CN117284463A - 一种多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，侧向推进器(1)开孔(5)设计为类似喇叭口的导流槽(6)形式。本发明基于船舶型线的大曲率特点，根据水流方向以及开孔端部横向梯度，在不同位置设计不同倒角角度，应用多曲率过度和优化，设计了一种多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽。本发明的优点在于减少结构的切削量，保留了结构的强度，保证了结构的安全。根据CFD软件对比，实船在特定航速工况下，本发明导流槽降低了侧推孔附近的压力，整体降低船舶阻力可达3.2％。
Description
技术领域
本发明涉及船舶设计制造领域，更具体地说，涉及船体中推进器导流槽的设计。
背景技术
侧向推进器越来越多地应在各种大型船舶艏部，用来解决随着船舶的尺寸越来越大，船舶进出港的难度也越来越大问题；以及应用在满足动力定位功能的船舶，提供横向的定位功能。
船舶艏部布置的侧向推进器,由于船舶最前端的型线变化非常大，导致侧向推进器开孔的阻力特别大，影响了船舶的性能。侧向推进器的导流槽可以有效减小涡流，减小侧向推进器开孔的阻力。如图1～6所示，侧向推进器1的常规导流槽设计是应用单一倒角角度，设计一种简单圆锥面导流槽，这种导流槽减租效果十分有限。而且如图7～10所示，如果大曲率型线的船舶应用这种单一倒角角度的导流槽，就会导致大量结构被切掉，破坏了船舶的结构强度，严重影响了船舶的安全。图中，标号标记为：侧向推进器1、开孔5、导流槽6、侧向推进器管道11，X为水平中截面方向，Y为垂直中截面方向，I为导流槽最上端，II为导流槽最下端，III为导流槽最前端，IV为导流槽最后端。
设计一种应用于大曲率型线船舶的导流槽，并且减少阻力，是需要解决的一个难题。
发明内容
本发明基于船舶型线的大曲率特点，根据水流方向以及开孔端部横向梯度，在不同位置设计不同倒角角度，应用多曲率过度和优化，发明创新设计了一种多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，旨在降低船舶阻力。
为了达到上述目的，本发明提供了1、一种多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，侧向推进器开孔设计为类似喇叭口的导流槽形式。
优选方式下，导流槽与侧向推进器管道最前端设计为最大倒角角度C1，150°≥C1≥90°；导流槽与侧向推进器管道最前端曲面设计为最小弦长D1，D1≤R1/3,R1为侧向推进器管道半径；导流槽与侧向推进器管道中截面前端设计为倒角角度E1，E1≤C1；导流槽与侧向推进器管道中截面前端曲面设计为弦长F1，D1≤F1；
导流槽与侧向推进器管道最后端设计为最小倒角角度C2，60°≤C2≤90°；导流槽与侧向推进器管道最后端曲面设计为最大弦长D2，D2≥R1；导流槽与侧向推进器管道中截面后端设计为倒角角度E2，C2≤E2；导流槽与侧向推进器管道中截面后端曲面设计为弦长F2，F2≤D2；
导流槽与侧向推进器管道最上端设计为倒角角度C3，C3＝90°；导流槽6与侧向推进器管道最上端曲面设计为弦长D3，D3≥D1；导流槽与侧向推进器管道中截面上端设计为倒角角度E3，E3≤C3；导流槽与侧向推进器管道中截面上端曲面设计为弦长F3，F3≤D3；
导流槽与侧向推进器管道最下端设计为倒角角度C4，C4＝90°；导流槽与侧向推进器管道最下端曲面设计为弦长D4，D4≥D1；导流槽与侧向推进器管道中截面下端设计为倒角角度E4，C4≤E4；导流槽与侧向推进器管道中截面下端曲面设计为弦长F4，F4≥D4。
优选方式下，所述侧向推进器开孔的孔口处遮盖有开孔格栅。所述开孔格栅设计为十字交叉结构；所述开孔格栅主结构为平铁形式；主结构方向为流线方向，位置为开孔外侧；主结构间隔G，G≤R1/5。所述开孔格栅的次结构为圆柱形式，次结构方向为垂直流线方向F，位置为开孔内侧；次结构间隔H，H≤R1/3。
