CN108202851A - 在双轴船中通过调节螺旋桨的旋转角度而降低船体脉动压力的方法 - Google Patents

在双轴船中通过调节螺旋桨的旋转角度而降低船体脉动压力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种能够通过对双轴船的螺旋桨的相对旋转角度进行调节，降低因为螺旋桨的空穴现象而在船体表面诱发的脉动压力的方法。

Description

在双轴船中通过调节螺旋桨的旋转角度而降低船体脉动压力 的方法
技术领域
本发明涉及一种在双轴船中通过调节螺旋桨的旋转角度而降低船体脉动压力的方法。
背景技术
脉动压力(pressure fluctuat ion)是指因为螺旋桨旋转时所发生的空穴现象而导致的船体表面的压力变化。
如图1所示，在螺旋桨的翼片中发生的空穴现象的发生量会因为受到不均匀的船体尾流影响而根据其旋转角度发生变化。
图1是在螺旋桨的翼片中发生的一般空穴现象的状态，其中图1的左侧部分显示出了从船舶的后方观察时的螺旋桨的形状以及基准角度，图1的右侧部分显示出了在不同的螺旋桨翼片角度下所发生的空穴现象的计算实例。
图2是在发生如图1所示的空穴现象时随时间变化的脉动压力计算实例。
图2中的结果为螺旋桨旋转1圈时的结果，可以观察到与螺旋桨的翼片数量对应的4次周期性的压力变化。
此时，随时间变化的脉动压力的大小和相位将根据螺旋桨和船体位置之间的相对距离而发生变化。
因此，在船体不同位置上的脉动压力的大小和相位也各不相同。
脉动压力是导致船舶震动以及噪音的主要原因，当脉动压力较大时船舶的震动以及噪音也将同比增长。
这对于利用双轴螺旋桨进行驱动的船舶即双轴船也不例外。
尤其是在双轴船中因为左右两个螺旋桨会各自诱发脉动压力，所以两者叠加所产生的整体脉动压力可能比一般的船舶更大更复杂。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有问题而提供一种能够通过对双轴船的螺旋桨的相对旋转角度进行调节，降低因为螺旋桨的空穴现象而在船体表面诱发的脉动压力的方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种在双轴船中通过调节螺旋桨的旋转角度而降低船体脉动压力的方法，其特征在于：通过对双轴船的两个螺旋桨所诱发的随时间变化的脉动压力的相位差异进行调节而降低整体的脉动压力，其中，上述随时间变化的脉动压力的相位差异调节是通过对两个螺旋桨的相对旋转角度进行调节而实现。
此外，本发明提供一种在双轴船中通过调节螺旋桨的旋转角度而降低船体脉动压力的方法，包括：步骤S1，由最佳相位计算器根据船舶的航行条件计算出最佳的相对旋转角度并将上述所计算出的最佳相对旋转角度信息传递到控制器中；步骤S2，由安装在各个轴上的编码器收集螺旋桨的旋转次数以及旋转角度信息并将上述所收集到的信息传递到上述控制器中；步骤S3，由上述控制器计算出两个螺旋桨的相对旋转角度并对上述相对旋转角度和上述最佳相对旋转角度进行比较，从而将用于调节上述相对旋转角度为上述最佳相对旋转角度的控制命令传递到螺旋桨相位控制系统中；以及步骤S4，由上述螺旋桨相位控制系统根据上述控制器的上述控制命令对两个螺旋桨进行控制，从而调节上述相对旋转角度为上述最佳相对旋转角度。
在上述步骤S1中，上述最佳相位计算器是根据空穴现象流动分析以及脉动压力分析而计算出上述最佳相对旋转角度。
在上述步骤S1中，上述最佳相位计算器实时地计算出上述最佳相对旋转角度，或根据所预期的船舶航行条件预先计算和保存上述最佳相对旋转角度并参考所保存的结果值。
在上述步骤S4中，上述螺旋桨相位控制系统通过逐渐增加或减少两个螺旋桨中某一个螺旋桨的旋转次数而调节上述相对旋转角度为上述最佳相对旋转角度。
本发明能够通过对双轴船的螺旋桨的旋转角度进行调节而保持螺旋桨的最佳旋转状态，从而根据船舶的航行条件实时、有效地降低脉动压力。
附图说明
图1是在螺旋桨的翼片中发生的一般空穴现象的状态。
图2是在发生如图1所示的空穴现象时随时间变化的脉动压力计算实例。
图3是从双轴船的后侧观察时的螺旋桨的形状以及基准角度。
