本实用新型涉及一种利用非对称导管以及鳍结构体的结合的船舶移动控制装置。
背景技术：
：近年来国际油价的持续上涨造成了船舶航行费用的急剧上升，因此迫切需要开发出一种能够节省能源的新概念船舶。同时，全球变暖的趋势促进了国际环境相关法规的出台，国际海事机构(IMO)也制定了有关船舶的二氧化碳排放设计指标(shipdesignCO2emissionindex)并要求各个国家制定相关的强制规定，在这种情况下尤其是节能技术(energysavingtechnology)能够对上述设计指标造成直接性的影响。但是纵观相关的现有技术可以发现，通过优化船舶形状而提升其推进性能的技术已经发展到了极限，因此正在积极开发用于实现船舶节能的各式各样的附加装置，但是这种装置的效率相对于在船舶上的安装成本有明显的不足，且只能适用于新型船形而不能适用于传统船形。所以，目前迫切需要开发出一种相对于在船舶上的安装成本具有较高的效率且不仅能够适用于新型船形还能够适用于传统船形的全新概念的节能装置。技术实现要素：专利内容本实用新型的目的在于解决上述现有问题而提供一种通过利用扇形形状的导管和鳍结构体之间的相互作用改善船尾流场的流动并借此实现船舶节能效果的装置。为了实现上述目的，适用本实用新型的利用非对称导管以及鳍结构体的结合的船舶移动控制装置的特征在于：配置于半径为R的螺旋桨的前方，包括导管、第1鳍结构体、第2鳍结构体以及第3鳍结构体，其中，上述导管采用扇形形状且位于螺旋桨轴中心线的上部位置并以中心线为基准向右舷方向非对称安装，第1鳍结构体从螺旋桨轴的中心线向上述导管方向延伸并与上述导管的左侧末端相接，第2鳍结构体从螺旋桨轴的中心线向上述导管方向延伸并与上述导管的右侧末端相接，第3鳍结构体从螺旋桨轴的中心线向上述导管的相反方向延伸并介于上述第1鳍结构体和上述第2鳍结构体之间的位置。利用本实用新型，能够利用扇形形状的导管和鳍结构体之间的相互作用实现船舶的节能效果，更详细地讲，能够通过导管的作用对船尾流场的流动进行整流和加速，从而改善船体的阻力性能，同时通过鳍结构体的作用使流入到螺旋桨中的反流发生变化并借此改善螺旋桨的推进性能，最终通过事先形成旋转流而改善螺旋桨的效率。附图说明图1是在船尾安装本实用新型的状态。图2是适用本实用新型的导管的较佳安装形态。图3是适用本实用新型的鳍结构体的较佳安装形态。图4是适用CFD技法的对象船形。图5是本实用新型的实施例，是对安装本实用新型前后的螺旋桨前方流场进行解析的结果。图6是本实用新型的实施例，是为模型试验而制作的模型。图7是图6的模型试验结果。附图符号说明10：导管21：第1鳍结构体22：第2鳍结构体23：第3鳍结构体30：螺旋桨具体实施方式下面，将结合附图对本实用新型进行详细说明。首先需要注意的是，在对各个附图中的构成要素分配参照符号的过程中，对于在不同附图中的相同构成要素尽可能分配了相同的符号。此外，在对本实用新型进行说明的过程中，如果判定对相关公知构成或功能的具体说明可能会使本实用新型的要旨变得不清晰，则将省略其详细说明。图1是在船尾安装本实用新型的状态。图2是适用本实用新型的导管的较佳安装形态。图3是适用本实用新型的鳍结构体的较佳安装形态。本实用新型是一种通过将导管10和鳍结构体21、22、23安装在螺旋桨30的前方，利用彼此之间的相互作用改善船尾流场的流动并进借此实现船舶节能效果的装置。本实用新型对船体的船尾形状和螺旋桨面上的反流分布以及船体表面上的压力分布进行了缜密的检讨，并以此为依据确定了导管10和鳍结构体21、22、23的最佳形状以及组合，下面将对其进行详细的说明。首先，对导管10进行说明。导管10采用扇形形状，安装于螺旋桨轴中心线的上部(参阅图1、图2)。这是因为通常对船体的阻力性能造成重要影响的是在船尾上部形成的流动，而通过利用导管10对船尾上部的流动进行整流和加速，能够在很大程度上改善船体的阻力性能。