本发明基于船舶型线的大曲率特点，根据水流方向以及开孔端部横向梯度，在不同位置设计不同倒角角度，应用多曲率过度和优化，创新设计了一种多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽。本发明的优点在于减少结构的切削量，保留了结构的强度，保证了结构的安全。常规方案的纵向切削长度约为侧向推进器管道半径的8倍，横向切削长度约为侧向推进器管道半径的5倍，高度切削约为侧向推进器管道半径的4倍。本发明的纵向切削长度约为侧向推进器管道半径的4倍，横向切削长度约为侧向推进器管道半径的2倍，高度切削约为侧向推进器管道半径的3倍，切削面积是常规方案的约1/6。根据CFD软件计算对比，实船在特定航速工况下，本发明导流槽，降低了侧推孔附近的压力，降低船舶阻力3.2％。
附图说明
图1是现有技术船体中减阻型侧向推进器导流槽的俯视示意图。
图2是相对图1的侧视示意图。
图3是图1中A处的局部放大俯视示意图。
图4是图1中A处的局部放大侧视示意图。
图5是图1中A处的局部放大水平中截面俯视图。
图6是图1中A处的局部放大垂直中截面侧视图。
图7是现有技术船体中第二类减阻型侧向推进器导流槽的俯视示意图。
图8是相对图7的侧视示意图。
图9是现有技术船体中第三类减阻型侧向推进器导流槽的俯视示意图。
图10是相对图9的侧视示意图。
图11是相对图7中本发明导流槽的B处的局部放大俯视示意图。
图12是相对图11本发明B处的局部放大侧视示意图。
图13是相对图11本发明B处的局部放大流线方向俯视图。
图14是相对图11本发明B处的局部放大水平中截面俯视图
图15是相对图11本发明B处的局部放大垂直流线方向侧视图。
图16是相对图11本发明B处的局部放大中截面侧视图。
图17是本发明B处设置格栅的俯视示意图。
图18是相对图16的侧视示意图。
图19是CFD软件计算无导流槽时压力分布示意图。
图20是CFD软件计算本发明导流槽压力分布示意图。
具体实施方式
如图11～18所示本发明多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，包括减少租力的侧向推进器导流槽6，以及减少租力的侧向推进器开孔格栅7。
侧向推进器1开孔5设计为类似喇叭口的导流槽6形式，避免结构几何的突变，避免产生大量涡流，减少了船舶阻力；导流槽6的形状为多倒角角度、多曲率光顺曲面；首先根据的流线方向，设计导流槽最长端的方向，本发明设计为导流槽最长端的方向与流线方向一致；根据流体软件模拟分析，导流槽最长端的方向与流线方向一致，导流槽的阻力最小。导流槽沿着流线方向和垂直流线方向与侧向推进器管道11的交点，确定为导流槽的最前端、最后端、最上端和最下端，并不是常规导流槽长度和高度方向的交点。
图中，M为流线方向，即水流方向；N为垂直流线方向。I为导流槽最上端，II为导流槽最下端，III为导流槽最前端，IV为导流槽最后端。
导流槽6与侧向推进器管道11最前端设计为最大倒角角度C1，150°≥C1≥90°；导流槽6与侧向推进器管道11最前端曲面设计为最小弦长D1，D1≤R1/3,R1为侧向推进器管道11半径；导流槽6与侧向推进器管道11中截面前端设计为倒角角度E1，E1≤C1；导流槽6与侧向推进器管道11中截面前端曲面设计为弦长F1，D1≤F1；
导流槽6与侧向推进器管道11最后端设计为最小倒角角度C2，60°≤C2≤90°；导流槽6与侧向推进器管道11最后端曲面设计为最大弦长D2，D2≥R1；导流槽6与侧向推进器管道11中截面后端设计为倒角角度E2，C2≤E2；导流槽6与侧向推进器管道11中截面后端曲面设计为弦长F2，F2≤D2；
导流槽6与侧向推进器管道11最上端设计为倒角角度C3，C3＝90°；导流槽6与侧向推进器管道11最上端曲面设计为弦长D3，D3≥D1；导流槽6与侧向推进器管道11中截面上端设计为倒角角度E3，E3≤C3；导流槽6与侧向推进器管道11中截面上端曲面设计为弦长F3，F3≤D3；
导流槽6与侧向推进器管道11最下端设计为倒角角度C4，C4＝90°；导流槽6与侧向推进器管道11最下端曲面设计为弦长D4，D4≥D1；导流槽6与侧向推进器管道11中截面下端设计为倒角角度E4，C4≤E4；导流槽6与侧向推进器管道11中截面下端曲面设计为弦长F4，F4≥D4；
