形成具有非對稱扭轉的流動控制翼片的船尾結構的方法
2023-06-17 06:19:26 1
專利名稱：形成具有非對稱扭轉的流動控制翼片的船尾結構的方法
技術領域：
本發明總體上涉及形成船舶的具有非對稱扭轉的流動控制翼片的船尾結構的方法，且更具體地涉及形成這樣一種具有非對稱扭轉的流動控制翼片的船尾結構的方法，該非對稱扭轉的流動控制翼片能夠實現向推進器的進入流的均勻流速分布並且能夠降低在船舶航行時由推進器伴流(propeller wake)的旋轉流引起的能量損失量。
背景技術：
通常，由安裝在船尾中的推進器的旋轉產生船舶的推進力。推進器推動水，並且船舶藉助推動力的反作用而向前移動。然而，海水在推進器的前部和後部中的流動不可能完全是直流，而是相反地響應於船尾的構形的急劇變化而形成非均勻的旋轉流，其中，該旋轉流流動到該推進器並且使得船舶的速度性能以及推進器的氣蝕性能變差。推進器伴流的旋轉流還引起能量損失。因此，需要這樣的技術，該技術能夠實現向推進器的進入流的均勻流 速分布並且最小化由推進器伴流的旋轉流引起的能量損失量。
發明內容
因此，鑑於在相關技術中出現的上述問題而形成本發明，並且本發明的目的在於提出一種形成具有非對稱扭轉的流動控制翼片的船尾結構的方法，該非對稱扭轉的流動控制翼片能夠實現向推進器的進入流的均勻流速分布並且能夠最小化由推進器伴流的旋轉流引起的能量損失量。為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供一種形成具有非對稱扭轉的流動控制翼片的船尾結構的方法，該方法包括預備多個船尾附接件；對由正航行的船舶形成的流體流進行建模；以及基於所建模的流體流確定能夠降低能量損失量的所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭轉角度，其中這些船尾附接件中的至少一部分但非全部被附接在不同位置處，具有不同的長度，並且具有扭轉結構和非對稱截面結構中的至少一種結構，所述扭轉結構基於不同的旋轉軸線進行扭轉。在一個實施方式中，所述船尾附接件具有所述扭轉結構和所述非對稱截面結構。在一個實施方式中，對所述流體流進行建模還可包括通過模擬附接所述船尾附接件、推進單元和舵的船尾周圍的流體流來分析節能效果。在一個實施方式中，確定所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭轉角度還可包括選擇所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭轉角度的最初設計值並且模擬所述流體流，由此分析所需能量的量；基於模擬結果再設計所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭轉角度並且模擬所述流體流，由此分析降低的能量的量；以及從在所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭轉角度的再設計以及模擬所述流體流中確定的模型尺寸附接件，確定全尺寸船尾附接件。在本發明中公開的技術能夠降低在船舶航行期間因由推進單元的操作產生的推進單元的伴流的旋轉流而引起的能量損失量。
此外，本發明能夠實現在船舶航行時向被安裝在船尾中的推進器的葉片表面的進入流的均勻流速，由此改進推進器的氣蝕性能。
通過結合附圖的下述詳細說明，本發明的上述以及其他目的、特徵以及其他優勢將被更清楚地理解，在附圖中圖I是示出了根據本發明的一個實施方式的船舶的立體圖；圖2是示出了圖I所示的船舶的船尾和船尾結構的放大立體圖；以及圖3是形成如圖I所示的船舶的具有非對稱扭轉的流動控制翼片的船尾結構的方法的流程圖。
具體實施例方式現在將更詳細地說明本發明的優選實施方式，優選實施方式的實施例由附圖示出。由於僅提出所公開的技術的描述以說明其目的在於描述本發明的結構和/或功能的實施方式，因此不應推斷出所公開的技術的權利範圍由本文所述的實施方式限制。也就是說，這些實施方式可以以各種方式進行修改，且因此應當理解，所公開的技術的權利範圍可以包括能夠實施本發明的技術精神的等同物。此外，由於結合所公開的技術呈現的目的或優勢不需要具體實施方式
