CN1120505A - 船用反作用鳍板装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种结构简单、成本低、性能优越和经济的船用反作用鳍板装置。经包括有较长的上部鳍板7a和7f，长度较上部鳍板短的中部鳍板7b和7e及下部鳍板7c和7d。在推进器作向前回转时，推进器轮叶下降的船身侧面上的鳍板安装角度比其对面一侧鳍板的安装角度大。在离推进器轴约35％推进器直径D_P的地方，推进器前缘与鳍板后缘间的间隔I₀等于(15％-25％)D_P，在同一位置的鳍板弦长G_F等于(10％-20％)D_P。

Description

船用反作用鳍板装置

本发明为有关船用反作用鳍板装置的改进。

通常的反作用鳍板用于改进船只的推进性能，如图15的侧视图和图16(A)的前视图所示，在这种传统的反作用鳍板中，当推进器为右旋推进器时(从船尾后部看时，当推进器顺时针方向旋转，就产生向前的推力)，导流罩3a牢固地固定在船尾框架2a上，船尾框架则位于船身1的后端部，推进器轴5a穿过导流罩3a而旋转，推进器5牢固地安装在推进器轴5a的后端，推进器轴5a的前端与图中没有示出的，安装在船体内的主机相连接。

鳍板轮毂7B牢固地固定在导流罩3a上，并包围它，反作用鳍板(以下简称“鳍板”)7a—7f沿半径方向从这个鳍板轮毂7B上向外伸出，鳍板7a—7f作成扭曲状，这样可使流经这里的水流方向与推进器5的前进回转方向相反(回转方向是这样的，即当推进器回转时可产生一个前进方向的推力)。

另一方面，方向舵操纵杆2牢固地固定在船尾框架2a的上部，方向舵3利用没有示出的销轴安装在方向舵操纵杆2上。

在装有这种反作用鳍板的船上，当推进器5作向前回转，船身1向前航行时，船尾处的水流方向由于鳍板7a—7f的作用改变为与推进器5的回转方向相反，并作用在推进器5上。

这样推进器的推进效率得到改善，因为在推进器5后面产生的回转流动减小了。

通常，当推进器回转时，在推进器后面形成一个与推进器回转方向完全相同的回转水流，因为这个回转流动不被利用来推进船身，因此推进器的推进效率将降低一个与形成这个回转流动相应的量。相应地，假如这个回转流动减小，则推进器的推进效率就会被改善一个相应的量。

鳍板7a—7f的翼展(在半径方向的长度)都是一样的，图16(A)所示的虚线圆为一假想圆，其圆心在推进器轴5a的轴线8上，这些鳍板相对于运动方向呈一角度安装在鳍板轮毂7B上，这样就可产生一个与螺旋推进器5的回转方向相反的回转流动。

图17表示流入反作用鳍板装置的水流速度分布，在图中，实线4代表在船只航行方向上的水流等速度线，其上所带的数字代表与船只速度之比。箭头6代表在船身横截面内水流的流动速度分量，流动的方向用箭头方向指示，流速的大小用箭头长度表示。点划线代表一个假想的半圆，这里把它画出的目的是要表示推进器的尺寸。

鳍板沿着半径方向从推进器的轴线8伸出，考虑到在半径的直线上，水流的流动方向是沿着半径方向改变的，因此，为了作出有效的鳍板，希望鳍板的扭曲角度沿着半径方向改变，但是这样也有缺点，即制造成本提高，同时由于鳍板厚度增加，阻力将增大。

然而，在此之前所知的鳍板装置中，鳍板的扭曲角度沿着鳍板处伸长度的纵向方向是恒定不变的，它与平均的流动方向相匹配。这样，鳍板顶端附近不可能作出相对于水流流动方向为最优的扭曲角度，同时，由于顶端处水流的流动速度快，因此产生很大的阻力。

