CN105644750B - 复合节能的江海直达船 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合节能的江海直达船，包括船体、以及安装在船体尾部的舵，所述船体的船舶平行中体上沿水平方向平行设置有均匀间隔分布的微沟槽，所述舵的两侧对称设有方向相反的推力鳍。本发明通过将微沟槽和推力鳍两种节能方式相结合运用在江海直达船上，不仅达到了减阻的效果，而且提高了船舶的推进效率，从而减少了能源消耗，提高了船舶节能效果。

Description

复合节能的江海直达船
技术领域
本发明涉及江海直达船，具体地指一种复合节能的江海直达船。
背景技术
随着人们对自然环境的关注度愈来愈高，以及对环境保护意识的提升，节能环保、低碳减排已成为各国发展国民经济的一项长远战略方针，也是必然选择。2011年7月，国际海事组织(Internationan Maritime Organization)召开了海上环境保护委员会第62届会议，其中确立了“船舶能效设计指数”EEDI船舶能效标准，对船舶运营和设计建造提出了新的更加严格的要求，船舶节能环保技术的探讨和研究显得尤为重要。
EEDI技术性节能减排措施囊括了很多方面，例如新型能源的应用和开发、废热回收系统的应用以及船体线型优化设计等，其中，相当重要的一个方面即为新型节能技术的应用和开发，旨在提高船舶的快速性，其主要包括以下几方面的研究：一为减少船体所受到的阻力，例如：球鼻艏、减阻涂层、气泡减阻、微沟槽减阻等；二为提高推进系统的推进效率，例如：新型螺旋桨的设计开发、节能附体的研究和开发等；三为节省船舶的能耗，例如：节能轴支架、导流管、舵附推力鳍等。
然而，现有技术中存在如下不足：(1)球鼻艏的建造费用过高，而且对球鼻艏设计要求高，若设计不佳不仅不能减阻，反而使阻力增大；(2)气泡减阻对船底部有改造要求，气泡装置成本较高；(3)节能轴支架更多是在高速船上使用，对于中低速船舶而言，其效果甚微。此外，目前尚未出现将复合节能方式运用到江海直达船上的报道。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种复合节能的江海直达船，该江海直达船通过将微沟槽和推力鳍两种节能方式相结合运用在江海直达船上，不仅达到了减阻的效果，而且提高了船舶的推进效率，从而减少了能源消耗，提高了船舶节能效果。
为实现上述目的，本发明所设计的复合节能的江海直达船，包括船体、以及安装在船体尾部的舵，所述船体的船舶平行中体上沿水平方向平行设置有均匀间隔分布的微沟槽，所述舵的两侧对称设有方向相反的推力鳍。这样，通过将微沟槽和推力鳍两种节能方式相结合运用在江海直达船上，从而减少了能源消耗，提高了船舶节能效果。
进一步地，所述微沟槽的中心轴线与船舶平行中体的中心轴线重合，所述微沟槽与船舶平行中体的长度之比为0.48～0.52∶1。优选地，所述微沟槽与船舶平行中体的长度之比为0.5∶1。这样，综合考虑了经济性和产生效果的长度，在船舶平行中体段来流均匀，微沟槽产生效果更佳，同时对于微沟槽的布置更为方便。
进一步地，所述微沟槽布置在设计水线与舭部基准线之间，且沿竖向布置的第一个所述微沟槽距设计水线的距离e与船舶吃水线的深度d之比为0.09～0.11∶1。优选地，沿竖向布置的第一个所述微沟槽距设计水线的距离e与船舶吃水线的深度d之比为0.1∶1。这是由于满载到港时，船舶吃水会下降，因此将微沟槽布置在水线以下。在轻载或空载时，船舶能耗下降，微沟槽产生的作用下降，因此不考虑轻载或空载时的微沟槽效果。
进一步地，所述微沟槽的横截面形状呈V形，且相邻两个所述微沟槽的间距s＝0.15～0.30mm。优选地，相邻两个所述微沟槽的间距s＝0.18～0.25mm。微沟槽的横截面形状可以为V形、直角形、梯形、半圆形，其中，微沟槽呈V形减阻效果最佳。相邻两个微沟槽距离过小时，微沟槽过于密集，容易导致水流之间相互干扰；相邻两个微沟槽距离过大时，微沟槽效果不能充分发挥，因而相邻两个所述微沟槽的间距s＝0.18～0.25mm减阻效果最佳。
