CN101511669B - 用于改进耐压性和船体摆动的流量控制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于改进耐压性和船体摆动的流量控制机构包括下翼和上翼。下翼布置为在轮船的长度方向上处于第二站和第四站之间且在轮船的高度方向上处于距轮船底部为设计吃水的10％和20％之间，下翼相对于设计吃水(或基部)线以20度至40度的角度倾斜。上翼布置为在轮船的长度方向上处于第二站和第四站之间且在轮船的高度方向上处于距轮船底部为设计吃水的30％和60％之间，上翼相对于设计吃水(或基部)线以10度至30度的角度倾斜。而且，附加翼布置为在轮船的长度方向上处于第一站和第三站之间且在轮船的高度方向上处于距轮船底部为设计吃水的5％和20％之间的附加翼，附加翼相对于设计吃水(或基部)线以10度至40度的角度倾斜。

Description

用于改进耐压性和船体摆动的流量控制装置

技术领域

本发明涉及用于改进耐压性和船体摆动的流量控制装置，并且更具体地，涉及能通过减少由轮船推进器所引起的摆动和增强轮船的推进功效来给轮船的船员和乘客带来愉悦的旅行环境的用于改进耐压性和船体摆动的流量控制装置。

背景技术

现在，随着运输工具比如飞机的发展，货物已经在世界范围内快速地运输。然而，在具有非常大的货物体积和非常重的货物重量的石油、天然气、车辆以及集装箱的情况下，它们不能通过飞机一次运输很大的体积，并且，因此，一般用轮船运输。

在货物通过使用轮船来运输的情况下，要求轮船很大并且高速地移动以便一次且快速地运输大量的货物。然而，船体摆动由轮船推进器增大并且由于大型轮船高速移动所导致发动机马力的增大会消耗大量的燃料。

因此，需要能开发出一种即使在发动机马达增大时也能减少轮船推进器所引起的船体摆动以及节约燃料的设备。

图1是轮船的常规翼设备的示意性侧视图。图2是示出流体流的示意性侧视图，流体流由轮船的常规翼设备控制。图3示出流入设有图1所示翼设备的轮船的推进器中的流体的速度与流入没有设置翼设备的裸船体的推进器中的流体的速度的比较。图4示出设有图1中所示的翼设备的轮船的恒定压力线与裸船体的恒定压力线的比较。

轮船的这种常规翼设备在日本专利公开出版物No.2002-362485中公开，并且被设计来提高推进功效并且降低船体的阻力。

轮船的翼设备包括分别设在前侧和后侧的两个带翼5和6。翼5和6都安装至船体的外板以便以几乎直角地突出，并且具有较薄的厚度。

前翼5在船头侧上距船尾垂线8的距离S(Lbp的15％内)的位置处具有安装开始点，并且安装于推进器4的中心高度之下。前翼5倾斜以使得在其从轮船底部的高度朝着船尾增大。前翼5具有比推机器4的直径D要小的长度L1。前翼5从船体突出的突出宽度小于推进器4的直径D的10％。

后翼6在推进器的中心线与推进器顶端之间与轮船的底部平行地布置，并且安装于推进器的右前方。后翼6具有比推进器4的直径D要小的长度L2。后翼6从船体的突出宽度小于推进器的直径D的20％。

前翼5用来消弱从轮船的底部至轮船的侧面螺旋的旋涡(舱底旋涡)9，并且还朝着推进器顺序地引导旋涡。后翼6用来防止由前翼5朝着推进器4引导的舱底旋涡9的扩散。流过前翼5和后翼6之间的间隙的流体10的流用来防止舱底旋涡9的扩散。

如果舱底旋涡9如上所述那样消弱，流入推进器中的流体变得更均匀。如果防止了舱底旋涡9的扩散，那么由舱底旋涡9引起的诱导阻力就降低。因而，能降低船体的阻力并且能提高轮船的推进功效。

本发明人进行了数值分析以确认常规效果。数值分析的结果在图3和4中示出。

图3(a)示出流入未设有翼设备的裸船体的推进器中的流体的速度，并且图3(b)示出流入设有图1所示翼设备的轮船的推进器中的流体的速度。在图4中，指示为裸船体的线示出裸船体的恒定压力线，并且指示为现有技术的线示出设有所示翼设备的轮船的恒定压力线。在图4中，越靠近船尾，恒定压力线越大。

