专利名称：降低水运工具驱动功率要求的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于降低水运工具、尤其是船的驱动功率要求的装置。根据本发明的装置特别地适用于改善水运工具驱动系统的能量效率。
背景技术：
现有技术中已知一种用于降低水运工具驱动功率要求的装置。在EP2100808A1中，这种装置包括例如前喷口(fore-nozzle)。该前喷口具体安装于推进器的近距离处或直接安装于从船的行驶方向来看的推进器的上游处。并且，在前喷口中提供有鳍板，即(导向)鳍板或水翼。前喷口基本上具有平圆锥截面形状，其中两个开口、进水口和出水口都配置为基本上圆形的开口，并且进水口的直径大于出水口的直径。结果，能够改善推进器流入，并通过安置在前喷口中的鳍板产生的特有预旋而降低推进器尾流的损失。通过此系统，可实现驱动功率要求的显著降低，并从而节省了燃料。
然而，上述先前已知的装置对于推进器流入具有相对较大的阻力，使得驱动功率要求在相应程度上的降低主要仅设于较慢或更重的载货船中，因此该已知装置通常仅用于这类船中。发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于降低水运工具驱动功率要求的装置，所述装置还能够特别有效地用于快速和非常快速的水运工具，例如速度为20节或更高、或25节或更高的船。
在用于降低水运工具驱动功率要求的装置中实现了这个目的，所述装置包括前喷口、从前喷口向外突出的至少一个外鳍板。所述前喷口位于在船或水运工具行驶方向上的水运工具推进器的上游。用语“行驶方向”在本文中应理解为船或水运工具的向前行驶方向。推进器未非位于前喷口的内部，而是例如在科特导流管(Kort nozzle)或舵推进器中。另外，前喷口位于推进器的远处。前喷口设置为，流过所述前喷口的水流至少部分地引导至位于前喷口后面的推进器。前喷口通常为管状。然而，基本上任何其他类型的截面形状(例如多角截面形状)都是可行的。
前喷口可以形成为一部式或一片式、或由几个单个部分形成前喷口，其中单个部分优选地相互焊接或焊接至船体。优选地，前喷口的至少一部分位于船推进器的推进器轴下方。
前喷口仅包括喷口或喷口环的一部分(例如四分之一喷口环、三分之一喷口环、或二分之一喷口环等)是基本可行的。在此实施方式中，前喷口配置为当从圆周上方看时是开口的。然而优选地，前喷口配置为在圆周方向上闭合。为此，可将喷口设置为在圆周方向上连续环绕360度。在配置为多个部分的前喷口中，而且特别是具有闭合的喷口圆周的情况下，可将前喷口的单个部分连接至船体和/或轴管，从而船体和/或轴管形成喷口圆周的一部分。
作为前喷口绕圆周的优选闭合外形的结果，这具有由假定在两个开口(进水口和出水口)处闭合的前喷口的喷口表面区域围成的内部区域。根据本发明，由前喷口看时，至少一个外鳍板现置于该内部区域之外，而不是从前喷口向外突出。特别地，至少一个外鳍板可从前喷口的外侧突出。
与现有技术相比，在前喷口的外部提供与前喷口配合的鳍板，即至少一个外鳍板。方便地，外鳍板的至少一个末端区域设置于前喷口的外壁表面上，并且从该外部表面向外突出。也就是说，至少一个外鳍板的剩余区域位于前喷口的远处(除了外鳍板的一个末端区域)。作为鳍板在前喷口外部布置的第一结果，实现了前喷口的直径和/或剖面厚度(profile thickness)相对于现有技术中已知的装置显著减少,不过,至少一个(外)鳍板仍然得到流量损失较高且为了有效操作必须进行预旋的这些区域。如果只是减少了现有技术已知装置中的直径，则与本发明相比，鳍板不会从推进器延伸足够远(在从推进器毂看去的径向方向上)，因而对分别与推进器相关的流入不具有或仅较少程度低具有积极影响。
通过将一个或多个外鳍板附接至前喷口的外侧，可降低前喷口的直径并进而降低其阻力，从而该装置还可以用于较快或非常快的船，其中减少驱动功率要求的积极效果被保留，甚至可进一步改善。由于外鳍板从前喷口向外突出，而不是从推进器毂或轴管突出，因此自推进器轴线看时能够向外延伸得相对较远并仍然具有足够的强度，尤其是与弯曲应力有关的强度。
至少一个外鳍板为鳍板，即导向鳍板或水翼，其位于前喷口的外部。通常，至少一个外鳍板固定布置于前喷口上。本文中，术语“鳍板”基本上可以理解为影响推进器流入的任何导向装置，其中该鳍板通常具有水翼轮廓，即吸力面和压力面。因而，这种连接中的鳍板为定子意义上的流动导向表面，定子位于前喷口上并影响推进器流入。特别地，优选是鳍板具有特别是圆弧形状的向外弯曲的吸力面以及基本上平坦的压力面。
鳍板的轮廓在其整个长度上看时可以是均一的或非均一的。特别地，该轮廓可以沿着鳍板的纵向向自身内转动，即扭转。
