一種折角線型內旋鰭尾船型的製作方法

2023-08-05 05:53:21

本發明屬於船舶技術領域，具體涉及一種折角線型內旋鰭尾船型。

背景技術：

船舶型線種類繁多，單適用於雙槳船的尾部線型就不勝枚舉，總體歸納起來主要有普通軸支架雙槳船型、雙球尾船型、雙尾船型、雙尾鰭船型和雙內旋鰭尾船型（即渦尾船型）五大類。他們的特點分別體現如下：

（1）普通軸支架雙槳船型

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）雙球尾船型

船體舭渦明顯減弱，粘性阻力降低，伴流分數增加且更伴流分布均勻，船身效率與推進效率提高，且能減少因伴流不均勻而引起的螺旋槳振動；

（3）雙尾船型、雙尾鰭船型：

預旋流增強，船身效率與推進效率明顯提高，而總阻力增加不大或者沒有增加；

（4）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。

以上五類船型中，前四類均存在著徑深比設計參數限制在0.7左右的缺陷，這是因為如果增加它們的槳徑將會引起較為劇烈的螺旋槳脈動壓力從而造成螺旋槳上方船底外板的劇烈振動。由於這一缺陷的影響，同時為了尋求船、機、槳的較佳配合，很大程度的限制了普通雙槳船舶運用大主機功率、大螺旋槳直徑設計的發展方向。

而內旋鰭尾船型憑藉其特有的類似半導管效應和類似隧道尾作用，成功的將徑深比的設計範圍擴展至0.7至1.4之間，且能夠保持較小的船體脈動壓力。和相同尺度的其他雙槳船型相比，能夠在保證船、機、槳較佳配合的設計原則下使用更大功率的船舶主機和更大尺度的螺旋槳直徑成為了雙內旋鰭尾船型的最大優勢。

船舶快速性能包含兩個方面的問題，即船舶阻力和船舶推進。普通雙尾鰭船型除採用了大徑深比的螺旋槳和預旋流機理來獲得優秀的船舶推進效率外，還儘量採用縱流船型設計機理減少船舶阻力，從而綜合獲得優異的船舶快速性能。所謂縱流船型，是針對側流船型的一個相對概念。一般而言，在船型主要參數確定後，不同的船體線型設計，其船體阻力值也會相距甚遠，這是由於不同的船體線型會使實際流經船體表面的流線形態各異，從而影響這些空間流線的實際平順度的緣故。通常，把水流主要繞經船體兩舷側沿水線方向流過的船舶稱為側流船型，把水流主要從船底沿縱剖面方向流過的船舶稱為縱流船型。由於側流過程中容易在水面興起波浪而產生興波阻力，所以縱流船型通常比側流船型的船舶阻力低很多。然而，較好的縱流船型多運用於吃水較淺的內河航道，因為當船寬與吃水比越大，越利於更多的水流沿船體底部進行縱向流動，普通雙尾鰭船型正是運用這一原理在提高船體推進性能的同時提高或保持優秀的船舶阻力性能。通常，這類縱流船型的吃水比往往偏大，如大於6，普通雙尾鰭船型的船寬、吃水尺度選取也遵循這一規律。但普通雙尾鰭船型其吃水比值遠達到9左右，故其底部中段縱流區域相對較寬，這樣一方面可以保證絕大部分水流經船舶底部縱流段順暢的從首部流向尾部，使船舶阻力降到最小；另一方面可以保證有充足的水量形成槳前預旋流，使船舶推進效率達到最大。

對於大部分運輸船舶而言，由於貨物裝載的需要其船舶吃水通常會比較大，結合深水港口對船舶長、寬尺度要求，該類船舶的船寬吃水比的取值通常偏小。吃水比偏小的船舶如果直接套用普通雙尾鰭船型設計理念，其底部中段縱流區域相對較窄，從而無法使船舶阻力和推進效率的改善程度達到最佳。船模試驗證明，如果把普通雙尾鰭船型直接應用到該類尺度的船舶上，會出現船舶推進效率有所改善的同時船舶阻力甚至出現急劇增大的現象，往往船舶阻力的增加程度超過了推進性能的改善程度，從而造成船舶快速性不夠理想。從水動力學角度分析，這種現象一方面是由於以上分析的縱流不夠造成的，另一方面是由於該船型螺旋槳軸線所在縱剖面至舷側區域的複雜流場。由於船舶尺度已經確定，故無法改善縱流不足的缺陷，所以就必須通過仔細分析尾部側向複雜流場的形成機理、對該區域採取有效整流措施來達到該類尺度的船舶合理應用優秀雙尾鰭船型的目的。

