CN108473189B - 升力产生体 - Google Patents

Abstract

在本发明中，升力产生体（10）位于船（1）的推进桨（3）的前方。升力产生体（10）具有壁部（7），所述壁部（7）沿着围绕推进桨（3）的中心轴（C）的延长线（Ce）的周向延伸。壁部（7）在内侧形成沿延长线（Ce）的方向贯通的流路。在翼形中，形成壁部（7）的外周面（7a）的外侧面以形成凹部的方式向内侧弯曲。在翼形中，遍及从厚度为最大的设定位置到后缘的整个范围，翼形满足|dt/dx|≤0.15。dx是翼形的翼弦方向上的位置坐标x的微小变化量，dt是与dx对应的厚度t的微小变化量，|dt/dx|是dt/dx的大小。

Description

升力产生体

技术领域

本发明涉及在船中位于推进桨的前方的升力产生体。

背景技术

以往，有在船的船尾部的推进桨的前方作为升力产生体而设置管道的情况。由于推进桨的旋转，在升力产生体中产生从船的前方侧朝向后方侧的水流。由于升力产生体的截面为翼形，所以借助该水流，在升力产生体中产生升力。该升力具有朝向船的前方的方向的分量（朝前分量）。结果，用来使推进桨旋转的动力被降低。这样的升力产生体例如在专利文献1、2中被记载为管道。

专利文献

专利文献1：日本特开2011－42204号公报

专利文献2：日本特许第4079742号。

发明内容

发明要解决的技术问题

期望一种能够进一步降低用来使推进桨旋转的动力的升力产生体。即，本发明的目的在于提供一种升力产生体，所述升力产生体与以往的升力产生体（管道）相比，在以相同的动力使推进桨旋转的情况下，能够更大幅度地将船推进。

用来解决技术问题的方案

为了实现上述目的，本发明提供一种升力产生体，其在具备推进桨的船中，位于前述推进桨的前方，其中，

升力产生体具有壁部，所述壁部沿着围绕前述推进桨的中心轴的延长线的周向延伸，该壁部在内侧形成在前述延长线的方向上贯通的流路；

在前述周向的设定范围中，借助包括前述延长线的假想平面形成的前述壁部的截面的形状是翼形；

在前述翼形中，形成前述壁部的外周面的外侧面以形成凹部的方式向内侧弯曲；

前述翼形的厚度随着从设定位置向后方行进而逐渐变小，在所述设定位置处，前述翼形的厚度为最大；

遍及从前述设定位置到翼形的后缘的整个范围，前述翼形满足

|dt/dx|≤0.15，

在该不等式中，dx是前述翼形的翼弦方向上的位置坐标x的微小变化量，dt是与dx对应的前述厚度t的微小变化量，|dt/dx|是dt/dx的大小。

在本发明中，在前述翼形中，形成前述壁部的外周面的外侧面以形成凹部的方式向内侧弯曲。由此，在翼形中，流动的循环变大，结果，内侧面的压力下降而升力增大。借助这样的翼形的升力的增大，翼形的升力的朝前分量也变大（以下，将该作用称作升力朝前分量的增加作用）。

此外，在本发明中，遍及从设定位置到后缘的整个范围，翼弦方向的位置x的微小变化量dx与该位置x处的厚度t的微小变化量dt的比率dt/dx的大小是0.15以下（dx和dt的单位相同）。由此，即使形成了上述的凹部，也将翼形的流体阻力抑制得较小（以下，将该作用称作流体阻力的降低作用）。

根据本发明，上述的升力的朝前分量增加作用和上述的流体阻力的降低作用相辅相成，与以往的升力产生体相比，能够以相同的动力将船更大幅度地推进（例如，参照后述的与比较例1、2的比较）。

上述的升力产生体可以如以下这样构成。

在前述翼形中，前述外侧面和形成前述壁部的内周面的内侧面分别作为整体向前述流路侧弯曲。

这样，翼形的外侧面和内侧面分别作为整体向内侧弯曲。由此，流体容易从翼形（特别是内侧面）剥离，所以通过了升力产生体的流体紊乱，其流速下降。接着，流速下降后的水流向推进桨流入。结果，推进桨的效率提高（以下，将该作用称作桨效率的提高作用）。