前喷口可以配置为对称旋转或不对称旋转。并且，前喷口可以与推进器轴线同轴布置或离轴布置。特别地，前喷口的旋转轴和/或纵轴可以相对于推进器轴线向上和/或横向偏置布置。并且，前喷口可以布置为其旋转轴或纵轴与推进器轴线平行外延，或与推进器轴线成一定角度外延，并从而相对于推进器轴线倾斜。并且，前喷口优选地相对于推进器轴线在水平方向上集中排布。结果，前喷口的旋转轴和推进器轴线位于垂直面上。然而，基本上也可进行前喷口相对于延伸穿过推进器的垂直面或平行面的扭转布置。
前喷口相对于推进器轴线向上和/或向侧面的转置的优点具体在于，由于船的形状和船体的配置，前喷口或推进器的下部区域的水速通常大于上部区域的水速。作为前喷口相对于推进器轴线转置的结果，可实现推进器流入的均匀化，从而达到更好的效率，适用于船体的具体配置。
便利地，前喷口由连续的和/或一片式环状体或喷口环组成。前喷口设置于船行驶方向上的上游且在推进器的远处。根据本发明的装置能够有利地用于多推进器船，其中前喷口便利地分配给每个推进器。分配给装置的推进器通常固定安装于船体或安装于船体的固定位置上。水运工具的前喷口和推进器一起形成驱动系统。
优选地，单个(外)鳍板在前喷口纵向上的外延小于或短于前喷口的长度。“外延”在本文中应当理解为前喷口的纵剖面遍及鳍板在该前喷口的纵向上外延的区域或长度。特别优选地，单个鳍板在前喷口的纵向上的外延小于前喷口长度的90 %，进一步特别优选小于80%或甚至小于60%。纵向基本对应于流动方向。更加优选地，鳍板基本上设置于前喷口的后部区域，即面向推进器的区域。然而原则上，也可以在前喷口在纵向上的整个外延内形成鳍板，或相对于行驶方向进行鳍板的中心或前面布置。
有利地，至少一个外鳍板的第一端固定于前喷口。这里，外鳍板的第一端可以例如通过法兰安装而固定于前喷口的外壁表面上，或者它可引导至喷口轮廓内，即前喷口的壁中。或者，也可以引导外鳍板穿过前喷口轮廓或前喷口壁。第一端形成至少一个外部端的根部，第二端形成至少一个外鳍板的顶部。
至少一个外鳍板的第二端进一步便利地配置为自由端，即自由地位于推进器流入中。具体地，只固定外鳍板的第一端，即固定在前喷口上，而外鳍板的剩余区域为自由放置。原则上，可将至少一个外鳍板的第二端固定于例如船体上。然而通常，不是将至少一个外鳍板引导至船体而只是引导至优化推进器流入所需的距离就足够了，而且从流体动力的角度来看更有利。
在优选的实施方式中，至少一个内鳍板设置于前喷口内部。“前喷口内部”应当理解为前喷口的内部区域。至少一个内鳍板优选地基本上位于(特别优选完全位于)前喷口内部，即它不从前喷口的两个开口之一突出或仅轻微突出。至少一个内鳍板的第一端优选地布置在前喷口的内壁上，并且便利地固定在前喷口上。
更优选地，至少一个内鳍板在轴承、特别是轴管上固定有第二端，所述轴承配置用于安装水运工具推进器的推进器轴。因而，内鳍板在两个固定的支承点之间从轴承向前喷口延伸。内鳍板在两端之间具有压力面、吸力面、前缘带(nose strip)和末端带(endstrip)。这种配置也类似地适用于外鳍板。根据船体的配置，至少一个内鳍板能以其第二端直接安装于船体上或船体的镀层上来代替安装于轴承上。
上面描述的外鳍板的配置和形状可以类似地转变至内鳍板的配置，或应用于内鳍板。
优选地，前喷口可通过至少一个内鳍板连接至船体。此外或替代地，前喷口也可通过例如位于例如前喷口下方或上方的“支架”或固定夹的其他连接单元或轴支架臂连接至船体。轴支架臂还可至少在某些区域配置为鳍板、内鳍板和/或外鳍板。至少一个内鳍板和至少一个外鳍板可具有相同或不同的长度。
至少一个外鳍板和/或至少一个内鳍板基本上布置于前喷口的纵轴或旋转轴的径向上，或水运工具的驱动推进器的推进器轴线的径向上是进一步便利的。优选地，鳍板、即外鳍板和内鳍板布置在径向上。在前喷口与推进器轴线同轴布置且配置为对称旋转的情况下，前喷口的纵轴或旋转轴将落到推进器轴线上，从而鳍板则放射状地布置于所有三个轴。如果具有其旋转轴或纵轴的前喷口相对于推进器轴线偏移，则这些轴不再重合，且鳍板优选放射状地布置于推进器轴线。原则上，至少一个外鳍板和至少一个内鳍板可以它们各自的切线成不同角度布置。至少一个外鳍板的切线延伸通过前喷口的外部壁表面上的一点，而至少一个内鳍板的切线延伸通过前喷口的内壁表面上的一点。
在优选的实施方式中，提供多个外鳍板和/或多个内鳍板。特别地，优选提供相同数量的外鳍板和内鳍板。然而原则上，也可以提供不同数量的外鳍板和内鳍板。
尤其优选，所述装置具有至少三个内鳍板和/或至少三个外鳍板，优选三到七个内鳍板和/或三到七个外鳍板。在优选的实施方式中，可以提供奇数个外鳍板和/或内鳍板。
