一种吊舱推进器吸入式阻力抑制及辅助散热装置的制作方法

本发明涉及船舶推进技术领域，尤其涉及一种吊舱推进器吸入式阻力抑制及辅助散热装置。

背景技术：

随着现代船舶性能标准的逐步提高，在航行性能、节能环保等方面的要求也越来越严格。吊舱推进器作为新型推进系统之一，由于其突出的特点和表现，在商用领域取得了巨大的成功。拖式吊舱推进器作为目前市场中比较常见的吊舱推进器种类，其推进形式完全不同于传统的螺旋桨。吊舱的存在一定程度上改变了螺旋桨原本的尾流情况，尾流和吊舱之间的相互作用更是改变了推进器的整体性能。

目前传统拖式吊舱推进器在实际应用中，吊舱体流场和吊舱体结构对整体的推进效果产生影响。首先，吊舱处于螺旋桨下游，尾部舱体表面收拢，横截面缩小，在高速的尾流中会产生低压区；相对的，吊舱体前端、吊舱支架前端，挤压流体体积，形成高压区，两者想成压力阻力，降低推进器的整体推力，从而降低了推进效率。其次，推进器螺旋桨会产生侧向力，影响吊舱周边流场，一般需要在直航时需要将推进器设置少量的偏转角度或频繁操舵才能保证航向，增加了能量消耗。同时吊舱尾流会形成涡流，降低了吊舱推进效率的同时可能造成吊舱两侧的材料使用寿命的差异，不宜保养。再者，吊舱中内置推进电机，其工作的发热问题一般通过吊舱壁直接利用周围流场环境进行散热，但受吊舱结构限制，一般吊舱体与支架连接处结构设计较为宽大，纵向体积大，散热困难。且流场较为复杂，湍流耗散严重。其次，利用海水散热，一般为提升散热效果，一般采用单层结构，难以应用双层结构，无法享受到双层结构带来的防护等优势。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种吊舱推进器吸入式阻力抑制及辅助散热装置，上述存在的问题，进一步优化拖式吊舱推进器的水动力性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种吊舱推进器吸入式阻力抑制及辅助散热装置，该装置从吊舱体与支架连接区开始，沿吊舱体推进电机外缘，直至吊舱体尾部；其创新点在于：包括涡流吸入模块、导流通道模块和水流推进模块；所述涡流吸入模块安装在吊舱体表面且与吊舱体内部导通；所述导流通道模块设置在吊舱体内且导流通道模块的两端分别与涡流吸入模块及水流推进模块相连；

所述涡流吸入模块均匀排布于吊舱体与支架连接区的左右两侧且连通，或在支架前端开孔设置在设计工况下的支架前缘高压区表面区域；所述涡流吸入模块包括固定框、格栅、导流板、滤网和涡流检测传感器；所述固定框嵌入在吊舱体的表面上，且固定框与吊舱体内壁导通；所述格栅安装在固定框上；所述滤网安装在固定框内为位于格栅的内侧；所述导流板设置固定框上且位于格栅的外侧，所述导流板为可调节结构，导流板上设置有联动杆，且联动杆通过动力源驱动导流板进行摆动控制涡流吸入模块的开关或调整导流方向；所述涡流检测传感器设在吊舱体的表面上且位于固定框的侧边；

所述导流通道模块包括前导流管和后导流管；所述前导流管设置在吊舱体内，前导流管的输入端连接在涡流吸入模块与吊舱体之间形成的通道上；所述前导流管的输出端连接与后导流管的输入端相连，且前导流管与后导流管的衔接处形成容纳水流推进模块的空腔；所述前导流管与涡流吸入模块的衔接处内壁上设置有流量传感器；所述后导流管沿着水平方向设置，后导流管的输出端延伸出吊舱尾端，且该端部设置有尾部传感器；所述前导流管为管道结构且设置初始攻角，由吊舱体表面斜入吊舱体，以适应来自吊舱体前方的螺旋桨尾流及舱壁边界流，且前导流管缠绕在设置有温度传感器的电机外壁上，提供散热，同时改变了水道形状。

