一種三尾三槳單體高速船型的製作方法
2023-12-09 17:10:36 1
專利名稱：一種三尾三槳單體高速船型的製作方法
技術領域：
本發明屬於船舶技術領域，特別涉及一種三尾三槳單體高速船型。
背景技術：
船舶型線種類繁多，如果將研究範圍縮小到螺旋槳推進船型則以單槳船型和雙槳船型最為普遍，適用於單體三槳船的尾部線型不多見。目前將三槳或多槳集合應用於單體船上並得到工程應用的示例多數是採用特殊的推進方式，如吊艙式推進器、全迴轉推進裝載等，但此類特種推進器存在價格昂貴的問題；或者是在船寬方向上簡單排列普通的軸支架支撐螺旋槳。以下排除特殊推進方式船型不談，僅就長軸系驅動螺旋槳的推進方式介紹幾種與本專利類似的船型技術:( I)普通軸支架多槳船型長軸系突出船體與螺旋槳相連接，且採用軸支架的方式固定尾管、主軸與螺旋槳，使得船體線型簡單、製造方便、溼表面積小、裸船體阻力較低，但存在著伴流不夠均勻、船身效率和推進效率低、軸支架等附體阻力大的缺點；(2)單球尾船型單球尾船型通常應用於單槳單舵船上，該類船型船體尾部橫剖線為U型或者略U型，在螺旋槳出軸處的橫剖線趨近於圓形，且近似與螺旋槳軸心線同心，這樣一來從立體角度看螺旋槳出軸處的船體近似與球柱體，故而得名為球尾。該船型擁有增大伴流分數，提高船身效率，使伴流分布均勻的水動力技術優勢，從而對減小螺旋槳的空泡和激振力較為有利；( 3 )雙內旋鰭尾船型:應用了渦槽尾技術，使來流在渦槽的誘導作用下在螺旋槳前方形成一股較強的預選流動，其旋轉方向向外，將槳葉設置成與預旋流相反的方向旋轉，即內旋螺旋槳，如此消除尾流旋轉運動，減少能量損失，此水動力學機理與槳前反應鰭或對轉槳的機理類似，提高船舶推進效率，主要是增加了軸向誘導效率，俗稱反槳效應。雙內旋鰭尾船型可以容納大徑深比(螺旋槳直徑/船舶尾吃水)的螺旋槳，提高了螺旋槳的敞水效率，等同於隧道尾的作用。雙內旋鰭尾船型還類似於雙球尾船型，使尾部伴流分數增大且伴流分布均勻，提高了船身效率，減少螺旋槳振動。在排水量為1000噸至3000噸左右，傅式數Fr達0.6以上的高速船上應用螺旋槳推進方式，該排水量級別的高速船總阻力在數量級上很難較大改善，故船舶推進所需動力往往會達到3萬千瓦左右，考慮到現有船舶主機在體積、重量和輸出功率方面的技術障礙，所以該類船舶上採用單槳、雙槳的可能性不大。如果採用普通軸支架多槳船型，又存在推進效率不高的問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種結合單球尾和雙內旋鰭尾船型的三尾三槳單體高速船型。本發明所採用的技術方案是:一種三尾三槳單體高速船型，該船型由單球尾船型和雙內旋鰭尾船型相結合，所述船型的尾部中縱剖面區域為單球尾船型，該區域內設置一個螺旋槳，所述螺旋槳與單球尾船型配合，所述船型的尾部靠兩舷側區域為雙內旋鰭尾船型，該區域設置兩個螺旋槳，所述兩個螺旋槳與雙內旋鰭尾船型配合。進一步地，所述三個螺旋槳在船舶寬度方向上實現錯位分布，且避免所述螺旋槳的盤面面積的重疊。進一步地，所述三個螺旋槳在船舶長度方向上現實錯位分布，所述單球尾的螺旋槳處於雙內旋鰭尾的兩個螺旋槳後部。更進一步地，該船型適用於排水量在1000噸至3000噸左右，傅式數Fr達0.6以上的單體高速船。本發明具有以下優點:本發明結合單球尾和雙內旋鰭尾的船型優勢，同時使用空間交錯布置方案，最大可能排除兩種船型螺旋槳尾流的相互幹擾，保留兩種船型優異的推進性能，提高船體推進效率，雙內旋鰭尾利用船體形狀產生預旋流噴射作用、單球尾利用螺旋槳伴流場均勻性，減少徑向脈動壓力，提高船身推進效率，避免船體振動，降低螺旋槳噪聲，從而提高船舶快速性和舒適性；本發明利用雙內旋鰭尾船型技術有效地解決了螺旋槳與船體間隙小而引起的船體振動問題，可以利用船機漿的最佳配合技術，最大限度地加大螺旋槳直徑，降低螺旋槳轉速，大幅度地加大螺旋槳推力，最高可達到0.7以上，提高螺旋槳敞水效率；本發明專利有效地解決了部分螺旋槳葉梢出水航行時的吸空問題，當船舶在徑深比為1.3以上的極限裝載工況下船舶螺旋槳仍然可以正常運轉，本專利採用大徑深比設計技術，使得船舶在輕載狀態下能夠正常工作 ，能夠實現全生命周期無壓載的設計目標；本發明運用單球尾與雙內旋鰭尾船型有機結合設計思想，雖然由於其溼表面積增大使船舶阻力與同類採用新型推進方式的船型相比有所增加，但通過提高船舶推進效率，使得船舶快速性較同類採用新型推進方式的船型毫不遜色，但由於保持使用較為古老、成熟的螺旋槳推進方式，使得本發明船型造價更低、可靠性更強。
下面結合附圖對本發明作進一步說明。圖1為本發明實施例1提供的一種折角舭型深V高速船船尾的橫剖面；圖2為本發明實施例2提供的一種圓舭型深V高速船船尾的橫剖面圖； 圖3為本發明實施例1和2中折角舭型深V高速船船尾和圓舭型深V高速船船尾的縱剖面圖。
具體實施例方式實施例1本發明的船型著眼於排水量在1000噸至3000噸左右，傅式數Fr達0.6以上的高速船，通過主尺度優選和阻力計算得出該類船舶的排水體積長度係數(△/(.0lL)3)處於
500至2000之間、寬吃水比(B/T)範圍為2至4之間，所需動力高達3萬千瓦左
右，其中傅式數/『> =「/#，V為船舶航速，單位是米每秒(m/s)，L為船舶水線長，單位是
米(m)，g為重力加速度，等於9.8m/s2，排水體積長度係數Λ/(0.0lL)3中Λ為排水體積，單位為立方米(m3)。本實施例中的折角舭型深V高速船屬於此種船型。該船型的具體技術方案為:( I)螺旋槳空間交錯布置方案參照圖1，三個螺旋槳的葉輪I在船舶寬度方向上實現錯位布置且避免螺旋槳盤面面積的重疊，從而減少螺旋槳的尾流的相互幹擾，避免產生不必要的水流漩渦阻力，保持各螺旋槳良好的推進效率。參照圖3，三個螺旋槳在船舶長度方向上現實錯位布置，且位於船舶中縱剖面的單球尾2螺旋槳的槳盤3處於雙內旋鰭尾螺旋槳的槳盤4的後部，從而保持雙內旋鰭尾螺旋槳良好的預旋流物理作用和其較高的推進效率，同時經雙內旋鰭尾螺旋槳噴射作用後的螺旋槳尾流成為後部單球尾2螺旋槳的進流，從而加大該槳的進速、提高進速係數，間接提高後部單球尾2螺旋槳的推進效率。通過以上船舶寬度方向和長度方向上的螺旋槳交錯布置實現螺旋槳空間三維交錯布置，從水動力學角度有效避免尾流的相互幹擾，保持各槳優異的推進效率。(2)雙內旋鰭尾與單球尾2組合設計方案結合(I)部分的空間三維交錯布置，同時兼顧雙內旋鰭尾船型的預旋流機理和單球尾2船型進速較大機理，分別通過提高船身效率、相對旋轉效率和進速係數的方式使三個螺旋槳均能達到最佳的推進效率，故而將雙內旋鰭尾與單球尾2有機組合，極大提高船舶總的推進效率，使得總推進效率達到0.7左右。(3)大徑深比螺旋槳設計方案在普通船型的設計過程中，為保證船舶在輕載或部分裝載航行中螺旋槳正常工作狀態下不出現槳葉離開水而暴露於空氣中的現象，且在滿載航行中不至於出現較大的螺旋槳激振力，船型設計的徑深比(螺旋槳直徑與設計吃水的比值)通常取為0.7左右，一般都不大於I。於是，普通船型在壓載或部分裝載的航行狀態中需在船舶尾部壓載水艙內裝載相當數量的壓載水，以滿足船舶浮態要求。眾多案例告訴我們，船舶壓載水的過量使用將會帶來不必要的船舶能量損失和壓重的水體汙染。本發明船型引入的雙內旋鰭尾船型完全具備解決船舶全生命周期無壓載水難題的技術可行性。一方面，通過對該船型模型試驗的觀察可以確定發明船型的徑深比可以取到1.3左右，在輕載航行且無壓載水的工況下即使船舶靜態下螺旋槳上方槳葉露出水面，而當船舶航行起來後由於該船型特有的隧道效應和螺旋槳轉動所形成的誘導作用使得水體自然充滿螺旋槳整個盤面而不會出現槳葉吸空現象，從而有效保護螺旋槳。另一方面，從水動力機理分析，由於發明船型特有的類似半導管效應，有效螺旋槳上方激振力，減震降噪效果明顯。所以，發明船型完全可以實現船舶全生命周期無壓載水。試驗表明本發明船型在徑深比達1.3的試驗狀態中螺旋槳工作正常，未出現吸空現象，對船舶正常航行不造成任何影響。(4)機、槳配合方案