进一步优选，在前喷口的推进器向上旋转侧比前喷口的推进器向下旋转侧提供更多的外鳍板，和/或在前喷口的推进器向上旋转侧比前喷口的推进器向下旋转侧提供更多的内鳍板。术语“前喷口的推进器向上旋转侧”应当理解为在前喷口的前视图中设置于前喷口下游的推进器在向前运动时从底部旋转至顶部的前喷口的一侧。相应地，对于推进器向下旋转侧，推进器从顶部旋转至底部。因此，这种情况中描述的实施方式可以特别适当地用于旋转轴没有相对于推进器轴线横向移置而是位于垂直于推进器轴线的平面上的前喷口，从而通过由中心垂直轴假定划分前喷口，前喷口的一半位于推进器向上旋转侧，且另一半位于推进器向下旋转侧。
为了使推进器处的旋转损失最低，并降低由船的船体扰动的推进器流入而导致的推进器回流中的润流(twisting),通过设置于前喷口上的鳍板(外鳍板或内鳍板)产生(预)旋，该鳍板排布为，相对于没有在前方带鳍板的前喷口的推进器，在推进器回流区域中推进器的下游设立流的更小涡流。如果在推进器向上旋转侧比在推进器向下旋转侧多设置至少一个外鳍板和/或至少一个内鳍板，则推进器回流的涡流特别小。
替代地或额外地，对于外鳍板和/或内鳍板在推进器向上旋转侧和推进器向下旋转侧上的分布，外鳍板和/或内鳍板可以形成不对称外鳍板体系或不对称内鳍板体系。这里，不对称与例如鳍板相对于推进器轴线或前喷口的旋转轴的角度布置和/或鳍板的尺寸例如轮廓长度、轮廓横截面或其他量有关。在不对称与指向推进器轴线或前喷口的旋转轴的角度布置的情况下，从推进器轴线或前喷口的旋转轴沿径向看时，在单个的外鳍板和/或内鳍板的轴之间设立不等的角度分布。如果在前喷口的横截面图中，前喷口的垂直中心轴用作对称轴，则也可以呈现不对称布置。对称轴通常同时划分前喷口的向上旋转侧和向下旋转侧。这以易于配置和布置的方式产生特别有效的外鳍板体系或内鳍板体系。
在进一步优选的实施方式中，至少一个外鳍板布置于至少一个内鳍板的外延中，从而二者一起形成完整鳍板。因此，例如外鳍板和内鳍板的纵轴可基本上处于一个在另一个上，和/或外鳍板和内鳍板设置于共有的放射轴上。优选地，便利地布置于内壁表面上的内鳍板的第一端与设置于前喷口的外壁表面上的外鳍板的第一端相对定位，从而只有前喷口壁位于两个鳍板之间。原则上，两个末端区域都应当引入到轮廓或喷口壁中，从而可相互邻接或只是稍微相互分离。也可以使用通过前喷口中的凹槽引导的连续鳍板，以及一个子部分形成外鳍板而另一个子部分形成内鳍板的连续鳍板。作为两个鳍板的这种优选实施方式的结果，得到单个的流体鳍板，其便利地从轴承向外鳍板的自由端延伸。如果提供了多个外鳍板和内鳍板、特别是相同数量的外鳍板和内鳍板，每个鳍板有利地布置为鳍板对，每个鳍板对形成完整的鳍板。因此，例如三个外鳍板和三个内鳍板可以一起形成三个完整的鳍板。
与现有技术中已知的纯定子布置、或者具有从轴管放射状突出的鳍板而不具有喷口或喷口元件的布置相比，通过提供前喷口，获得了显著提高的整体布置的强度。从而，完整鳍板可以设计为具有确证的疲劳强度的足够长度，以最优地影响对推进器的流入，或实现可能达到的最好效率。在上述已知的具有长鳍板而不具有喷口环的布置中，经常达不到疲劳强度。
完整鳍板的长度可基本上大于或者小于分配给前喷口的水运工具推进器的半径。完整鳍板的长度是从推进器轴线至外鳍板的最外(自由)端进行测量，其中也可选地包括位于两个鳍板(外鳍板和内鳍板)之间的喷口壁。优选地，完整鳍板的长度最大为推进器半径的90%，特别优选最大仅为75%。由此，得到装置的足够强度。
在进一步的优选实施方式中，至少一个外鳍板和/或至少一个内鳍板以放射状地与推进器轴线和/或前喷口的纵轴呈一攻角设置。特别地，至少一个外鳍板和至少一个内鳍板具有不同的攻角。如果提供了多个外鳍板和/或内鳍板，则它们也可以具有彼此不同的攻角。通过设置不同的攻角，能够最优化预旋。该调节角例如由从各鳍板的前缘带延伸到末端带的弦或鳍板在横截面图中的纵轴与推进器轴线或前喷口的纵轴围成。
在进一步优选的实施方式中，至少一个外鳍板具有自由端，该自由端形成外鳍板最远离前喷口的区域。在这个自由末端区域，鳍板尾端件从外鳍板突出。因此，例如该鳍板尾端件的纵轴可以与外鳍板的纵轴成一定角度定位。术语“突出的鳍板尾端件”在这种情况中基本上是指设置在外鳍板的自由末端区域内的所有部件，这些部件并不是精确地设置于外鳍板的外延上，而是从外鳍板倾斜突出，或与外鳍板成特定角度，或偏离外鳍板的假想外延的轮廓等高线。因此鳍板尾端件从鳍板的平面突出。这种突出的鳍板尾端件起到类似飞机机翼中已知的“小翼”的作用，并且降低在外鳍板的末端区域中漩涡分离的可能性，以及减少外鳍板的末端区域中空化现象的发生。
鳍板尾端件可以以一半径过渡(transform)到外鳍板的自由末端区域中。或者，鳍板尾端件可以以一角度安装于外鳍板的自由末端上，从而鳍板尾端件平面和外鳍板平面形成该角度。