进一步的，所述前导流管或为槽道结构，利用吊舱体双层结构，设计壁间槽道，利用吊舱体夹壁建造的前导流管，使得推进电机直接与吊舱体内壁相接，利用前导流管降温；同时利用槽道内设置有十字型或y型分隔板，抵消部分吊舱前流场侧向力的影响，能够提升吊舱体抗沉性。

进一步的，所述导流通道模块采用管道结构中设置有十字型或y型分隔板，减小来自来流的侧向力。

进一步的，所述水流推进模块包为螺旋桨结构或引流泵体；所述水流推进模块设置在前导流管与后导流管衔接处形成空腔处，所述水流推进模块上连接有动力源；通过延长电机的输出主轴，连接差速器，带动水流推进模块运行。

进一步的，所述联动杆上连接的动力源与水流推进模块采用螺旋桨结构上连接的动力源均来自吊舱体内设置的电机；所述水流推进模块采用引流泵体的动力源则亦可由船体直接提供。

进一步的，所述水流推进模块上设置有控制单元，且控制单元通过涡流检测传感器与尾部传感器或通过吊舱体电机上的温度传感器进行水流推进模块的功率调节。

本发明的优点在于：

1）本发明中主要通过调节水流推进装置的功率大小，控制在装置中水流的大小和速度；改善吊舱周边流体环境，减小压力阻力，并抑制尾流涡流的产生；在过程中利用低温流体快速流过提高吊舱推进器的散热效率，和改善原有难以散热的区域；

2）本发明通过在吊舱体前侧高压区吸入低温流体，削减螺旋桨产生的流体侧向力，将水流导出至尾部低压区，减小吊舱前后的压力差，和抑制尾流涡旋形成给吊舱推进器造成的阻力作用；同时利用低温流体近距离流过电机，改善电机散热效率并针对难以散热的区域进行散热；这一过程利用吊舱体原有空置空间和原有的动力结构，削减传统设计中的不利因素，并利用自动化，减少对原有成熟结构的修改；并使吊舱推进器使用双层壁结构更有可用性，整体上提升了吊舱推进器对不同水动力环境的适应能力，增加吊舱推进系统稳定性，更加便捷安全，在整体上减少航行成本，有效改善吊舱工作中的水动力性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的一种吊舱推进器吸入式阻力抑制及辅助散热装置整体结构示意图。

图2为本发明的一种吊舱推进器吸入式阻力抑制及辅助散热装置的吊舱体流厂压力分布图。

图3为本发明的一种吊舱推进器吸入式阻力抑制及辅助散热装置的前尾椎同水平面压力分布图。

图4为本发明的一种吊舱推进器吸入式阻力抑制及辅助散热装置的导流通道模块的部分结构图。

图5为本发明的一种吊舱推进器吸入式阻力抑制及辅助散热装置的吊舱体截面相对速度图。

图6为本发明的一种吊舱推进器吸入式阻力抑制及辅助散热装置吊舱体边界层流内部湍流耗散图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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发明中的具体含义。

如图1所示的一种吊舱推进器吸入式阻力抑制及辅助散热装置，该装置从吊舱体与支架连接区开始，沿吊舱体推进电机外缘，直至吊舱体尾部；包括涡流吸入模块1、导流通道模块2和水流推进模块3；涡流吸入模块1安装在吊舱体表面且与吊舱体内部导通；导流通道模块2设置在吊舱体内且导流通道模块2的两端分别与涡流吸入模块1及水流推进模块3相连。