图4是在发生如图3所示的相对旋转角度变化时脉动压力的大小变化计算实例。
图5是用于实现本发明的系统构成。
图6是本发明的各步骤的实现过程。
附图标记的说明
10：最佳相位计算器
20：控制器
31,32：编码器
40：螺旋桨相位控制系统
50：引擎系统
61,62：轴
71,72：螺旋桨
具体实施方式
下面，将结合附图对本发明进行详细说明。
图3是从双轴船的后侧观察时的螺旋桨的形状以及基准角度。
通常，双轴船的左右两个螺旋桨的翼片形状和旋转次数相同但其旋转方向相反。
因此，在两个螺旋桨中发生的空穴现象基本类似。
但是在特定的船体位置中，由各个螺旋桨诱发的随时间变化的脉动压力的大小和相位，将根据相应的螺旋桨和船体位置之间的相对距离而有所不同。
在这种情况下，当偶然发生由两个螺旋桨所诱发的随时间变化的脉动压力的相位一致的情况时，整体的脉动压力将在相长干涉作用下变得最大，而与此相反，当相位相反时，整体的脉动压力将在相消干涉作用下变得最小。
这表示，只要能够在双轴船中对两个螺旋桨所诱发的随时间变化的脉动压力的相位进行随意调节就能够降低整体的脉动压力，本发明公开一种通过积极利用上述技术原理而降低双轴船的脉动压力的方法。
在本发明中，随时间变化的脉动压力的相位差异的调节能够通过对两个螺旋桨的相对旋转角度(图3中的Δθ)进行调节而实现。
其中，上述相对旋转角度是指两个螺旋桨之间的旋转角度差异。
图4是在发生如图3所示的相对旋转角度变化时脉动压力的大小变化计算实例。
通过图4可以发现，当两个螺旋桨的相对旋转角度达到40～50度时与相对旋转角度为0度的情况相比，能够实现约25％的脉动压力降低效果。
其中，图4仅为一实例，在不同的双轴船中能够将脉动压力降至最低的相对旋转角度可能有所不同。
在本发明中，能够将脉动压力降至最低的相对旋转角度被称之为“最佳相对旋转角度”。
下面，将按照各个步骤对适用本发明的双轴船脉动压力降低过程进行详细说明。
图5是用于实现本发明的系统构成，图6是本发明的各步骤的实现过程。
适用本发明的系统包括最佳相位计算器10、控制器20、编码器31,32以及螺旋桨相位控制系统40，其中，上述编码器31,32分别被安装到各个轴61,62中。
S1：最佳相对旋转角度计算步骤
首先，由最佳相位计算器10根据船舶的航行条件计算出最佳的相对旋转角度。
在这种情况下，最佳相位计算器10是根据空穴现象流动分析以及脉动压力分析而计算出最佳相对旋转角度。
最佳相位计算器10能够实时地计算出最佳相对旋转角度，或根据所预期的船舶航行条件预先计算和保存最佳相对旋转角度并参考所保存的结果值。
最佳相位计算器10将所计算出的最佳相对旋转角度信息传递到控制器20中。
S2：螺旋桨信息收集步骤
由安装到各个轴61,62中的编码器31,32收集螺旋桨71,72的旋转次数以及旋转角度信息之后，将上述所收集到的信息传递到控制器20中。
S3：相对旋转角度计算步骤
由控制器20计算出两个螺旋桨71,72的相对旋转角度。
控制器20对相对旋转角度和最佳相对旋转角度进行比较，当相对旋转角度和最佳相对旋转角度之间存在差异时，将用于调节相对旋转角度为最佳相对旋转角度的控制命令传递到螺旋桨相位控制系统40中。
如果相对旋转角度和最佳相对旋转角度之间没有差异，则控制器20将不传递如上所述的控制命令。
S4：螺旋桨相位控制步骤
由螺旋桨相位控制系统40根据控制器20的上述控制命令对两个螺旋桨71,72进行控制，从而调节相对旋转角度为最佳相对旋转角度。
此时，用于调节相对旋转角度为最佳旋转角度的控制能够通过各种方式实现。
例如，螺旋桨相位控制系统40能够通过逐渐增加或减少两个螺旋桨71,72中某一个螺旋桨71或72的旋转次数而调节两个螺旋桨71,72之间的旋转角度差异，即调节相对旋转角度为最佳相对旋转角度。
此时，螺旋桨相位控制系统40从控制器20接收螺旋桨71,72的旋转次数信息，且为了调节螺旋桨71,72的旋转次数而对与相应的螺旋桨71,72连接的引擎系统50进行控制。
通过反复执行上述步骤S2至S4的过程，能够保持螺旋桨71,72的最佳旋转状态，从而根据船舶的航行条件实时、有效地降低脉动压力。