應實現這些目的和優勢的全部或僅其中一個，因此不應推斷出所公開的技術的權利範圍由所呈現的目的和優勢限制。同時，本文所描述的術語的含義應當被解釋如下術語「第一」和「第二」僅被用於將一個元件與另一元件進行區分，並且所公開的技術的權利範圍不應當被這些術語限制。例如，第一元件可以被指定為第二元件，並且類似地第二元件可以被指定為第一元件。當描述一個元件「連接」或「聯接」到另一元件時，該一個元件可以被直接連接或聯接到另一個元件，但是在這兩個元件之間可以存在中間元件。另一方面，當描述一個元件「直接連接」或「直接聯接」到另一個元件時，應當理解在這兩個元件之間不存在元件。同時，描述這些元件之間的關係的其他表述(即，「在……之間」和「直接位於……之間」或「鄰近於……」和「直接鄰近於……」)應當以相同的方式被解釋。應當理解的是，單數表述可以包括複數表述，只要這些表述的內容沒有明顯不同即可。在本申請中，「包括」或「具有」的含義旨在指明屬性、確定數量、步驟、過程、元件、部件、和/或其組合，但是並不旨在排除存在或添加有其他屬性、確定數量、步驟、過程、元件、部件、和/或其組合。涉及步驟的參考字符(例如，a、b、c等)是為了方便描述而被使用並且不旨在描述步驟的順序。如果未在上下文中具體描述特定順序，則這些步驟可以以不同的順序發生。也就是說，這些步驟可以以特定順序發生，可以同時發生，或者可以以顛倒的順序被執行。如果本文所使用的全部術語未被不同地限定，則這些術語具有與所公開的技術所屬領域的普通技術人員通常理解的術語相同的含義。應理解的是，在通用詞典中限定的術語具有與相關技術中這些術語的含義相一致的含義。如果這些術語在本申請中未被明確地限定，則這些術語就不被理想地或過分地分析為具有正式含義。圖I是示出了根據本發明的一個實施方式的船舶的立體圖。圖2是示出圖I所示的船舶的船尾和船尾結構的放大立體圖。如圖I和圖2所示，船舶100具有船尾110和船尾結構120。船尾110具有推進單元112和舵114。船尾110在船舶100航行時位於海平面下方，推進該船舶100，並且控制旋轉流。在本發明的實施方式中，推進單元112可以利用推進器來實施。當船舶100航行時，推進單元112沿與船舶的航行方向相反的方向推動海水並且產生沿航行方向的推進力。當產生推進力時，因推進單元112的旋轉而產生沿推進單元112的旋轉方向的渦旋旋轉流。該旋轉流基於推進單元112的中心軸線在上部、下部、左舷側和右舷側中具有非對稱結構，使得旋轉流可以造成大量的能量損失。船尾結構120包括多個船尾附接件121、122、123、124並且引起由推進單元112產 生的旋轉流的變化，由此降低當船舶100航行時產生的能量損失量。在一個實施方式中，能夠藉助多個船尾附接件121至124來改變旋轉強度和流速，由此改變向推進單元11的進入流的流速和流入角，由此降低在船舶航行時出現的能量損失量。為了減弱由旋轉流產生的海水的旋轉能量，多個船尾附接件121至124中的至少一部分但非全部具有不同的長度並且被附接在不同位置處。在此，由於旋轉流通常在船尾110周圍的多個位置處以不均勻大小沿非均勻方向產生，因此，船尾附接件121至124的長度和附接位置可以考慮到在船尾Iio周圍產生的旋轉流而被確定。在本發明的另一個實施方式中，船尾附接件121至124都可以構造成具有相同或不同的長度。此外，在該實施方式中，多個船尾附接件121至124中的每個均構造成具有扭轉結構和非對稱截面結構中的至少一種結構，所述扭轉結構基於不同的旋轉軸線進行扭轉。當旋轉流沿扭轉結構或非對稱截面結構流動時，相應的船尾附接件的上述構造能夠減弱或抵消該旋轉流，使得旋轉流的方向能夠改變為海水的初始流動方向，由此降低能量損失量。在一個實施方式中，多個船尾附接件121至124可具有不同長度且可被附接在不同位置處，並且可以構造成具有非對稱截面結構和基於不同旋轉軸線扭轉的扭轉結構。圖3是形成圖I所示的船舶的具有非對稱扭轉的流動控制翼片的船尾結構的方法的流程圖。如圖3所示，在安裝船尾結構120之前，預備船尾附接件121至124的初始設計(S210)。通過模擬由正航行的船舶100所形成的海水流(在下文中，稱為「流體」)來預測能量的需要量(S220)。