CN105730603A - 一种内旋双桨船舶的船艉结构 - Google Patents

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张敏健
孙家鹏
魏菲菲
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Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute
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    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/02—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement
    • B63B1/04—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with single hull
    • B63B1/08—Shape of aft part
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Abstract

本发明涉及一种内旋双桨船舶的船艉结构，包括一对小双尾鳍，从俯视图上看，自前向后具有向船体中轴的水平倾角，小尾鳍内的一对支撑轴也倾斜同样的角度。向内倾斜的小尾鳍与船艉流场的方向相顺应，减少了尾部水流分离，从而降低了阻力。另外，与桨的旋向相反的预旋流与桨发生作用的结果使桨后尾流旋转减弱或消除，达到了降低尾流能量的损失、提高推进效率的效果。本发明有效地改善了尾部流场，降低了螺旋桨激振力，将设计吃水下的螺旋桨一阶激振力降低到了1.5kPa之下，提高了船舶舒适性；结构相对简单，没有增加或改变尾部附体结构和尺寸，利于优化实施；在经济性和快速性上做了很好的兼顾。

Description

一种内旋双桨船舶的船艉结构
技术领域
本发明涉及一种船舶的船艉结构，具体来说，是一种内旋双桨船舶的船艉结构，属于船艉结构设计技术领域。
背景技术
客船(包括客滚船、客货船)由于吃水的限制、操纵性的需求以及国际规范安全返港的需要，目前均采用双桨。螺旋桨内旋相对于外旋效率高，因此如果没有特殊原因，都采用内旋的形式。
与双桨对应的大尾鳍线型会导致螺旋桨激振引起船体振动，基本已不再使用。当前比较流行的尾部型式为无尾鳍+双轴支架或小尾鳍+单轴支架。前者结构相对简单，在高速且载重量相对较小的双桨船上应用较多；后者兼顾了快速性和经济性，齿轮箱布置在小尾鳍内，使得主机比较靠后，缩短了机舱长度，增加了货舱长度，目前应用最为普遍。
对于小尾鳍+单轴支架这种型式的线型，在降低阻力、提高效率、提高伴流的均匀性等方面目前都存在着瓶颈，难于有大的突破。其主要原因是：
1)尾部附体多，优化难度高；
2)有诸如“轴线不可做成水平倾斜”这种思维定式的限制；
3)国内目前航行的大型双桨船(主要为客滚船)航速较低，普遍在20kn以下，投入大量精力、财力优化得到效果有限，因此存在着动力不足的问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：现有的内旋双桨船舶的船艉结构，在降低阻力、提高效率、提高伴流的均匀性等方面目前都有很大的提高空间，同时由于尾部附体较多，优化起来比较困难。
本发明采取以下技术方案：
一种内旋双桨船舶的船艉结构，包括所述内旋双桨的一对小尾鳍，自前向后具有向船体中轴的水平倾角，小尾鳍的倾斜方向与船艉流场的方向相顺应，减少尾部水流分离，从而降低了阻力。
本发明通过理论知识及大量CFD的模拟，发现船体尾部流场流线方向一般是略微朝内的，因此如果能够使得小尾鳍形状顺应流线方向，即倾斜布置，则可以达到很好的减少尾部水流分离，从而降低阻力的效果。从提高推进效率方面考虑，与桨的旋向相反的预旋流与桨发生作用的结果使桨后尾流旋转减弱或消除，从而可以降低尾流能量的损失。实际模拟中，船艉有一向外的小预旋流正好与内旋桨方向相反，从而降低尾部能量损失，使得螺旋桨可以回收更多的能量。因此本发明创新的提出了水平倾斜小尾鳍的设计，并通过多次的船模试验证明了其可靠性。
进一步的，所述小尾鳍大小恰好包住桨轴，支撑轴后端通过单个轴支架与船体连接。
进一步的，所述水平倾角的倾斜角度为2.5°。
进一步的，与螺旋桨支撑轴相连接的船体主机与所述船体中轴之间也具有所述水平倾角。