于是，反作用鳍板所带来的推进效率改善的效果等于被鳍板所产生的回转流动所减少的回转流动能量的减小量减去因鳍板本身的阻力而另外需要的推进能量这样一个能量差值。鳍板所产生的回转流动和鳍板本身的阻力与鳍板的安装角度有密切关系，假如鳍板的安装角度过大，则在回转流动的形成加剧的同时，由于鳍板本身的阻力明显增大，因此推进效率的改善效果并不太好。另一方面，假如鳍板的安装角度过小，则在鳍板本身的阻力减少的同时，由于回转流动的形成显著减弱，在这种情况下推进效率的改善效果也不太好。

图18为在钝形头部船只(blunt ship)推进器位置处的水流分布图，图中示出了在没有推进器反作用鳍板情况下的测量结果。在这种类型船只的情况下，甚至对于在同一个船体侧面上的鳍板，如果在推进器轴下边的鳍板7c和7d(图16(B)具有与其他鳍板7a，7b和7e、7f同样的安装角度，其推进效率改善的效果也不会太大。

本发明是在上述情况下提出的，本发明的一个目的是要提供一种船用反作用鳍板装置，它结构简单，成本低廉，性能优越，并且很经济。

本发明的另一个目的是要提供一种船用反作用鳍板装置，其推进效率的改善效果可以借助一些简单的措施而提高，例如反作用鳍板的长度根据其安装位置而改变，或者安装角度根据其安装位置而改变。

本发明还有一个目的是提供一种船用反作用鳍板装置，其推进效率改善的效果可以进一步提高，例如通过恰当的选择推进器的前缘与反作用鳍板的后缘之间的间隔和反作用鳍板的弦长。

根据本发明的新特点，为了达到上述目的，在配有许多反作用鳍板的船用反作用鳍板装置中。这些鳍板几乎都是从推进器轴半径方向外伸的，并且安装在螺旋推进器的上游侧，其目的是要产生一个与推进器回转方向相反的回转流动，使之作用在流入螺旋推进器的水流上，以便推动船尾，一般常采用下面的结构。

所采用的结构之一是这样一种反作用鳍板装置结构，它在比推进器轴稍高的地方有相对较长的上部反作用鳍板伸出，而在比上述上部反作用鳍板稍低的地方依次有中部反作用鳍板和下部反作用鳍板伸出，其长度较上述上部反作用鳍板短些。

上述的结构，因为在比推进器轴稍低的地方有相对较短的反作用鳍板，而该处的流动速度相对较大，因此，由反向回转流动产生的优点将比由阻力增加造成的缺点为大，这样，加上在较推进器轴较高的地方的相对较长的反作用鳍板的作用和这些相对较短的反作用鳍板大大地改善了推进性能。

此外，根据本发明的另一特点，反作用鳍板装置还可采用这样的结构，即在推进器作向前回转时，推进器轮叶下降的船身一侧上的鳍板安装角度(鳍板前面与推进器轴之间的角度)选择得比在相对的船身一侧上的反作用鳍板的安装角度大些。

再者，根据本发明的其他一个特点，反作用鳍板装置也可采用这样的结构，即在同一船身侧面上，位置比推进器轴稍低的地方伸出的反作用鳍板安装角度选择得比位置在较这些鳍板稍高的地方伸出的反作用鳍板的安装角度较小的一些。

采用上述的结构时，由于在不同的水深处许多鳍板的安装角度选择成分别与其在不同水深处的水流相适应的安装角度，因此，由于形成回转流动所引起的相应鳍板推进效率改善的增加量与由于鳍板本身阻力造成的推进效率改善的减小量之差可以达到最小。

另外，根据本发明的另一个特点，反作用鳍板装置可采用这样的结构，即在离开推进器轴约为推进器直径D_P的35％的地方，上述推进器的前缘与上述反作用鳍板的后缘之间的间隔I。可在上述推进器直径D_P的15％—25％范围内选择。

当采用上述结构时，由于在远离推进器轴约为推进器直径D_p的35％的地方，推进器前缘与反作用鳍板后缘之间的间隔I_O可在推进器直径D_P的15％—25％范围内选择，则如图12中的实线所示。推进的效率与没有反作用鳍板的情况相比较(用虚线示出)是更有效了。