如上所述的扇形形状的导管10相对于一般的圆形形状的导管，其重量或体积较小但效果却并不比圆形形状的导管相差太多，尤其是所形成的附加阻力小于圆形形状的导管，所以在船舶节能方面有很多优点。导管10是以中心线为基准向右舷方向非对称安装。这是考虑到位于导管10后方的螺旋桨30的旋转方向为顺时针方向，使得导管10对于在船尾上部形成的流动中，对从右舷方向上流入的流动的整流和加速效果更佳明显。导管10具有水翼形截面(hydro-foilsection)，在这种情况下水翼形截面的前刃朝向船头方向而后刃朝向船尾方向。通过使导管10具有如上所述的水翼形截面且同时对流入的流场具有适当的攻角，不仅能够将附加物即导管10自身的阻力降至最低，还能够通过导管10自身实现附加推力效果。即，沿着船尾的形状流入到螺旋桨30旋转面中的流动，将通过导管10的吸入面(suctionside)得到加速之后再流入到螺旋桨30，从而与在螺旋桨30半径方向上的诱导速度成分起到相辅相成的作用。此时，会因为作用于导管10压力面(pressureside)和吸入面上的压力差异而形成浮力，并起到额外推力的作用。相对于螺旋桨30的半径R，导管10后端部的半径大小为0.7R(参阅图3)，而截面的攻角大小为12～14度。导管10的弦长能够沿着扇形形状的圆弧具有相同的长度或发生变化。且考虑到导管10作业的便利性，应以从螺旋桨面相距一定间隔的状态安装(参阅图2)。作为参考，图2中所示的实施例采用了导管10的弦长沿着扇形形状的圆弧变化的方式。接下来，对鳍结构体21、22、23进行说明。具体来讲，鳍结构体21、22、23分为第1鳍结构体21、第2鳍结构体22以及第3鳍结构体23，第1鳍结构体21从螺旋桨轴的中心线向导管10方向延伸并与导管10的左侧末端相接，第2鳍结构体22从螺旋桨轴的中心线向导管10方向延伸并与导管10的右侧末端相接，第3鳍结构体23从螺旋桨轴的中心线向导管10的相反方向延伸并介于第1鳍结构体21和第2鳍结构体22之间的位置。第1鳍结构体21和第2鳍结构体22的首要作用为对上述导管10进行支撑，但从工学观点上考虑时显得尤为重要的是，第1鳍结构体21、第2鳍结构体22、第3鳍结构体23都起到前置预旋定子的作用。因此通过上述作用，能够使流入到螺旋桨30中的反流发生变化并借此改善螺旋桨的推进性能，最终通过事先形成旋转流而改善螺旋桨的效率。即，鳍结构体能够形成与螺旋桨30所诱导的旋转方向上的诱导速度相反方向上的旋转方向引导速度，从而在螺旋桨30的后方将螺旋桨轴的旋转方向上的整体诱导速度降至最低，降低因为螺旋桨30伏流的旋转而导致的动能损失，最终提升其推进效率。此外，上述鳍结构体21、22、23能够通过与导管10的相互作用而进一步提升其效果。第1鳍结构体21、第2鳍结构体22、第3鳍结构体23都具有水翼形截面(hydro-foilsection)，在这种情况下水翼形截面的前刃朝向船头方向而后刃朝向船尾方向。通过使鳍结构体21、22、23具有如上所述的水翼形截面且同时对流入的流场具有适当的攻角，能够将附加物即鳍结构体21、22、23自身的阻力降至最低。第1鳍结构体21、第2鳍结构体22、第3鳍结构体23的截面的攻角大小为10～12度，且各个鳍结构体21、22、23的攻角大小可以相同或不同。此外，第1鳍结构体21、第2鳍结构体22、第3鳍结构体23能够具有相同或不同的弦长，也能够以相同或不同的间隔安装。关于鳍结构体21、22、23的安装，图3显示出了第1鳍结构体21、第2鳍结构体22、第3鳍结构体23的较佳安装形态。在适用本实用新型的较佳实施例中，第2鳍结构体22安装在右舷而第1鳍结构体21和第3鳍结构体23安装在左舷，在这种情况下第2鳍结构体22的攻角和第1鳍结构体21以及第3鳍结构体23的攻角应采用相反的方向(参阅后述表1中的加粗部分)。