CN116573127A - 一种抛物线型导流翼 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抛物线型导流翼，由不同开口方向的抛物型导流翼与放射状鳍片有机组合而成，其中，左开口导流翼与右开口导流翼形成的封闭结构，主要用于加速内部流动；左开口导流翼突出封闭结构的部分，主要用于改善左侧不利预旋；放射状鳍片用于改善不利预旋、支撑抛物线型导流翼。本发明的抛物线型导流翼，通过与流场精细配合，能够高效改变不利轴向(船舶前进方向)、周向(螺旋桨旋转方向)流动，达到显著提升节能效果目的。

Description

一种抛物线型导流翼

技术领域

本发明涉及一种船舶桨前水动力的导流翼，具体涉及一种船用抛物线型导流翼。

背景技术

水动力节能技术在过去四十年进行了广泛的研究，开发了补偿导管、舵附推力鳍、Mewis导管等多种节能装置并广泛应用于实船。近年来，出现了一些新型组合节能装置，如：

申请号CN201710152823.X公开的“一种船用前置导流翼”，包括左圆弧翼板、右圆弧翼板和多片导叶。但左圆弧翼板的半径限制在0.4-0.7R(R为螺旋桨半径)内，无法改变0.7R以外的不利流动，且导叶直接与船体连接，破坏了0.4R以内的有利预旋；右圆弧翼板与左圆弧翼板在螺旋桨轴下方未封闭，无法改善桨轴下方0.4R以内的不利流动，因此节能效果受到限制。

申请号CN202111325560.0公开的“一种船用螺旋线型导管鳍”，提出了一种导管鳍与流动精细配合的解决方案，通过螺旋线型导管与多片辐射状鳍片的有机组合，显著提高了节能效果。但由于结构形式较复杂，设计、加工、安装具有一定难度，实际应用受到一定限制。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题和局限，本发明提出一种与船体尾部流动更加匹配、且节能效果明显的抛物线型导流翼，通过抛物线型导流翼与放射状鳍片的合理布局和恰当衔接，实现对船舶尾部流场的明显改良和节能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种抛物线型导流翼，由不同开口方向的抛物型导流翼与放射状鳍片有机组合而成，其中，左开口导流翼与右开口导流翼形成的封闭结构，用于加速内部流动；左开口导流翼突出封闭结构的部分，用于改善左弦不利预旋；放射状鳍片用于改善不利预旋、支撑抛物线型导流翼。

进一步，所述抛物线型导流翼均分为上、下两个分支，分别位于坐标系不同象限，其中坐标系的定义为：从船尾向船首看，+X轴指向船体右舷，+Y轴垂直向上；不同抛物线型导流翼与放射状鳍片相互配合，形成有机的抛物线型导流翼。

进一步，从船艉向船艏方向看，所述抛物线型导流翼由一组左开口抛物线、一组右开口抛物线及若干鳍片构成，包括焦点位于X轴上、顶点分别位于+X和-X轴上的左开口和右开口抛物线型导流翼及呈辐射状分布鳍片。

进一步，顶点位于+X轴的左开口抛物线型主干导流翼，其控制方程为x＝a₁y²+b₁y+c₁；顶点位于-X轴的右开口抛物线型加速导流翼，其控制方程为x＝a₂y²+b₂y+c₂，其中，a₁、b₁、c₁和a_2、b_2、c₂分别为待定常数，且a₁<0,a₂>0；c₁>0,c₂<0。

进一步，顶点位于+X轴的左开口抛物线型主干导流翼顶点C位于x轴正半轴上，螺旋桨半径设为R，C点与原点O之间线段设为CO，CO的长度为0.4-0.7R；其上支位于第一、二象限，上支与+Y轴的交点分别设为B，B点与原点O之间距离为0.4-0.7R；起始点设为A点位于第二象限，A点与原点O之间线段设为AO，AO的长度为0.5-1.0R，AO与+Y轴之间的夹角为15～75°；所述左开口抛物线型主干导流翼下支位于第三、四象限，与-Y轴的交点设为D，D点与原点之间距离为0.4-0.7R；末端点设为E点位于第三象限，E点与原点O之间线段设为EO，EO的长度为0.5-1.0R，EO与-Y轴之间的夹角为15～75°。

