CN110155286B - 一种新型螺旋桨导流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种新型螺旋桨导流装置，包括船体、螺旋桨，螺旋桨上侧有导流管，导流管前端面的截面两端为半圆形，导流管前端面的截面半圆形之间为直边，流管的上端面为水平面，导流管下端面、左右侧面均有倾角，下端面和左右侧面的内壁流线均先从前端面起始逐渐向上到达最高点再逐渐向下走向后端面，下端面内壁的流线到后端面时流线的曲率为0，左右侧面内壁的流线最高点的曲率从下端面起始到上端面为止逐步减小至0；本发明减小了导流管的尺寸及其形状，并安装在螺旋桨的前方，能够使得螺旋桨进流更加均匀、减少了导流管阻力增加了附加推力而且减少了船体的尾部水体分离现象；提高了螺旋桨效率，具有结构简单牢固，节能减阻的优点。
Description
技术领域
本发明属于船舶技术领域，尤其涉及一种新型螺旋桨导流装置。
背景技术
现阶段，伴随着经济的新常态发展，船舶航运发展势头迅猛，但传统航运业能源消耗量巨大，这种高能耗使得船舶运输成本居高不下。因此，船舶节能技术的开发备受关注，而为船舶提供推力的螺旋桨安装导流管从而达到节能降耗目的是一种行之有效的方法。传统导流管安装在螺旋桨的正前方，使得船舶的回旋半径增加，船舶的回旋性能和低速舵效果变差。直径略大于螺旋桨直径，使得水下水草等杂物易卡入管内，且若有硬物碰撞变形，叶梢和导管内壁相撞，会影响船舶的正常航行。管侧剖面类似为台形，使得来流不稳定，节能效率不高，且造成船舶航行阻力较大等问题。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型螺旋桨导流装置。
本发明的目的可以这样实现：一种新型螺旋桨导流装置，包括船体、船体后侧的螺旋桨，其特征在于：所述的螺旋桨上侧设置有导流管，导流管包括有前端面、后端面、上端面、下端面、左右侧面，导流管前端面的截面两端为半圆形，导流管前端面的截面半圆形之间为直边，导流管后端面的截面形状与导流管前端面的形状相同，导流管后端面的截面面积小于导流管前端面的截面面积，导流管的上端面为水平面，导流管下端面、左右侧面均设置有倾角，导流管下端面、左右侧面的内壁均为流线型，下端面和左右侧面的内壁流线均先从前端面起始逐渐向上到达最高点再逐渐向下走向后端面，下端面内壁的流线到后端面时流线的曲率为0，左右侧面内壁的流线最高点的曲率从下端面起始到上端面为止逐步减小至0。
所述的螺旋桨直径为r，导流管的长度L为0.5r≤L≤2r。
所述的导流管前端面和后端面半圆形的半径R为0.6r≤R≤1.2r，直边的长度A为0.5r≤A≤3r。
所述的导流管下端面、左右侧面的倾角α为0°≤α≤14°。
所述的下端面的流线长度为W，流线的最高点位于流线长度W的0.35W~0.45W之间。
本发明减小了导流管的尺寸及其形状，并安装在螺旋桨的前方，能够使得螺旋桨进流更加均匀、减少了导流管阻力增加了附加推力而且减少了船体的尾部水体分离现象。提高了螺旋桨效率，具有结构简单牢固，减阻节能的优点。
附图说明
图1：本发明的整体图；
图2：本发明的正视图；
图3：本发明导流管右视图；
图4：本发明导流管俯视图；
图5：本发明导流管的纵向剖视示意图；
图6：本发明导流管的横向剖视示意图Ⅰ；
图7：本发明导流管的横向剖视示意图Ⅱ。
图中：1、船体；2、螺旋桨；3、螺旋桨轴线；4、螺旋桨桨毂；5、螺旋桨叶片；6、导流管；7、导流管外壁；8、导流管内壁；9、导流管进口；10、导流管出口；11、导流管下端面外壁；12、导流管上端面外壁；13、导流管下端面内壁；14、导流管上端面内壁；15、导流管下端面外壁边线一；16、导流管下端面外壁边线二；17、导流管上端面外壁边线一、18、导流管上端面外壁边线二；19、导流管下端面内壁边线一；20、导流管下端面内壁边线二；21、导流管上端面内壁边线一；22、导流管上端面内壁边线二；23、左右侧面；24、来流的流动方向。
具体实施方式
实施例1，如图1~7所示，一种新型螺旋桨导流装置，包括船体1、船体后侧的螺旋桨2，螺旋桨2上侧设置有导流管6，导流管6包括有前端面、后端面、上端面、下端面、左右侧面23，导流管6前端面的截面两端为半圆形，导流管前端面的截面半圆形之间为直边，导流管6后端面的截面形状与导流管前端面的形状相同，导流管6后端面的截面面积小于导流管6前端面的截面面积，导流管6的上端面为水平面，导流管6下端面、左右侧面外壁均设置有倾角，导流管下端面、左右侧面的内壁均为流线型，下端面和左右侧面的内壁流线均先从前端面起始逐渐向上到达最高点再逐渐向下走向后端面，下端面内壁的流线到后端面时流线的曲率为0，左右侧面内壁的流线最高点的曲率从下端面起始到上端面为止逐步减小至0。本发明中包括螺旋桨2和导流管6。导流管设置有导流管外壁7和导流管内壁8，螺旋桨2包括螺旋桨轴线3上的螺旋桨桨毂4和四个沿着螺旋桨桨毂4突出的螺旋桨桨叶5，螺旋桨安装在船体1上的转轴上。