CN106163916A - 产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器 - Google Patents
产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其能够控制流入安装在船舶的推进器(propeller)的流动以减少船舶推进器叶片面上发生的空泡(cavitation)而得以减少推进器的噪音与振动，为了解决现有技术的翼状附属物或控流鳍(flow control fin)的下列问题，亦即，设置在推进器前方的船体表面，为了控制流入推进器的流动而使得翼状结构物具备和来流之间的攻角并且凭借流体力量控制流速及流动方向地构成而只能在成为大型结构物时才能发挥出效果，而且，其虽然设置在推进器前方的船体表面凭借着让水平(tangential)方向的速度变化而凭借着预旋(Pre‑swirl)效果提升推进器效率，却也存在着因为空泡增加而导致推进器噪音与振动增加的副作用，本发明的该产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器通过产生非对称涡流使得轴(axial)方向速度变化而减少流入叶片面的攻角，因此形成了让最能发生空泡的螺旋桨面第一象限或第二象限侧的流动特别加快的非对称式伴流(wake)分布而得以最大程度地减少空泡噪音的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于减少安装在船舶的推进器(propeller)的噪音与振动的装置及方法，更详细地说，本发明涉及一种产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其控制流入推进器的流动而减少船舶推进器叶片面上发生的空泡(cavitation)并且凭此减少推进器的噪音与振动。
背景技术
船舶通常会凭借推进器(propeller)前进，该推进器和安装在船体的引擎的旋转轴连接并且凭借着引擎的驱动力旋转而生成推进力，该推进器根据各个运行条件而设计各种推进器叶片形状及尺寸。
而且，推进器凭借着流经推进器叶片的流动而产生推力与扭矩，此时，凭借引擎的驱动力克服扭矩并且利用所产生的推力驱使船舶前进。
与此同时，近来为了降低船舶运行成本而让船舶承载更多的旅客与货物后快速运输，因此逐渐实现了船舶的大型化及高速化，但是这样的船舶大型化与高速化则因为引擎马力变大而增加了推进器的负荷，进而增加了基于推进器的变动压力及振动。
为了解决该问题，先前技术已经揭示了提高船舶的推进效率及减少基于推进器的变动压力及振动的各种技术。
亦即，如前所述的提高船舶的推进效率及减少基于推进器的振动的现有技术可以举例如下，例如，韩国注册专利第10-1293006号揭示了“用于提升船速并改善船尾部流动的船尾附属物”，韩国注册专利第10-1066213号揭示了“具备了减少伴流并生成前进力的功能的翼型流动改善装置”，与此同时，韩国注册专利公报第10-0416720号则揭示了“非对称预旋固定叶片”。
更详细地说，首先，注册专利第10-1293006号所揭示的“用于提升船速并改善船尾部流动的船尾附属物”揭示了一种船尾附属物，该船尾附属物包括：支持轴，具备一定长度，在螺旋桨的前方上侧部船尾表面横向隔离并对称地朝下安装；及流动调节用叶片，具备一定长度，固定在上述支持轴的前端部并且和上述螺旋桨的上侧部平行相向地横向安装。在改善发生于船尾的水流流动而减少抵抗的同时，最大程度地减少螺旋桨的空泡现象(cavitation)而得以提高推进力。
与此同时，注册专利第10-1066213号所揭示的“具备了减少伴流并生成前进力的功能的翼型流动改善装置”揭示了一种流动改善装置，该流动改善装设置于船尾推进器前方比较均匀的流动区域并且把叶片的一部分浮力作为推力使用，其提高叶片装置与船体表面之间的流动速度而减少了脱流地点的移动及船尾低速流动场的体积，发挥出改善推进器流动的效果，从而提高了流入螺旋桨的流动的流速而提升螺旋桨效率并且进一步产生推力而得以节省船舶燃料。
更进一步，所述的注册专利第10-0416720号所揭示的非对称预旋固定叶片涉及一种流动改善装置，其引进非对称预旋叶片(asymmetric preswirl stator)概念并且凭借着改变流入推进器的流动的水平(tangential)方向速度而发挥出预旋(Pre-swirl)效果，从而提升了推进器效率。
如前所述，现有技术为了避免安装复杂装置并且通过简单结构有效地提升船舶推进效率而揭示了各种技术内容，但如前所述的现有的技术内容存在着如下所示的问题。
亦即，用于减少基于推进器的变动压力及振动的现有技术通常把翼状附属物或控流鳍(flow control fin)等设置在船体控制流入推进器的流动而得以减少发生于推进器叶片面的空泡，从而得以减少作为导致船舶推进器噪音的主要原因的空泡噪音，但这些装置为了控制流入推进器的流动而使得翼状结构物具备和来流之间的攻角并且凭借流体力量控制流速及流动方向，因此只有成为大型结构物才会发挥出效果。
而且，所述的翼状附属物或控流鳍在不考虑减少推进器噪音与振动时，其还揭示了在流入推进器的流动中赋予水平(tangential)方向的变化而产生预旋(Pre-swirl)效果并且从而提升推进器效率的方法，这些装置虽然能够提升推进器效率，但也会让叶片面的攻角增加而在推进器面上发生过多的空泡而在推进器噪音与振动方面造成恶劣影响。
