CN101434292B - 科特导流管 - Google Patents

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Abstract

提供一种科特导流管、特别是绕船的舵轴可旋转构成的科特导流管，其中即使在相对于船纵轴线成一角位置的情况下也避免或减少再循环或涡流的出现并且出现一总体上尽可能均匀的流型，为此在科特导流管的壁中设置至少一个通口。

Description

科特导流管
技术领域
本发明涉及一种科特导流管(kort nozzle)、特别是一这样的科特导流管，其绕船的舵轴可旋转地构成。 
背景技术
一科特导流管是一圆锥形变细的管子，在其中设置船的螺旋桨。管子也构成科特导流管的壁。通过管子向船的船尾的缩小，科特导流管可以向船传送一附加的推动力，而不需要提高功率。除科特导流管的改进推进的特性外，借此还减小在波浪中的颠簸，因此在极大的海浪中可以降低速度损耗并且可以提高航向稳定性，因为科特导流管的固有阻力随着渐升的船速度大致成平方增加，其优点特别在缓慢的、具有很大的螺旋桨推动力的船(例如拖船、渔船等)中是有成效的。 
除固定的科特导流管外，在其后面沿流动方向通常设置一舵用以控制船，还具有所谓“科特舵导流管”，其中科特导流管绕船的沿垂直方向延伸的舵轴是可旋转的。为此通常在科特导流管的上侧和底侧在其壁的外面上设置用于可旋转支承的轴承。而螺旋桨依然是固定的，从而科特导流管同样围绕螺旋桨旋转。经常科特舵导流管连接于舵轴并且支承于舵踵中。其通常绕一垂直轴或绕舵轴向两侧可摆动约30°至35°。因此科特舵导流管是一改进推进的装置和舵的组合，因为通过螺旋桨喷射相对于船纵轴线偏转一角度获得一舵作用。在偏转的科特舵导流管中通过喷射反推力将船的船尾推动。 
图5说明一绕船的舵轴可旋转支承的科特导流管200与在其中设置的固定的船螺旋桨的一个实施例，如其由现有技术已知的。科特导流管200绕船(图中未示出)的固定的船螺旋桨210设置。在这里科特导流管相对于船纵轴线220倾斜一约30°的角度α。箭头221表示海水的流动方向。沿着流动方向在螺旋桨后面在科特导流管200上设置 一固定的襟翼230，借其有利地影响科特舵导流管的流动特性。通过一减小的壁厚，科特导流管200的入口区域201(参考通过科特导流管200的通流方向)相对于科特导流管200的其余区域扩大地构成。这意味着，入口区域的内径大于科特导流管200的其余区域内的内径。借此提高通过科特导流管200的水通量，这又改进科特导流管的推进效率。 
从申请人的广泛的计算、实验和模拟已得出，在一传统的科特导流管的确定的扭转角时直接在螺旋桨后面的区域内出现流动的涡流或再循环。该再循环或涡流对科特导流管的效能产生不利的影响。它们特别直接在螺旋桨后面产生在螺旋桨的这个侧面区域内，科特导流管转向该侧面区域。由于再循环明显降低水通量在该区域内的流速，从而总体上降低科特导流管的驱动功率。由于再循环只产生在一局部限定的侧面区域内并且在其余的区域内的流动如通常那样在最大程度上以层流延伸，此外出现科特导流管的显著的振动，该振动可以被传给船体并同样产生不利的影响。为了说明该问题以下参阅图6a和6b。 
图6a示意示出剖开的科特导流管200的俯视图，如其由现有技术已知的。图6a和6b中的箭头表示流动分布。为了清晰起见，只示意地绘出船螺旋桨210。在该科特导流管200中沿流动方向在螺旋桨210的后面设置一活动的或可偏转的襟翼231，不同于图5的科特导流管。所示的科特导流管200相对于船纵轴线倾斜一个15°的角度。同时科特导流管200的壁202a的下部被在流动方向的反向上转动，亦即向螺旋桨210那边转动，而壁202b的对置部分相应地被随流动方向转动。 