原则上，外鳍板的两侧(即压力面和吸力面)上的鳍板尾端件能够从外鳍板的两侧突出或者仅在两侧中的一侧突出。在最后的实施方式中，优选鳍板尾端件仅朝外鳍板的吸力面突出，因为由此能够获得与漩涡形成的减少有关的更好的流体动力效应。对于鳍板尾端件在外鳍板的两侧突出或凸起的实施方式，还可以提供两个分离的鳍板尾端件，这两个分离的鳍板尾端件中的每一个在一侧突出。然而原则上，在该实施方式中鳍板尾端件可以为一片式设计。
进一步优选，在存在至少一个外鳍板和至少一个内鳍板时，外鳍板的长度大于内鳍板的长度。特别地，外鳍板的长度可以为内鳍板长度的至少1.5倍，优选为内鳍板长度的至少两倍。作为该实施方式的结果，实现了关于驱动功率要求和装置稳定性的改善效果。作为该优选实施方式中长度分布的结果，前喷口或喷口环相对靠近推进器轴的轴承设置，从而装置具有相对较低的阻力，且也能够用于非常快速的船。然而基本上，可进行至少一个内鳍板的长度大于至少一个外鳍板的长度的设计，例如至少一个外鳍板的长度是至少一个外鳍板的长度的1.5倍或两倍，或二者具有近似的长度。
类似地，如果前喷口的直径不大于分配给前喷口的(船)推进器的直径的85%，优选不大于70 %，尤其优选不大于50 %或不大于35 %，则是有利的。这也保证了喷口轮廓或喷口环整体上不会太大，从而前喷口的阻力低至在快速和非常快速的船中可使用该装置。如果前喷口不应为旋转对称或圆柱状或圆锥状，来代替直径，前喷口的高度或宽度的最大外延与推进器直径相关。并且，前喷口的外径应当便利地使用。
为了保证设备足够低的阻力，根据进一步的实施方式，可以提供为前喷口的剖面厚度不大于前喷口长度的10 %，优选不大于7.5%，尤其优选不大于6 %。本文中，应当使用纵向上的最大剖面厚度和最大外延(即从前喷口的一个开口到另一个开口)。由此，也进一步降低了装置的阻力。
在进一步的优选实施方式中，进一步提供稳定支柱，该稳定支柱设置于轴承与前喷口的内侧之间，并固定于轴承和前喷口上。如果根据装置的现场状况或特定配置，需要对装置或前喷口进行额外的稳定或保持，则提供这种稳定支柱。在前喷口的外部、稳定支柱的外延中，通常不提供其他支柱，或甚至不提供外鳍板。支柱基本上可配置为不具有导流性质的正常的压力杆或张力杆。或者，稳定支柱本身也可以具有鳍板的轮廓，即水翼轮廓或用于特定影响推进器流入例如产生预旋的类似轮廓。
至少一个外鳍板和/或至少一个内鳍板可以配置为后掠鳍板。尤其在航空运输中已知的术语“后掠”在本文中应当理解为外鳍板和/或内鳍板相对于前喷口纵轴的垂直线的角偏差。在这种情况中，当以通流方向看时，鳍板(内鳍板和/或外鳍板)的前缘和/或尾缘可相对于垂直线倾斜一定角度(这种状态称为前缘后掠或尾缘后掠)。在一个实施方式中，只有外鳍板和/或内鳍板的前缘相对于垂直线倾斜，或与垂直线成一定角度定位，而尾缘近似地平行于垂直线排布。也存在只有至少一个外鳍板配置为后掠鳍板而不是至少一个内鳍板配置为后掠鳍板的实施方式。在另一实施方式中，至少一个外鳍板和至少一个内鳍板都配置为后掠鳍板。当前喷口包括至少一个完整鳍板并且该完整鳍板尤其优选地配置为连续的后掠鳍板，即至少一个外鳍板和至少一个内鳍板的前缘和/或尾缘相对于前喷口的纵轴的垂直线具有相同的角度偏移时，这种配置是尤其优选的。
通过附图中示出的示例性实施方式进一步阐释本发明的细节。在示意性示出的附图中:
图1示出了前喷口与推进器同轴配置的船体中的下部区域的后视图2示出了前喷口相对于推进器轴线向上偏移的船体的下部分的后视图3示出了具有相对于推进器轴线倾斜的外鳍板的前喷口的侧视图4示出了鳍板的截面图5示出了装置的其他实施方式的透视图6示出了图5的装置的侧视图；以及
图7示出了安装于船体上的装置的其他实施方式的透视图。
附图标记说明
100 装置
10 前喷口
11 前喷口壁
12 前喷口内壁表面
13 前喷口外壁表面
14 推进器向上旋转侧
15 推进器向下旋转侧
16前喷口的旋转轴
17旋转轴的垂直线
18主流入方向
20、20a、20b、20c、20d 外鳍板
201外鳍板的第一端
202外鳍板的第二端
203吸力面
204压力面
205前端面
206后端面
21a、21b、21c、21d 内鳍板
22稳定支柱
23鳍板尾端件
23a转捩
30船的船体
31轴承
32推进器轴线
33推进器
34垂直中心线
35水平中心线
36舵
37行驶方向
α旋转轴与推 进器之间的交角
β后掠角具体实施方式
在下面示出的多种实施方式中，相同的部件具有相同的附图标记。