现有技术的翼状附属物或控流鳍(flow control fin)如前所述地具有下列问题，亦即，设置在推进器前方的船体表面，为了控制流入推进器的流动而使得翼状结构物具备和来流之间的攻角并且凭借流体力量控制流速及流动方向地构成，因此只有成为大型结构物时才能发挥出效果，而且，其虽然可以凭借着让水平(tangential)方向的速度变化而控制流入推进器的流动并且凭借着预旋(Preswirl)效果提升推进器效率却会出现因为空泡增加而导致推进器噪音与振动增加的副作用，因此为了解决上述问题，优选地，应该提供如下所示地具备新结构的涡流发生器，该涡流发生器即使采取小型结构物也能产生可控制流速的涡流并且较少依靠水平(tangential)方向的速度变化而更依靠轴(axial)方向的速度变化地减少流入叶片面的攻角，凭此，总体上提高流动速度并且形成了从船尾侧朝船头侧观看时螺旋桨的旋转方向为顺时针方向时让发生最多空泡的螺旋桨面第一象限侧的流动特别加快的非对称式伴流(wake)分布而得以最大程度地减少空泡噪音的发生，但是目前为止还没有开发出能够同时满足上述所有条件的装置或方法。
在此，本发明的第一象限指的是，把从船舶的后尾朝螺旋桨侧观看时的平面以螺旋桨轴的中心为基准按照90度角予以4等分并且把右侧上方的领域称为第一象限，其余领域则按照逆时针方向依次定义成第二象限、第三象限及第四象限，此时假设螺旋桨的旋转方向是顺时针方向。
亦即，螺旋桨朝逆时针方向旋转时发生最多空泡的领域是第二象限，涡流发生器则相比于螺旋桨朝顺时针方向旋转的情形左右互换地设置。
【先前技术文献】
1.韩国注册专利公报第10-1293006号(2013.07.29.)
2.韩国注册专利公报第10-1066213号(2011.09.14.)
3.韩国注册专利公报第10-0416720号(2004.01.15.)
发明内容
【解决的技术课题】
本发明旨在解决如前所述的现有技术的问题，因此本发明的目的是提供一种产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，为了解决现有技术的翼状附属物或控流鳍(flow control fin)的下列问题，亦即，设置在推进器前方的船体表面，为了控制流入推进器的流动而使得翼状结构物具备和来流之间的攻角并且凭借流体力量控制流速及流动方向而只能在成为大型结构物时才能发挥出效果，及其虽然设置在推进器前方的船体表面凭借着让水平(tangential)方向的速度变化而通过预旋(Pre-swirl)效果提升推进器效率，却也存在着因为空泡增加而导致推进器噪音与振动增加的副作用，本发明的该产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器通过产生非对称涡流使得轴(axial)方向速度变化而减少流入叶片面的攻角，因此形成从船尾侧往船头侧观看时螺旋桨朝顺时针方向旋转时让最能发生空泡的螺旋桨面第一象限侧的流动特别加快的非对称式伴流(wake)分布而得以最大程度地减少空泡噪音的发生。
而且，本发明的另一个目的是提供一种产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其通过非对称地设置于船体的左右侧面的涡流发生器形成了凭借非对称涡流的发生而诱使轴(axial)方向的速度变化并且让最能发生空泡的螺旋桨面第一象限侧的流动特别加快的非对称式伴流(wake)分布，从而减少经过第一象限的叶片面中流入的攻角并且使得推进器叶片面与来流形成的攻角均衡化，凭借着流入推进器面的伴流的均匀化提升流动矫正性能而得以减少空泡噪音与振动。
【解决课题的技术方案】
为了达到如前所述的目的，本发明提供一种产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，为了解决现有技术的翼状附属物或控流鳍(flow control fin)的下列问题，亦即，设置在推进器前方的船体表面，为了控制流入推进器的流动而使得翼状结构物具备和来流之间的攻角并且凭借流体力量控制流速及流动方向而只能在成为大型结构物时才能发挥出效果，及其虽然设置在推进器前方的船体表面凭借着让水平(tangential)方向的速度变化而通过预旋(Pre-swirl)效果提升推进器效率，却也存在着因为空泡增加而导致推进器噪音与振动增加的副作用，本发明提供产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其特征在于，包括第一涡流生成板，以金属板形态形成，其在螺旋桨朝顺时针方向旋转时设置在上述推进器前方的船舶的右舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左舷)侧，从而形成了使得从相当于最能发生上述空泡之处的上述推进器的右侧上部(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左侧上部)流入上述推进器的叶片面的流动的流入速度更快地提高的非对称伴流(wake)而减少流入上述推进器的各叶片的流动的攻角，凭此，能够减少最能发生上述空泡的上述推进器的右侧上部(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左侧上部)中上述空泡的发生并且减少基于上述推进器的噪音与振动。
在此，上述涡流发生器还包括第二涡流生成板，该第二涡流生成板以和上述第一涡流生成板相同的金属板形态形成并且设置在上述第一涡流生成板对面的上述推进器前方的上述船舶的左舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为右舷)侧，上述第一涡流生成板及上述第二涡流生成板各自以不同角度设置在上述船舶的左右侧面的同一位置而形成了让从相当于最能发生上述空泡之处的上述推进器的右侧上部(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左侧上部)流入上述推进器的叶片面的流动的流入速度更快地增加的非对称伴流(wake)并且因此减少流入上述推进器的各叶片的流动的攻角，凭此，在最能发生上述空泡的上述推进器的右侧上部减少上述空泡的发生并且减少基于上述推进器的噪音与振动。