根據槳前軸向、周向伴流分布合理設計螺旋槳，其中本發明中一對雙內旋鰭尾螺旋槳由於是對稱布置故而螺旋槳設計參數相同，而單球尾2螺旋槳由於其流態分布與雙內旋鰭尾螺旋槳不同故而擁有不一樣的槳設計參數。由於大直徑螺旋槳的特點使得螺旋槳轉速下降，在推進效率有效提高的同時需協調螺旋槳轉速和主機轉速之間的關係。通過選擇較優的齒輪箱減速比來實現主機與螺旋槳之間的傳動，達到機、槳較佳配合的目標，滿足節能減排、拓展主機功率和螺旋槳直徑應用範圍的設計要求。實施例2本實施例與實施例1不同的是，將本發明船型運用在圓舭型深V高速船上。其尾部的橫剖線圖參照圖2，尾部的縱剖線圖參照圖3。本發明結合單球尾2和雙內旋鰭尾的船型優勢，同時使用空間交錯布置方案最大可能兩種船型螺旋槳尾流的相互幹擾，保留兩種船型優異的推進性能，提高船體推進效率，雙內旋鰭尾利用船體形狀產生預旋流噴射作用、單球尾2利用螺旋槳伴流場均勻性，減少徑向脈動壓力，提高船身推進效率，避免船體振動，降低螺旋槳噪聲，從而提高船舶快速性和舒適性；本發明利用雙內旋鰭尾船型技術有效地解決了螺旋槳與船體間隙小而引起的船體振動問題，可以利用船機漿的最佳配合技術，最大限度地加大螺旋槳直徑，降低螺旋槳轉速，大幅度地加大螺旋槳推力，最高可達到0.7以上，提高螺旋槳敞水效率；本發明專利有效地解決了部分螺旋槳葉梢出水航行時的吸空問題，當船舶在徑深比為1.3以上的極限裝載工況下船舶螺旋槳仍然可以正常運轉，本專利採用大徑深比設計技術，使得船舶在輕載狀態下能夠正常工作，能夠實現全生命周期無壓載的設計目標；本發明運用單球尾2與雙摺角內旋鰭尾船型有機結合設計思想，雖然由於其溼表面積增大使船舶阻力與同類採用新型推進方式的船型相比有所增加，但通過提高船舶推進效率，使得船舶快速性較同類採用新型推進方式的船型毫不遜色，但由於保持使用較為古老、成熟的螺旋槳推進方式，使得本發明船型造價更低、可靠性更強。以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種三尾三槳單體高速船型，其特徵在於，該船型由單球尾船型和雙內旋鰭尾船型相結合，所述船型的尾部中縱剖面區域為單球尾船型，該區域內設置一個螺旋槳，所述螺旋槳與單球尾船型配合，所述船型的尾部靠兩舷側區域為雙內旋鰭尾船型，該區域設置兩個螺旋槳，所述兩個螺旋槳與雙內旋鰭尾船型配合。
2.根據權利要求1所述的三尾三槳單體高速船型，其特徵在於，所述三個螺旋槳在船舶寬度方向上實現錯位分布，且避免所述螺旋槳的盤面面積的重疊。
3.根據權利要求1所述的三尾三槳單體高速船型，其特徵在於，所述三個螺旋槳在船舶長度方向上現實錯位分布，所述單球尾的螺旋槳處於雙內旋鰭尾的兩個螺旋槳後部。
4.根據權利要求1所至3任一項所述的三尾三槳單體高速船型，其特徵在於，該船型適用於排水量在1000噸至3000噸左右，傅式數Fr達0.6以上的單體高速船。
全文摘要
本發明公開了一種三尾三槳單體高速船型，屬於船舶技術領域。該船型由單球尾船型和雙內旋鰭尾船型相結合，所述船型的尾部中縱剖面區域設置一個螺旋槳並採用單球尾船型線與之配合，所述船型的尾部靠兩舷側區域對稱設置兩個螺旋槳並採用雙內旋鰭尾船型線與之配合。該船型結合單球尾和雙內旋鰭尾船型，將三尾三槳運用在單體高速船上。
文檔編號B63H5/08GK103192947SQ20131010887
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月29日 優先權日2013年3月29日
發明者嚴俊, 彭必業 申請人:武漢武船海洋工程船舶設計有限公司