另外，根据本发明的其他一个特点，反作用鳍板装置具有许多反作用鳍板，它们安装在用以推动船尾以螺旋推进器的上游侧，并几乎是从推进器轴的周围径向向外伸出，其目的是将与推进器的回转方向相反的回转流动施加给流入螺旋推进器的水流，这时可采用这样的结构，即在远离上述推进器轴约为推进器直径D_P的35％的圆弧上，上述反作用鳍板的弦长C_F可选择为上述推进器直径D_P的10％—20％。

作为使用上述结构的结果，如图14中实线曲线B—A所示，由于使用反作用鳍板使得推进效率改善，从而使必需的功率降低，它超过了由于反作用鳍板的阻力造成的必需功率的增加，因此，在相当宽的反作用鳍板弦长的范围(0.1≤C_F/D_P≤0.2)内都可看到推进的性能有了均匀的大的改善。

另外，根据本发明可以提供一种反作用鳍板装置，它综合了上述各种特点，因此，作为相应各种结构取得的效应多重结果，可以使船舶推进效率明显地提高。

参考下述本发明的优选实施例及附图，则本发明的上述和其他一些目的，特点和优点将会更加清楚。

附图中，

图1为表示本发明的第一个优选实施例的侧视图；

图2为沿着图1II—II剖面线所取的，按箭头方向看的后视图；

图3表示根据本发明的反作用鳍板装置与先前方案的反作用鳍板装置的性能比较图；

图4为本发明的第二个优选实施例的正视图；

图5为沿着图4中V—V线所取的横截面图；

图6为沿着图4中VI—VI线所取的模截面图；

图7为沿着图4中的VII—VII线所取的模截面图；

图8为沿着图4中VIII—VIII线所取的横截面图；

图9为沿着图4中IX—IX线所取的横截面图；

图10为沿着图4中的X—X线所取的横截面图；

图11为本发明的第三个优选实施例的侧视图。它还包括第三个优选实施例中反作用鳍板装置的垂直横截面；

图12为表示图11中尺寸参数I_O/D_P与所需功率之间的线图；

图13为本发明的第四个优选实施例的侧视图，它还包括沿着同一侧视图上的XII—XII线所取的反作用鳍板的横截面图；

图14为表示图13中尺寸参数C_F/D_P与所需功率之间关系的线图；

图15为船只尾部分的侧视图，它还包括先前方案中的反作用鳍板装置；

图16(A)为表示图15中反作用鳍板装置的示意图；

图16(B)为沿着图15中XVI—XVI线所取的，按箭头方向看的反作用鳍板装置的垂直模截面图；

图17为表示流入先前方案的反作用鳍板装置中的水流速度分布图；

图18为在先前方案中钝形头部船只(blunt ship)的推进器位置处的水流分布图。

现在，参照附图来叙述用于右旋推进器船舶的本发明的几个优选实施例。首先，在图1和图2所示的第1个优选实施例中，从比推进器轴5a稍高的地方向外伸出的鳍板7a和7f比较长，从比推进器轴5a稍低的地方向外伸出的鳍板7c和7d的外伸长度较短，从与推进器轴5a位于同一水平位置向外伸出的反作用鳍板7b和7e的外伸长度为反作用鳍板7a和7c长度之间的一个中间长度。

应该注意，在图1中，上部和下部反作用鳍板以及推进器轮叶都是以实际长度(全长)表示，而不是以从侧面投影的投影长度表示(在图11，13和15中也是这样)。

根据这个结构，在有鳍板配置的地方，水流分布如图17所示，与事实相反，在推进器轴8下边，在类似于推进器半径的区域内，在船行进方向上的流速为船只速度的90％或更多，而在推进器轴8上方，流速逐渐减小。

所以，在推进器轴下方，水流速度相对较大，因此，由相对较短的鳍板7c和7d造成的反向回转流动所带来的优点可能比由于阻力增大带来的缺点更大，这样加上相对较长的鳍板和相对中等长度的鳍板7b和7e的共同作用，推进性能可以大大改善。