技術實現要素：

本發明的目的是解決上述問題而提供了一種折角線型內旋鰭尾船型。該船型是在內旋鰭尾的船型的基礎上設置了一條雙尾鰭船型中的折角線，使該船型起到對縱流和側流的引導作用、達到整流效果。

本發明所採用的技術方案是：

一種折角線型內旋鰭尾船型，包括螺旋槳，所述折角線型內旋鰭尾船型是在內旋鰭尾的船型的基礎上設置一條折角線，所述折角線的位置在所述螺旋槳的軸外側沿船長方向。

進一步地，所述螺旋槳的內側採用渦槽尾橫剖面形式。

優選地，所述折角線型內旋鰭尾船型的徑深比為0.7～1.5。

進一步地，所述折角線型內旋鰭尾船型特別適用於吃水比小的船舶。

本發明具有以下優點：

本發明船型是將內旋鰭尾船型和雙尾鰭船型結合在一起，在內旋鰭尾船型的基礎上設置了一條雙尾鰭船型中的折角線，使該船型起到對縱流和側流的引導作用、達到整流效果，最大可能的使船體尾部縱向和橫向流線順暢，減低船體阻力，解決了小寬吃水比尺度船舶所出現阻力較大的實際問題。本發明船型的徑深比為0.7～1.5，在該徑深比下，未出現吸空現象，對船舶正常航行不造成任何影響。同時本發明船型在保證快速性能的同時，在快速性節方面還節能20%以上。

本發明船型包括內旋鰭尾的船型，使其擁有類似雙球尾的橫剖面形態使得螺旋槳前伴流場分布均勻，從而螺旋槳在正常工作狀態下受力均勻而降低槳軸旋轉的振動；另一方面，由於其螺旋槳上方類似半導管的噴射效應，有效降低螺旋槳上方激振力，減震降噪效果明顯且有效保證船體結構疲勞強度。通過水池試驗證明，內旋鰭尾船型擁有非常優秀的舒適性、可靠性。對船舶快速性而言，本發明基於內旋鰭尾技術，在螺旋槳內側區域採用渦槽尾橫剖面設計形式，從而有效提高螺旋槳伴流分數和螺旋槳相對旋轉效率，同時由於內旋鰭尾可以容納更大直徑螺旋槳的特性使得螺旋槳敞水效率增大，最終有效提高船舶推進效率。本發明船型還包括內旋鰭尾的船型，使該船型具有快速性能。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1為本發明實施例提供的一種折角線型內旋鰭尾船型橫剖面圖。

具體實施方式

參照圖1，一種折角線型內旋鰭尾船型，包括螺旋槳。折角線型內旋鰭尾船型是在內旋鰭尾的船型的基礎上設置一條折角線1，折角線1的位置在所述螺旋槳的軸2外側沿船長方向。

本實施例船型在螺旋槳內側區域採用普通內旋鰭尾船型的渦槽尾橫剖形式、在螺旋槳外側區域借鑑採用雙尾鰭船型的折角線橫剖形式。一方面，通過在螺旋槳外側設置一條折角線1，將複雜的雙向曲度橫剖線改造成以折角線為分界的兩段單向曲度的橫剖線，從而起到對該區域縱流和側流的引導作用、達到整流效果，最大可能的使船體尾部縱向和橫向流線順暢，減低船體阻力，解決了小寬吃水比尺度船舶所出現阻力較大的實際問題；另一方面，在螺旋槳內側採用渦槽尾橫剖面形式，以伴流均勻化作用提高船身效率、以反槳效應提高螺旋槳的相對旋轉效率、以適用大直徑螺旋槳提高螺旋槳的敞水效率，從而綜合提高船舶推進效率。以上從船舶阻力和船舶推進兩方面共同提高船舶快速性。通過船模水池試驗發現，應用折角內旋鰭尾技術比應用普通內旋鰭尾技術在船舶推進效率方面保持相當的優秀水平，而在船舶阻力方面折角內旋鰭尾降低阻力達15%以上。