进一步，位于船体左舷的右开口抛物线型加速导流翼顶点H位于-X上，H点与原点O之间线段设为HO，HO的长度为0.4-0.8R，其上支位于第二象限，起始点设为I点，I点与原点O之间线段设为IO，IO的长度为0.4-0.9R，IO与+Y轴之间的夹角为10～50°；其下支位于第三象限，末端点设为J点，J点与原点O之间线段设为JO，JO的长度为0.4-0.9R，JO与-Y轴之间的夹角为10～50°其中，R为螺旋桨半径。

进一步，所述放射鳍片以螺旋桨轴线为中心，向外侧呈放射状分布；第一象限和第四象限内设有至少两片预旋支撑鳍片，靠近原点的一端与船体连接，远离原点的另一端连接且不超出左开口抛物线型主干导流翼；第二象限和第三象限内设有至少一片预旋鳍片，靠近原点的一端与船体连接，远离原点的另一端连接且穿过右开口抛物线型加速导流翼。

进一步，位于第二象限和第三象限内的预旋鳍片，剖面弦长沿展长方向变化，轮廓为两个底边相等的等腰梯形拼接。

进一步，所述抛物线型导流翼分支单个或整体能在平面内平移或旋转。

进一步，所有抛物线型导流翼分支的剖面均为机翼剖面，机翼的剖面弦长、剖面形状、角度随着机翼周向可变。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种节能效果明显的抛物线型导流翼，通过与流场精细配合，两支抛物线型导流翼及鳍片有机配合能够高效改变不利轴向(船舶前进方向)、周向(螺旋桨旋转方向相同)流动，达到节能效果明显的目的。

1、根据船舶尾部流场特点，抛物线型导流翼可以布置在最恰当的位置，并采用最合理的形状和尺寸，精准改变船体尾部不利流场，从而提高螺旋桨的推进效率，最终达到在相同航速时所需的主机功率显著降低的目的；

2、左开口抛物线型主干导流翼位于船体左舷一侧机翼布置在船体不利预旋较强处；左开口抛物线型主干导流翼位于船体右舷一侧机翼、右开口抛物线型加速导流翼主要起加速机翼内部轴向流动作用。

3、放射状分布鳍片均布置在船体不利预旋较强处，位于船体左舷的鳍片靠近船体一侧弦长变短以减小对0.4R以内的有利预旋的破坏。

4、通过机翼翼型、尺度、安装位置、角度的精准设置，可以进一步提高推进效率。

本发明由四组抛物线线型机翼有机组合而成，具有明显的节能效果。

附图说明

图1为本发明的船用抛物线型导流翼的布局图；

图2为桨盘面有利和不利区域划分示意图；

图3为位于船体左舷鳍片展长方向轮廓示意图；

图中：1、左开口抛物线型主干导流翼；11、左开口抛物线型主干导流翼上支；12、左开口抛物线型主干导流翼下支；2、右开口抛物线型预旋导流翼；21、右开口抛物线型预旋导流翼上支；22、右开口抛物线型预旋导流翼下支；3、鳍片；31、32、预旋支撑鳍片；33、预旋鳍片；4、船体。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图1和附图2对本发明提供的一种船用抛物线型导流翼作具体阐述。其中实施例仅用于说明本发明而不用于本限制本发明的范围，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求的范围。

针对现有技术中存在的问题和局限(图3)，本发明开发了一种与船体尾部流动更加匹配、且节能效果明显的抛物线型导流翼，通过抛物线型机翼的合理布局和恰当衔接，实现对船舶尾部流场的明显改良和节能。

