CN86103983A - 影响船用螺旋桨进口流场的导流装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种影响单螺旋桨和多螺旋桨船的螺旋桨进口流场的导流装置，在螺旋桨前的螺旋桨轴线的一侧或两侧至少设置一块导流板。其中在螺旋桨向上旋转侧至少装一块主导流板，它的型面中线的出口切线相对船的基线至少向下倾斜5°，它的长度小于螺旋桨桨叶长度的1.1倍。根据进口流场的具体情况将导流板支承在船体上，以便同时能起使水流转向的作用，从而进一步改善螺旋桨的进口流场。在导流板外缘可设防涡流板。

Description

本发明涉及一种影响单螺旋桨和多螺旋桨船的螺旋桨进口流场的导流装置，本螺旋桨前的螺旋桨轴线一侧或两侧至少设置一块导流板。

在设计推进器部件时，为了降低能量损失、减小对螺旋桨的激振和螺旋桨受气蚀的损害，有多种解决方案。这些方案中特别是有关降低涡流损失以及使螺旋桨进口流场均匀的结构。这些方案的缺点是，它们通常只提出以一、二种具体的减小能量损失为目标的单个解决措施，而把影响推进的其它特性的改善只认为是次要的。因此它们不足以适应实际工作中所提出任务的复杂性。

为了减少船用螺旋桨的涡流损失，现有多种多样的解决方案使螺旋桨前造成预旋，或在螺旋桨后通过导流装置利用旋转能量。在现有的技术中也有采用多块导流板使之与螺旋桨的进口流场相匹配，其中各导流板的形状和安装位置沿圆周变化很大，在一般情况下只在螺旋桨向上转动这一侧装设一块导流板。

对于造成适应于进口流场的预旋，DE-GM8314111所提出的装置是有代表性的。该装置中导流板的长度大于螺旋桨桨叶长度的1.1倍。但是这种长导流板引起在能量和功能方面的缺点。在导流板的外缘，导流板的环流降为零，并形成了一个从导流板的板端向后移动的涡流。当流过螺旋桨圆周面时，这一涡流会在螺旋桨上引起局部的不均匀入流条件，并增加气蚀的危险，使螺旋桨桨叶力产生波动。该装置较长的导流板伸出于螺旋桨圆周之外，可以使螺旋桨不受导流板板端涡流的影响。这对于大负荷的导流板特别重要。但是这种方案的缺点是，在螺旋桨圆周之外，尚存有不能回收的涡流能量，而且长导流板强度弱、振动特性差以及容易发生故障。尤其是这种方案不能在螺旋桨圆周面之内，导流面上的一个确定的位置，使大负荷导流板的环流降低，并同时阻止产生强烈的板端涡流。

此外由DE-AS3324753还已知一种在船尾水流附面层范围中设置得比较短和弯曲率比较大的结构。这种结构只影响靠近船壁区域中的流动介质，而不可能在螺旋桨圆周面的外部区域中造成预旋。而且它的效果只限于某些形状的船。

为了使螺旋桨进口区域中的流场均匀、防止船尾区的水流分离以及减轻螺旋桨的负荷，根据不同的螺旋桨采用不同大小和不同结构的喷管，然而它们并不能产生显著的预旋。

现有的这些方案还有一个缺点，即它们不能适应船所受到的各种不同的负荷情况。

本发明的目的是提出一种从能量和功能上都是有利的、能影响船用螺旋桨进口流场的可调整导流装置，它可以减小能量损失，与此同时还改善振动特性并有利于节省船的材料消耗。

本发明的任务是提供一种用来影响螺旋桨进口流场的导流装置，它使水流形成适当的预旋;在船壁处的附面层获得足够的垂直分量;减小通过螺旋桨时的压力脉冲激励和螺旋桨的推力偏心率;避免由于导流板板端涡流使导流板对螺旋桨产生不良后果;使导流板本身的摩擦保持在低水平;以及大大限制导流板的振动。这时，无论是进口流场的垂直分量还是轴向和横向分量均应能受到影响。

按本发明完成这些任务的方法是，将在单螺旋桨或多螺旋桨船上、在螺旋桨前的螺旋桨轴线的一侧或两侧、至少具有一块其形状与进口流场相适应并有一定型面的拱形导流板的用以影响螺旋桨进口流场的导流装置设计成这样，即在螺旋桨的向上旋转的一侧装有一块或多块主导流板，主导流板型面中线的出口切线向下倾斜并与船的基线至少成5°角，它的导流面长度小于螺旋桨桨叶长度的1.1倍。至少在导流面长度的中部使主导流板型面中线的出口切线所构成的出口角大于5°。

此外，按本发明在螺旋桨向下旋转的一侧装有辅助导流板，它具有与主导流板正好相反的拱形型面。本发明的这种富有优点的设计是将这一块导流板型面中线的出口切线至少向上倾斜5°，它的导流面长度小于主导流面长度的0.7倍。

使导流板高于螺旋桨轴是有利的，这时导流板可以是水平的、向上或向下倾斜的。

本发明另一个设计特点是导流板整个或局部是可调的。

这种导流板主要用来影响进口流场的垂直分量。

本发明进一步的设计是在导流板的外端装设有一定型面的支撑鳍，所以导流板支持在位于其上方的船体上。支撑鳍可以是垂直地或倾斜地向上伸展的。

应当使支撑鳍相对于船的中心面倾斜安装，支撑鳍与船中心面之间的距离顺着朝向螺旋桨的方向逐渐减小。支撑鳍可以做成整个或局部可调的。

当船中心面一侧或两侧具有多块导流板时，导流板外端固定在它所在一侧的支撑鳍上。

本发明的特征还有，在主导流板的外缘设有防涡流板。防涡流板亦可装在主导流板的中间。防涡流板可以具有不同形状，如棒槌形、不规则圆形或尖劈形翼面等形状。防涡流板的作用亦可由支撑鳍承担。