这样一来，采用这种反作用鳍板装置，如图3实线曲线所示，同样的船只速度所需要的功率，与先前方案中的反作用鳍板装置(虚线曲线)比较，要小一些。

应该指出，在图2中有可能将鳍板7f设计成最长的鳍板，将鳍板7a和7e设计成长度相等，但比鳍板7f短的鳍板，将鳍板7b和7d设计成相等长度，但比7a和7e短的鳍板，把7c设计成最短的鳍板，这样的结构完全可以实现如图1所示结构的同样效果和优点。

下面，将叙述图4所示的本发明的第二个优选实施例。在此图中，鳍板10a至10f长度相等，它们安装在鳍板轮毂7B上，沿半径方向外伸，同时，相应的鳍板10a至10f具有安装角度为θ的相应扭曲，这样可以改变在推进器5前进回转方面上的水流方向，使它反向。

侧面鳍板10a，10b和10c分别具有图5、图7和图9所示的横截面，下鳍板10c的安装角度θ_c比中部鳍板10b的安装角度θ_b小，中部鳍板10b的安装角度θ_b选择得较上部鳍板10a的安装角度θ_a略小，在相应的鳍板安装角度之间有下列关系：θ_a＞θ_b＞θ_c。

另一方面，在弦侧面鳍板10d，10e和10f分别具有图10，图8和图.6所示的横截面，下部鳍板10d的安装角度θ_d比中部鳍板10e的安装角度θ_e小。中部鳍板10e的安装角度θ_e选择得比上部鳍板10f的安装角度θ_f略小，在相应鳍板的安装角度之间有下列关系：θ_f＞θ_e＞θ_d。

当船身1向前航行时，在船尾部的水流由于鳍板10a至10f的作用，其方向改变成与推进器5的回转方向相反，并被导入推进器5中。结果，在推进器5后面产生的回转流动被减少，因此，推进器的推进效率得到改善。

在钝形头部船只的情况下，在推进器位置处的水流分布如图18所示，水流方向相对于与推进器轴平行的线的夹角，在鳍板安装位置处对中部鳍板10b和10e以及上部鳍板10a和10f而言，差别是不大的，然而对下部鳍板10c和10d而言，则此角度比中部和上部鳍板的同样角度要小。但是，由于下部鳍板10c和10d的安装角度选择得比中部鳍板10b和10e以及上部鳍板10a和10f的安装角度要小些，因此相应的鳍板10a—10f不会有太大或太小的安装角度，故可以保持最优的迎角(鳍板前表面与水流之间形成的角度)，所以，可获得最佳推进效率改善效果。

换言之，根据第二个最优实施例，由于在不同的水深处各反作用鳍板的安装角度选择成大致适应于相应水流的安装角度，因此，相应的鳍板可以最大限度地形成回转流动，并且亦可使它们本身产生的阻力减至最小。

应该注意，假如反作用鳍板采用由综合第一个优选实施例和第二个优选实施例所形成的结构，则可以得到由各相应实施例产生的效果的多重结果。

此外，本发明的第三个优选实施例在图11中用其侧视图和反作用鳍板的后视图示出。这个优选实施例产生的效果用图12的线图表示，图中表示了尺寸参数I_O/D_P与所需功率的关系。

本发明的第四个实施例在图13中以其侧视图及沿XIII—XIII线所取的部分横截面图表示。这个优选实施例带来的效果用图14的线图表示，图中表示了尺寸参数C_F/D_P与所需功率的关系。

在图11和图12所示的第三个优选实施例中，在远离推进器轴4的轴心SC一个等于推进器直径D_P的35％的距离的假想圆柱表面上，推进器5的前缘与桨叶7a至7f的后缘之间的间隔I_O在推进器直径D_P的10％—40％的范围内选择。换言之，I_O/D_P＝0.1—0.4。

当装有这种反作用鳍板装置的船身向前航行时，推进器5由没有示出的主机带动回转，水流方向改变成与推进器5的回转方向相反，并流入推进器5中。结果，在推进器5后面产生的回转流动减小，这样，推进器5的推进效率得到改善。

