一种梭形双尾鳍型线船型及梭形双尾鳍设计方法与流程

1.本发明属于船舶领域，特别涉及一种梭形双尾鳍型线船型及梭形双尾鳍设计方法。


背景技术：

2.近年以来，特别是现阶段，国内内河船舶船型发展很快，呈多样性，尾部线型如双尾，双球尾、双歪尾、涡尾，单尾、不对称球尾，双尾鳍等；首部线型如尖首、球首、直立首，ｕ型首、v型首、平头首，大方型系数尾胖型首等，这些船舶线型各具优缺点，就近年以来内河船舶推行标准化，船舶主尺度已经实行标准化无需进行研究和论证而进行改变，但是，船舶船体线型的优劣对船舶安全性，经济性影响巨大，特别是处于高油价，低运费和人工成本高企的时期显得尤为重要，现实证明：在2020年一、二季度，已经有众多航运企业中船舶线型不优的船舶在上述高油价、低运费和人工成本高企的恶劣市场竞争环境下被迫停航停业。现实还证明：同样在上述恶劣营运条件下，线型优秀的船舶具有油耗低、航速快、安全性高的特点。
3.本发明主要目的是对双尾鳍线型进行改良，以双尾鳍线型为母型线型进行改造，母型线型现有特征如下：母型船船尾双尾鳍线型的特征是双尾鳍两轴之间中部是纵流隧道，尾鳍下方具有内折角和外折角线，以内折角和外折角线为分界线与中部纵流隧道和尾部舷侧外板相连；母型船尾鳍前端中部与隧道前端过渡形成，外侧与尾部舷侧外板过渡连接形成，这种双尾鳍型线实船证实具有上佳的快速性和船舶推进效率高的优点，被众多船舶企业采用，但是，尾鲭前端即螺旋桨来流始点宽大、肥胖，由此，螺旋桨来流的进流端由于尾鳍前端宽大、肥胖而进流不畅，母型尾隧道上方剖面呈一直线或向上凹，这种横剖面线成直线或向上凹的隧道线型表面压力较大，对快速性不利。
4.因此本方案要解决的技术问题为：怎样优化船体双尾鳍的线型，从而实现航行阻力小、航速快安全性高。