侧向推进器开孔格栅可以有效防止侧向推进器管道11被大物堵塞；减少租力的侧向推进器开孔格栅7设计为十字交叉结构；减少租力的侧向推进器开孔格栅7的主结构为平铁形式，方向为流线方向，位置为开孔外侧，主结构间隔G，G≤R1/5；减少租力的侧向推进器开孔格栅7的次结构为圆柱形式，方向为垂直流线方向F，位置为开孔内侧,次结构间隔H，H≤R1/3；
通过图19和图20的情况，根据CFD软件计算对比，实船在特定航速工况下，本发明导流槽，降低了侧推孔附近的压力，降低船舶阻力3.2％。通过在水池应用模型试验对比，本发明可降低船舶阻力2％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，其特征在于，侧向推进器(1)开孔(5)设计为类似喇叭口的导流槽(6)形式。
2.根据权利要求1所述多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，其特征在于，
导流槽(6)与侧向推进器管道(11)最前端设计为最大倒角角度C1，150°≥C1≥90°；导流槽(6)与侧向推进器管道(11)最前端曲面设计为最小弦长D1，D1≤R1/3,R1为侧向推进器管道(11)半径；导流槽(6)与侧向推进器管道(11)中截面前端设计为倒角角度E1，E1≤C1；导流槽(6)与侧向推进器管道(11)中截面前端曲面设计为弦长F1，D1≤F1；
导流槽(6)与侧向推进器管道(11)最后端设计为最小倒角角度C2，60°≤C2≤90°；导流槽(6)与侧向推进器管道(11)最后端曲面设计为最大弦长D2，D2≥R1；导流槽(6)与侧向推进器管道(11)中截面后端设计为倒角角度E2，C2≤E2；导流槽(6)与侧向推进器管道(11)中截面后端曲面设计为弦长F2，F2≤D2；
导流槽(6)与侧向推进器管道(11)最上端设计为倒角角度C3，C3＝90°；导流槽(6)与侧向推进器管道(11)最上端曲面设计为弦长D3，D3≥D1；导流槽(6)与侧向推进器管道(11)中截面上端设计为倒角角度E3，E3≤C3；导流槽(6)与侧向推进器管道(11)中截面上端曲面设计为弦长F3，F3≤D3；
导流槽(6)与侧向推进器管道(11)最下端设计为倒角角度C4，C4＝90°；导流槽(6)与侧向推进器管道(11)最下端曲面设计为弦长D4，D4≥D1；导流槽(6)与侧向推进器管道(11)中截面下端设计为倒角角度E4，C4≤E4；导流槽(6)与侧向推进器管道(11)中截面下端曲面设计为弦长F4，F4≥D4。
3.根据权利要求1所述多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，其特征在于，所述侧向推进器(1)开孔(5)的孔口处遮盖有开孔格栅(7)。
4.根据权利要求3所述多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，其特征在于，所述开孔格栅(7)设计为十字交叉结构。
5.根据权利要求3所述多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，其特征在于，所述开孔格栅(7)主结构为平铁形式。
6.根据权利要求5所述多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，其特征在于，所述开孔格栅(7)设置主结构方向为流线方向，位置为开孔外侧。
7.根据权利要求6所述多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，其特征在于，所述开孔格栅(7)主结构间隔G，G≤R1/5。
8.根据权利要求3所述多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，其特征在于，所述开孔格栅(7)的次结构为圆柱形式。
9.根据权利要求3所述多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，其特征在于，所述开孔格栅(7)的次结构方向为垂直流线方向F，位置为开孔内侧。
10.根据权利要求3所述多曲率优化的减阻型侧向推进器导流槽，其特征在于，所述开孔格栅(7)的次结构间隔H，H≤R1/3。
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