更进一步的，小尾鳍长度等于或接近轴系总长的2/3。
本发明的有益效果在于：
1)有效地提高了尾部流场质量，设计吃水工况下螺旋桨的激振力降低了50％。
2)小尾鳍后端非常消瘦，大小恰好包住桨轴，降低了阻力；前端形状兼顾考虑主机齿轮箱的布置，使得主机可以一定程度的靠后，减少了机舱的长度，提高了经济性。
3)使螺旋桨的方向与船艉流场的方向相顺应，减少尾部水流分离，从而降低阻力，一定程度上解决了船体动力不足的问题。
4)结构简单，没有增加或改变尾部附体结构和尺寸，利于优化实施。
5)创新性的提出了一种水平倾斜的小尾鳍型式，与其配合，桨轴也随之水平倾斜，改善了尾部伴流，有效提高了推进效率。
6)降低了螺旋桨激振力，将设计吃水下的螺旋桨一阶激振力降低到了1.5kPa之下，提高了船舶舒适性。
7)在经济性和快速性上做了很好的兼顾。
8)向内倾斜的小尾鳍与船艉流场的方向相顺应，减少了尾部水流分离，从而降低了阻力。另外，与桨的旋向相反的预旋流与桨发生作用的结果使桨后尾流旋转减弱或消除，达到了降低尾流能量的损失、提高推进效率的效果。
9)本发明有效地改善了尾部流场，降低了螺旋桨激振力，将设计吃水下的螺旋桨一阶激振力降低到了1.5kPa之下，提高了船舶舒适性；结构相对简单，没有增加或改变尾部附体结构和尺寸，利于优化实施；在经济性和快速性上做了很好的兼顾。
附图说明
图1是本发明内旋双桨船舶的船艉结构的主视图。
图2是本发明内旋双桨船舶的船艉结构的俯视图。
图3是图2中的局部放大图。
图4是图2中的另一局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
参见图1-图4，一种内旋双桨船舶的船艉结构，包括所述内旋双桨的一对小尾鳍，自前向后具有向船体中轴的水平倾角，小尾鳍的倾斜方向与船艉流场的方向相顺应，减少尾部水流分离，从而降低了阻力。
参见图1，小尾鳍后部的支撑轴后端通过单个轴支架与船体连接。在主船体线型上光顺地引出小尾鳍，后端大小恰好包住桨轴，前端形状兼顾考虑齿轮箱的布置；小尾鳍长度约为轴系总长的2/3。
参见图2-图3，小尾鳍向内倾斜，桨轴位于小尾鳍中间并随之倾斜，桨轴与沿船长的水平夹角为2.5度。
参见图2，与所述螺旋桨支撑轴相连接的船体主机与所述船体中轴之间也具有所述水平倾角。
在左右小尾鳍之间布置尽可能窄的分流踵，从而降低双桨之间的流场干扰。
本发明涉及一种内旋双桨船舶的船艉结构，包括一对小双尾鳍，从俯视图上看，自前向后具有向船体中轴的水平倾角，小尾鳍内的一对支撑轴也倾斜同样的角度。向内倾斜的小尾鳍与船艉流场的方向相顺应，减少了尾部水流分离，从而降低了阻力。另外，与桨的旋向相反的预旋流与桨发生作用的结果使桨后尾流旋转减弱或消除，达到了降低尾流能量的损失、提高推进效率的效果。本发明有效地改善了尾部流场，降低了螺旋桨激振力，将设计吃水下的螺旋桨一阶激振力降低到了1.5kPa之下，提高了船舶舒适性；结构相对简单，没有增加或改变尾部附体结构和尺寸，利于优化实施；在经济性和快速性上做了很好的兼顾。
本发明通过理论知识及大量CFD的模拟，发现船体尾部流场流线方向一般是略微朝内的，因此如果能够使得小尾鳍形状顺应流线方向，即倾斜布置，则可以达到很好的减少尾部水流分离，从而降低阻力的效果。从提高推进效率方面考虑，与桨的旋向相反的预旋流与桨发生作用的结果使桨后尾流旋转减弱或消除，从而可以降低尾流能量的损失。实际模拟中，船艉有一向外的小预旋流正好与内旋桨方向相反，从而降低尾部能量损失，使得螺旋桨可以回收更多的能量。因此本发明创新的提出了水平倾斜小尾鳍的设计，并通过多次的船模试验证明了其可靠性。

Claims (5)

1.一种内旋双桨船舶的船艉结构，其特征在于：
包括所述内旋双桨的一对小尾鳍，自前向后具有向船体中轴的水平倾角，小尾鳍的倾斜方向与船艉流场的方向相顺应，减少尾部水流分离，从而降低了阻力。
2.如权利要求1所述的内旋双桨船舶的船艉结构，其特征在于：所述小尾鳍大小恰好包住桨轴，支撑轴后端通过单个轴支架与船体连接。
3.如权利要求1所述的内旋双桨船舶的船艉结构，其特征在于：所述水平倾角的倾斜角度为2.5°。
4.如权利要求1所述的内旋双桨船舶的船艉结构，其特征在于：与螺旋桨支撑轴相连接的船体主机与所述船体中轴之间也具有所述水平倾角。
5.如权利要求2所述的内旋双桨船舶的船艉结构，其特征在于：小尾鳍长度等于或接近轴系总长的2/3。
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