技术实现要素：

5.鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的一种梭形双尾鳍型线船型及梭形双尾鳍设计方法，本发明对现有的双尾鳍船舶线型进行了优化，将尾鳍前端优化成如古时织布用梭形状的梭形流线形状，降低了航行阻力，提高船舶快速性，有利于实现船舶节能。
6.为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：一种梭形双尾鳍型线船型，包括双尾鳍线型船尾和大外飘船首，双尾鳍线型船尾的双尾鳍末端设有螺旋桨，其特征在于：螺旋桨前易产生漩涡的尾鳍轮廓线向前斜升，形成了一个纤瘦的梭锥杆体，原双尾鳍形成了梭形双尾鳍；梭形双尾鳍分为光顺连接的尾段、中段和前段；梭形双尾鳍中段的宽度等于齿轮箱输出轴中心线横剖面的外轮廓宽度的1.2～1.5倍，梭形双尾鳍中段的高度等于齿轮箱中心线处横剖面外轮廓高度的1.2～1.5倍高度，
梭形双尾鳍中段的长度等于齿轮箱长度+弹性联轴器长度+主机长度的总长1.2～1.5倍。大外飘船首设有突出的尖头，构成了大外漂直立小尖头船首。
7.优选的方案中，所述的梭形双尾鳍的半体横剖线为水滴形，纵剖线下轮廓为一长大弧线的流线形，首段呈尖瘦梭形；尾段自端面圆的上部向前倾，成水滴形。
8.优选的方案中，所述的隧道内横剖线呈下凸大弧线成型；梭形双尾鳍上部以内折角线和外折角线与主船体连接。
9.优选的方案中，所述的隧道横剖面线呈上下凸大弧线形。
10.优选的方案中，所述的一种梭形双尾鳍型线船型的梭形双尾鳍设计方法，包括以下步骤：步骤一，以尾轴管尾端以轴系中心线为圆心，尾轴管外径为梭形双尾鳍端面为直径确定尾端圆形端面；梭形双尾鳍分尾段、中段和前段三部分光顺连接组成，在尾轴管尾端点确定之后，齿轮箱位置为中段；步骤二，采用将齿轮箱输出轴中心线横剖面的外轮廓宽度的1.2～1.5倍宽度为梭形双尾鳍的中段宽度，以齿轮箱中心线处横剖面外轮廓高度的1.2～1.5倍高度为梭形双尾鳍在中段的高度；中段长度为齿轮箱长度+弹性联轴器+主机长度的1.2～1.5倍；步骤三，确定梭形双尾鳍中段宽度、高度和长度之后，根据机舱布置，以梭形双尾鳍总体成形为一纤瘦的梭形为目标设计尾段、首段，半光顺连接中段；其梭形双尾鳍的半体横剖线为水滴形，纵剖线下轮角为一长大弧线的流线形，首段呈尖瘦梭形；尾段自端面圆的上部向前倾，成水滴形；隧道内横剖线呈下凸大弧线成型；梭形双尾鳍上部以内折角线和外折角线与主船体连接。
11.本专利可达到以下有益效果：本发明以内河货船优良双尾鳍线型为母型线型，母型船船尾双尾鳍线型的特征是双尾鳍两轴之间中部是纵流隧道，尾鳍下方具有内折角和外折角线，以内折角和外折角线为分界线与中部纵流隧道和尾部舷侧外板相连；母型船尾鳍前端中部与隧道前端过渡形成，外侧与尾部舷侧外板过渡连接形成，这种双尾鳍型线实船证实具有上佳的快速性和船舶推进效率高的优点，被众多船舶企业采用，但是，尾鲭前端即螺旋桨来流始点宽大、肥胖，由此，螺旋桨来流的进流端由于尾鳍前端宽大、肥胖而进流不畅，母型尾隧道上方剖面呈一直线或向上凹，这种横剖面线成直线或向上凹的隧道线型表面压力较大，螺旋桨供水不畅，还有进一步优化的空间。本发明对现有的双尾鳍船舶线型进行了优化，将尾鳍前端优化成如古时织布用梭形状的梭形流线形状，降低了航行阻力，提高船舶快速性，有利于实现船舶节能。
附图说明
12.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1本发明梭形双尾鳍水线面图；图2本发明梭形双尾鳍纵剖线图；图3本发明梭形双尾鳍横剖线图；图4本发明本型线cfd仿真计算船舶兴波图；图5本发明船舶表面压力分布图；
图6本发明船舶切应力分布图；图7本发明梭形双尾鳍外观图。
13.图中：图1中，wl表示水平线，单位mm（毫米）；纵轴中的bt表示半宽（距离中心线的距离），单位mm（毫米）；横轴中的数字，即“0、0.5、1
……
10”表示站号；图2中，横轴中的数字，即“0、0.5、1
……
10”表示站号；纵轴中wl表示水平线，单位mm（毫米）；图3中，梭形双尾鳍周围弧线上的数字，即“0、0.5、1