而且，上述涡流发生器还包括第三涡流生成板，该第三涡流生成板在距离上述第一涡流发生器较远而更接近上述推进器侧的位置上按照和上述第一涡流发生器相同的高度设置在上述船舶的右舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左舷)侧，从而使得从最能发生上述空泡的上述推进器的右侧(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左侧)上部流入上述推进器的叶片面的流动的流入速度更快地提高并且因此大幅度地减少了流入上述推进器的各叶片的流动的攻角，凭此更大幅度地减少上述空泡的发生。
而且，把从上述船舶的船头部(FP)到船尾部(AP)为止的长度(AP～FP)设为上述船舶的整体长度(LBP)时，上述第一涡流生成板及上述第二涡流生成板各自设置在相当于从上述船尾部(AP)到上述整体长度(LBP)的12％～18％之间的位置。
与此同时，上述第三涡流生成板设置在相当于从上述船尾部(AP)到上述整体长度(LBP)的8％～15％之间的位置。
更进一步，上述第一涡流生成板、上述第二涡流生成板及上述第三涡流生成板安装在从上述船舶的船底面到上述推进器的轴高度为止的范围内。
而且，上述第一涡流生成板、上述第二涡流生成板及上述第三涡流生成板各自以五角形形状形成。
与此同时，上述第一涡流生成板、上述第二涡流生成板及上述第三涡流生成板以下列角度安装，该角度使得流入上述涡流生成板的流动与上述涡流生成板所形成的攻角介于5～15度之间。
更进一步，在上述涡流发生器中，上述螺旋桨朝顺时针方向旋转时安装在上述船舶的右舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左舷)的上述第一涡流生成板及上述第三涡流生成板和安装在上述船舶的左舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为右舷)的上述第二涡流生成板的设置角度差异介于0～10度之间。
或者，在上述涡流发生器中，上述螺旋桨朝顺时针方向旋转时安装在上述船舶的右舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左舷)的上述第一涡流生成板及上述第三涡流生成板和安装在上述船舶的左舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为右舷)的上述第二涡流生成板的设置角度差异介于1～10度之间。
或者，在上述涡流发生器中，上述螺旋桨朝顺时针方向旋转时安装在上述船舶的右舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左舷)的上述第一涡流生成板及上述第三涡流生成板和安装在上述船舶的左舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为右舷)的上述第二涡流生成板的设置角度差异介于1～5度之间。
而且，本发明提供一种减少推进器噪音与振动的方法，其利用前文记载的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器减少空泡的发生而得以减少船舶的噪音与振动。
与此同时，本发明提供一种船舶，其设置了前文记载的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器而减少空泡的发生并且因此减少噪音与振动。
【有益效果】
如前所述，本发明提供一种产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，凭借着非对称涡流的发生而诱使轴(axial)方向的速度变化并因此减少流入叶片面的攻角，因此形成从船尾侧往船头侧观看时螺旋桨旋转方向为顺时针方向时最能发生空泡的螺旋桨面第一象限(螺旋桨旋转方向为逆时针方向时则为第二象限)侧的流动特别加快的非对称式伴流(wake)分布并且从而最大程度地减少空泡噪音与振动，因此本发明的该产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器可以解决现有技术的翼状附属物或控流鳍(flow control fin)的下列问题，亦即，设置在推进器前方的船体表面，为了控制流入推进器的流动而使得翼状结构物具备和来流之间的攻角并且凭借流体力量控制流速及流动方向而只能在成为大型结构物时才能发挥出效果，及其虽然设置在推进器前方的船体表面凭借着让水平(tangential)方向的速度变化而通过预旋(Pre-swirl)效果提升推进器效率，却也存在着因为空泡增加而导致推进器噪音与振动增加的副作用。
而且，本发明提供一种产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，如前所述，其凭借着非对称涡流的发生而诱使轴(axial)方向的速度变化并因此减少流入叶片面的攻角，因此形成从船尾侧往船头侧观看时螺旋桨旋转方向为顺时针方向时最能发生空泡的螺旋桨面第一象限(螺旋桨旋转方向为逆时针方向时则为第二象限)侧的流动特别加快的非对称式伴流(wake)分布并且从而最大程度地减少空泡噪音与振动，因此，本发明凭借着非对称地设置于船体的左右侧面的涡流发生器使得推进器叶片面与来流形成的攻角均衡化，凭借着流入推进器面的伴流的均匀化提升流动矫正性能而得以空泡噪音与振动。