在图6a中标出的科特导流管200的下面的部分放大地示于图6b中。其中可看出，由于科特导流管200相对于螺旋桨210或船纵轴线220的角位置，流动的涡流或再循环出现外边缘区域内，沿流动方向直接在螺旋桨210的后面。由于该再循环，平均的流速沿主流动方向221在该局部的区域内降到一最小值。测量和仿真已得出，在该区域内沿主流动方向出现一约0.2至2m/s的平均流速。与此相比，例如在襟翼231与壁区域202b之间的区域内的流动的平均流速为12至 16m/s。 
水，其在外边以层流方式沿壁202a流动，围绕科特导流管端部203的壁的倒圆的边缘向内流动并且在那里遇到由螺旋桨210产生的沿主流动方向221定向的流动。外边的流动的一部分向内相反于主流动方向221转向，并且沿壁202的内侧与主流动方向221反向地流到螺旋桨210的后面并由那里再通过螺旋桨210返回。因此出现流动的一局部的循环或再循环，并且平均的流速沿主流动方向221在该区域内接近零。因此出现上述缺点。 
发明内容
从上述的现有技术出发，本发明的目的是提供一种科特导流管，其中即使在相对于船纵轴线成一角位置的情况下也避免或减少再循环或涡流的出现并且形成一个总体上均匀的流动分布。通过一种具有权利要求1的特征的科特导流管达到该目的。 
本发明的核心思想在于，在科特导流管的壁中设置至少一个通口。所谓通口在当前的方面基本上视为在科特导流管的壁中的任何的任意构成的开口。通口穿过整个壁延伸并且因此包括一内部的和一外部的开口区域及一连接该两个区域的中间区域。决定性的是，为海水构成一从科特导流管的外部穿过所述至少一个通口到科特导流管的内部的流动连通。 
科特导流管的壁由实际上的导流管环构成，其包封固定的船螺旋桨。基本上可以在科特导流管的壁的一任意的位置上设置所述至少一个通口。但优选将其在科特导流管的侧面的区域内设置在右舷侧面上或设置在左舷侧面上。决定性的是，将所述至少一通口这样构成并设置或定位于壁中，使海水通过所述至少一个通口从科特导流管的外部可这样流入科特导流管的内部，使得由此可以抵消或明显地减少再循环或涡流，所述再循环或涡流在科特导流管的确定的偏转角中产生。从本申请人的实验已得出，通过这些通口在通常出现涡流或再循环的侧面区域内将科特导流管的推动力提高到达20％。此外降低传给船体的振动。 
因此通过所述至少一个通口，在科特导流管的临界的、通常在确定的偏转角时出现涡流的各侧面区域内可以从外边导入一层流流动。该层流流动阻止在各侧面区域内可能形成一相反于主流动方向的再循环流动。借此明显地改进科特导流管的推动力和工作稳定性并从而提高效率。 
本发明的优选的实施形式在各从属权利要求中给出。 
为了可以阻止涡流在每一摆动方向的出现，符合目的的是，在科特导流管的壁中设置至少两个通口。有利地两个通口设置成基本上对置的。符合目的地两个通口还分别设置在科特导流管的一个侧面区域内，因为在那里通常在传统的科特导流管中产生最强的涡流。因此确保，不仅在向右舷侧面偏转时而且在向左舷侧面偏转时减小出现涡流或再循环的危险。 
就科特导流管的高度而言，按照本发明的一优选的实施形式设定，将所述至少一个通口设置在一中间的区域内。该中间的区域从科特导流管高度的三分之一延伸到科特导流管的约三分之二，优选从科特导流管高度的五分之二延伸到五分之三。借此达到，所述至少一个通口设置在通常出现涡流的区域内。因此流过所述至少一个通口的层流流动可以发挥一最好的作用并且尽可能完全抵消涡流。特别优选的是，按照本发明，相对于科特导流管的高度居中设置所述至少一个通口。科特导流管的高度相应于其在装入状态下的垂直延伸，亦即科特导流管的各对置的壁区域之间沿其垂直轴或沿其舵轴的间距。 