本實施例的船型是以內旋鰭尾船型作為基礎，內旋鰭尾船型對船舶舒適性而言，一方面，由於內旋鰭尾擁有類似雙球尾的橫剖面形態使得螺旋槳前伴流場分布均勻，從而螺旋槳在正常工作狀態下受力均勻而降低槳軸旋轉的振動；另一方面，由於其螺旋槳上方類似半導管的噴射效應，有效降低螺旋槳上方激振力，減震降噪效果明顯且有效保證船體結構疲勞強度。通過水池試驗證明，內旋鰭尾船型擁有非常優秀的舒適性、可靠性。對船舶快速性而言，本實施例的船型基於內旋鰭尾技術，在螺旋槳內側區域採用渦槽尾橫剖面設計形式，從而有效提高螺旋槳伴流分數和螺旋槳相對旋轉效率，同時由於內旋鰭尾可以容納更大直徑螺旋槳的特性使得螺旋槳敞水效率增大，最終有效提高船舶推進效率。通過船模水池試驗發現，應用內旋鰭尾技術比應用雙尾鰭技術在船舶推進效率方面擁有20%的收益，卻在船舶阻力方面增加20%以上，綜合下來該類尺度船舶內旋鰭尾船型的快速性稍遜於雙尾鰭船型。

折角線1是雙鰭尾船型的一個重要特點，本實施例船型包括鰭尾船型。對雙尾鰭船型而言，尾鰭體與主船體的連接形式可以分為光滑曲線連接和折角線連接。通過對雙尾鰭船型的系列試驗研究發現，折角線1連接形式雙尾鰭船型的船舶阻力比光滑曲線連接小得多。對船寬吃水比偏小的運輸船舶而言，由於尺度因素引起的螺旋槳軸線所在縱剖面至船舶舷側區域的複雜流場主要由縱流部分和側流部分共同構成，且二者所佔比例相當。縱流場和側流場本身並不會對船舶阻力造成太大的影響，但是兩種不同形態的水流在同一區域同時出現、共同作用，由二者之間的相互幹涉及所引起的渦流能量損失將會造成船舶阻力的急劇增加，從而明顯降低船舶快速性。鑑於雙尾鰭船型的研究經驗和靈感，本實施例船型在其螺旋槳的軸2外側區域設置如圖一所示折角線，對該區域水體的縱向流動和橫向流動起引導作用，減少縱、橫流動的幹涉影響、使水流順暢，從而達到降低船舶阻力的效果。

根據槳前軸向、周向伴流分布合理設計螺旋槳，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。通過試驗數據對比分析得出結論，本實施例船型比應用雙尾鰭技術在船舶快速性方面節能20%以上。

本實施例船型的徑深比為0.7～1.5，最佳為1.3。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1。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。通過實驗得到，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。本實施例船型引入的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本實施例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，由於本實施例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，本實施例船型完全可以實現船舶全生命周期無壓載水。試驗表明本實施例船型在徑深比達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。

本實施例船型是將內旋鰭尾船型和雙尾鰭船型結合在一起，在內旋鰭尾船型的基礎上設置了一條雙尾鰭船型中的折角線，使該船型起到對縱流和側流的引導作用、達到整流效果，最大可能的使船體尾部縱向和橫向流線順暢，減低船體阻力，解決了小寬吃水比尺度船舶所出現阻力較大的實際問題。該船型的徑深比為0.7～1.5，未出現吸空現象，對船舶正常航行不造成任何影響。

本實施例船型包括內旋鰭尾的船型，使本實施例船型擁有類似雙球尾的橫剖面形態使得螺旋槳前伴流場分布均勻，從而螺旋槳在正常工作狀態下受力均勻而降低槳軸旋轉的振動；另一方面，由於其螺旋槳上方類似半導管的噴射效應，有效降低螺旋槳上方激振力，減震降噪效果明顯且有效保證船體結構疲勞強度。通過水池試驗證明，內旋鰭尾船型擁有非常優秀的舒適性、可靠性。對船舶快速性而言，本發明基於內旋鰭尾技術，在螺旋槳內側區域採用渦槽尾橫剖面設計形式，從而有效提高螺旋槳伴流分數和螺旋槳相對旋轉效率，同時由於內旋鰭尾可以容納更大直徑螺旋槳的特性使得螺旋槳敞水效率增大，最終有效提高船舶推進效率，同時內旋鰭尾有較大的在推進效率。本實施例船型還包括內旋鰭尾的船型，使該船型具有快速性能。

最後所應說明的是，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。