本发明人在进行数值分析时将翼的附着条件设置在日本专利公开出版物No.2002-362485中公开的实施例的范围内。

前翼5布置于在轮船的长度方向上距船尾的垂直线A.P为Lbp的15％的位置处并且安装于在轮船的高度方向上距轮船的底部为推进器的直径的30％的位置处。而且，前翼5的长度设置为与推进器的直径相同，前翼5的宽度设置为推进器的直径的7％，并且前翼5与轮船底部的角度设置为10度。而且，后翼6在轮船的长度方向上安装于推进器的正前方，并且在轮船的高度方向上位于距轮船底部为推进器直径的90％的位置处。后翼6的长度设置为推进器的直径的80％，后翼6的宽度设置为推进器的直径的10％，并且后翼6设置为与轮船的底部平行。

当在上面的条件下进行数值分析时，能从图3中看到，流入设有图1所示翼设备的轮船的推进器中的流体的速度与流入未设有翼设备的裸船体的推进器中的流体的速度相比较，在推进器的下侧处几乎没有速度改变。还能看到在具有图1所示的翼装置的推进器的上侧处存在速度降低部分。这意味着减少由设置翼设备的船的推进器引起的摆动的效果很少出现。

而且，从图4中能看到设有图1所示翼设备的轮船的恒定压力线几乎与裸船体的恒定压力线一致，因此，耐压性很少降低。还能看到轮船的推进功效没有很大改进，因为如上所述耐压性没有降低。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目标是提供一种用于改进耐压性和船体摆动的流量控制装置，该控制装置能通过防止舱底旋涡流入轮船推进器来减少由轮船推进器引起的摆动以及降低船体的阻力，并且通过加速流入轮船推进器上侧和下侧的流体流来减少由轮船推进器所引起的摆动。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种用于改进耐压性以及船体摆动的流量控制装置，在轮船的长度方向上布置于第二站和第四站之间并且在轮船的高度方向上布置于距轮船底部为设计吃水的10％和20％之间的下翼，下翼相对于设计吃水(或基部)线以20度至40度的角度倾斜；以及在轮船的长度方向上布置于第二站和第四站之间并且在轮船的高度方向上布置于距轮船底部为设计吃水的30％和60％之间的上翼，上翼相对于设计吃水(或基部)线以10度至30度的角度倾斜。

优选地，该流量控制装置还包括在轮船的长度方向上布置于第一站和第三站之间并且在轮船的高度方向上布置于距轮船底部为设计吃水的5％和20％之间的附加翼，附加翼相对于设计吃水(或基部)线以10度至40度的角度倾斜。

下翼产生新的舱底旋涡。新的舱底旋涡通过与舱底涡旋的相互作用改变舱底涡旋的路径，防止舱底涡旋流入推进器。新的舱底涡旋还使得流体在推进器平面上的速度变慢，改进阻力性能。上翼和附加翼加速流入推进器的流体的速度，降低由推进器引起的摆动。尤其，上翼还取直船体的表面上的平滑线，有助于改进阻力性能。

上翼、下翼以及附加翼以矩形、梯形或三角形的形状形成。

优选地，上翼、下翼以及附加翼每个都具有20毫米至100毫米的厚度，范围从轮船长度的0.1％至0.5％的宽度，以及范围从轮船长度的0.3％至3％的长度。

根据本发明的另一方面，提供了一种设有如上所述流量控制装置的轮船。

有利效果

根据本发明，能通过仅附着简单的翼来减少由轮船推进器所引起的摆动。因此，能获得船员和乘客愉悦的旅行环境并且能通过轮船推进功效的提高来节约燃料。

附图说明

本发明的上面和其它目标以及特点将从下面结合附图对优选实施例的描述中变得明显，其中：

图1是常规轮船的翼设备的示意性侧视图；

图2是示出由常规轮船的翼设备控制的流体流的示意性侧视图；

图3示出流入设有图1所示翼设备的轮船的推进器中的流体的速度与流入未设有翼设备的裸船体的推进器的流体的速度的比较；

图4示出设有图1所示翼设备的轮船的恒定压力线与裸船体的恒定压力线的比较；

图5是设有根据本发明实施例用于改进耐压性和船体摆动的流量控制装置的轮船的示意性侧视图；

图6是设有图5所示流量控制装置的轮船的局部平视图；

图7示出流入设有图5所示流量控制装置的轮船的推进器的流体的速度与流入没有设置流量控制装置的裸船体的推进器的流体的速度的比较；

图8示出包括于由图7所示流体速度所改变的单位体积内的空腔的数量；

图9示出设有图5中所示流量控制装置的轮船的恒定压力线与裸船体的恒定压力线的比较；并且

图10示出设有图5中所示流量控制装置的轮船的有效马力与裸船体的有效马力的比较。

具体实施方式

下文，将参照附图详细地描述本发明的实施例。

图5是设有根据本发明实施例用于改进耐压性和船体摆动的流量控制装置的示意性侧视图；并且图6A至6C是设有图5中所示流量控制装置的轮船的局部平视图。

在本实施例中，上翼102在轮船100的长度方向(X轴方向)上定位于站2和站4之间，并且在轮船100的高度方向(Z轴方向)上位于距轮船底部108为设计吃水的30％和60％之间的高度H1处。上翼102相对于设计吃水(或基部)线以10至30°的角度D1倾斜。

