一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置

本技术涉及水动力节能，具体涉及一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置。

背景技术：

1、进入21世纪，能源问题是当前世界各国所面临的严重问题，同时全球气候变暖，生态环境问题日益突出，节能减排已成为环保领域的重要举措。船舶运输作为高耗能、高排放的行业，成为了节能减排的重点领域。研究和应用船舶节能技术，降低船舶能耗，不仅可以为航运企业节省燃油费用，降低营运成本，同时还可以减少船舶造成的环境污染，获得经济和环保的双重效益。

2、船舶节能涉及船型优化、螺旋桨优化、推进系统布置优化、配套设备优化与加装水动力节能装置等多方面的革新，以及替代能源、新能源技术的储备和应用。在众多节能措施中，通过在船尾加装水动力节能装置是较为经济可行的方案之一，是当前研究和推广应用的一大热点。

3、目前，在船舶节能装置为数众多的种类中，伴流补偿导管和前置预旋导管等是最典型和广泛应用的节能装置。目前市场上的桨前预旋节能导管主要包括仅数个预旋导叶形式以及数个预旋导叶加一个扇形导管的组合形式，其与船体的连接型式为导叶根部固定于船体外板上。但是，现有技术中的导叶无法充分利用船舶尾部伴流场特征，节能效果较差。

技术实现思路

1、本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置。该装置为左右对称的结构，由五片定子和一个对称的弧形锯齿导管组成，能够有效的改善螺旋桨进流场，以缓解了现有技术中存在的导叶无法充分利用船舶尾部伴流场特征，节能效果较差的技术问题。

2、本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置，安装在螺旋桨前尾轴上方船体表面，包括：定子组，用于对来流进行预旋；导管，导管为对称式弧形导管，尾缘呈锯齿状结构，用于改善螺旋桨周围流场的均匀性，从而有效降低螺旋桨空泡腐蚀风险；

4、所述的定子组一端与螺旋桨前尾轴上方船体表面固连，另一端与导管内凹的一侧固定连接；所述定子组内其他定子以设置在船舶中纵剖面的定子为基准沿导管周向分布。

5、进一步地，所述定子组的每个定子和导管的剖面形状呈机翼型设置。

6、进一步地，所述的导管的翼型为naca4ds翼型，按照余弦分布，一共为9个周期。

7、进一步地，所述的对称式弧形导管的翼型与水平方向的夹角为9-10°，优选9.2°。

8、进一步地，所述的导管的水流入口截面大于水流出口处截面。此设计方式可产生一定的推力，从而达到提高船身效率的目的。

9、进一步地，所述的导管出流端与螺旋桨轴中线的距离为螺旋桨半径的0.9-1倍，优选为螺旋桨半径的0.96倍；所述的导管进流端与螺旋桨轴中心线的距离为螺旋桨半径的1-1.1倍，优选为螺旋桨半径的1.075倍；所述的导管最宽处与螺旋桨中心线的距离为螺旋桨半径的1.1-1.2倍，优选为螺旋桨半径的1.1倍。该设计可使船体两侧来流均匀性的范围更大，从而提高螺旋桨的推进效率。

10、进一步地，所述的导管末端与螺旋桨轴中心线连线与船舶中纵剖面的夹角为90°。

11、进一步地，所述的定子组包括一号定子、二号定子、三号定子、四号定子和五号定子；所述的一号定子位于船舶中纵剖面；所述的二号定子和五号定子由近到远设置在一号定子一侧，三号定子、四号定子由近到远设置在一号定子另一侧。

12、优先地，一号定子1位于船舶中纵剖面处，且与中纵面的夹角为0°，二号定子2为一号定子1顺时针旋转45°所得，其与一号定子1的夹角β1为45°。三号定子3为一号定子1逆时针旋转45°所得，其与一号定子1的夹角为α1为45°。四号定子4为一号定子1顺时针旋转87°所得，其与二号定子2的夹角β2为42°。五号定子5为一号定子1逆时针旋转87°所得，其与三号定子3的夹角α2为42°。

13、进一步地，所述导管的宽度为螺旋桨半径的四分之三到五分之四，优先为螺旋桨半径的0.78倍。该设计方式可对螺旋桨来流进行预旋，降低螺旋桨尾流中旋转能量损失，最终有效的提高螺旋桨的推进效率。

14、进一步地，所述的导管包括对称布置的左舷导管和右舷导管；所述的左舷导管和右舷导管相连通。

15、与现有技术相比，本实用新型结合总结了扇形前置导管与桨前预旋装置的优点，采用的对称式弧形导管加大了螺旋桨两侧来流均匀性的范围，且与船舶尾部线型较为匹配，以及采用了前后截面面积大小不等的翼型剖面的导管和带有一定倾斜角度的翼型剖面预旋定子，将导管尾缘改成锯齿状结构，锯齿尾缘导管螺旋桨尾流区域的湍流强度降低，以上所述特征改善了螺旋桨周围流场以及产生了一定的额外推力，从而达到提高螺旋桨的推进效率。

技术特征：

1.一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置，安装在螺旋桨前尾轴(6)上方船体表面，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置，其特征在于，所述定子组的每个定子和导管(7)的剖面形状呈机翼型设置。

3.根据权利要求2所述的一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置，其特征在于，所述的导管(7)的翼型为naca4ds翼型。

4.根据权利要求2所述的一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置，其特征在于，所述的导管(7)的翼型与水平方向的夹角为9-10°。

5.根据权利要求1所述的一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置，其特征在于，所述的导管(7)的进流端的截面大于出流端的截面。

6.根据权利要求1所述的一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置，其特征在于，所述的导管末端与螺旋桨轴中心线连线与船舶中纵剖面的夹角为90°。

8.根据权利要求1所述的一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置，其特征在于，所述的定子组包括一号定子(1)、二号定子(2)、三号定子(3)、四号定子(4)和五号定子(5)；

9.根据权利要求1所述的一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置，其特征在于，所述导管的宽度为螺旋桨半径的四分之三到五分之四。

10.根据权利要求1所述的一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置，其特征在于，所述的导管(7)包括对称布置的左舷导管和右舷导管；所述的左舷导管和右舷导管相连通。

技术总结
本技术涉及一种锯齿形尾缘船用桨前节能装置，包括：定子组，用于对来流进行预旋；导管，导管为对称式弧形导管，尾缘呈锯齿状结构，用于改善螺旋桨周围流场的均匀性；所述的定子组一端与螺旋桨前尾轴上方船体表面固连，另一端与导管内凹的一侧固定连接；所述定子组内其他定子以设置在船舶中纵剖面的定子为基准沿导管周向分布。与现有技术相比，本技术采用对称式弧形导管加大螺旋桨两侧来流均匀性范围，且与船舶尾部线型匹配，以及采用前后截面面积大小不等的翼型剖面导管和带有倾斜角度的翼型剖面预旋定子，将导管尾缘改成锯齿状，降低锯齿尾缘导管螺旋桨尾流区域的湍流强度，改善螺旋桨周围流场和产生额外推力，提高螺旋桨的推进效率。

技术研发人员：张宝吉,陈海波,许乐平
受保护的技术使用者：上海海事大学
技术研发日：20230530
技术公布日：2024/1/5