在流入到螺旋桨30的船尾流动中具有在左舷和右舷对称且向上的速度成分，其中左舷具有能够使与螺旋桨30的旋转方向相同方向上的流入速度增加的效果，而右舷具有能够使与螺旋桨30的旋转方向相反方向上的流入速度增加的效果。因此为了将与螺旋桨30的旋转方向相同的诱导速度成分将至最低，在左舷安装更多的鳍结构体(即前置预旋定子)且将左舷和右舷的攻角方向设置为相反为宜。此外考虑到一般船舶的船尾形状和反流分布，第2鳍结构体22沿着右舷方向水平安装，而第3鳍结构体23从第2鳍结构体22沿着顺时针方向旋转135安装，第1鳍结构体21从第3鳍结构体23沿着顺时针方向旋转90度安装为宜。<实施例>本实用新型对船体的船尾形状和螺旋桨面上的反流分布以及船体表面上的压力分布进行了缜密的检讨，并以此为依据确定了导管10和鳍结构体21、22、23的最佳形状(大小及位置)，表1为将导管10和鳍结构体21、22、23定义为最佳形状数值的结果表。此时，上述导管10和鳍结构体21、22、23的最佳形状是以图4及表2中所给出的对象船形(KVLCC2:KRISO300KVLCCTanker)为标准，利用CFD(计算流体力学)技法导出了各设计变量的最佳值。[表1][表2](KVLCC2:KRISO300KVLCCTanker)关于本实用新型的效果，表3给出了对安装本实用新型前后在自航状态下的马力节省效果进行比较的结果表(CFD模拟结果)。如表3所示，在自航状态下安装本实用新型前后的实际马力节省(设计马力＝2π*n(转速)*Q(扭矩))比例为，在安装本实用新型时呈现出约7％以上的马力节省效果。[表3]KT(推力系数)10KQ(扭矩系数)Rps马力节省(2πnQ)裸壳船0.17540.20117.7704本实用新型0.17840.20467.5911-7.39(％)此外，关于本实用新型的效果，图5给出了对安装本实用新型前后的螺旋桨前方流场进行解析的结果。如图5所示，对安装本实用新型前后在螺旋桨面上的反流分布进行比较可以发现，仅通过肉眼即可确认在安装本实用新型之后朝向螺旋桨面的反流得到了较好的整流。此外，在本实用新型中是利用船模试验槽中的模型试验(阻力及自航试验)对本实用新型的马力节省效果进行了验证。图6是用于进行模型试验的模型，而表4和图7是模型试验结果(各船速下的有效马力(EHP)和设计马力(DHP)减少率比较)。通过结果可以发现，通过安装本实用新型，在所有船速范围内呈现出了平均3.5％、最高4.1％的马力节省效果。[表4]如上所述，利用本实用新型，能够利用扇形形状的导管10和鳍结构体21、22、23之间的相互作用实现船舶的节能效果，更详细地讲，能够通过导管10的作用对船尾流场的流动进行整流和加速，从而改善船体的阻力性能，同时通过鳍结构体21、22、23的作用使流入到螺旋桨30中的反流发生变化并借此改善螺旋桨的推进性能，最终通过事先形成旋转流而改善螺旋桨的效率。上述说明只是对本实用新型的技术思想进行了示例性说明，具有本实用新型所属
技术领域：
之一般知识的人员能够在不脱离本实用新型之本质性特性的范围内进行各种修改、变更以及置换。因此，在本实用新型中所公开的实施例以及附图并不是对本实用新型的技术思想进行限定而只是用于说明目的，本实用新型的技术思想范围并不因为上述实施例以及附图而受到限定。本实用新型的保护范围应通过下述权利要求书做出解释，且在其同等范围内的所有技术思想均应被解释为包含在本实用新型的权利范围之内。产业可应用性利用本实用新型，能够通过导管的作用对船尾流场的流动进行整流和加速并借此改善船体的阻力性能，还能够通过鳍结构体的作用使流入到螺旋桨中的反流发生变化并借此改善螺旋桨的推进性能，最终通过事先形成旋转流而改善螺旋桨的效率。因此本实用新型能够普遍适用于海洋造船产业领域，能够充分实现其实用性和经济性价值。当前第1页1 2 3