科特导流管的中间的区域在其纵向延伸中沿科特导流管的全长延伸。因此总共具有两个中间的区域，它们相互对置设置。按照本发明的另一优选的实施形式设定，在这两个中间的区域的至少一个中设置至少两个通口。此外所述至少两个通口沿科特导流管的纵向方向接连设置和/或沿垂直方向相叠地设置。按照科特导流管和螺旋桨以及要求的偏转角的实施形式可以借此优化待获得的结果，亦即改进科特导流管的推动力和工作平静性。符合目的地在该实施形式中在两个中间的区域内分别设置至少两个通口，其中有利地将两个中间的区域的各通 口对置设置。 
相对于科特导流管的长度，亦即在科特导流管未偏转时沿船纵轴线的尺寸，按照另一优选的实施形式设定，将所述至少一个通口设置在长度的三分之一到三分之二的区域内、优选在长度的五分之二到五分之三的区域内、特别优选居中地设置。通过该措施也可再次优化所述至少一个通口的作用。 
在一可偏转的科特导流管与一在其中设置的固定的船螺旋桨中，还优选将所述至少一个通口构成使其在一10°、15°或20°的偏转角时以其内部的开口区域基本上邻近于螺旋桨设置。借此确保，在上述的典型的偏转角时，从所述至少一个通口的内部的开口区域流出的、从外向内流入科特导流管的层流直接遇到涡流区域。借此层流可以立即抵制再循环流动并且进一步改进所述至少一个通口的作用。如果在个别情况下要求其他的偏转角，例如25°或30°，当然可以相应地匹配所述至少一个通口的设置。 
为了进一步优化所述至少一个通口对科特导流管的效率的作用，在本发明的另一优选的实施形式中设定，将所述至少一个通口构成为细长的狭槽。此外有利的是，所述狭槽形的通口基本上沿垂直方向延伸。借此达到，一垂直定向的流动带从外向内流进科特导流管并因此可以尽可能有利地影响全部的通常形成涡流的临界区域。此外一这样的通口可较简单地制造。 
此外优选的是，所述至少一个通口相对于主流动方向倾斜地从外向内穿过壁延伸。这意味着，通口的中线相对于主流动方向或相对于科特导流管的纵轴线成一预定的角度定位。借此确保，外边的层流从外向内流入科特导流管并且没有水从内向外流过所述至少一个通口。 
特别优选的是，将至少一个通口相对于科特导流管的纵轴线成一10°到60°、优选20°到45°、特别优选30°到35°的角度构成。角度数据与科特导流管的纵轴线与所述至少一个通口的中线之间的角度相关，该中线从外向内穿过所述至少一个通口延伸。 
在本发明的另一优选的实施形式中设定，所述至少一个通口从壁 的外侧或其外部的开口区域直至其在壁的内侧上的内部的开口区域那边缩小。借此可以提高从外部向科特导流管内的流动速度，因此提高科特导流管的总效率并且进一步减小出现涡流或再循环的危险。 
或者，所述至少一个通口在其整个延伸上构成基本上恒定的。 
符合目的地，将所述至少一个通口的至少一个流入边缘和/或至少一个流出边缘倒圆地构成。沿流动方向每一通口，例如一狭槽形的垂直定位的通口，具有两个垂直定向的流入边缘和两个垂直定向的流出边缘。借此这样改进通过通口向科特导流管的流入过程，使得减小在流入边缘或流出边缘上由于流动的扰流可能出现不期望的涡流的危险。 
附图说明
以下借助附图中所示的图更详细说明本发明的不同的实施形式。其中示意地示出： 
图1a  一包括两个对置的通口的科特导流管的透视图，该科特导流管可摆动地支承在船的船体上； 
图1b  图1a的视图的剖开的部分视图； 
图2a  一可摆动地支承在船体上的科特导流管的透视图，其中在每一中间的区域内设置两个水平地接连布置的通口； 
图2b  图2a的视图的剖视图； 
图3   一可摆动地支承在一船体上的科特导流管的透视图，在每一中间的区域内分别具有三个沿垂直方向接连设置的通口；以及 