实施例一：

在以下实施例中，该船用抛物线型导流翼主要包括焦点在X轴正半轴上的左开口抛物线型主干导流翼1、左开口抛物线型主干导流翼上支11、左开口抛物线型主干导流翼下支12、焦点在X轴负半轴上的右开口抛物线型加速导流翼2、右开口抛物线型加速导流翼上支21、右开口抛物线型加速导流翼下支22、鳍片3、预旋支撑鳍片31、32、预旋鳍片33、船体4。

该抛物线型导流翼设置于螺旋桨前方并靠近螺旋桨的船舶尾部，其中机翼的截面为机翼剖面。

如图1所示，左开口抛物线型主干导流翼1焦点位于x轴上，控制方程为x＝a₁y²+b₁y+c₁，贯穿坐标系4个象限，其中左开口抛物线型主干导流翼1包括左开口抛物线型主干导流翼上支11、左开口抛物线型主干导流翼下支12。抛物线线的准线垂直于X轴正向轴；左开口抛物线型主干导流翼1不与船体4直接搭接。左开口抛物线型主干导流翼顶点C位于x轴正半轴上，CO的长度为0.5R，根据图2中桨盘面右舷不利流动区域尺寸确定；其上支位于第一、二象限，上支与Y轴正向轴的交点分别设为B，B点与原点O之间距离为0.5R；起始点设为A点位于第二象限，螺旋桨半径设为R,AO的长度为1.0R，AO与Y轴正向轴之间的夹角α为55°；左开口抛物线型主干导流翼下支位于第三、四象限，与Y轴负向轴的交点设为D，D点与原点之间距离为0.5R；末端点设为E点位于第三象限，EO的长度为1.0R，EO与Y轴负向轴之间的夹角β为55°。AO、EO的长度及Y轴之间的夹角α、β，根据图2中桨盘面左舷不利流动区域尺寸及强度分布情况确定。其中，a₁、b₁、c₁分别为待定常数。

进一步，位于船体左舷的右开口抛物线型加速导流翼顶点H位于x轴负半轴上，控制方程为x＝a₂y²+b₂y+c₂，HO的长度为0.5R；其上支位于第二象限，起始点设为I点，IO的长度为0.55R；其下支位于第三象限，末端点设为J点，JO的长度为0.55R。HO、IO、JO的长度根据图2中桨盘面左舷有利流动区域尺寸及强度分布情况确定。其中，a_2、b_2、c₂分别为待定常数。

进一步，船体右舷的放射状预旋支撑鳍片位于第一、四象限，靠近原点的一端与船体连接，远离原点的另一端连接且不超出左开口抛物线型主干导流翼，连接点设为F点、G点，FO的长度为0.6R，FO与Y轴正向轴之间的夹角为60°，GO的长度为0.6R，GO与Y轴负向轴之间的夹角为60°。FO、GO的长度及Y轴之间的夹角，根据图2中桨盘面右舷不利流动区域尺寸及强度分布情况确定。

进一步，船体左舷放射状预旋支撑鳍片位于第二象限，靠近原点的一端与船体连接，远离原点的另一端连接且穿过右开口抛物线型加速导流翼。连接设为H点，HO的长度为0.5R，末端点设为K点，KO的长度为0.9R，HO、KO与Y轴正向轴之间的夹角为80°；HO、KO的长度及Y轴之间的夹角，根据图3中桨盘面左舷舷不利流动区域尺寸及强度分布情况确定。

进一步，船体左舷的鳍片靠近船体一侧弦长变短以减小对0.4R以内的有利预旋的破坏。

进一步，顶点位于船体右舷的左开口抛物线型主干导流翼焦点位于x轴正半轴上，控制方程为x＝a₁y²+b₁y+c₁，各控制参数a₁、b₁、c₁根据图2中桨盘面有利预旋区域S和不利预旋区域T确定；左开口抛物线型主干导流翼位于船体右舷一侧主要起加速机翼内部轴向流动作用；位于船体左舷一侧布置在船体不利预旋较强处。