附图说明
图1是概略地示出本发明第一实施例及第二实施例的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器的整体结构的图形。
图2是概略地示出本发明第三实施例的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器的整体结构的图形。
图3是说明涡流发生器和来流之间的攻角的图形。
图4是说明推进器叶片面和来流之间的攻角的图形。
图5是示出没有设置涡流发生器时流入推进器面的伴流的图形。
图6是设置本发明第一实施例的涡流发生器和没有设置该涡流发生器时的比较图形。
图7是设置本发明第二实施例的涡流发生器和没有设置该涡流发生器时的比较图形。
图8是设置本发明第三实施例的涡流发生器和没有设置该涡流发生器时的比较图形。
图9是针对以四角形形状形成本发明第一实施例的涡流发生器后设置的情形和以五角形形状形成后设置的情形各自进行比较并予以显示的图形。
图10是针对以四角形形状形成本发明第一实施例的涡流发生器后设置的情形和以五角形形状形成后设置的情形的流速分布各自进行比较并予以显示的图形。
图11是针对以四角形形状形成本发明第一实施例的涡流发生器后设置时和以五角形形状形成后设置时发生的涡流强度各自进行比较并予以显示的图形。
图12是针对设置涡流发生器的情形和没有设置的情形以数值分析推演出发生在螺旋桨表面的空泡发生量的结果各自进行比较并予以显示的图形。
具体实施方式
下面结合附图详细说明根据本发明的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器的具体实施例。
在此先予声明，下面说明的内容只是实施本发明的一个实施例，不得将本发明限定于下面说明的实施例的内容。
为了在说明下列本发明实施例时追求说明的简单化，与现有技术的内容相同或相似或者以本领域的技术人员水平能够轻易地理解并实现的部分将省略其详细说明。
与此同时，为了在说明下列本发明实施例时追求说明的简单化，针对相同或相似的构成要素均赋予同一图形标记并省略了其详细说明。
亦即，如后所述，本发明提供一种产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，为了解决现有技术的翼状附属物或控流鳍(flow control fin)的下列问题，亦即，设置在推进器前方的船体表面，为了控制流入推进器的流动而使得翼状结构物具备和来流之间的攻角并且凭借流体力量控制流速及流动方向而只能在成为大型结构物时才能发挥出效果，及其虽然设置在推进器前方的船体表面凭借着让水平(tangential)方向的速度变化而通过预旋(Pre-swirl)效果提升推进器效率，却也存在着因为空泡增加而导致推进器噪音与振动增加的副作用，本发明的该产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器通过产生非对称涡流使得轴(axial)方向速度变化而减少流入叶片面的攻角，因此形成从船尾侧往船头侧观看时螺旋桨朝顺时针方向旋转时让最能发生空泡的螺旋桨面第一象限侧的流动特别加快的非对称式伴流(wake)分布而得以最大程度地减少空泡噪音的发生。
而且，如后所述，本发明涉及一种产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其通过非对称地设置于船体的左右侧面的涡流发生器形成了凭借非对称涡流的发生而诱使轴(axial)方向的速度变化并且让最能发生空泡的螺旋桨面第一象限侧的流动特别加快的非对称式伴流(wake)分布，从而减少经过第一象限的叶片面中流入的攻角并且使得推进器叶片面与来流形成的攻角均衡化，凭借着流入推进器面的伴流的均匀化提升流动矫正性能而得以减少空泡噪音与振动。
接着，结合附图详细说明如前所述地构成的本发明的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器的具体实施例。
首先，请参阅图1，图1是概略地示出本发明第一实施例及第二实施例的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器的整体结构的图形。
如图1所示，本发明第一实施例的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器(10)以金属板形态形成并且以螺旋桨为基准设置1个，其设在螺旋桨朝顺时针方向旋转时的螺旋桨前方侧的船舶右侧面(螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左侧面)。
亦即，如图1所示，本发明第一实施例的涡流发生器(10)根据螺旋桨的旋转方向把以金属板形态形成的涡流发生器(10)单独设置在船舶左侧或右侧面而使得螺旋桨面与来流所形成的攻角最大的第一象限或第二象限的流动加快。
而且，如图1所示，本发明第二实施例的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器(10)能以螺旋桨为基准把以金属板形态形成的涡流发生器(10)按照非对称形态各自设置在螺旋桨前方侧的船舶左右侧面。
亦即，如图1所示，本发明第二实施例的涡流发生器(10)以不同角度按照非对称形态把以金属板形态形成的涡流发生器(10)设置在船舶左右侧面的同一位置而使得螺旋桨面与来流形成的攻角最大的第一象限或第二象限的流动更快。
接着，请参阅图2，图2是概略地示出本发明第三实施例的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器的整体结构的图形。
