專利名稱：基于舵球式推力鰭的船舵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種船舶推進及節(jié)能技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域的船舵裝置。
背景技術(shù)：
高漲的燃油成本、持續(xù)增長的燃油需求以及國際海事組織(IMO)明確提出了船舶 能效設(shè)計指數(shù)(EEDI)和船舶能效運營指數(shù)(EEOI)的執(zhí)行時間表，使得船舶節(jié)能問題顯得 尤為迫切。節(jié)能減排問題已成為世界各國政府、實業(yè)界和科技部門密切關(guān)注的問題。船舶主要節(jié)能措施有開展優(yōu)秀船型的研究，發(fā)展高效推進器以及開發(fā)水動力節(jié) 能附加裝置等。由于優(yōu)化船體型線以及優(yōu)選動力裝置措施一般只能使用在船舶設(shè)計之初， 一旦固定將很難改變，具有很大的局限性。而開發(fā)新型水動力節(jié)能裝置具有更大的靈活性， 易于對現(xiàn)有的舊船進行改造，安裝簡便、成本低，在節(jié)能以及降低噪聲方面都有著較好的應(yīng) 用效果，應(yīng)用前景十分廣闊。傳統(tǒng)的舵附推力鰭是一種回收螺旋槳尾流能量的節(jié)能裝置，它安裝在舵的兩側(cè)吸 收螺旋槳尾流的旋轉(zhuǎn)能量起到助推節(jié)能的作用。根據(jù)日本的實驗資料以及相關(guān)的實船使用 效果，傳統(tǒng)的舵附推力鰭的助推效率可達到3%左右，仍有上升的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供助推效率高、節(jié)能效果好、噪聲低、成本低的基于舵球式推 力鰭的船舵裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明基于舵球式推力鰭的船舵裝置，包括船舵和螺旋槳，其特征是還包括舵球 和推力鰭，舵球安裝在船舵的前部、且舵球的中心正對螺旋槳軸心線，兩個推力鰭安裝在舵 球的左側(cè)和右側(cè)。本發(fā)明基于舵球式推力鰭的船舵裝置還可以包括所述的舵球為橢球形的回轉(zhuǎn)體，兩個推力鰭的安裝角相反。本發(fā)明的優(yōu)勢在于本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、安裝簡便、節(jié)能效果好、低噪聲、成本低、易 于對現(xiàn)有舊船進行改造。


圖1為本發(fā)明的第一三維圖；圖2為本發(fā)明的第二三維圖；圖3為本發(fā)明的側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明的示意圖；圖5為本發(fā)明的第一俯視圖；圖6為本發(fā)明第二的俯視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述結(jié)合圖1 6，本發(fā)明基于舵球式推力鰭的船舵裝置，包括船舵2和螺旋槳1，其特 征是還包括舵球3和推力鰭4，舵球3安裝在船舵2的前部、且舵球3的中心正對螺旋槳 1軸心線，兩個推力鰭4安裝在舵球3的左側(cè)和右側(cè)。所述的舵球3為橢球形的回轉(zhuǎn)體，兩 個推力鰭4的安裝角相反。舵球3的主要幾何參數(shù)舵球3直徑主要與螺旋槳1直徑或轂徑有關(guān)。一般認為舵 球3直徑與螺旋槳1直徑之比取0. 2-0. 216范圍較合適，同時舵球3直徑要大于槳轂直徑。 舵球3的主要位置參數(shù)是與其螺旋槳1或槳轂的距離有關(guān)，已有研究結(jié)果表明此距離越近 越好，距離限制主要出于工藝性的考慮，以便螺旋槳1的拆裝為宜。推力鰭4的葉剖面類型一般采用NACA翼型或Clark-Y翼型。