本发明涉及水体航行设备技术领域，尤其涉及一种用于船舶的辅助推进装置。本发明还涉及一种包括该辅助推进装置的船舶。
背景技术
随着全球气候变暖，世界各国对于环境问题日益重视，船舶节能减排在全球节能减排的大趋势下成为船舶水动力研究的热门；国际海事组织也不断以强制性公约、规范的形式加强对海洋环境和大气环境的保护。这就对于船舶节能减排新技术提出了迫切的需求，需要在船舶设计过程中，进一步加强对船舶整体性能的研究。而船舶推进的节能增效主要从三个方面进行：桨前整流、尾流能量回收、高效螺旋桨。当前船舶节能技术更多关注于某些指定海况、指定装载情况及指定航速下的提高效率、降低能耗。然而，船舶航行工况并不确定，常规桨前整流节能装置在其他工况下的整流和产生预旋的性能将会发生变化，有的工况下甚至会增加船舶阻力，产生负面效果。现有的常规桨前节能装置无法在各个航行工况下均实现节能效果。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决上述存在的至少一个问题，该目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种辅助推进装置，用于船舶，包括：
叶片，设置于所述船舶的尾轴出口部，并与所述尾轴出口部的外壁具有预设间距；
导叶轴杆，沿长度方向贯穿所述叶片，并与所述叶片固定连接；
驱动电机，其输出轴与所述导叶轴杆传动连接，所述驱动电机驱动所述导叶轴杆自转，并带动所述叶片以所述导叶轴杆为转轴做预设角度范围内的转动；
电机固定架，固接于所述尾轴出口部的内壁，并将所述驱动电机固定于所述尾轴出口部。
该辅助推进装置能够为船舶推进的节能增效系统，通过叶片对螺旋桨桨前流场整流，且叶片的在周向上自由转动，其攻角可调整，能够通过调整攻角使得船舶在不同的航行工况下均可产生最大预旋，从而保证了螺旋桨在多种工况下均能始终处于最佳推进效率的工作状态，实现了辅助船舶推进的功能。
可选地，所述预设角度范围为0°-360°。
本发明还提供一种辅助推进系统，包括主机、通过桨轴与所述主机传动连接的螺旋桨，还包括如上所述的辅助推进装置。
可选地，所述辅助推进装置布置于所述螺旋桨靠近船体的一侧。
可选地，所述辅助推进装置为多个，各所述辅助推进装置在所述尾轴出口部的上半圆弧面上均布。
可选地，还包括测量桨轴输出功率并据此调整所述辅助推进装置的叶片角度的轴功率测量传感器，所述轴功率测量传感器安装在所述桨轴上。
可选地，还包括根据所述轴功率测量传感器的测量值向所述驱动电机发出角度调整指令的控制台，所述控制台设置于所述船舶的上层建筑内。
本发明还提供一种船舶，包括船体和安装于所述船体的上层建筑，还包括如上所述的辅助推进系统。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明所提供的辅助推进装置一种具体实施方式的结构示意图；
图2-图4为本发明所提供的辅助推进系统一种具体实施方式的结构示意图；
图5为本发明所提供的辅助推进系统的原理框图。
附图标记说明：
100-船体
200-上层建筑
300-螺旋桨
400-桨轴
500-主机
600-尾轴出口部
1-叶片
2-导叶轴杆
3-驱动电机
4-电机固定架
5-轴功率测量传感器
6-控制台
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
请参考图1，图1为本发明所提供的辅助推进装置一种具体实施方式的结构示意图。
在一种具体实施方式中，本发明提供的辅助推进装置用于船舶的辅助推进系统中，以辅助螺旋桨300为船舶前进提供动力。该辅助推动装置包括叶片1、与叶片1固定连接的导叶轴杆2、与该导叶轴杆2传动连接的驱动电机3，和将驱动电机3固定在尾轴出口部600的电机固定架4。其中，叶片1设置于所述船舶的尾轴出口部600，并与所述尾轴出口部600的外壁具有预设间距；导叶轴杆2沿长度方向贯穿所述叶片1，并与所述叶片1固定连接；驱动电机3的输出轴与所述导叶轴杆2传动连接，所述驱动电机3驱动所述导叶轴杆2自转，并带动所述叶片1以所述导叶轴杆2为转轴做预设角度范围内的转动；电机固定架4固接于所述尾轴出口部600的内壁，并将所述驱动电机3固定于所述尾轴出口部600。利用驱动电机3并设置在尾轴出口部600的控制形式，使得装置的体积较小、结构简单且不影响桨轴400的布置，既适用于新船设计，也适用于旧船改造。上述驱动电机3具体为步进电机，以便于自动控制。