亦即，如图2所示，本发明第三实施例的涡流发生器(20)和所述第二实施例一样地以不同角度把涡流发生器(10)各自设置在船舶左右侧面的同一位置，并且还另外把一个涡流发生器(20)在螺旋桨朝顺时针方向旋转时进一步设置到右舷侧或者在螺旋桨朝逆时针方向旋转时进一步设置到左舷侧而使得第一象限的流动进一步加快，此时所添加的涡流发生器(20)和现有的涡流发生器(10)处于同一高度但设置在朝推进器侧方向更移动了的位置。
更详细地说，所述的第一及第二实施例中涡流发生器(10)的具体设置位置如下，把船头部(FP)到船尾部(AP)为止的长度(AP～FP)设为船舶的整体长度(LBP)时，各自设置在相当于从船尾部(AP)到整体长度(LBP)的12％～18％之间的位置的船舶左舷及右舷。
与此同时，所述的第三实施例进一步设置的涡流发生器(20)的具体设置位置如下，根据螺旋桨的旋转方向确定船舶的右舷或左舷侧地设置在相当于从船尾部(AP)到整体长度(LBP)的8％～15％之间的位置。
更进一步，所述的涡流发生器(10、20)的安装高度可以设在从船底面到推进器轴为止的高度范围内。
而且，请参阅图3，图3是说明涡流发生器和来流之间的攻角的图形。
如图3所示，根据流入涡流发生器的流动速度矢量和涡流发生器所形成的攻角(β)决定所述的涡流发生器(10、20)的设置角度，优选地，让流入上述涡流发生器的流动与涡流发生器所形成的攻角(β)成为5～15度之间地设定，此时，可以把左舷与右舷的设置角度差异设定为0～10度之间，也可以根据需要而设定为1～10度之间或者1～5度之间。
与此同时，所述的涡流发生器(10、20)能以诸如三角形或四角形之类的各种形状形成，优选地，以五角形形状的金属板形成后设置。
因此凭借如前所述的结构，涡流发生器(10、20)上发生的涡流(vortex)经过船体表面地改变现有的流动样式而把流入推进器面的慢速水流推向推进器外部并且让速度较快的流动流入推进器面而使得流入各叶片的流动的攻角变小，从而减轻推进器面的负荷并且抑制空泡的发生。
尤其是，螺旋桨朝顺时针方向旋转时最能发生空泡的第一象限(螺旋桨朝逆时针方向旋转时为第二象限)的流动加快而减少了推进器面与流动之间的攻角并因此大幅减少空泡的发生，凭此，大幅减少作为推进器主要噪音源的空泡所引起的噪音，从而能够减少推进器所导致的噪音与振动。
在此，更具体地说明如前所述地构成的本发明的实施例的涡流发生器(10、20)让推进器噪音与振动减少的原理。
首先，本发明的第一象限指的是，把船尾侧朝船头侧观看时的螺旋桨面以螺旋桨轴的中心为基准按照90度角予以4等分并且把右侧上端的领域称为第一象限，其余领域则按照逆时针方向依次定义成第二象限、第三象限及第四象限，此时假设螺旋桨的旋转方向是顺时针方向。
而且，请参阅图4及图5，图4是说明推进器叶片面和来流之间的攻角的图形，图5是示出没有设置涡流发生器时流入推进器面的伴流的图形。
在图4中设定出一种把船舶后尾的螺旋桨部分作为固定坐标系后从上面观看的平面，如图4所示，在流入螺旋桨的流动中螺旋桨垂直轴方向的速度(axial velocity；Va)以船舶的移动(前进)速度与船体形状所诱导的伴流(wake)的螺旋桨轴方向速度分量之和表示，水平轴方向的速度(tangential velocity；Vt)能够以螺旋桨的旋转速度与船体形状所诱导的伴流(wake)的水平轴方向速度分量之和表示。
亦即，如图4所示，由该螺旋桨垂直轴方向的速度(Va)与水平轴方向的速度(Vt)之和所生成的矢量和螺旋桨叶片的中心线(chord line)之间的角度称为攻角(α)，因此螺旋桨的旋转速度增加或流入推进器面的伴流的水平轴方向的速度朝推进器旋转速度的相反方向增加时攻角(α)会变大，移动速度，也就是说流入螺旋桨侧的流动的流速(亦即，Va)增加时攻角(α)会变小。
更详细地说，攻角(α)变大时施加在螺旋桨叶片的上表面(suction面)与下表面(pressure面)的压力差异变大而使得螺旋桨叶片承受的力量也变大并且导致作为低压领域的上表面(suction面)上发生较多的空泡，在此，考虑如前所述的第一象限(螺旋桨朝顺时针方向旋转时)的话，如图5所示地在第一象限伴流(wake)的水平(tangential)分量和推进器的旋转方向(顺时针方向)是相反方向而使得流速相比于螺旋桨旋转方向和水平(tangential)分量相同的第二象限较快并且因此导致攻角(α)变大，这样就会如前所述地让螺旋桨叶片的上表面(suction面)与下表面(pressure面)所承受的压力差异增加，因此第一象限相比于其它部分能产生最强烈的空泡而成为引起噪音与振动的主要原因。
鉴于前述内容，在螺旋桨朝顺时针方向旋转时减少第一象限的攻角是减少整体空泡的最有效途径，为此，如所述的本发明实施例所示地把涡流发生器设置在螺旋桨的前方，就会凭借涡流使得垂直轴方向的速度(Va)增加而得以减少流入螺旋桨叶片的流动的攻角，凭此，减少螺旋桨叶片面所承受的力量而减少螺旋桨叶片上表面(suction面)的压力下降值，从而减少空泡的发生并且因此得以减少推进器的噪音与振动。
更进一步，如所述第三实施例一样地在螺旋桨朝顺时针方向旋转时把2个涡流发生器设置在右舷侧而使得流入螺旋桨叶片的流动的速度进一步增加，从而凭借着如前所述的攻角减少现象而进一步增强了空泡减少的效果及推进器噪音与振动减少的效果。