图1示出了船体30的后下区域的后视图。轴承31配置为自船尾大致以水平方向从船体30突出的轴管。在图1的图中，轴承31自附图平面伸出或伸入附图平面。沿推进器轴线32延伸的推进器轴(图中未示出)安装于轴承31中。在图1的图中，推进器轴线32也自附图平面伸出或伸入附图平面。推进器轴线32同时形成与推进器轴线32同轴布置的前喷口 10的纵轴。由于本示例性实施方式中的前喷口 10示出为旋转对称体，因此推进器轴线32同时也形成前喷口 10的旋转轴。推进器33只是示意性地表示为推进器圆环，因为推进器33在行驶方向上位于前喷口 10的下游，因而在该附图平面的外部。这样的船也成为单推进器船，因此只具有一个推进器33。
前喷口 10具有圆周闭合的前喷口壁11，该前喷口壁11分别包括内壁表面12和前喷口外壁表面13。垂直中心线34和水平中心线35穿过推进器33。由于前喷口 10与推进器33同轴布置，因此中心线33和35也是前喷口 10的中心线。推进器轴线32位于两条中心线34和35的交点处。在前喷口 10被垂直中心线34分开的假定分区中，前喷口左半部分是前喷口 10的推进器向上旋转侧14，而前喷口右半部分是推进器向下旋转侧。
各自设置以在轴承31和前喷口壁11的内侧12之间延伸的内鳍板21a、21b和21c提供在前喷口 10的推进器向上旋转侧14上(针对顺时针推进器)。也在轴承31和前喷口壁11之间延伸的另一个内鳍板21d安装于推进器向下旋转侧15，且具体地位于水平中心线35之上。内鳍板21a、21b、21c和21d各自固定于轴承31上且固定于前喷口 10上。自前喷口外壁表面13，四个外鳍板20a、20b、20c和20d从前喷口 10向外突出。外鳍板20a、20b、20c和20d各自布置在内鳍板21a、21b、21c和21d的延伸方向上。外鳍板20a、20b、20c、20d和内鳍板21a、21b、21c、21d均相对于推进器轴线32或前喷口的旋转轴放射状布置，并且沿着推进器轴线32的径向延伸。内鳍板21a、21b、21c和21d的纵轴在假定的延伸方向上近似地对应于外鳍板20a、20b、20c、20d的纵轴。因此，单独的每一对鳍板20a和21a、20b和21b、20c和21c、20d和21d各自形成完整的鳍板。也就是说，它们近似地作为连续的鳍板作用于流体，但是实际上被前喷口 10断开，并且分别固定于前喷口上(例如，通过焊接或焊接至前喷口)。因而，装置100需要对完整鳍板的相对较长的长度具有高稳定性。
总共三个完整的鳍板布置于推进器向上旋转侧14上，且一个完整的鳍板布置于推进器向下旋转侧15上。在推进器向下旋转侧15且具体地在水平中心线35以下，进一步提供有稳定支柱22，该稳定支柱22在轴承31和前喷口 10之间延伸，并且与二者连接。该稳定支柱22配置为，其用作压力杆或张力杆并将前喷口 10固定于船体且使之稳定。该稳定支柱22未配置为鳍板，即它不具有水翼轮廓等，而是配置为对流体的影响尽可能小。该稳定支柱22相对于鳍板20a、20b、20c、20d、21a、21b、21c、21d具有更大的轮廓宽度。
每个外鳍板20a、20b、20c、20d具有第一端201，该第一端201布置于前喷口 10的外部壁表面13上，并且与前喷口 10连接。外鳍板还具有与第一端201相对的第二端202，该第二端202配置为自由端。鳍板尾端件23从第二端202侧向突出。在图1的图中，每个鳍板尾端件23指向外鳍板20a、20b和20c的下侧，形成吸力面。在外鳍板20d处，在自由端202上提供相互对称布置的两个鳍板尾端件23。一个鳍板尾端件23向外鳍板20d的上侧突出，另一个向外鳍板20d的下侧突出。鳍板尾端件23起到“小翼(winglet) ”的作用，减少外鳍板20a、20b、20c、20d的自由端202区域中的所谓分离湍流和空化现象的发生。每个鳍板尾端件23以一半径过渡至外鳍板20a、20b、20c、20d中。
图2示出了与图1类似的视图。在根据图2的实施方式中，与图1不同，前喷口10具有旋转轴16，旋转轴16同时也形成前喷口 10的纵轴，该前喷口 10相对于推进器轴线32向上偏移。因此，内鳍板21a、21b、21c、21d具有不同的长度，而图1的图中，内鳍板21a、21b、21c、21d均具有相同的长度。稳定支柱22也相对于图1的实施方式缩短。在图2的图中，外鳍板20a、20b、20c和20d也进一步具有不同的长度，而图1的图中，外鳍板20a、20b、20c、20d各自具有相同的长度。在图1的实施方式和图2的实施方式中，推进器33的半径都大于(最长)完整鳍板的长度。在图2的实施方式中，最长完整鳍板的长度(例如，由外鳍板20c和内鳍板21c组成)大于图1的完整鳍板的长度。