图4   一科特导流管的部分剖开的俯视图，包括一具有绘出的流动线的通口；图5、图6a和图6b示出根据现有技术的科特导流管。 
具体实施方式
在以下描述的不同的本发明的实施形式中相同的构件设有相同的附图标记。 
图1a示出一科特导流管100的透视图，其可摆动地支承在一船体10上。为了清楚起见，只部分地示出船体10。科特导流管经由一轴承12连接于船体10并且可绕舵轴11旋转。舵轴11相当于垂直轴。科 特导流管100还在其下部区域经由另一轴承连接于船体(图中未示出)。朝流动方向13看去，在科特导流管的末端上连接一活动的或可控的襟翼14。科特导流管100包括一环形构成的壁15，其构成圆锥形的并且沿着流动方向13缩小。在相对于科特导流管的高度位于中间的壁15的侧面区域15a、15b中分别设置一通口16。相对于高度基本上居中地设置各通口16。沿着流动方向13观察，各通口16倾斜地从外向内延伸。通口包括一基本上垂直延伸的、从外向内缩小的开口。因此总体上产生通口16的一铲状的外观，因为由于通口16的缩小，外部的开口区域16a相对于内部的开口区域16b是较宽的。在图1a中为了清晰起见略去螺旋桨，但在安装状态下设置在科特导流管100内部。 
图1b示出图1a的科特导流管100的一剖开的局部区域。特别是在图1b的视图中在一通口16的区域内剖开壁。可看出，通口16沿着流动方向倾斜地从外向内延伸并且向内部缩小。相应地外部的开口区域16a宽于内部的开口区域16b。在通口16的两个水平的流入边缘17a、17b中，后面的流入边缘17a倒圆地构成，而前面的流入边缘17b具有一有棱角的延伸。同样沿流动方向13位于后面的流出边缘18a是倒圆的，而前面的流出边缘18b是有棱角的。在侧面观察，通口的外部的开口区域16a和内部的开口区域16b相互位错、特别是侧向位错地设置。因此参考科特导流管100的侧视图，内部的开口区域16b被通口16的倾斜延伸的侧壁或壁15遮盖。换言之，通口构成为狭槽状的通道，其沿着流动方向13倾斜地从内向外延伸。 
图2a示出一本发明的科特导流管100的另一实施例的透视图。图2a中可看出，襟翼14不仅在上面的舵轴承12中而且在一下面的襟翼轴承中支承在科特导流管100上。此外在壁15的中间的区域15a、15b中分别设置两个通口16，它们沿船纵向方向(在科特导流管不偏转时)或沿科特导流管的纵向方向接连设置。图2a中可看出，从外面只可看到通口16的外部的开口区域，而内部的开口区域是被遮盖的。相应地通口16的外部的和内部的开口区域沿流动方向13接连设置。 
图2b示出图2a的科特导流管100的剖视图。可看出，在壁15 的两个中间的区域15a、15b中的各开口16分别对置地设置。此外这些通口16沿着流动方向13倾斜地从外向内延伸。各单个通口16分别构成完全相同的并因此相互平行延伸。 
图3示出一本发明的科特导流管100的另一实施例。在该实施形式中在科特导流管的壁15的每一中间的区域内设置三个沿垂直方向相叠地设置的通口16。沿着科特导流管100的纵向方向看去，各通口16分别居中地设置。在一中间的区域15a、15b的各个通口16之间的间距分别大致是相同的。 
图4示出一科特导流管100的一侧面区域的流动分布，包括一示意示出的螺旋桨20的一部分。总的来说，图4中的视图类似于图6b中的那个视图，其中与图6b中的视图的区别是，采用本发明的具有通口16的科特导流管。所示的箭头象征性表示流过科特导流管的水的流动分布。如可看出的，水从外向内穿过通口16流动。一旦水流出通口16的内部的开口区域16b，其就继续沿壁15的内侧流动，直到其最后离开科特导流管100。因此沿着流动方向13看去，在螺旋桨20的外侧与科特导流管100的端侧之间的区域内可以不出现回流的循环或涡流。相反，全部的流动在科特导流管100之内并且也在科特导流管100的边缘外部层流地延伸。 