可以如前所述地实现本发明的实施例的涡流发生器，鉴于现有技术的翼状附属物或控流鳍(flowcontrol fin)存在着下列问题，亦即，设置在推进器前方的船体表面，为了控制流入推进器的流动而使得翼状结构物具备和来流之间的攻角并且凭借流体力量控制流速及流动方向而只能在成为大型结构物时才能发挥出效果，及其虽然设置在推进器前方的船体表面凭借着让水平(tangential)方向的速度变化而通过预旋(Pre-swirl)效果提升推进器效率，却也存在着因为空泡增加而导致推进器噪音与振动增加的副作用，把本发明的该产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器与现有技术的翼状附属物或控流鳍比较时，本发明的实施例的涡流发生器仅仅在船体侧面设置小型结构物就能较少地依靠水平(tangential)方向的速度变化而更依靠基于涡流的轴(axial)方向速度变化来减少流入叶片面的攻角，凭此，总体上提高流动速度并且形成让发生最多空泡的螺旋桨面第一象限(螺旋桨朝顺时针方向旋转时)或第二象限(螺旋桨朝逆时针方向旋转时)侧的流动特别加快的非对称式伴流(wake)分布而得以最大程度地减少空泡噪音的发生，因此本发明具备了有别于现有涡流发生器的特征。
接着，请参阅图6到图12，图6到图8是针对设置本发明的实施例的涡流发生器的情形和没有设置的情形进行比较并予以显示的图形，图9到图11是针对以四角形形状形成本发明第一实施例的涡流发生器后设置的情形和以五角形形状形成后设置的情形各自进行比较并予以显示的图形，图12是针对设置涡流发生器的情形和没有设置的情形以数值分析推演出发生在螺旋桨表面的空泡发生量的结果各自进行比较并予以显示的图形。
在此，图6到图12假设从船尾侧往船头侧观看时螺旋桨朝顺时针方向旋转。
而且，在图6到图8中，左侧(w/o VG)是没有设置涡流发生器时的情形，右侧(w/VG)则是把本发明实施例的涡流发生器各自设置在左舷与右舷时的情形，各自显示了从船尾侧往螺旋桨侧观看的平面上的伴流分布(wake contour)及流线(streamline)，而且，越接近红色流速越快而越接近蓝色流速越慢。
首先，请参阅图6，左侧(w/o VG)是没有设置涡流发生器时的情形，右侧(w/VG)是把本发明第一实施例的涡流发生器设置在右舷时的情形。
亦即，如图6所示，按照本发明第一实施例设置了涡流发生器时和没有设置时相比可以得知第一象限的流速有所增加。
接着，请参阅图7，图7的左侧(w/o VG)是没有设置涡流发生器时的情形，右侧(w/VG)是把本发明第二实施例的涡流发生器以不同角度非对称地各自设置在左舷与右舷时的情形。
在此，图7所示结果显示的是左侧涡流发生器的角度为8度而右侧涡流发生器的角度为10度的情形，但本发明不必限定于此。
亦即，如图7所示，按照本发明第二实施例设置了涡流发生器时和没有设置时相比可以得知整体流速有所增加而且使得右侧的涡流发生器的角度更大，因此相当于第一象限的右侧上部的流速比其它部分增加了更多。
接着，请参阅图8，图8的左侧(w/o VG)是没有设置涡流发生器时的情形，右侧(w/VG)是按照本发明第三实施例把涡流发生器以不同角度非对称地各自设置在左舷与右舷的同时在右舷侧进一步设置了涡流发生器的情形。
在此，图8所示结果显示的是左侧涡流发生器的角度为8度而右侧涡流发生器的角度为10度并且进一步设置的涡流发生器则以同一高度朝推进器侧移动了相当于船舶长度(LBP)的2.5％的距离的位置仅仅设置在右舷侧的情形，但本发明不限定于此。
亦即，如图8所示，按照本发明第三实施例设置了涡流发生器时和没有设置时相比可以得知整体流速有所增加，而且更进一步地，在右舷侧进一步设置涡流发生器而使得相当于第一象限的右侧上部的流速比图7所示情形更有所增加。
接着，请参阅图9，图9的左侧是以四角形形状形成本发明第一实施例的涡流发生器后设置的情形(w/VG(rectangle))，右侧是以五角形形状形成本发明第一实施例的涡流发生器后设置的情形(w/VG(pentagon))，图9则是针对上述两者各自进行比较并予以显示的图形。
亦即，从图9所示者得知以五角形形成时相比于以四角形形成时的情形更能让流速加快，这是因为，相比于四角形形状的涡流发生器，五角形形状的涡流发生器在涡流发生器前方开始让让涡流更发达而在整体上产生更强的涡流，其结果则诱导出更快的流速。
而且，请参阅图10，图10显示了没有涡流发生器时的情形及图9的四角形涡流发生器与五角形涡流发生器的第一象限中特慢流动经过的旋转角315～360度之间领域的螺旋桨面中半径方向0.5r/R及0.7r/R之处的螺旋桨轴方向的流速分布。
此时，在图10中旋转角的基准点为，以最上面的中间(12时方向)作为0度朝逆时针方向旋转者定义为正方向，此时，第一象限相当于270～360度。
与此同时，在图10中，Bare是没有涡流发生器的情形，R表示螺旋桨半径，RT表示四角形形状的涡流发生器，PT表示五角形形状的涡流发生器。
如图10所示，四角形形状的涡流发生器及五角形形状的涡流发生器都让流速相比于没有涡流发生器的情形快而减少了螺旋桨面上空泡的发生。
在此，五角形涡流发生器在流速较慢的315～360度之间流动以远快于四角形涡流发生器的速度经过，尤其是在流速最慢的350～360度附近的流速大约增加了12％以上。
亦即，可以从该结果得知四角形形状的涡流板或五角形形状的涡流板都让流速相比于没有涡流发生器的情形加快许多而减少了螺旋桨面上的空泡的发生，该结果更表示五角形形状的涡流发生器相比于四角形形状的涡流发生器更能在流速较慢的领域大幅减少空泡的发生而更有效地减少了噪音与振动现象。
而且，请参阅图11，图11的左侧是以四角形形状形成本发明第一实施例的涡流发生器后设置时的情形，右侧是以五角形形状形成本发明第一实施例的涡流发生器后设置的情形，图11则是针对各个涡流板所生产的涡流强度(vortex strenth)各自进行比较并予以显示的图形。
如图11所示，五角形形状的涡流板让涡流强度比四角形形状的涡流板最多增加20％以上，因此得知，在利用涡流实现的流速控制方面五角形形状的涡流板相比于四角形形状的涡流板更有效。