图3示出了船的船尾下部分的侧视图。轴承31配置为轴管,轴管中布置有转动轴(此处未示出)，该轴承31从船体30的船尾近似水平地突出。推进器轴沿着推进器轴线32延伸。在轴承31的末端提供推进器33。进一步在行驶方向上的推进器33之前提供前喷口10。旋转轴或纵轴16延伸通过旋转对称的前喷口 10的中心。前喷口 10以其旋转轴16相对于推进器轴线32向上偏移。并且,旋转轴16以角α相对于推进器轴线32倾斜。也就是说，前喷口 10排布或设置为在从行驶方向看去时其上前缘区域相对于推进器轴线32向下倾斜或翘起。在前喷口 10的上部区域，外鳍板20从前喷口 10向上突出。外鳍板20从行驶方向看时位于面向推进器33的前喷口 10的后部区域。在行驶方向上的推进器33的下游提供用于操控船的舵36。
图4示出了鳍板的一个例子的横截面图。所示的鳍板原则上可以是外鳍板20a、20b、20c、20d或内鳍板21a、21b、21c、21d的横截面。在图4的例子中，示出的鳍板是外鳍板20。鳍板20具有位于图4附图顶端的弯曲的吸力面203，以及位于相反位置的基本平坦的压力面204。将形成鳍板20的前缘一部分的圆形前端面205置于流体中，即以内置的状态设置于前喷口的上游。实际上，后端面206渐缩至近似一点(即轮廓末端)，形成鳍板20的尾缘的一部分，该后端面206以内置的状态置于前喷口 10中的推进器下游。
图5示出了根据本发明的装置100的另一个实施方式的透视图。该装置100也包括在装置内部沿圆周方向闭合的喷口环或前喷口 10、四个外鳍板20a至20d以及四个内鳍板21a至21d，其中各自的一对鳍板20a和21a,20b和21b,20c和21c、20d和21d形成完整鳍板。单独的鳍板20a至20d、21a至21d分别具有如图4中所示那样的横截面轮廓。具体地，每个鳍板20a至20d、21a至21d包括吸力面203和压力面204。鳍板20a至20d、21a至21d分别布置在前喷口 10的后部区域。图5的图示出了一种分解图，因而单独的鳍板20a至20d、21a至21d并不是以其与前喷口 10连接的状态连续示出。外鳍板20a至20d以及内鳍板21a至21d布置在以行驶反向37看到的前喷口 10的后部区域。特别地，后部区域的长度不大于以行驶方向看到的前喷口 10的总长度的70%，优选地不大于55%。图5中透视示出了前喷口 10，为了清楚起见，外鳍板20a至20d以及内鳍板21a至21d每个都是可以完整辨认的。
附接至外鳍板20a至20d的每个第二端202的鳍板尾端件23配置为平板且从外鳍板20a至20d向一侧横向突出。鳍板尾端件23的边缘231配置为平板，该平板面向外鳍板20a至20d的前缘或前端面横向延伸至前喷口 10的主流入方向18，且轻微后掠。鳍板尾端件23的两个侧边缘232与主流入方向18近似平行地排布，而鳍板尾端件23的尾缘233基本成直角地延伸至主流入方向18。关于外鳍板20a至20d的纵向，鳍板尾端件23以90度至120度向外突出，其中在顺时针方向的推进器的情况下，鳍板尾端件23从外鳍板20a至20d在推进器的旋转方向上横向突出。在图5的装置100中，每个内鳍板21a至21d的长度大于外鳍板20a至20d的长度。另外，所有外鳍板20a至20d具有相同的长宽高的尺寸以及相同的轮廓形状。这同样也适用于内鳍板21a至21d。由于内鳍板21a至21d具有相同的长度，前喷口 10的旋转轴或纵轴与推进器轴线同轴布置，也就是说两个轴处于一个在另一个上。
外鳍板20a至20d配置为后掠鳍板，而内鳍板21a至21d并不是。这可在图6的图中具体看出，其中以侧视图示出了图5的装置100。前喷口 10的旋转轴或纵轴16在图6的图中示出。示出了旋转轴16的第一向上突出垂直线17a和第二向下突出垂直线17b。图6中透视示出了前喷口 10，为了清楚起见，内部的内鳍板21b至21d可以辨认。还可以进一步辨认出内鳍板21b的前缘205基本上与垂直线17a平行设置。还可以辨认出内鳍板21d的尾缘206基本上与垂直线17b平行设置。由于内鳍板21b至21d具有相同的配置，所以这些平行布置同样适用于所有内鳍板21b至21d。换句话说，当从主流如方向18看时或从行驶方向37看时，内鳍板21b至21d的深度基本上在内鳍板21b至21d的整个长度上恒定。因而内鳍板21b至21d不配置为后掠鳍板。
与此相对,外鳍板20b至20d配置为后掠鳍板,并具体地包括前缘后掠。相应地，外鳍板20b的前缘205布置为与垂直线17a成后掠角β。这也适用于剩余的外鳍板，因为配置相同。外鳍板20b至20d的尾缘206基本上平行于垂直线17a和17b排布，从而外鳍板20b和20d的尾缘不后掠，也就是说，不与垂直线成角度地倾斜。相应地，当从行驶方向37看时，外鳍板20b至20d的深度从第一端201向第二端202降低。由于前缘205为直线型，所以继续从一端201向另一端202降低。图6中没有示出的外鳍板20a和内鳍板21a配置类似于其他内鳍板21b至21d和外鳍板20b至20d。