在配备有反作用鳍板的情况下，一般说来，由于鳍板本身产生阻力，为了计算船身航行所必需的功率，必需将由阻力引起的所需功率的增加量从由反作用鳍板引起的推进器效率的提高量中减去，但在本发明的所示实施例的反作用鳍板装置的情况下，即使要考虑这一点，其所需功率还是减小的，如图12中实线曲线所示，这样船身比在没有鳍板的情况下(虚线)航行所需的功率要小。

应该注意，在上述的第三个实施例中，如果尺寸参数I_O/D_P的15％—25％范围内选择，则可获得最有效的推进效率。

其次，在图13所示的第四个优选实施例中，在离推进器轴4的轴心线；SCL35％推进器直径D_P的假想圆柱面上的鳍板7a—7f横截面的弦长C_F，如沿XIII—XIII线所取的部分横截面图所示，可选择为推进器直径D_P的25％或更小，例如10％—20％。

当装有这种反作用鳍板的船身1向前航行时，推进器5由没有示出的主机带动回转，水流方向改变成与推进器5回转方向相反，并流入推进器5中。结果，在推进器5后面产生的回转流动减小，因而，推进器的推进效率得到改善。

在那种情况下，如图14所示，鳍板7a—7f的弦长C_F与推进效率之间有密切关系，当尺寸参数C_F/D_P沿横坐标取值，所需功率的变化沿纵坐标取值时，因鳍板的阻力造成的所需功率的增大量用曲线B表示，由于反作用鳍板的作用造成推进效率改善所导致的所需功率的减小量用曲线A表示。

根据此线图，当C_F(在直径等于推进器直径35％，即0.35DP的假想圆柱面上的鳍板弦长)对D_P之比C_F/D_P为0.25或更小，特别是当C_F/D_P为10％—20％时，由反作用鳍板推进效率改善所引起的所需功率的降低超过由鳍板阻力引起的所需功率的增加，因此，在B—A曲线位于所需功率降低一侧的全部区域内都可得到推进效率改善的效果。

应当指出，如果如在上面的第四个优选实施例中所述那样，尺寸参数C_F/D_P选择为10％—20％，又如在上面的第三个优选实施例中所述那样，尺寸参数I_O/D_P选择为15％—25％，以及在推进器作向前回转时，推进器轮叶下降的船身侧面上的反作用鳍板的安装角度比在相对的船身侧面上的反作用鳍板的安装角度大，又如在以上第二个优选实施例中所述的那样，在相应的同一船身侧面上，从比推进器轴的位置稍低的位置处向外伸出的反作用鳍板的安装角度比在较高位置上伸出的反作用鳍板的安装角度小，侧作为第二，第三和第四个优选实施例的多重效果，可使推进效率进一步明显地大大改善。

此外，除了上述的新结构以外，假如在上面第一个优选实施例中所述的那样，中部的反作用鳍板做得比上部反作用鳍板稍短一些，下部的反作用鳍板做得比中部的反作用鳍板稍短一些，则作为第一，第二，第三和第四个优选实施例的多重结果，推进效率也可以明显地大大改善。

正如以上对本发明的几个优选实施例所作的详细描述那样，根据本发明，凭借着所附权利要求书中相应的每一条款所说明的结构特点，可以得到一种结构简单，成本低廉，性能优越而经济的船用反作用鳍板装置，因此本发明的工业上是很有用的。

当以上联系几个本发明的优选实施例对本发明进行说明时，很自然的会联想到，本发明还可有许多明显大不相同的实施例，这不会偏离本发明的精神。

Claims (1)

1.一种船用反作用鳍板装置，它包含有许多从位于螺旋推进器上游侧的推进器轴周围沿半径方向向外伸出的反作用鳍板，其目的是产生一个与推进器回转方向相反的回转流动施加到流入螺旋推进器中的水流上，以推动船尾，其特征在于推进器作向前回转时，推进器轮叶下降的船身侧面上的反作用鳍板的安装角度比在相对的船身侧面上的反作用鳍板的安装角度要大一些。

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