以该结果为基础，可以得知涡流发生器的形状为五角形形状时相比于四角形有效很多。
在此，所述的本发明的实施例为了说明方便起见而把本发明的涡流发生器的形态说明成五角形形状，但是把五角形形状的涡流板实际设置在船舶时，优选地，为了结构的稳定性而在焊接时让板重叠，在涡流板与船体相遇部分及涡流板的角部分则通过倒角(chamfering)、倒圆角(fillet)及圆角加工之类的处理方式把尖锐的直角部分加工成圆弧状地制作涡流板。
接着，请参阅图12，图12a是没有设置涡流发生器时的图形，图12b是设置了本发明第二实施例的涡流发生器时的图形，图12针对螺旋桨表面的空泡分布各自进行比较并予以显示。
亦即，从图12得知设置了涡流发生器时发生在螺旋桨表面的空泡体积大幅减少，其意义为，从结果上来说能大幅减少空泡所引起的推进器噪音与振动。
因此能够如前所述地实现根据本发明的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器。
而且，凭借着如前所述地实现本发明的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，本发明提供一种产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其凭借着非对称涡流的发生而诱使轴(axial)方向的速度变化并因此减少流入叶片面的攻角，因此形成从船尾侧往船头侧观看时螺旋桨旋转方向为顺时针方向时最能发生空泡的螺旋桨面第一象限(螺旋桨旋转方向为逆时针方向时则为第二象限)侧的流动特别加快的非对称式伴流(wake)分布并且从而最大程度地减少空泡噪音与振动，因此本发明的该产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器可以解决现有技术的翼状附属物或控流鳍(flow control fin)的下列问题，亦即，设置在推进器前方的船体表面，为了控制流入推进器的流动而使得翼状结构物具备和来流之间的攻角并且凭借流体力量控制流速及流动方向而只能在成为大型结构物时才能发挥出效果，及其虽然设置在推进器前方的船体表面凭借着让水平(tangential)方向的速度变化而通过预旋(Pre-swirl)效果提升推进器效率，却也存在着因为空泡增加而导致推进器噪音与振动增加的副作用。
与此同时，根据本发明的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，如前所述，凭借着非对称涡流的发生而诱使轴(axial)方向的速度变化并因此减少流入叶片面的攻角，因此形成从船尾侧往船头侧观看时螺旋桨旋转方向为顺时针方向时最能发生空泡的螺旋桨面第一象限(螺旋桨旋转方向为逆时针方向时则为第二象限)侧的流动特别加快的非对称式伴流(wake)分布并且从而最大程度地减少空泡噪音与振动，因此凭借着非对称地设置于船体的左右侧面的涡流发生器使得推进器叶片面与来流形成的攻角均衡化，凭借着流入推进器面的伴流的均匀化提升流动矫正性能而得以空泡噪音与振动。
前文通过前述本发明实施例说明了根据本发明的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器的详细内容，但本发明并不限定于前述实施例所记载的内容，因此本发明可以由具备本发明所属技术领域通常知识者为了设计上的需要或其它各种原因而进行各种修改、变形、结合及置换等。
<主要图形标记的说明>
10：涡流发生器
20：涡流发生器
Claims (13)
1.一种产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其用于解决现有技术的翼状附属物或控流鳍(flow control fin)的下列问题，亦即，设置在推进器前方的船体表面，为了控制流入推进器的流动而使得翼状结构物具备和来流之间的攻角并且凭借流体力量控制流速及流动方向而只能在成为大型结构物时才能发挥出效果，及其虽然设置在推进器前方的船体表面凭借着让水平(tangential)方向的速度变化而通过预旋(Pre-swirl)效果提升推进器效率，却也存在着因为空泡增加而导致推进器噪音与振动增加的副作用，本发明的该产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其特征在于，
包括第一涡流生成板，以金属板形态形成，其在螺旋桨朝顺时针方向旋转时设置在上述推进器前方的船舶的右舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左舷)侧，
从而形成了使得从相当于最能发生上述空泡之处的上述推进器的右侧上部(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左侧上部)流入上述推进器的叶片面的流动的流入速度更快地提高的非对称伴流(wake)而减少流入上述推进器的各叶片的流动的攻角，凭此，能够减少最能发生上述空泡的上述推进器的右侧上部(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左侧上部)中上述空泡的发生并且减少基于上述推进器的噪音与振动。
2.根据权利要求1所述的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其特征在于，
上述涡流发生器还包括第二涡流生成板，该第二涡流生成板以和上述第一涡流生成板相同的金属板形态形成并且设置在上述第一涡流生成板对面的上述推进器前方的上述船舶的左舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为右舷)侧，