Claims (5)

1.一种在双轴船中通过调节螺旋桨的旋转角度而降低船体脉动压力的方法，其特征在于：
通过对双轴船的两个螺旋桨(71,72)所诱发的随时间变化的脉动压力的相位差异进行调节而降低整体的脉动压力，
其中，上述随时间变化的脉动压力的相位差异调节是通过对两个螺旋桨(71,72)的相对旋转角度进行调节而实现。
2.一种在双轴船中通过调节螺旋桨的旋转角度而降低船体脉动压力的方法，其特征在于：
步骤S1，由最佳相位计算器(10)根据船舶的航行条件计算出最佳的相对旋转角度并将上述所计算出的最佳相对旋转角度信息传递到控制器(20)中；
步骤S2，由安装在各个轴(61,62)上的编码器(31,32)收集螺旋桨(71,72)的旋转次数以及旋转角度信息并将上述所收集到的信息传递到上述控制器(20)中；
步骤S3，由上述控制器(20)计算出两个螺旋桨(71,72)的相对旋转角度并对上述相对旋转角度和上述最佳相对旋转角度进行比较，从而将用于调节上述相对旋转角度为上述最佳相对旋转角度的控制命令传递到螺旋桨相位控制系统(40)中；以及
步骤S4，由上述螺旋桨相位控制系统(40)根据上述控制器(20)的上述控制命令对两个螺旋桨(71,72)进行控制，从而调节上述相对旋转角度为上述最佳相对旋转角度。
3.根据权利要求2所述的在双轴船中通过调节螺旋桨的旋转角度而降低船体脉动压力的方法，其特征在于：
在上述步骤S1中，上述最佳相位计算器(10)是根据空穴现象流动分析以及脉动压力分析而计算出上述最佳相对旋转角度。
4.根据权利要求2所述的在双轴船中通过调节螺旋桨的旋转角度而降低船体脉动压力的方法，其特征在于：
在步骤S1中，上述最佳相位计算器(10)实时地计算出上述最佳相对旋转角度，或根据所预期的船舶航行条件预先计算和保存上述最佳相对旋转角度并参考所保存的结果值。
5.根据权利要求2所述的在双轴船中通过调节螺旋桨的旋转角度而降低船体脉动压力的方法，其特征在于：
在上述步骤S4中，上述螺旋桨相位控制系统(40)通过逐渐增加或减少两个螺旋桨(71,72)中某一个螺旋桨(71或72)的旋转次数而调节上述相对旋转角度为上述最佳相对旋转角度。
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