因而，上述的升力朝前分量的增加作用、上述的流体阻力的降低作用和上述的桨效率的提高作用相辅相成，与以往的升力产生体相比，能够以相同的动力将船更大幅度地推进。

前述壁部具有前述外周面朝向铅垂下方的下端部分；

在前述延长线的方向上，该下端部分的长度比前述壁部的上端部分的长度小。

在壁部中，在外周面朝向铅垂下方的下端部分容易产生阻力。对此，在上述结构中，由于在壁部中使下端部分的长度比上端部分的长度小，所以抑制了下端部分处的阻力。

前述下端部分的前述截面的形状是翼形但不具有前述凹部，或者不是翼形。

在如上述那样产生阻力的下端部分处，不需要上述凹部或翼形的截面。由此，能够使下端部分的截面形状变得简单。

前述设定范围包括前述壁部的外周面朝向斜上方的前述周向的范围的至少一部分。

在该范围中，使翼形产生较大的升力。

根据本发明，由于翼形的外侧面以形成凹部的方式向内侧弯曲，所以在翼形中产生的升力变大。结果，翼形的升力的朝前分量也变大。

此外，遍及从设定位置到后缘的整个范围，翼弦方向的位置x的微小变化量dx与该位置x处的厚度t的微小变化量dt的比率dt/dx的大小是0.15以下。由此，即使形成了上述的凹部，也将翼形的流体阻力抑制得较小。

这样的升力的朝前分量增加和翼形的流体阻力降低相辅相成，与以往的升力产生体相比，能够以相同的动力将船更大幅度地推进。

附图说明

图1A表示应用了根据本发明的实施方式的升力产生体的船的船尾部。

图1B是图1A的B－B向视图。

图2A是图1B的II－II剖视图。

图2B是图1B的II－II剖视图，表示翼形的其它特征。

图3A是对根据本发明的实施方式的具体例的翼形与根据比较例1的翼形的比较进行说明的图。

图3B是说明具体例与比较例1的比较的另一图。

图3C是说明具体例与比较例1的比较的另一图。

图4A是对根据本发明的实施方式的具体例的翼形与根据比较例2的翼形的比较进行说明的图。

图4B是说明具体例与比较例2的比较的另一图。

图5A表示根据具体例的翼形与根据比较例2的翼形的形状的差。

图5B是表示具体例与比较例2的形状的差的另一图表。

图6表示升力产生体的变更例。

具体实施方式

基于附图说明本发明的优选的实施方式。另外，在各图中对于共同的部分赋予相同的附图标记，省略重复的说明。

图1A是表示应用了根据本发明的实施方式的升力产生体10的船1的船尾部1a的侧视图。

船1是在海、湖或河中航行的船。船1例如是船舶或舰艇。船1在船尾部1a上具备推进桨3。推进桨3可以是螺旋桨。推进桨3在水中被旋转驱动，产生船1的前进推力。由于推进桨3的旋转，在从船1的前方侧朝向后方侧的方向（以下称作朝后）上产生朝向推进桨3的流动。另外，在本申请中，前方是指船1的前侧（船首侧），后方是指船1的后侧（船尾侧）。

升力产生体10被设置在推进桨3的前方。即，升力产生体10（后述的翼形9）被配置在由推进桨3带来的朝后的上述流动中。在图1A中，升力产生体10位于推进桨3的紧前方。

图1B是图1A的B－B向视图。升力产生体10具有壁部7，所述壁部7沿围绕推进桨3的中心轴C的延长线Ce的周向（以下，仅称作周向）延伸。该壁部7在内侧形成沿延长线Ce的方向贯通的流路5。延长线Ce位于该流路5中。另外，在图1中，升力产生体10的壁部7中的上端部分的周向端面被结合在船尾部1a上，并且升力产生体10也经由结合部件6被结合在船尾部1a上。但是，升力产生体10也可以借助其它机构结合到船尾部1a上。中心轴C既可以朝向船1中的船体的中心线的方向（图1A的左右方向），也可以从该中心线的方向朝向船1的左右和上下的一方或两方倾斜。