上述第一涡流生成板及上述第二涡流生成板各自以不同角度设置在上述船舶的左右侧面的同一位置，
从而形成了让从相当于最能发生上述空泡之处的上述推进器的右侧上部(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左侧上部)流入上述推进器的叶片面的流动的流入速度更快地增加的非对称伴流(wake)并且因此减少流入上述推进器的各叶片的流动的攻角，凭此，在最能发生上述空泡的上述推进器的右侧上部减少上述空泡的发生并且减少基于上述推进器的噪音与振动。
3.根据权利要求2所述的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其特征在于，
上述涡流发生器还包括第三涡流生成板，该第三涡流生成板在距离上述第一涡流发生器较远而更接近上述推进器侧的位置上按照和上述第一涡流发生器相同的高度设置在上述船舶的右舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左舷)侧，
从而使得从最能发生上述空泡的上述推进器的右侧(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左侧)上部流入上述推进器的叶片面的流动的流入速度更快地提高并且因此大幅度地减少了流入上述推进器的各叶片的流动的攻角，凭此更大幅度地减少上述空泡的发生。
4.根据权利要求3所述的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其特征在于，
把从上述船舶的船头部(FP)到船尾部(AP)为止的长度(AP～FP)设为上述船舶的整体长度(LBP)时，上述第一涡流生成板及上述第二涡流生成板各自设置在相当于从上述船尾部(AP)到上述整体长度(LBP)的12％～18％之间的位置。
5.根据权利要求4所述的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其特征在于，
上述第三涡流生成板设置在相当于从上述船尾部(AP)到上述整体长度(LBP)的8％～15％之间的位置。
6.根据权利要求5所述的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其特征在于，
上述第一涡流生成板、上述第二涡流生成板及上述第三涡流生成板安装在从上述船舶的船底面到上述推进器的轴高度为止的范围内。
7.根据权利要求6所述的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其特征在于，
上述第一涡流生成板、上述第二涡流生成板及上述第三涡流生成板各自以五角形形状形成。
8.根据权利要求7所述的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其特征在于，
上述第一涡流生成板、上述第二涡流生成板及上述第三涡流生成板以下列角度安装，该角度使得流入上述涡流生成板的流动与上述涡流生成板所形成的攻角介于5～15度之间。
9.根据权利要求8所述的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其特征在于，
在上述涡流发生器中，上述螺旋桨朝顺时针方向旋转时安装在上述船舶的右舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左舷)的上述第一涡流生成板及上述第三涡流生成板和安装在上述船舶的左舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为右舷)的上述第二涡流生成板的设置角度差异介于0～10度之间。
10.根据权利要求9所述的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其特征在于，
在上述涡流发生器中，上述螺旋桨朝顺时针方向旋转时安装在上述船舶的右舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左舷)的上述第一涡流生成板及上述第三涡流生成板和安装在上述船舶的左舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为右舷)的上述第二涡流生成板的设置角度差异介于1～10度之间。
11.根据权利要求10所述的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器，其特征在于，
在上述涡流发生器中，上述螺旋桨朝顺时针方向旋转时安装在上述船舶的右舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为左舷)的上述第一涡流生成板及上述第三涡流生成板和安装在上述船舶的左舷(上述螺旋桨朝逆时针方向旋转时为右舷)的上述第二涡流生成板的设置角度差异介于1～5度之间。
12.一种减少推进器噪音与振动的方法，其特征在于，
其利用权利要求1到11中任一项所述的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器减少空泡的发生而得以减少船舶的噪音与振动。
13.一种船舶，其特征在于，
其设置了权利要求1到11中任一项所述的产生用于减少推进器噪音与振动的非对称伴流的涡流发生器而减少空泡的发生并且因此减少噪音与振动。
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