进一步，位于船体左舷右开口抛物线型加速导流翼焦点位于x轴负半轴上，控制方程为x＝a₂y²+b₂y+c₂，各控制参数a₂、b₂、c₂根据图2中船体左舷低速区域确定；右开口抛物线型加速导流翼主要起加速机翼内部轴向流动作用，并且避免破坏桨盘面与螺旋桨旋转方向相反方向的有利流动，以提高螺旋桨的推进效率。其中a₁<0,a₂>0；c₁>0,c₂<0。。

进一步，若干鳍片以螺旋桨轴线为中心，向外侧呈放射状分布；位于船体左舷的鳍片，连接且穿过右开口抛物线型加速导流翼，布置在图2中螺旋桨盘面左舷外侧不利预旋较强处，改善此处的不利预旋流动；位于船体右舷的鳍片，连接且不穿过左开口抛物线型主干导流翼，布置在图2中螺旋桨盘面右舷内侧不利预旋较强处，改善此处的不利预旋流动。

进一步，基于预旋最大、阻力最小化原则，左开口抛物线型主干导流翼1的弦长>放射状鳍片3的弦长>右开口抛物线型加速导流翼2的弦长，且导流翼和鳍片剖面的弦长沿周向不变。

进一步，各导流翼和鳍片剖面的布置根据船体尾部流动情况所确定。导流翼主要起对低速区加速、改善桨盘面预旋流动等作用，鳍片主要起到显著减弱或消除不利预旋、连接机翼和船体的作用。为达到更好的节能效果，导流翼和鳍片的弦长从内半径至外半径可以逐渐变化；根据不同船型，导流翼的弦长大于鳍片弦长或导流翼的弦长小于鳍片弦长；上述设置有助于使得节能效果最大化。

本发明的抛物线型导流翼具体实施方法：

首先，根据市场调研和船东需求，确定一型目标船，主要尺度和技术指标如下：总长：314.6m，型宽：52.5m，设计吃水：18m，排水量：230000t，航速12.5kn，螺旋桨旋向：右旋，螺旋桨直径：9.6m，螺旋桨设计转速：58.9r/min。

然后，确定水动力节能装置实施例一如下：

节能装置(抛物线型导流翼)尾缘到螺旋桨盘面的纵向距离为1.35m；

左开口抛物线型主干导流翼1焦点位于x轴上，控制方程为x＝-0.305y²+2.4，A与原点O之间距离，AO的长度为1.0R，与Y轴正向轴的夹角为60°；C与原点O之间距离，CO的长度为0.5R，E与原点O之间距离，EO的长度为1.0R，与Y轴负向轴的夹角为60°。

右开口抛物线型加速导流翼2，控制方程为x＝1.05y²-3.36，H与原点O之间距离，HO的长度为0.7R。鳍片3以螺旋桨轴线为中心，向外侧呈放射状分布，预旋支撑鳍片31布置在第一象限，与X轴正向轴的夹角为45°；预旋支撑鳍片32布置在第四象限，与X轴正向轴的夹角为30°；预旋鳍片33布置在第二象限，与X轴负向轴的夹角为15°。

鳍片弦长小于导流翼的弦长，且机翼剖面的弦长沿周向不变，各鳍片弦长相同。该节能装置设计方案可降低船舶油耗4％-8％。

实施例二(如图2)，在实施例一的基础上，整体绕原点逆时针旋转5°，并在第三象限布置预旋鳍片33，预旋鳍片33与X轴负向轴的夹角为10°。鳍片弦长大于导流翼的弦长，各机翼弦长相同。本实施例一的节能效果可再增加1-2％。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种抛物线型导流翼，其特征在于：由不同开口方向的抛物型导流翼与放射状鳍片有机组合而成，其中，左开口导流翼与右开口导流翼形成的封闭结构，用于加速内部流动；左开口导流翼突出封闭结构的部分，用于改善左弦不利预旋；放射状鳍片用于改善不利预旋、支撑抛物线型导流翼。