图2A是图1B的II－II剖视图。在周向的设定范围（以下，仅称作设定范围）中，由包含延长线Ce的假想平面形成的壁部7的截面的形状是翼形9。基于图2说明该翼形9。也可以是，设定范中的任一个周向位置处的上述截面的形状都与以下说明的翼形9相同。

设定范围至少包括壁部7的外周面7a朝向斜上方的周向的范围θ1（参照图1B）。在本实施方式中，设定范围是壁部7沿周向延伸的全部的范围。在此情况下，在图1B中，设定范围包括范围θ1、壁部7的外周面7a朝向水平或斜下方的周向的范围θ2（参照图1B）、和壁部7的外周面7a朝向铅垂下方的周向的范围θ3。

翼形9的翼弦Bc（即在图2A中将翼形9的前缘Pf与后缘Pr连结的直线）从推进桨3的中心轴C倾斜。此外，翼弦Bc上的点随着向前方侧行进而从中心轴C的延长线Ce离开。即，随着翼弦Bc上的点向前方侧行进，与该延长线Ce正交的方向（半径方向）上的翼弦Bc上的该点与延长线Ce的距离D1变大。由此，在翼形9中产生拥有朝前分量的升力。为了方便，在图2A中，将延长线Ce从实际的位置平行移动而图示在翼形9的附近。

在翼形9（即翼形9的轮廓）中，形成壁部7的外周面7a（参照图1A和图1B）的外侧面9a以形成凹部11的方式向内侧（流路5侧）弯曲。在本实施方式中，在翼形9中，外侧面9a和形成壁部7的内周面7b的内侧面9b分别作为整体向内侧弯曲。对此，升力产生体10接近于推进桨3，以使由外侧面9a和内侧面9b（特别是内侧面9b）上的流体剥离带来的紊流向推进桨3流入。

翼形9的厚度t在翼弦方向上的设定位置Ps处为最大。翼弦方向指的是与翼弦Bc平行的方向。在本实施方式中，设定位置Ps处于比翼弦Bc的中央（即将翼弦Bc二等分的点）靠前方侧的位置。但是，设定位置Ps也可以是翼弦Bc的中央，也可以处于比翼弦Bc的中央靠后方侧的位置。

翼形9的厚度t是与翼形9的翼形中弧线Lc正交的方向的厚度。翼形中弧线Lc是从前缘Pf延伸到后缘Pr的线，是距翼形9的外侧面9a和内侧面9b为相等的距离的线（即图2A的单点划线）。另外，翼弦方向的位置坐标x处的翼9的厚度t指的是下述线段的长度，所述线段在翼弦方向的位置为该坐标x的翼形中弧线Lc上的点处与翼形中弧线Lc正交，从外侧面9a延伸到内侧面9b。翼形9的厚度t随着向后方侧从前缘Pf行进到设定位置Ps而逐渐变大，随着向后方侧从设定位置Ps行进到后缘Pr而逐渐变小。

根据图1A可知，壁部7的截面的翼形9的翼弦长（或延长线Ce的方向上的翼形9的尺寸）随着向下方行进而减小。因而，壁部7的下端部分（即范围θ3的部分）的翼弦长比壁部7的上端部分的翼弦长小。

本实施方式的升力产生体10具有以下的特征A～C。

（特征A）

在图2A中，遍及从设定位置Ps到后缘Pr的整个范围，翼形9满足以下的不等式：|dt/dx|≤0.15。这里，dx是翼形9的翼弦方向上的位置坐标x的微小变化量，dt是位置坐标x处的与dx对应的厚度t的微小变化量，|dt/dx|是dt/dx的大小（绝对值）。dt/dx可以是基于位置坐标x的厚度t的微分。换言之，dt/dx是dt相对于微小变化量dx的比率。位置坐标x和厚度t的单位相同。在从设定位置Ps到后缘Pr的整个范围中，|dt/dx|是0.15以下，从而翼形9的流体阻力被抑制得较低。