具体地，所述预设角度范围为0°-360°，以实现叶片1的攻角能够在0-180°之间自由变换。其中，应该理解的是，攻角(英文：attackangle)也称迎角，为一流体力学名词，是指纵轴与来流之间的夹角。
上述叶片1形式可以为非对称翼型，通过导叶轴杆2与固定在船体100尾部的驱动电机3传动连接，驱动电机3具体为步进电机，叶片1可在0°至360°之间旋转，旋转角度由控制台6通过步进电机控制。
该辅助推进装置能够为船舶推进的节能增效系统，通过叶片1对螺旋桨300桨前流场整流，且叶片1的在周向上自由转动，其攻角可调整，能够通过调整攻角使得船舶在不同的航行工况下均可产生最大预旋，从而保证了螺旋桨300在多种工况下均能始终处于最佳推进效率的工作状态，实现了辅助船舶推进的功能。
除了上述辅助推进装置以外，本发明还提供一种包括上述辅助推进装置的辅助推进系统，该辅助推进系统为船舶的动力系统的一部分，其包括设置在船舶船体100内的主机500，以及设置在船尾的螺旋桨300，显然地，主机500根据预设策略控制螺旋桨300的转速等转动参数。
如图2-图4所示，本发明所提供的辅助推进系统包括主机500、通过桨轴400与所述主机500传动连接的螺旋桨300，还包括如上所述的辅助推进装置，所述辅助推进装置布置于所述螺旋桨300靠近船体100的一侧。
上述辅助推进装置为多个，各所述辅助推进装置在所述尾轴出口部600的上半圆弧面上均布。具体地，该辅助推进装置可以为2-6个，也即，具有2-6个叶片1(例如可具体为三个叶片1)，各个叶片1分别通过各自的导叶轴杆2与其各自的驱动电机3传动连接，各叶片1均可在其各自的驱动电机3的驱动下旋转，以根据工况情况调整攻角。
进一步地，该辅助推进系统还包括测量桨轴输出功率并据此调整所述辅助推进装置的叶片1角度的轴功率测量传感器5，所述轴功率测量传感器5安装在所述桨轴400上；还包括根据所述轴功率测量传感器5的测量值向所述驱动电机3发出角度调整指令的控制台6，所述控制台6设置于所述船舶的上层建筑200内。上述轴功率测量传感器5与船上航行系统信号连接，这些装置将船舶航行时的轴功率与航行状态信息传达至控制台6，控制台6经过优化控制软件控制步进电机，以根据调整导叶攻角，并计算得出当前航行工况下的最佳推进效率对应导叶攻角，通过控制步进电机根据将导叶攻角调整至相应角度，从而实现在该航行工况下船舶主机500功率的降低，以达到节能减排的目的。
在船舶处于某航行工况下，此时船舶航速保持稳定，控制台6通过控制步进电机调整各叶片1的角度使之攻角在0°至180°之间变化，同时控制台6通过轴功率测量传感器5测得各叶片1在当前攻角下对应的螺旋桨300收到功率，并绘制各叶片1攻角与螺旋桨300收到功率曲线，选取收到功率曲线上最低点(即推进效率最高点)对应的各叶片1攻角作为该航线工况下各叶片1工作状态下的角度，控制台6通过控制步进电机将各叶片1调整并固定在该角度；当船舶进入到下一个航行工况时，重复上述操作，使得船舶始终保持最佳推进效率航行。
如图5所示，在船舶处于某航行工况下，此时船舶航速保持稳定，图5中e1、e2即风浪流传感器及gps系统，分别可测得航行工况下风浪流数据及航速等船舶航行状态数据，控制台6根据这些数据确定航行工况，通过变频器回路u调节控制步进电机进而调整叶片1攻角在0°至180°变化，同时控制台6通过轴功率测量传感器5测得各叶片1在每个攻角下对应的螺旋桨300收到功率，并绘制各叶片1攻角与螺旋桨300收到功率曲线，选取收到功率曲线上最低点(即推进效率最高点)对应的各叶片1攻角作为该航线工况下各叶片1工作状态下的角度，控制台6通过控制步进电机将各叶片1调整并固定在该角度。同时，e1、e2、轴功率测量传感器5组成的感知系统将数据传输至监控器，供操作人员监控整个船用智能辅助推进系统实时运转情况；当船舶进入到下一个航行工况时，重复上述操作，使得船舶始终保持最佳推进效率航行。
本发明还提供一种包括上述辅助推进系统的船舶，该船舶包括船体100、安装于所述船体100的上层建筑200，以及其他功能部件，该船舶的其他组成部分请参考现有技术，在此不作赘述。
应当理解的是，尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或比段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。