进一步地，所述微沟槽的高度t＝0.14～0.23mm，顶端夹角γ＝59°～61°。优选地，所述微沟槽的高度t＝0.15～0.20mm，顶端夹角γ＝60°。这样，微沟槽布置形式类似等边三角形，可以使微沟槽减阻效果更佳。
进一步地，所述推力鳍与舵前端的距离n与舵的宽度B之比为0.14～0.16∶1。优选地，所述推力鳍与舵前端的距离n与舵的宽度B之比为0.15∶1。这样，由于所选舵为对称机翼型，翼型剖面为NACA0015，因而距舵前端0.15B处为舵的最厚处，将推力鳍布置在此范围内，可以使推力鳍获得的来流较大。
进一步地，所述推力鳍对称轴线前端距舵下端的距离m与舵的高度H之比为0.34～0.36∶1。优选地，所述推力鳍对称轴线前端距舵下端的距离m与舵的高度H之比为0.35∶1。考虑到螺旋桨的布置高度，以及与舵的相对位置，将推力鳍布置在此范围内，正对螺旋桨的高度，从而使推力鳍获得的来流较大。
再进一步地，所述推力鳍和舵均为对称机翼型，其中，鳍展弦比λ＝0.9～1.1。优选地，鳍展弦比λ＝1.0。当推力鳍的宽度b和高度h尺寸接近时，产生的附加推力更大，附加阻力更小。
更进一步地，所述推力鳍的安装角度α＝4°～6°，且两侧推力鳍的安装角度呈反向。优选地，所述推力鳍的安装角度α＝5°。由于水流经螺旋桨后，螺旋桨旋转会带动水旋转，相隔180°的两个部位周向诱导速度方向相反，使两侧推力鳍的安装角度呈反向，从而保证了每侧的推力鳍都可以产生有益推力。安装角度过小时，产生的附加推力过小；安装角度过大时，产生的附加阻力过大，这些情况会导致推力鳍节能效果减弱，甚至不能产生节能效果，因而推力鳍的安装角度在此范围内效果最佳。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明通过将微沟槽和推力鳍两种节能方式相结合运用在江海直达船上，不仅达到了减阻的效果，而且提高了船舶的推进效率，从而减少了能源消耗，提高了船舶节能效果。
其二，本发明通过在船舶平行中体上设置微沟槽结构，当水流经微沟槽时，微沟槽表面会产生与顺流向相反的旋涡，产生的旋涡会与水流自身的流向涡发生相互作用，一方面在微沟槽尖端会产生具有动量的二次涡，减缓了边界层内的传递速度，降低了运动的不稳定性，减小了流体与壁面的摩擦阻力；另一方面旋涡使得在壁面的滑动摩擦变为滚动摩擦，降低了摩擦阻力系数，从而使船舶的摩擦阻力减小。
其三，本发明通过在舵的两侧各加装一对攻角相反的推力鳍，当水流经推力鳍时，由于推力鳍能够在鳍的表面产生一个向前的推力，水流经螺旋桨后，螺旋桨旋转会带动水旋转，相隔180°的两个部位周向诱导速度方向相反，两侧的推力鳍都可以产生有益推力，既可以回收桨消耗的能量，还提高了船舶的推进效率。
其四，本发明采用复合节能方式，不仅结构简单、安装方便、效果明显、便于旧船改造，而且生产成本低、具有较好的经济价值，绿色环保、实用性强。
附图说明
图1为一种复合节能的江海直达船的结构示意图；
图2为图1中沿A-A方向的剖面结构示意图；
图3为图2中所示微沟槽的放大结构示意图；
图4为图1中所示舵和推力鳍的正视结构示意图；
图5为图4中所示舵和推力鳍的俯视结构示意图；
图6为图4中所示舵和推力鳍的右视结构示意图；
图7为图4中所示舵和推力鳍的左视结构示意图；
其中：船体1、舵2、船舶平行中体3、微沟槽4、推力鳍5、设计水线6、舭部基准线7。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图中所示的复合节能的江海直达船，包括船体1、以及安装在船体1尾部的舵2，船体1的船舶平行中体3上沿水平方向平行设置有均匀间隔分布的微沟槽4，舵2的两侧对称设有方向相反的推力鳍5。这样，通过将微沟槽4和推力鳍5两种节能方式相结合运用在江海直达船上，从而减少了能源消耗，提高了船舶节能效果。
上述技术方案中，微沟槽4的中心轴线与船舶平行中体3的中心轴线重合，微沟槽4与船舶平行中体3的长度之比为0.48～0.52∶1。这样，综合考虑了经济性和产生效果的长度，在船舶平行中体段来流均匀，微沟槽4产生效果更佳，同时对于微沟槽4的布置更为方便。