2.根据权利要求1所述的抛物线型导流翼，其特征在于：所述抛物线型导流翼均分为上、下两个分支，分别位于坐标系不同象限，其中坐标系的定义为：从船尾向船首看，+X轴指向船体右舷，+Y轴垂直向上；不同抛物线型导流翼与放射状鳍片相互配合，形成有机的抛物线型导流翼。

3.根据权利要求1所述的抛物线型导流翼，其特征在于：从船艉向船艏方向看，所述抛物线型导流翼由一组左开口抛物线、一组右开口抛物线及若干鳍片构成，包括焦点位于X轴上、顶点分别位于+X和-X轴上的左开口和右开口抛物线型导流翼及呈辐射状分布鳍片。

4.根据权利要求3所述的抛物线型导流翼，其特征在于：顶点位于+X轴的左开口抛物线型主干导流翼，其控制方程为x＝a₁y²+b₁y+c₁；顶点位于-X轴的右开口抛物线型加速导流翼，其控制方程为x＝a₂y²+b₂y+c₂，其中，a₁、b₁、c₁和a_2、b_2、c₂分别为待定常数，且a₁<0,a₂>0；c₁>0,c₂<0。

5.根据权利要求3所述的抛物线型导流翼，其特征在于：顶点位于+X轴的左开口抛物线型主干导流翼顶点C位于x轴正半轴上，螺旋桨半径设为R，C点与原点O之间线段设为CO，CO的长度为0.4-0.7R；其上支位于第一、二象限，上支与+Y轴的交点分别设为B，B点与原点O之间距离为0.4-0.7R；起始点设为A点位于第二象限，A点与原点O之间线段设为AO，AO的长度为0.5-1.0R，AO与+Y轴之间的夹角为15～75°；所述左开口抛物线型主干导流翼下支位于第三、四象限，与-Y轴的交点设为D，D点与原点之间距离为0.4-0.7R；末端点设为E点位于第三象限，E点与原点O之间线段设为EO，EO的长度为0.5-1.0R，EO与-Y轴之间的夹角为15～75°。

6.根据权利要求3所述的抛物线型导流翼，其特征在于：位于船体左舷的右开口抛物线型加速导流翼顶点H位于-X上，H点与原点O之间线段设为HO，HO的长度为0.4-0.8R，其上支位于第二象限，起始点设为I点，I点与原点O之间线段设为IO，IO的长度为0.4-0.9R，IO与+Y轴之间的夹角为10～50°；其下支位于第三象限，末端点设为J点，J点与原点O之间线段设为JO，JO的长度为0.4-0.9R，JO与-Y轴之间的夹角为10～50°其中，R为螺旋桨半径。

7.根据权利要求1所述的抛物线型导流翼，其特征在于：所述放射鳍片以螺旋桨轴线为中心，向外侧呈放射状分布；第一象限和第四象限内设有至少两片预旋支撑鳍片，靠近原点的一端与船体连接，远离原点的另一端连接且不超出左开口抛物线型主干导流翼；第二象限和第三象限内设有至少一片预旋鳍片，靠近原点的一端与船体连接，远离原点的另一端连接且穿过右开口抛物线型加速导流翼。

8.根据权利要求7所述的抛物线型导流翼，其特征在于：位于第二象限和第三象限内的预旋鳍片，剖面弦长沿展长方向变化，轮廓为两个底边相等的等腰梯形拼接。

9.根据权利要求1所述的抛物线型导流翼，其特征在于：所述抛物线型导流翼分支单个或整体能在平面内平移或旋转。

10.根据权利要求1所述的抛物线型导流翼，其特征在于：所有抛物线型导流翼分支的剖面均为机翼剖面，机翼的剖面弦长、剖面形状、角度随着机翼周向可变。