CN106915425A - 一种纵向滚筒式船舶辅推装置 - Google Patents

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CN106915425A CN201710172533.1A CN201710172533A CN106915425A CN 106915425 A CN106915425 A CN 106915425A CN 201710172533 A CN201710172533 A CN 201710172533A CN 106915425 A CN106915425 A CN 106915425A
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赵庆新
郭春雨
郭航
王帆
王一帆
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/06—Steering by rudders
    • B63H25/38—Rudders
    • B63H25/40—Rudders using Magnus effect
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H2001/005—Propulsive elements directly acting on water using Magnus effect

Abstract

本发明提供一种纵向滚筒式船舶辅推装置，在船舶的尾部的下端设置有两个滚筒式结构，且滚筒式结构是外形是圆柱体的筒型薄壳结构，滚筒式结构的上端通过旋转轴与位于船舶艉舱内的驱动装置连接，两个滚筒式结构位于船舶尾部螺旋桨的后方、且设置在船舶的同一横截面上，其中：船舶长度方向为纵截面的方向，横截面是与纵截面垂直的平面。本发明可以有效吸收船舶尾流中的能量，使船舶的操纵性、转艏性更好，并且结构设计简单，安装方便，满足一定的经济性要求。

Description

一种纵向滚筒式船舶辅推装置
技术领域
本发明涉及一种纵向滚筒式船舶辅推装置，属于船舶推进装置技术领域。
背景技术
马格努斯效应的基本原理与机翼产生升力的原理类似。当旋转圆柱体受到横向流体的流动作用时，将改变圆柱体周围流体的速度分布。圆柱体上半部顺着横向流体流动的方向转动，增大了流体的速度。圆柱体上半部对着横向流体流动的方向转动，减小了流体的速度。根据伯努利定理，旋转圆柱体上半部压力比下半部压力大，这样产生了一个向下的合理P，称为马格努斯效应力。
目前，用来回收船后尾流能量并产生附加推力的节能附体装置主要有Grim自由叶轮等，但是其制造成本较高，节能效果不明显，一般仅应用在单桨船上。用来掌握航向的船舵装置大都是整体结构，且其表面为流线型剖面。由于这种船舵为整体结构，使得安转这种舵的船舶转弯半径较大。传统的舵，给出一个舵角，受到螺旋桨排出流的影响，其迎流面产生一个正压，背流面产生负压，两面的压力差产生了舵力。随着舵角递增，舵力增加，当增大到一定舵角时，流经舵背面的水流从舵的后缘之前，严重地与舵背面剥离，从而出现强涡，使舵力逐渐下降。针对传统Grim叶轮与舵推装置的缺点，设计出这一船舶辅推装置。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种纵向滚筒式船舶辅推装置，具体是一种安装在螺旋桨后将随船舶尾流损失的能量转化为额外推力的装置，既能为船舶提供额外向前的推力，同时又代替了船舵的作用。
本发明的目的是这样实现的：在船舶的尾部的下端设置有两个滚筒式结构，且滚筒式结构是外形是圆柱体的筒型薄壳结构，滚筒式结构的上端通过旋转轴与位于船舶艉舱内的驱动装置连接，滚筒式结构位于船舶尾部螺旋桨的后方。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.对单桨船，两个滚筒式结构向横截面的投影位于螺旋桨向同一横截面的投影的两侧；对双桨船，两个滚筒式结构向横截面的投影位于两个船舶尾部螺旋桨向同一横截面的投影之间。
2.所述滚筒式结构的长度不超过船舶吃水且滚筒式结构完全浸没在水中，滚筒式结构的直径是船舶尾部螺旋桨直径的0.5-0.8倍。
3.所述驱动装置采用电力驱动方式，其输出端可连接齿轮传动机构，所述旋转轴与齿轮传动机构的输出端连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在滚筒式结构转向相反时，可产生一个额外向前的推力，在滚筒转向相同时，可以产生一个偏离航向的作用力，从而代替了舵的作用，本发明这种新型的船舶推进装置可以有效吸收船舶尾流中的能量，使船舶的操纵性、转艏性更好，并且结构设计简单，安装方便，满足一定的经济性要求。
附图说明
图1是单桨船后纵向滚筒式船舶辅推装置布置图；
图2是单桨船后辅推装置推进原理示意图；
图3是双桨船后辅推装置推进原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的目的在于回收船舶尾流中的能量，为船舶航行提供额外的推力；结合图1至图3，本发明包括一对圆柱体的滚筒式结构1，一套相关驱动装置2。所述的滚筒式结构1可以围绕各自旋转轴自由转动的筒型薄壳结构，其长度不超过船舶吃水并完全浸没在水中，直径为螺旋桨3直径的0.5-0.8倍。所述滚筒式结构1，对于单桨船两个滚筒位于螺旋桨后偏向外侧，对于双桨船两个滚筒位于螺旋桨后面偏向内侧。两种情况下的滚筒均采用悬挂式的，通过旋转轴穿过船体连接于驱动装置。所述驱动装置2可采用电力驱动方式，能够给滚筒一个初始的扰动力，也能够为滚筒提供一个持续的作用力，驱动装置2位于船尾舱室内。
当本发明的筒形薄壳装置以大小相等或不等，方向相反的角速度匀速转动时，基于马格努斯效应，圆筒外侧(即迎流面)减速，内侧(即背流面)加速，形成两个斜向上且方向相对的力，即马格努斯效应力。相互叠加后，在不改变方向的同时，形成一个与船舶航向一致的推力。本发明与常见的Grim叶轮相比，具有设计简单，研发成本低，节能效果更明显的优点，同时能够起到船舵的作用，增强船舶的转艏性能。
对于单桨船，滚筒位于螺旋桨外侧，以相同的角速度ω沿偏离螺旋桨的方向旋转，在螺旋桨后来流v0的作用下，两个滚筒分别受到两个斜向上的作用力F1，F2，两个力合并以后船舶整体受到一个额外向前的推力，相关推进原理参见附图2。对于双桨船，滚筒位于螺旋桨内侧，以相同的角速度ω沿偏离螺旋桨的方向旋转，相关推进原理参见附图3。
综上，本发明公开了一种纵向滚筒式船舶辅推装置，包括一对可围绕轴心旋转的圆柱形薄壳滚筒及相关驱动装置。船舶正车状态下，对于单桨船，滚筒于螺旋桨两侧对称分布，旋向偏离螺旋桨方向；对于双桨船，滚筒位于螺旋桨内侧，旋向也背离螺旋桨方向。船舶转艏时，该滚筒装置采用相同的转向，产生一个垂直于船舶航向的分力，从而实现船舶的转艏性能。该纵向滚筒式船舶辅推装置目的是为了回收船舶螺旋桨后尾流中的能量，进而提高船舶的推进性能。本船舶辅推装置在船舶直航时水动力性能机理在于：根据马格努斯效应，滚筒流速大的一侧压力小，从而在滚筒上形成两个斜向上的推力，相互叠加后，在不改变航向的同时，还产生一个额外向前的推力。该船舶辅推装置具有结构简单，安全清洁等特点，能够部分回收船舶尾流中的能量，是一种极具发展潜力的船舶推进装置。