在此，流體流可以包括由多個船尾附接件121至124以及由推進單元112形成的旋轉流。船尾附接件121至124的最初設計(S210)的改進通過改變船尾附接件121至124的附接位置、尺寸、附接角度以及扭轉角度來實現，由此確定第一改進設計(S230)。模擬由船尾附接件121至124的第一改進設計(S230)得到的流體流，由此分析節能效果(S240)。當節能的分析表明第一改進設計不適合該目的時，確定船尾附接件121至124的第二改進設計(S230)，並且模擬第二改進設計的流體流以分析節能效果(S240)。當節能的分析表明第二改進設計不適合該目的時，重複上述過程(S250)。當通過其中預測並分析船尾周圍的流體流的特徵的上述重複過程確定了能夠最小化能量損失量的船尾附接件121至124時，確定船尾附接件121至124的全尺寸形狀(S260)。在一個實施方式中，全尺寸流體流模擬可以利用數值分析來執行。構成船尾結構120的全尺寸船尾附接件121至124被附接到船舶100並且有效地降低由因推進單元的旋轉而產生的旋轉流產生的能量損失量，由此形成節能船舶100(步驟 270)。雖然為了示意性目的已經描述了本發明的優選實施方式，但本領域技術人員應理解的是，在不偏離由所附權利要求中公開的本發明的範圍和精神的情況下可以做出各種修改、添加和替換。·
權利要求
1.一種形成具有非對稱扭轉的流動控制翼片的船尾結構的方法，該方法包括 預備多個船尾附接件； 對由正航行的船舶形成的流體流進行建模；以及 基於所建模的所述流體流，確定能夠降低所述船舶的能量損失量的所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭轉角度；其中 所述船尾附接件中的至少一部分但非全部被附接在不同位置處，具有不同的長度，並且具有扭轉結構和非對稱截面結構中的至少一種結構，所述扭轉結構基於不同的旋轉軸線進行扭轉。
2.根據權利要求I所述的形成具有非對稱扭轉的流動控制翼片的船尾結構的方法，其中，所述船尾附接件具有所述扭轉結構和所述非對稱截面結構。
3.根據權利要求I所述的形成具有非對稱扭轉的流動控制翼片的船尾結構的方法，其中 對所述流體流進行建模還包括 通過模擬附接所述船尾附接件、推進單元和舵的船尾周圍的流體流來分析節能效果。
4.根據權利要求2所述的形成具有非對稱扭轉的流動控制翼片的船尾結構的方法，其中 確定所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭轉角度還包括 選擇所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭轉角度的最初設計值並且模擬所述流體流，由此分析所需能量的量； 基於模擬結果再設計所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭轉角度並且模擬所述流體流，由此分析降低的能量的量；以及 根據在所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭轉角度的再設計以及模擬所述流體流中確定的模型尺寸附接件，確定全尺寸船尾附接件。
全文摘要
本發明涉及形成具有非對稱扭轉的流動控制翼片的船尾結構的方法，該非對稱扭轉的流動控制翼片能夠實現向推進器的進入流的均勻流速分布並且能夠降低在船舶航行時由推進器伴流的旋轉流引起的能量損失量。該方法包括預備多個船尾附接件；對由正航行的船舶形成的流體流進行建模；以及基於所建模的所述流體流確定能夠降低船舶能量損失量的所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭轉角度，其中這些船尾附接件中的至少一部分但非全部被附接在不同位置處，具有不同的長度，並且具有扭轉結構和非對稱截面結構中的至少一種結構，所述扭轉結構基於不同的旋轉軸線進行扭轉。
文檔編號B63B9/06GK102951261SQ20121009793
公開日2013年3月6日 申請日期2012年4月5日 優先權日2011年8月22日
發明者崔禎殷, 金廷勳, 鄭錫湖, 李相奉 申請人:現代重工業株式會社