上述技术方案中，微沟槽4布置在设计水线6与舭部基准线7之间，且沿竖向布置的第一个微沟槽4距设计水线6的距离e与船舶吃水线的深度d之比为0.09～0.11∶1。这是由于满载到港时，船舶吃水会下降，因此将微沟槽4布置在水线以下。在轻载或空载时，船舶能耗下降，微沟槽4产生的作用下降，因此不考虑轻载或空载时的微沟槽效果。
上述技术方案中，微沟槽4的横截面形状呈V形，且相邻两个微沟槽4的间距s＝0.15～0.30mm。微沟槽4的高度t＝0.14～0.23mm，顶端夹角γ＝59°～61°。微沟槽4的横截面形状可以为V形、直角形、梯形、半圆形，其中，微沟槽4呈V形减阻效果最佳。相邻两个微沟槽4的距离过小时，微沟槽4过于密集，容易导致水流之间相互干扰；相邻两个微沟槽4距离过大时，微沟槽4的减阻效果不能充分发挥。同时，微沟槽4布置形式类似等边三角形时，可以使微沟槽4的减阻效果更佳。
上述技术方案中，推力鳍5与舵2前端的距离n与舵2的宽度B之比为0.14～0.16∶1。由于所选舵2为对称机翼型，翼型剖面为NACA0015，因而距舵前端0.15B处为舵2的最厚处，将推力鳍5布置在此范围内，可以使推力鳍5获得的来流较大。推力鳍5对称轴线前端距舵2下端的距离m与舵2的高度H之比为0.34～0.36∶1。考虑到螺旋桨的布置高度，以及与舵2的相对位置，将推力鳍5布置在此范围内，正对螺旋桨的高度，从而使推力鳍5获得的来流较大。推力鳍5和舵2均为对称机翼型，其中，鳍展弦比λ＝h/b＝0.9～1.1，式中，h为推力鳍5的高度，b为推力鳍5的宽度。当推力鳍5的高度h和宽度b尺寸接近时，产生的附加推力更大，附加阻力更小。推力鳍5的安装角度α＝4°～6°，且两侧推力鳍5的安装角度呈反向。由于水流经螺旋桨后，螺旋桨旋转会带动水旋转，相隔180°的两个部位周向诱导速度方向相反，使两侧推力鳍5的安装角度呈反向，保证了每侧的推力鳍5都可以产生有益推力。安装角度过小时，产生的附加推力过小；安装角度过大时，产生的附加阻力过大，这些情况会导致推力鳍5节能效果减弱，甚至不能产生节能效果，因而推力鳍5的安装角度在此范围内效果最佳。
以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种复合节能的江海直达船，包括船体(1)、以及安装在船体(1)尾部的舵(2)，其特征在于：所述船体(1)的船舶平行中体(3)上沿水平方向平行设置有均匀间隔分布的微沟槽(4)，所述舵(2)的两侧对称设有方向相反的推力鳍(5)；所述微沟槽(4)的中心轴线与船舶平行中体(3)的中心轴线重合，所述微沟槽(4)与船舶平行中体(3)的长度之比为0.48～0.52∶1；
所述微沟槽(4)布置在设计水线(6)与舭部基准线(7)之间，且沿竖向布置的第一个所述微沟槽(4)距设计水线(6)的距离e与船舶吃水线的深度d之比为0.09～0.11∶1；所述推力鳍(5)和舵(2)均为对称机翼型；其中，鳍展弦比λ＝0.9～1.1；所述推力鳍(5)的安装角度α＝4°～6°，且两侧推力鳍(5)的安装角度呈反向。
2.根据权利要求1所述的复合节能的江海直达船，其特征在于：所述微沟槽(4)的横截面形状呈V形，且相邻两个所述微沟槽(4)的间距s＝0.18～0.25mm。
3.根据权利要求2所述的复合节能的江海直达船，其特征在于：所述微沟槽(4)的高度t＝0.14～0.23mm，顶端夹角γ＝59°～61°。
4.根据权利要求1所述的复合节能的江海直达船，其特征在于：所述推力鳍(5)与舵(2)前端的距离n与舵(2)的宽度B之比为0.14～0.16∶1。
5.根据权利要求1或4所述的复合节能的江海直达船，其特征在于：所述推力鳍(5)对称轴线前端距舵(2)下端的距离m与舵(2)的高度H之比为0.34～0.36∶1。
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