在图6中可以进一步辨别出，前喷口 10的外径在主流入方向上连续减少。同样，前喷口 10的内径在主流入方向18上减少，但由于剖视图中的前喷口内壁表面11的弧形配置而不是连续减少。
图7示出了根据本发明的装置100的另一实施方式，其与图5和图6类似地配置。具体地，该装置100也包括四个外鳍板20a至20d和四个内鳍板21a至21d，其中每一个鳍板对形成完整的鳍板。在图7的实施方式中以及在图5、6、1和2的实施方式中，完整的鳍板都不对称地设置于前喷口 10中。
与图5和图6的实施方式相比，图7的实施方式中，外鳍板20a至20d的第二端202不以一定角度延伸至鳍板尾端件23中，而是具有一定半径的转捩(transition) 23a。进一步地，在图7中，完整的鳍板延伸通过前喷口 10，也就是说，完整的鳍板形成为一片式，而在图5和图6的实施方式中，完整的鳍板分别形成为两个构件，并且每个内鳍板和外鳍板分别固定于前喷口 10。根据图7的实施方式与图5和图6实施方式的另一个不同点在于，内鳍板21a至21d和外鳍板20a至20d配置为后掠鳍板。这里,也只有鳍板的前缘在每种情况中配置为向下倾斜，而尾缘不是。内鳍板21a至21d的前缘的后掠以与外鳍板20a至20d的旋转轴的垂直线相同的角度实现，从而得到具有恒定角度的连续的前缘后掠。
在图7中可以进一步辨认出，装置100安装在船体30上，并且特别是在行驶方向37上位于船体30的后端。
权利要求
1.一种用于降低水运工具、特别是船的驱动功率要求的装置(100)，包括前喷口(10)，其特征在于，至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)从所述前喷口(10)向外突出。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)的第一端(201)固定在所述前喷口(10)上，并且所述至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)的第二端(202)配置为自由端。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，至少一个内鳍板(21a、21b、21c、21d)设置在所述前喷口(10)的内部，其中，优选所述内鳍板(21a、21b、21c、21d)的第一端设置在所述前喷口(10)的内壁表面(12)上，并且特别优选固定在所述前喷口(10)上。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述至少一个内鳍板(21a、21b、21c、21d)以第二端固定于轴承(31)、特别是 轴管上，所述轴承(31)配置用于安装所述水运工具的推进器(33)的推进器轴。
5.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)和/或所述至少一个内鳍板(21a、21b、21c、21d)相对于所述前喷口 (10)的纵轴或旋转轴(16)放射状地设置，或相对于所述水运工具的推进器(33)的推进器轴线(32)放射状地设置。
6.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，提供多个外鳍板(20a、20b、20c、20d)，其中，尤其在所述前喷口(10)的推进器向上旋转侧(14)比在所述前喷口(10)的推进器向下旋转侧(15)提供有更多的所述外鳍板(20&、2013、20(3、20(1)，和/或所述外鳍板(20a、20b、20c、20d)布置为形成不对称的外鳍板体系。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其特征在于，提供多个内鳍板(21a、21b、21c、21d)，其中，尤其在所述前喷口(10)的所述推进器向上旋转侧(14)比在所述前喷口(10)的所述推进器向下旋转侧(15)提供有更多的所述内鳍板(21a、21b、21C、21d)dP/*所述内鳍板(21a、21b、21c、21d)布置为形成不对称的内鳍板体系。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)设置在所述至少一个内鳍板(21a、21b、21c、21d)的外延上，并且所述至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)和所述至少一个内鳍板(21a、21b、21c、21d) —起形成完整鳍板。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述完整鳍板的长度大于或小于所述水运工具的推进器(33)的半径，优选所述完整鳍板的长度最大为所述推进器(33)的半径的90%，尤其优选所述完整鳍板的长度最大为所述推进器(33)的半径的75%。