                    附图标记清单 
100    科特导流管 
10     船体 
11     舵轴 
12     轴承 
13     流动方向 
14     襟翼 
15     壁 
15a    壁的中间的区域 
15b    壁的中间的区域 
16     通口 
16a    外边的开口区域 
16b    内部的开口区域 
17a    流入边缘 
17b    流入边缘 
18a    流出边缘 
18b    流出边缘 
19     襟翼轴承 
20     螺旋桨 
200    科特导流管(现有技术) 
201    开口区域 
202a   科特导流管的壁 
202b   科特导流管的壁 
210    船螺旋桨 
220    船纵轴线 
221    流动方向 
230    襟翼(固定的) 
231    襟翼(活动的) 

Claims (10)

1.科特导流管，其能够绕船的舵轴(11)旋转，该科特导流管(100)包含一个单个的导流管环，其形成科特导流管(100)的壁(15)并且包封船螺旋桨，其中在科特导流管(100)的壁(15)中设置至少两个通口(16)，所述通口基本上对置地设置，其中所述壁(15)构成为环形的且构成为圆锥形的并且沿着流动方向(13)缩小，所述至少两个通口(16)具有一个内部的开口区域和一个外部的开口区域，相对于流动方向(13)倾斜地从外向内穿过壁(15)延伸，并且相对于科特导流管(100)的纵轴线成一个10°至60°的角度延伸，并且构成从科特导流管(100)的外部朝向科特导流管(100)的内部的流动连通，所述至少两个通口(16)中的每个都相对于科特导流管(100)的高度设置在一中间的区域(15a、15b)内，所述中间的区域(15a、15b)从科特导流管(100)的高度的五分之二延伸到其五分之三。
2.按照权利要求1所述的科特导流管，其特征在于，在科特导流管(100)的至少一个中间的区域(15a、15b)内设置两个或多于两个通口(16)，同时所述通口(16)沿科特导流管(100)的纵向方向接连设置和/或沿垂直方向相叠地设置。
3.按照权利要求1或2所述的科特导流管，其特征在于，所述至少两个通口(16)相对于科特导流管(100)的长度设置在长度的三分之一到三分之二的区域内。
4.按照权利要求1所述的科特导流管，其中在科特导流管(100)中设置一船的固定的螺旋桨(20)，其特征在于，所述至少两个通口(16)设置成使其以其内部的开口区域(16b)基本上邻近于螺旋桨(20)设置。
5.按照权利要求1所述的科特导流管，其特征在于，所述至少两个通口(16)构成为沿垂直方向延伸的细长的狭槽。
6.按照权利要求1所述的科特导流管，其特征在于，所述至少两个通口(16)相对于科特导流管(100)的纵轴线成一20°至45°的角度延伸。
7.按照权利要求1所述的科特导流管，其特征在于，所述至少两个通口(16)如此构成，使其从壁(15)的外侧直到壁(15)的内侧那边缩小。
8.按照权利要求1所述的科特导流管，其特征在于，所述至少两个通口(16)的尺寸在其整个延伸上基本上是不变的。
9.按照权利要求1所述的科特导流管，其特征在于，所述至少两个通口(16)的流入边缘(17a、17b)和/或流出边缘(18a、18b)倒圆地构成。
10.船，其特征在于，在船上设置一按照上述权利要求1所述的科特导流管(100)。
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