系列试验中表明为了产生上述的湍流区，球鼻形和船体表面之间的角度(图2中示为α)在球鼻形的前部应小于120度，该球鼻形和船体的交接处应没有流线型过渡，或有最低的流线型。并且，试验表明，对于普通的船体尺寸和速度，在流线圆弧半径约为300mm时，该湍流现象开始消失。此外，对有意识使其与船体形状不连贯的球鼻形表面的形状，设计中应使改造后的伴流重新取得层流的特点，并保持一直达到推进器。这样可预期有附加的船体阻力减少的效果，因为可以消除通常存于船尾原有的，而造成很大阻力的湍流部分。这样造成的阻力下降，至少等于或大于球鼻形表面本身增高的阻力。从而产生总阻力下降。至今为止，已有三个独立系列的试验证明这理论，在一个实例中，说明总阻力下降达到了10%。除上述本发明的特点外，为取得螺旋桨桨周的层流伴流场的理想圆形流谱，该球鼻形的横截面应为圆形，或者对某一特定船只，该圆形略有变作，达到可修正伴流场流谱的近似圆形。
本发明的另一个方面，除可节约运转费用外，还有助于节约投资。采用本文所述的球鼻形后，可以避免船尾后部的传统复杂形状。虽然球鼻形本身的形状似乎特殊，但造价仍相当低廉。
为助于更好地理解本发明，现给出
，其中图1显示安装有本发明球鼻形的船体的外观正视图。
图2显示通过球鼻中线和相邻船体部分水平剖面(沿水线)的俯视图。
图3显示球鼻形的典型横截面。
本文叙述的球鼻形为取得和船体交接的理想角度，并且取决于给定船只的船体形状，设计速度，安装的功率和许多其他参数，可以有某个范围的球鼻形状，尺寸和位置。为了清楚起见，附图1，2及3中仅示出最典型的举例。一般而言，球鼻形是本发明的主题，在图1中示出，是一个用虚线(1)画出的单独的立体，其并入船体的一部分非流线型，沿轨迹(2)和船体交接。并示出在中线处的船体形状(3)和排进器(5)。为稳定船体和球鼻形之间的伴流，在其间插入一个连接翼片(4)。如为对接需要，可附加一个短的箱形截面的龙骨(6)。安装该球鼻形的一额外优点是可沿简化的中线生成基本形状，与图1虚线(7)示出的较传统而复杂的形状不同。
图2显示球鼻形的轮廓(1)和简化的(这样易于制造)水线(8)，与传统的球鼻形水线(9)不同。于是沿船体的水流的湍流区(10)变为推进器在其中工作的层流区(11)，这和湍流区(12)的传统位置不同。图2还显示球鼻形和船体表面之间的临界角α。
图3显示了球鼻形最大直径处的剖面，(13)为球鼻形的轮廓，(14)是简化的船体尾部的轮廓，而(15)表示“传统”球鼻尾的剖面，造船时复杂而困难。典型骨架的布置在剖面的左侧所示，说明球鼻形造成的额外的可用空间(16)。
本发明球鼻形在和船体的交接点之间，任何一个横截面都是正圆形或近似圆形。球鼻形在其前后缘之间水平拉长，并和非球鼻形的船体部分非流线形过渡连接，在球鼻形前缘和最大横截面前方间，截面半径逐渐增大。在其中间最大横截面和紧邻推进器前方的后缘之间，截面半径逐渐减小。该球鼻形的与相邻船体相对的形状和尺寸为在该船体和球鼻形的交接线前缘后方，宽度突然增大。球鼻形和船体的交接线为任何完全在该线处侧的相切的最小圆和另一半径为该相切圆75%的同心圆之间的线。
球鼻形的外形(纵向剖面(1)如图1及2所示)特别重要，应根据具体船体尺寸，推进器轴深度和设计速度而设计，最重要的是设计速度，但速度是不能由本发明的发明人所要求的。在上文提及的两系列模型试验中，使用典型的NACA0030外型。
权利要求
1.一种有作为推进手段的推进器的船舶，其特征在于该船有紧接着推进器的船体的一部分和一个横截面为圆形的球鼻形，该球鼻形在其前后缘之间水平拉长，和非球鼻形的船体部分连接，在球鼻形最大横截面前方，为非流线形过渡，该球鼻形在前缘和中间截面之间，截面半径逐渐增大，在中间截面和紧接推进器前方的后缘之间，截面半径渐减小，该球鼻形的与相邻船体相对的形状和尺寸为在该船体和球鼻形的交接线前缘后方，宽度突然增大，沿该交接线有若干点，点上的船体和球鼻形表面间的角度，在该点上的与交接线垂直的一个平面中，从外面测量，角度在0和120度之间。
2.如权利要求1中的球鼻形，其特征在于球鼻形沿交接线以曲面形式按流线形进入船体，曲面圆弧半径等于或小于300mm适用，不会造成该圆与表面之间的间隙。
3.如权利要求1中的球鼻形，其特征在于和船体的交接线之间的每一横截面都是正圆形或近似圆形，交接线为在该线外面完全处在该线相切的最小的圆和另一半径为该切圆半径75%的另一同心圆之间的任何线。
4.使用权利要求1，2或3中限定的一个或多个球鼻形的航海船舶。
5.一种使用权利要求1，2或3中限定的一个或多个球鼻形的航海船舶，其特征在于在该球鼻形和船体分离的区域中，有一个垂直连接翼片将至少一个该球鼻形的后部和船体连接。
全文摘要
本发明和自航船的推进，尤其和其船尾形状有关。本发明描述了一种新的和优越的球鼻形船尾，它不象以前的球鼻尾，并非流线过渡到船体，相反而是突然中断以在二个表面间产生显著不连续，造成沿相交部的湍流区，并将伴流改造为推进器附近的理想流谱。在推进器圆周区域中形成均匀伴流场以提高推进器效率并减小其振动，其效果为改善推进器的噪音和其总效率，各种优点已由各系列试验证实。
文档编号B63B1/08GK1036180SQ8810178
公开日1989年10月11日 申请日期1988年3月29日 优先权日1988年3月29日
发明者罗伯特·G·艾伦, 彼得·J·范蒂频 申请人:日本钢管株式会社