下翼104在轮船长度方向(X轴方向)上定位于站2和站4之间并且在轮船100的高度方向(Z轴方向)上位于距轮船底部108为设计吃水的10％和20％之间的高度H2处。下翼104相对于设计吃水(或基部)线以20至40°的角度D2倾斜。

附加翼106在轮船100的长度方向(X轴方向)上定位于站1和站3之间，并且在轮船100的高度方向(Z轴方向)上位于距轮船底部108的设计吃水为5％和20％之间的高度H3处。附加翼106相对于设计吃水(或基部)线以10至40°的角度D3附着。

在这种情况下，在LBP被等分为二十个区段的情况下术语“站”指的是纵向位置。站数目被指定为从后垂线开始。第一站的数目为0并且最后一站的数目为20。LBP指的是前垂线和后垂线之间的距离。前垂线F.P指的是穿过设计吃水线和船尾前部之间的交叉点并且与设计吃水线垂直的虚拟线。后垂线A.P指的是在轮船具有舵柱的情况下穿过舵柱背面与设计吃水线之间的交叉点的虚拟垂线，或在轮船没有舵柱的情况下穿过舵杆的中心线与设计吃水线之间的交叉点的虚拟垂线。

上翼102、下翼104以及附加翼106以矩形、梯形或三角形的形状形成，并且它们可具有相同的形状或不同的形状。它们以对称的方式附着至轮船的两侧。

上翼102、下翼104以及附加翼106的厚度T1、T2、T3每个都处于从20毫米至100毫米的范围内。上翼102、下翼104以及附加翼106具有处于轮船100的长度的0.1％至0.5％的范围内的宽度。上翼102、下翼104以及附加翼106的长度L1、L2、L3每个都处于轮船100的0.3％至3％的范围内。在这种情况下，宽度指的是翼102、104以及106从船体表面突出的高度。

上翼102用来加速流入推进器上部的流体流，并且附加翼106用来加速流入推进器下部的流体流。具体地，附加翼106用来取直船体表面上的平滑线路，有助于提高阻力性能。如果流入推进器的流体流变快，在推进器的叶片中产生的空腔现象(空穴作用)减少。因而，船体的波动压力降低并且船体的摆动因此减小。空腔现象指的是其中周围压力在特定温度下降低到蒸气压力以下并且液态变化为气态的现象。

下翼104相对于轮船108的底部具有比平滑线路的流动角度大的角度，因而产生旋涡。旋涡与从轮船底部至其侧面螺旋的旋涡(也就是舱底旋涡)相互作用，引导舱底旋涡向上流动到推进器上面。因而，舱底旋涡没有流入推进器侧面。如果舱底旋涡(也就是不稳定旋涡)没有流入推进器叶片中，推进器叶片中的滑流变得均匀并且能降低船体的波动压力，减少船体的摆动。

而且，由下翼104引导至推进器上部的舱底旋涡用来使流过推进器上部的流体的速度变慢，增大推进器上部中的压力。推进器上部中增大的压力用作推进船体向前的力。因此，船体的耐压性降低。

图7示出流入设有图5中所示流量控制装置的轮船的推进器中的流体速度与流入未设有流量控制装置的裸船体的推进器中的流体速度的比较。图8示出包括于由图7所示流体速度所改变的单位体积内的空腔的数量；图9示出设有图5所示流量控制装置的轮船的恒定压力线与裸船体的恒定压力线的比较；并且图10A和10B示出设有图5所示流量控制装置的轮船的有效马力与裸船体的有效马力的比较。

本发明在船模试验水池中执行模拟测试以验证本实施例的效果。在模拟测试中，轮船的船型系数设置为0.81。上翼102在X轴方向上附着至第三站并且在Z轴方向上放置于距轮船108底部为设计吃水的40％的高度处，并且相对于设计吃水(或基部)线以18.5度的角度倾斜。而且，下翼104在X轴方向上附着至站3并且在Z轴方向上放置于距轮船108底部为设计吃水的15％的高度处，并且相对于设计吃水(或基部)线以32度的角度倾斜。附加翼106在X轴方向上附着至站2并且在Z轴方向上放置于距轮船108底部为设计吃水的10％的高度处，并且相对于设计吃水(或基部)线以23度的角度倾斜。翼102、104和106形成为矩形形状，它们的长度L1、L2、L3分别设置为LBP的1％，并且它们的宽度设置为LBP的0.2％。