推力鰭4展長越大， 展弦比越大，升力越大，但其摩擦阻力亦越大，所以推力鰭4展長應(yīng)取螺旋槳1尾流場半徑 大小為最佳。如從槳后看螺旋槳1是順時針旋轉(zhuǎn)，則螺旋槳1的周向誘導(dǎo)速度在舵的左側(cè) 是向上的，右側(cè)是向下的，因此推力鰭4的安裝角也是相反的，如圖4所示，從而顯著地增加 推力。推力鰭4的安裝角越大，則其有效攻角亦越大，其升力及阻力在其有效攻角較小時 亦隨之增大，但兩者在軸向的合力，即助推力并非隨之增大，它存在最佳值，同時隨螺旋槳1 進速系數(shù)變化，一般在4-7度之間。推力鰭4垂向位置置于離槳軸線最近處，其助推效率最 大。因為鰭的推力與其平面的面積成正比，同時離轂渦較近，其周向誘導(dǎo)速度最大。但是就 實際而言螺旋槳1工作在船尾復(fù)雜、不均勻的伴流中，裝置推力鰭4時，應(yīng)略高于船舶螺旋 槳1軸中心線位置。此外，舵球與推力鰭的具體參數(shù)應(yīng)根據(jù)所使用的螺旋槳和舵的類型和 尺寸來酌情選擇。根據(jù)懸臂理論，如果將彼此分離的兩個推力鰭4安裝到舵球3上，則會在舵球3與 推力鰭4的連接處施加較大的應(yīng)力，從而，需在連接處周圍進行加固，同時，舵球3與船舵2 的連接處也存在相同的問題。為了解決上述問題，將所述舵球式推力鰭裝置制造成一體化 的結(jié)構(gòu)，從而簡化了制造工藝且增加了強度。此種回收船舶螺旋槳尾流能量的水動力節(jié)能裝置結(jié)合了傳統(tǒng)的舵球節(jié)能裝置與 傳統(tǒng)的舵附推力鰭節(jié)能裝置兩者的優(yōu)點。舵球3即可以減小螺旋槳1后中心部位的低壓區(qū)， 降低該區(qū)紊亂的水流，從而減小這部分的能量損失；同時，裝置在舵球3上的推力鰭4又可 以回收螺旋槳1后旋轉(zhuǎn)能量起到助推節(jié)能的作用。目前，已應(yīng)用計算流體動力學(xué)(CFD)軟件FLUENT進行流場仿真分析，采用基于粘 性流場的RANS方法對螺旋槳1與舵球式推力鰭進行水動力性能的數(shù)值預(yù)報，驗證安裝舵球 式推力鰭的節(jié)能性。FLUENT是目前在流體，熱傳遞及化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)方面功能最全 面、適用性最廣、使用最廣泛的CFD軟件之一。而RANS方法也是適用于螺旋槳與舵相互干 擾水動力性能的高精度、穩(wěn)定、高效的理論計算方法。計算表明舵球式推力鰭裝置最大助推 效率可達到6%左右，是一種極為優(yōu)秀的船舶水動力節(jié)能裝置。
權(quán)利要求
基于舵球式推力鰭的船舵裝置，包括船舵和螺旋槳，其特征是還包括舵球和推力鰭，舵球安裝在船舵的前部、且舵球的中心正對螺旋槳軸心線，兩個推力鰭安裝在舵球的左側(cè)和右側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于舵球式推力鰭的船舵裝置，其特征是所述的舵球為橢 球形的回轉(zhuǎn)體，兩個推力鰭的安裝角相反。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供基于舵球式推力鰭的船舵裝置。包括船舵、螺旋槳、舵球和推力鰭，舵球安裝在船舵的前部、且舵球的中心正對螺旋槳軸心線，兩個推力鰭安裝在舵球的左側(cè)和右側(cè)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、安裝簡便、節(jié)能效果好、低噪聲、成本低、易于對現(xiàn)有舊船進行改造。
文檔編號B63H5/07GK101898631SQ20101023533
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者于凱, 常欣, 胡文婷, 郭春雨, 黃勝 申請人:哈爾濱工程大學(xué)