（特征B）

图2B是图1B的II－II剖视图，表示翼形9的其它特征。设翼弦Bc的长度为C，设翼形9的厚度t的最大值为tm，设与翼弦方向正交的方向上的翼弦Bc和外侧面9a的最大距离为Dm。优选的是，tm/C满足0.05≤tm/C≤0.3。优选的是，Dm/tm满足0.06<Dm/tm≤0.4、0.2<Dm/tm≤0.4、或0.3<Dm/tm≤0.4。

Dm/tm为表示凹部11的大小的指标。通过如上述那样设定Dm/tm的大小，与没有凹部11的情况相比，在翼形9中流动的循环变大。结果，内侧面9b的压力下降，在翼形9中产生的升力增大。因而，翼形9的升力的朝前分量也变大。

（特征C）

在图1A中，在从船1中的船体的中心线的方向（该图的左右方向）观察的情况下，壁部7的后端13（即沿周向延伸的后端13）的整体位于区域R（以下，称作推进桨3的通过区域R）内，所述区域R（以下，称作推进桨3的通过区域R）供推进桨3旋转通过。在该结构中，通过翼形9、如上述那样成为紊流从而流速下降的流动的全部或大致全部向推进桨3的通过区域R流入。结果，推进桨3的效率更可靠地提高。

但是，根据本发明，当从船1中的船体的中心线的方向观察时，只要壁部7的下端位于推进桨3的通过区域R中即可。在此情况下，也优选的是，推进桨3的中心轴C的延长线Ce位于流路5（即壁部7的内侧）中。

接着，将根据本实施方式的翼形9的具体例与比较例1比较而进行说明。

图3A表示根据本实施方式的具体例的翼形9和比较例1的翼形。在图3A中，实线表示具体例，虚线表示比较例1。比较例1的翼形9在外侧面中实质上不具有凹部。

如图3B所示，在具体例和比较例1的翼形中产生相同朝向的升力，但与比较例1相比，具体例的升力变大。结果，具体例与比较例1相比，升力的朝前分量变得更大。

图3C在使船产生一定的推力的情况下，将用来旋转驱动推进桨3的动力的降低效果（以下，称作动力降低效果）表示为船1的流体阻力降低量。即，图3C表示了将动力降低效果换算为船1的流体阻力降低量而得的值，所述动力降低效果是综合了借助推进桨3的旋转得到的推力和升力产生体10的流体阻力及升力的情况下的动力降低效果。图3C的结果利用借助CFD（计算流体动力学，computational fluid dynamics）进行的模拟而得到。在该模拟的情况下，在具体例和比较例1中，如图3A那样使翼形不同，使其它条件相同。

如图3C所示，在设比较例1的流体阻力降低量为100%的情况下，具体例的流体阻力降低量为超过110%。因而，在具体例中，与比较例1相比，流体阻力（动力）更多地降低了超过10%。

接着，将根据本实施方式的翼形9的具体例与比较例2比较而进行说明。

图4A表示根据本实施方式的具体例的翼形9和比较例2的翼形。在图4A中，实线表示具体例，与图3A的情况相同，虚线表示比较例2。比较例2的翼形具有与具体例相同程度的大小的凹部，但基于翼弦方向的位置坐标x的厚度t的微分dt/dx与具体例不同。

图5A是表示翼弦方向的位置坐标x与翼形9的厚度t的关系的图表。在图5A中，横轴表示将前缘Pf的坐标x设为零、将翼弦长设为1的情况下的坐标x。在图5A中，纵轴表示翼形9的厚度t除以翼弦长而得的值（厚度/翼弦长）。

图5B是表示翼弦方向的位置坐标x与上述的微分dt/dx的关系的图表。在图5B中，横轴表示将前缘Pf的坐标x设为零、将翼弦长设为1的情况下的坐标x。在图5B中，纵轴表示微分dt/dx的值。

在具体例及比较例2中，翼形9的厚度t都如图5A那样在坐标x为0.3的设定位置Ps处为最大。在具体例中，dt/dx的大小如图5B那样，遍及从设定位置Ps到翼形9的后缘Pr（即后端13的位置）的整个范围小于0.15。在比较例2中不是这样。即，在比较例2中，dt/dx的大小遍及从坐标x为0.86的位置到翼形的后端的范围为0.15以上。