Claims (5)

1.一种纵向滚筒式船舶辅推装置，其特征在于：在船舶的尾部的下端设置有两个滚筒式结构，且滚筒式结构是外形是圆柱体的筒型薄壳结构，滚筒式结构的上端通过旋转轴与位于船舶艉舱内的驱动装置连接，两个滚筒式结构位于船舶尾部螺旋桨的后方、且设置在船舶的同一横截面上，其中：船舶长度方向为纵截面的方向，横截面是与纵截面垂直的平面。
2.根据权利要求1所述的一种纵向滚筒式船舶辅推装置，其特征在于：对单桨船，两个滚筒式结构向横截面的投影位于螺旋桨向同一横截面的投影的两侧；对双桨船，两个滚筒式结构向横截面的投影位于两个船舶尾部螺旋桨向同一横截面的投影之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种纵向滚筒式船舶辅推装置，其特征在于：所述滚筒式结构的长度不超过船舶吃水且滚筒式结构完全浸没在水中，滚筒式结构的直径是船舶尾部螺旋桨直径的0.5-0.8倍。
4.根据权利要求1或2所述的一种纵向滚筒式船舶辅推装置，其特征在于：所述驱动装置采用电力驱动方式，其输出端可连接齿轮传动机构，所述旋转轴与齿轮传动机构的输出端连接。
5.根据权利要求3所述的一种纵向滚筒式船舶辅推装置，其特征在于：所述驱动装置采用电力驱动方式，其输出端可连接齿轮传动机构，所述旋转轴与齿轮传动机构的输出端连接。
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