以来流的流动方向24为正方向，导流管6安装在螺旋桨的负方向，以导流管内壁上端面14为基准水平固定在船体1上，螺旋桨桨叶5旋转的最高点不超过导流管上端面外壁12，两端是半径为R（0.6r≤R≤1.2r）的半圆形，其中r表示螺旋桨半径。纵向剖面中间的长方形的长A（0.5r≤A≤3r），长方形的宽就是螺旋桨的直径。该构造改善了螺旋桨进流使之更加均匀、减少船尾的水流分离现象以及产生附加推力。导流管下端面外壁11相对水平面倾斜，导流管下端面内壁13设计为流线型，流线从导流管进口9处为起始到导流管出口10处终止，减小了水流的流动阻力，导流管下端面内壁11在导流管下端面内壁边线19和导流管下端面内壁边线20之间，而导流管下端面外壁是以导流管下端面外壁边线一15和导流管下端面外壁边线二16为边界。且外壁的倾斜度和内壁的曲率是一定的，导流管内壁8在离开导流管下端面内壁边线一19和导流管下端面内壁边线二20后沿着左右侧面23，内壁流线曲率逐渐减小，导流管外壁在经过导流管下端面外壁边线一15和导流管下端面外壁边线二16后，倾斜率亦逐渐减小。导流管内壁直至到导流管内壁上端面边线一21和导流管内壁上端面边线二22和导流管上端面外壁边线一17和导流管上端面外壁边线二18后，导流管内壁8的流线曲率减小至趋近0变成平面。导流管进口9口径大于导流管出口10口径，因此，水流经过导流管后流速增加，提高了螺旋桨转动效率。
本实施例中，通过对螺旋桨导流装置的CFD模拟数值计算，导流管倾角——导流管下端面外壁与来流的流动方向保持夹角α（13°≤α≤14°）时节能效果最佳，导流管进口口径大于导流管出口口径，根据伯努利方程，倾角的存在增加了导流管出口处的动能，但倾角也会增加导流管在水下的压强阻力，因此外壁在经过导流管下端面外壁边线一、导流管下端面外壁边线二到达侧端面的左右端点线后，倾角减小至α1（8°≤α1≤9°），在侧面左右端点线和导流管上端面外壁边线一和导流管上端面外壁边线二之间，倾角从α1减小至α2（0°≤α2≤1°）。该构造减小了水流压强阻力，综合外壁面的倾角布局以使导流管后螺旋桨达到最佳旋转效率。
本实施例中，导流管内壁的下端面和左右侧面为流线型，流线形状为翼型流线，可以极大地减少尾部涡流的分离现象，与此同时翼型流线产生的升力汇总为船舶的推力。翼型流线的流线长度为W，导流管下端面、左右侧面在W的0.35~0.45之间存在流线曲率极值，在W的0.4~0.9之间基本成连续光滑直线。其中下端面内壁的曲率极值C 1 （0.019≤C 1 ≤0.02），为了保障螺旋桨受力均匀，从导流管下端面内壁边线一和导流管下端面内壁边线二起始，导流管内壁的左右侧面曲率极值C2较C1 逐渐减小，至导流管内壁上端面边线一和导流管内壁上端面边线二后曲率极值接近0，导流管内壁上端面变为平面。该构造使得上端面和下端面存在着压强差，来流向下端低压处靠拢，减少了螺旋桨桨叶端部流通损失。左右侧面的受力基本相互抵消，减小了导流管阻力。
综上，本发明具有成本低、结构简单、安全系数高、节能减阻效果好的特点，本发明使螺旋桨桨叶处的流场变得更加均匀，减小了螺旋桨受到的不均匀力矩，降低了螺旋桨产生的振动和噪声，使得旋转效率提高，本发明在水面舰艇和水下潜水器具有广阔的应用前景。
上述实例仅为本发明的优选实例而已，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种新型螺旋桨导流装置，包括船体、船体后侧的螺旋桨，其特征在于：所述螺旋桨直径为r，所述的螺旋桨上侧设置有导流管，导流管的长度L为0.5r≤L≤2r，导流管包括有前端面、后端面、上端面、下端面、左右侧面，导流管前端面的截面两端为半圆形，导流管前端面的截面半圆形之间为直边，导流管后端面的截面形状与导流管前端面的形状相同，导流管后端面的截面面积小于导流管前端面的截面面积，导流管的上端面为水平面，导流管下端面、左右侧面均设置有倾角，导流管下端面、左右侧面的倾角α为0°≤α≤14°，导流管下端面、左右侧面的内壁均为流线型，下端面和左右侧面的内壁流线均先从前端面起始逐渐向上到达最高点再逐渐向下走向后端面，下端面内壁的流线到后端面时流线的曲率为0，左右侧面内壁的流线最高点的曲率从下端面起始到上端面为止逐步减小至0；
导流管下端面、左右侧面外壁均设置有倾角，导流管下端面外壁与来流的流动方向的夹角α为13°≤α≤14°；外壁在经过导流管下端面外壁边线一、导流管下端面外壁边线二到达侧端面的左右端点线后，倾角减小至α1，α1的角度为8°≤α1≤9°，在侧面左右端点线和导流管上端面外壁边线一和导流管上端面外壁边线二之间，倾角从α1减小至α2，α2的角度为0°≤α2≤1°，
流线的长度为W，导流管下端面、左右侧面在流线长度W的0.35W~0.45W之间具有流线曲率极值，在流线长度W的0.4W~0.9W之间成连续光滑直线，下端面内壁的曲率极值C1为：0.019≤C 1 ≤0.02。
2.根据权利要求1所述的一种新型螺旋桨导流装置，其特征在于：所述的导流管前端面和后端面半圆形的半径R为0.6r≤R≤1.2r，直边的长度A为0.5r≤A≤3r。
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