10.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)和/或所述至少一个内鳍板(21a、21b、21c、21d)与所述推进器轴线(32)和/或所述前喷口(10的所述纵轴成一攻角布置，其中，尤其是所述至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)和所述至少一个内鳍板(21a、21b、21c、21d)具有不同的攻角。
11.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)具有自由端(202)，在所述自由端(202)上提供从所述外鳍板(20a、20b、20c、20d)突出的鳍板尾端件(23)。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述鳍板尾端件(23)以一半径或以一角度过渡到所述外鳍板(20a、20b、20c、20d)的所述自由端中。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述鳍板尾端件(23)在所述外鳍板(20a、20b、20c、20d)的仅一侧或两侧上从所述外鳍板(20a、20b、20c、20d)突出，其中在一侧式设计的情况下，所述鳍板尾端件(23)优选在所述至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)的吸力面(203)上突出。
14.根据权利要求3至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)的长度大于所述至少一个内鳍板(21a、21b、21c、21d)的长度，优选所述至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)的长度为所述至少一个内鳍板(21a、21b、21c、21d)的长度的至少1.5倍，尤其优选所述至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)的长度为所述至少一个内鳍板(21a、21b、21c、21d)的长度的至少2倍。
15.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述前喷口(10)的直径小于所述水运工具的推进器(33)的直径的70%，优选小于50%，尤其优选小于35%。
16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述前喷口(10)的最大剖面厚度小于所述前喷口(10)的长度的10%,优选小于7.5%,尤其优选小于6%。
17.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，在所述前喷口(10)的内部提供用于稳定所述前喷口(10)的至少一个稳定支柱(22)，其中所述稳定支柱(22)以一端固定于所述前喷口(10)上，并且以另一端固定于轴承(31)、特别是轴管上，所述轴承(31)配置用于安装所述水运工具的推进器(33)的推进器轴，其中所述稳定支柱(22)能设置成具有或不具有鳍板轮廓。
18.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述至少一个外鳍板(20a、20b、20c、20d)和/或所述至少一个内鳍板(21a、21b、21c、21d)配置为后掠鳍板。
19.根据权利要求18所述`的装置，其特征在于，所述完整鳍板配置为整体后掠鳍板。
全文摘要
本发明提供了一种用于降低水运工具驱动功率要求的装置(100)，该装置(100)包括前喷口(10)，其中至少一个外鳍板(20)从所述前喷口(10)向外突出。
文档编号B63H1/28GK103101610SQ20121045213
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月12日 优先权日2011年11月11日
发明者德克·莱曼, 弗里德里希·密维斯 申请人:贝克船舶系统有限及两合公司