涡流吸入模块1均匀排布于吊舱体与支架连接区的左右两侧且连通，或在支架前端开孔设置在设计工况下的支架前缘高压区表面区域；如图4所示，涡流吸入模块1包括固定框11、格栅12、导流板13、滤网14和涡流检测传感器15；固定框11嵌入在吊舱体的表面上，且固定框11与吊舱体内壁导通；格栅12安装在固定框11上；滤网14安装在固定框11内为位于格栅12的内侧；导流板14设置固定框上且位于格栅12的外侧，导流板13为可调节结构，导流板13上设置有联动杆，且联动杆通过动力源驱动导流板13进行摆动控制涡流吸入模块2的开关或调整导流方向；涡流检测传感器15设在吊舱体的表面上且位于固定框11的侧边。

导流通道模块2包括前导流管21和后导流管22；前导流管21设置在吊舱体内，前导流管21的输入端连接在涡流吸入模块1与吊舱体之间形成的通道上；前导流管21的输出端连接与后导流管22的输入端相连，且前导流管21与后导流管22的衔接处形成容纳水流推进模块的空腔；前导流管21与涡流吸入模块1的衔接处内壁上设置有流量传感器16；后导流管22沿着水平方向设置，后导流管22的输出端延伸出吊舱尾端，且该端部设置有尾部传感器；前导流管21为管道结构且设置初始攻角，由吊舱体表面斜入吊舱体，以适应来自吊舱体前方的螺旋桨尾流及舱壁边界流，且前导流管缠绕在设置有温度传感器的电机外壁上，提供散热，同时改变了水道形状。

前导流管21或为槽道结构，利用吊舱体双层结构，设计壁间槽道，利用吊舱体夹壁建造的前导流管，使得推进电机直接与吊舱体内壁相接，利用前导流管降温；同时利用槽道内设置有十字型或y型分隔板，抵消部分吊舱前流场侧向力的影响，能够提升吊舱体抗沉性。

导流通道模块2采用管道结构中设置有十字型或y型分隔板，减小来自来流的侧向力。

水流推进模块3包为螺旋桨结构或引流泵体；水流推进模块3设置在前导流管21与后导流管22衔接处形成空腔处，水流推进模块3上连接有动力源；通过延长电机的输出主轴，连接差速器，带动水流推进模块运行。

联动杆上连接的动力源与水流推进模块采用螺旋桨结构上连接的动力源均来自吊舱体内设置的电机；水流推进模块3采用引流泵体的动力源则亦可由船体直接提供。

水流推进模块3上设置有控制单元，且控制单元通过涡流检测传感器与尾部传感器或通过吊舱体电机上的温度传感器进行水流推进模块的功率调节。

如图2所示，在吊舱支架与吊舱体前端有一高压区，相对的在吊舱尾部有一低压区；设吊舱体直径为d，则高压区直径约为0.75d，低压区直径为0.2d；设置后导流通道出口约0.15d，导流高压区流体有效抑制低压区的形成，这里以最简导流通道模块为例，设置固定框长度0.3d，长宽比2:1；后导流管出口位置设置，如图3，能够明显找出低压中心，将出口位置设置在吊舱尾涡低压力中心。

吊舱工作中存在湍流动能耗散，湍流动能耗散率是指在分子粘性作用下由湍流动能转化为分子热运动动能的速率；通常以单位质量流体在单位时间内损耗的湍流动能来衡量，以ε表示：

cμ通常取0.09；k为湍动能，由湍流平均速度和湍流强度估算；l为湍流尺度。湍流耗散度越大，相同湍流自身产生的内能越多，越不利于散热进行；结合图5和图6所示，吊舱在舱体和支架连接处相对速度大，靠近边界层的湍流耗散陡增，这都不利于将推进电机的热量快速散出，利用槽道结构，电机通过吊舱舱体内壁直接参与散热，高速的低温流体迅速带走热量。

本发明的工作原理是：通过在吊舱体前侧高压区吸入低温流体，削减螺旋桨产生的流体侧向力，将水流导出至尾部低压区，减小吊舱前后的压力差，和抑制尾流涡旋形成给吊舱推进器造成的阻力作用；同时利用低温流体近距离流过电机，改善电机散热效率并针对难以散热的区域进行散热。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。