……
10”表示站号。
具体实施方式
14.优选的方案如图1至图3所示，一种梭形双尾鳍型线船型，包括双尾鳍线型船尾，双尾鳍线型船尾的双尾鳍末端设有螺旋桨，螺旋桨前易产生漩涡的尾鳍轮廓线向前斜升，形成了一个纤瘦的梭锥杆体，原双尾鳍形成了梭形双尾鳍；梭形双尾鳍分为光顺连接的尾段、中段和前段；梭形双尾鳍中段的宽度等于齿轮箱输出轴中心线横剖面的外轮廓宽度的1.2～1.5倍，梭形双尾鳍中段的高度等于齿轮箱中心线处横剖面高度的1.2～1.5倍高度，梭形双尾鳍中段的长度等于齿轮箱长度、弹性联轴器和主机长度的总长1.2～1.5倍。
15.本发明将尾鳍前端优化成如古时织布用梭形状的梭形流线形状。如图3所示，隧道横剖面线优化成上下凸大弧线形，通过多轮cfd仿真反复优化计算—优化一计算，将表面压力、切应力、表面流线不匀之处进行精细化的优化，对双尾鳍末端螺旋桨前易产生漩涡处采用将尾鳍轮廓线向前斜升，成型于一个纤瘦的梭锥杆体，从仰视看本开发的双尾鳍，形似一个织布梭子置于船体尾部表面。加上下凸大弧线形隧道横剖面，表面压力均匀，来流更顺畅。这样，螺旋桨前来流供水更加充分，旋涡减少，桨前来流更加顺畅。采用上述方法得到最优梭形双尾鳍船舶线型，反复优化之后cfd仿真计算结果显示，螺旋桨前来流更加顺畅，表面压力、切应力、表面流线，标称伴流分布匀称，粘压阻力减小。
16.梭形双尾鳍的半体横剖线为水滴形，纵剖线下轮廓为一长大弧线的流线形，首段呈尖瘦梭形；尾段自端面圆的上部向前倾，成水滴形。
17.如图3所示，隧道内横剖线呈下凸大弧线成型；梭形双尾鳍上部以内折角线和外折角线与主船体连接。隧道横剖面线呈上下凸大弧线形。
18.一种梭形双尾鳍型线船型的梭形双尾鳍设计方法，包括以下步骤：步骤一，以尾轴管尾端以轴系中心线为圆心，尾轴管外径为梭形双尾鳍端面为直径确定尾端圆形端面；梭形双尾鳍分尾段、中段和前段三部分光顺连接组成，在尾轴管尾端点确定之后，齿轮箱位置为中段；步骤二，采用将齿轮箱输出轴中心线横剖面的外轮廓宽度的1.2～1.5倍宽度为梭形双尾鳍的中段宽度，以齿轮箱中心线处横剖面高度的1.2～1.5倍高度为梭形双尾鳍在中段的高度；这一宽度和高度需要考虑该处实肋板、基座的结构尺寸及强度要求，中段长度为齿轮箱长度+弹性联轴器+主机长度的1.2～1.5倍；步骤三，确定梭形双尾鳍中段宽度、高度和长度之后，根据机舱布置，以梭形双尾鳍总体成形为一纤瘦的梭形为目标设计尾段、首段，半光顺连接中段；其梭形双尾鳍的半体横剖线为水滴形，纵剖线下轮角为一长大弧线的流线形，首段呈尖瘦梭形；尾段自端面圆的上部向前倾，成水滴形；隧道内横剖线呈下凸大弧线成型；梭形双尾鳍上部以内折角线和外
折角线与主船体连接。以鱼类鳍仿真成型。
19.实施例1：采用cfd仿真计算得出各种航速下首部兴波，压力、切力分布状态，精细地对其进行线型优化，初轮次的cfd计算结果显示，首部进流肩部进流角偏大，在航速达到22km/h以上时，船的表面流线图显示，船首形成很大波高，接着在首部形成一个大波谷，根据cfd计算结果，采用减小水线进流角，降低兴波和首部压力进行优化。
20.同时，综合考虑本发明受标准船型主尺度限制，长江过闸船闸主力船宽大多数16.3ｍ，如果是首驾驶楼的集装箱船，从布置地位考虑，1、甲板面积紧张、2、受船宽限制。集装箱船由于装箱货物重心高，船舶稳性安全是需要重点考虑的问题。
21.增加船宽是增加船舶稳性裕度行之有效的方法，因比，从稳性裕度增大的因素考虑，将首部甲板有限的面积尽量加宽；这样，由于船舶阻力改善的需要而削小满载水线肩部进流角的同时又要增加甲板宽度，故将首部横剖面形成一个大外漂的横剖面，从而得到大外漂直立小尖头船首线型。经过多轮cfd计算-优化-计算-得到了本发明大外漂直立小尖头船首线型。
22.综上：一种梭形双尾鳍船舶型线及大外漂小尖头船首线型经cfd仿真计算后结果表明，本线型在相同主机功率条件下，母型船为22km/h，本线型船为24.8km/h，提高约12%，取得良好的优化成果。
23.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。