上面条件下的模拟测试的结果和数值分析在图7至10中示出。

图7示出流入推进器的流体的轴向速度分布。图7(a)示出未设有流量控制装置的裸船体的示例，并且图7(b)示出设有本实施例的流量控制装置的轮船的示例。

在比较图7(a)和7(b)时，能看到，流入推进器上部的流体的速度在图7(a)中在0.4至0.5的范围内，而流入推进器的流体的速度在图7(b)中在0.65至0.85的范围内。还能看到其中流入推进器下部的流体速度从图7(a)中的0.7至图7(b)中的0.9开始加快。

如果流入推进器的流体的速度如上所述变快，由推进器引起的摆动就减少。这个结果在图8中示出。

在图8中，横轴表示在推进器从船体后面看时基于12点时钟方向在顺时针方向上的旋转角度(正值)和在逆时针方向上的旋转角度(负值)，并且纵轴表示包括于单位体积内的空腔。

在图8中，细线相应于裸船体的情况下的值并且粗线相应于本实施例的情况下的值。从两个值中能看到，在本实施例的情况下包括于单位体积内的空腔数量比裸船体的情况下的数值要小。如果空腔数量减少，由于推进器而产生的摆动减少。因此，能理解到，在本实施例的情况下由推进器所引起的摆动与裸船体的情况下相比减少。

图9示出船体的表面上的恒定压力线。在图9中，由粗箭头指示的线相应于本实施例的情况下的恒定压力线，并且由虚箭头指示的线相应于在裸船体的情况下的恒定压力线。在恒定压力线接近船尾时，其具有较大的值。

从图9中，能看到，就一点而言，在该点处的压力在本实施例的情况下大于裸船体的情况。两个情况之间的差异显著较大的部分用圆形虚线指示。

如果船体后面的压力增大，压力作为朝着船头推动轮船的力。因此，具有降低耐压性的效果。如果耐压性如上所述降低，能提高轮船的推进功效。所述结果在图10中示出。

图10A和10B示出轮船的有效马力。在图10A和10B中，横轴表示轮船的速度，纵轴表示轮船的有效马力，实线示出本实施例的示例，并且虚线示出裸船体的示例。

从图10A和10B中能看到，为了以大约15.5节的速度向前移动轮船，在本实施例的情况下需要18000PS的马力，而在裸船体的情况下需要19000PS的马力。换言之，能看到提高了大约5％的有效马力。

根据本实施例，由轮船推进器引起的摆动能通过仅附着简单的翼来减少。因此，能获得船员和乘客愉悦的旅行环境并且能通过轮船推进效率的提高来节约燃料。

虽然本发明已经相对于优选实施例示出和描述，但是本领域技术人员将理解到，可在不脱离本发明如所附权利要求所限定的精神和范围之下做出各种变化和变型。

Claims (4)

1.一种用于改进耐压性和船体摆动的流量控制装置，该装置包括：

在轮船的长度方向上布置于距后垂线为轮船长度的10％和20％之间并且在轮船的高度方向上布置于距轮船底部为设计吃水的10％和20％之间的下翼，所述下翼通过其中产生的漩涡引导舱底旋涡向上流动到安装于船体后部的推进器上面，所述下翼相对于设计吃水线以20度至40度的角度倾斜；以及

在轮船的长度方向上布置于距后垂线为轮船长度的5％和15％之间并且在轮船的高度方向上布置于距轮船底部为设计吃水的5％和20％之间的附加翼，所述附加翼用来加速流向推进器下部的流，所述附加翼相对于设计吃水线以10度至40度的角度倾斜，

其中下翼以及附加翼每个都具有20毫米至100毫米的厚度、范围从轮船长度的0.1％至0.5％的宽度、以及范围从轮船长度的0.3％至3％的长度。

2.根据权利要求1的流量控制装置，还包括在轮船的长度方向上布置于距后垂线为轮船长度的10％和20％之间并且在轮船的高度方向上布置于距轮船底部为设计吃水的30％和60％之间的上翼，所述上翼用于加速流向推进器上部的流，所述上翼相对于设计吃水线以10度至30度的角度倾斜，其中所述上翼具有20毫米至100毫米的厚度，范围从轮船长度的0.1％至0.5％的宽度，以及范围从轮船长度的0.3％至3％的长度。

3.根据权利要求2的流量控制装置，其中上翼以及附加翼以矩形、梯形或三角形的形状形成。

4.一种轮船，其包括如权利要求1所述的流量控制装置。

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