图4B与图3C的情况同样，表示将动力降低效果换算为船的流体阻力降低量而得的值。图4B的结果利用借助CFD进行的模拟而得到。在该模拟的情况下，在具体例和比较例2中，如图4A、图5A和图5B那样使翼形不同，使其它条件相同。

如图4B所示，在设比较例2的流体阻力降低量为100%的情况下，具体例的流体阻力降低量是低于115%。因而，在具体例中，与比较例2相比，流体阻力（动力）更多地降低了低于15%。

本发明并不限定于上述的实施方式，当然在本发明的技术思想的范围内能够加以各种变更。例如，既可以单独地采用以下的变更例1～3的任一个，也可以任意地选择并采用变更例1～3的2个以上。在此情况下，在以下内容中没有说明的方面与上述可以是相同的。

（变更例1）

壁部7的截面的形状为上述翼形9的上述的设定范围并不限定于上述内容。例如，该设定范围也可以不包含图1B所示的上述的范围θ2和范围θ3中的一方或两者的一部分或全部。此外，上述设定范围也可以仅包含上述范围θ1中的一部分。在此情况下，上述设定范围也可以不包含上述的范围θ2和范围θ3的一方或两者的一部分或全部。

（变更例2）

图6相当于图1B，但表示升力产生体10的变更例2。如图6那样，壁部7的内侧的流路5也可以向铅垂下方（半径方向）开口。另外，流路5也可以向其它的半径方向（即与延长线Ce正交的方向）开口。

（变更例3）

在船尾部1a设置多个推进桨3的情况下，可以在各推进桨3的前方设置升力产生体10。

（变更例4）

壁部7中的下端部分的上述截面的形状是翼形，但也可以不具有上述凹部11。或者，该下端部分的上述截面的形状也可以不是翼形。

附图标记说明

1 船；1a 船尾部；3 推进桨；5 流路；6 结合部件；7 壁部；7a 外周面；7b 内周面；9 翼形；9a 外侧面；9b 内侧面；10 升力产生体；11 凹部；13 后端；Bc 翼弦；C 中心轴；Ce中心轴的延长线；D1 中心轴的延长线与翼弦上的点的距离；Ps 设定位置；Pf 前缘；Pr 后缘。

Claims (5)

1.一种升力产生体，在具备推进桨的船中，位于前述推进桨的前方，所述升力产生体的特征在于，

升力产生体具有壁部，所述壁部沿着围绕前述推进桨的中心轴的延长线的周向延伸，该壁部在内侧形成在前述延长线的方向上贯通的流路；

在前述周向的设定范围中，借助包括前述延长线的假想平面形成的前述壁部的截面的形状是产生拥有朝前分量的升力的翼形；

在前述翼形中，形成前述壁部的外周面的外侧面以形成凹部的方式向内侧弯曲；

前述翼形的厚度随着从设定位置向后方行进而逐渐变小，在所述设定位置处，前述翼形的厚度为最大；

遍及从前述设定位置到翼形的后缘的整个范围，前述翼形满足

|dt/dx|≤0.15，

在该不等式中，dx是前述翼形的翼弦方向上的位置坐标x的微小变化量，dt是与dx对应的前述厚度t的微小变化量，|dt/dx|是dt/dx的大小。

2.如权利要求1所述的升力产生体，其特征在于，

在前述翼形中，前述外侧面和形成前述壁部的内周面的内侧面分别作为整体向前述流路侧弯曲。

3.如权利要求1或2所述的升力产生体，其特征在于，

前述壁部具有前述外周面朝向铅垂下方的下端部分；

在前述延长线的方向上，该下端部分的长度比前述壁部的上端部分的长度小。

4.如权利要求3所述的升力产生体，其特征在于，

前述下端部分的前述截面的形状是翼形但不具有前述凹部，或者不是翼形。

5.如权利要求1或2所述的升力产生体，其特征在于，

前述设定范围包括前述壁部的前述外周面朝向斜上方的前述周向的范围的至少一部分和前述壁部的前述外周面朝向斜下方的前述周向的范围的至少一部分。

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