本发明的主要优点是，所要求的流动的转向只是通过少量导流板来实现;导流板伸出螺旋桨圆周之外很少;它所具有的结构和造形可以防止产生强大和集中的板端涡流。根据不同的进口流场可以设置辅助导流板，它也可以设计得很短，并且设有防涡流板。将导流板制成带扭向的以适应于进口流场是比较好的。这种导流板在螺旋桨圆周面的大部分区域中造成一个与螺旋桨旋转方向相反的方向一致的周向分量作为在螺旋桨前的预旋，因此螺旋桨工作时消耗能量小，并沿圆周负荷均匀，所以对于压力脉冲激励、推力偏心率和引起气蚀等方面均同时产生有利的影响。防涡流板可以按照螺旋桨的外径在一个确定的位置降低环流，可以影响或中断导流板涡流的滚动过程，并改善螺旋桨和导流装置的协同工作。当进口流场的轴向分量差别很大或还带有其它的不均匀性时，也要求去影响进口流场中的其它的分量。为此采用支撑鳍是合适的，通过它可实现对与船中心面成横向的流动产生显著的影响。这特别适用于在螺旋桨轴上部的区域。这时其优点是，所要求的支撑鳍同时被用来支撑产生预旋的导流板。

可以通过使导流装置整个或局部成为可调整的，来扩大对进口流场的影响。所提供的这种导流装置在船运行中可通过改变预旋在一定范围之内进行调整，以适应不同的载荷状态或船体阻力的改变、修正设计数据的偏差以及影响非稳态螺旋桨力的频谱。所建议的防涡流板同时提供了在导流板上安装可调整摆动板的结构位置。

按本发明的装置，可以用少量紧凑的结构实现必要的功能，并因此使导流装置的摩擦损失和材料消耗尽可能保持低水平。

下面借助于附图所示之实施例进一步说明本发明。其中：

图1    螺旋桨船上的导流装置结构的俯视图;

图2    图1所示结构的后视图;

图3    无防涡流板时图1所示结构的侧视图;

图4    各种不同方案的防涡流板的俯视图和侧视图;

图5    螺旋桨船上有两块导流板和两根支撑鳍结构的后视图;

图6    螺旋桨船上有三块导流板和两根支撑鳍结构的后视图;

图7    图5或图6的A-A剖视图;

图8    螺旋桨向下旋转一侧的侧视图。

图1和图2表示了设置在船尾1螺旋桨3前面螺旋桨轴线2两侧的导流装置。它们是具有一定型面的拱形，并相对于船的基面安装。螺旋桨3的旋转方向8在螺旋桨圆周9中用一个箭头表示。在螺旋桨3向上旋转的一侧所安装的导流装置为主导流板4，在螺旋桨3的向下旋转一侧的导流装置为导流板5。

每一个导流装置的长度、外廓形状、拱形和安装位置可以根据其进口流场而设计得有所不同。但是主导流板4的导流面长度LL应小于螺旋桨3的螺旋桨桨叶长度LP的1.1倍。

由图3可见，在螺旋桨3向上旋转侧的主导流板4中线11的出口切线10与船的基线12构成了一个出口角13，它至少有5°。至少在导流面长度LL的中部的出口角13应大于5°。

装在螺旋桨3向下旋转一侧导流板5的拱形型面与主导流板4正好相反（见图8）。导流板5中线11的出口切线20和船的基线12构成出口角19，这个角至少有5°。导流板5的面积比主导流板4小。导流板5的导流面长度LL2应小于主导流板4导流面长度LL的0.7倍。防涡流板6的各种型式表示在图4中。其中有棒槌形的6a，椭圆形的端板6b以及尖劈形翼面6c，后者亦可以是偏在一侧的（见6d和6e）。如方案6f所示，防涡流板6亦可以设在主导流板4中间作为导流片14。当然防涡流板6也可以采用在图中未表示的其它形状。

在导流装置出口边的范围内可以设置可调整的摆动板7以改变拱形型面的形状，或可以绕其自身的纵轴调整。图1中表示了贯穿主导流板4全长的这样一种摆动板7。但这种摆动板7也可以只是沿导流面长度LL的一部分，或也可以是一块接一块地安装的多块摆动板7。按图4中的方案6f，摆动板7只到导流片14处。

导流装置、主导流板4和导流板5也可设计成缝隙式翼面。

图5和图6表示了有导流作用的支撑鳍系统的结构。在导流板4、18的外端各有一根支撑鳍15、16。每根支撑鳍15、16具有有利于流动的型面，它们向上一直伸展到船体尾部1上固定它们的地方。支撑鳍15、16相对于船的中心面是倾斜安装的。支撑鳍与船中心面之间的距离沿着朝向螺旋桨3的方向逐渐减小。这一点在图7中表示得很清楚，图7是通过支撑鳍15、16的A-A剖视图。按照另一种实施例（见图6），在船中心面两侧共装有三块导流板4、17和18。导流板4、17的外端和导流板18的外端分别与支撑鳍15和16相连。

也可以使主导流板4和导流板5与其它影响推进的结构，如喷管、局部喷管、形状不对称的船尾以及其它类似物相组合。

导流装置的作用方式如下：主导流板4和导流板5在螺旋桨圆面的大部分区域内在螺旋桨3前面使水流造成一个有同样方向的周向分量的环流，以此作为预旋、螺旋桨在这种条件下工作时消耗的能量小，并沿圆周负荷均匀，所以对于压力脉冲激励和推力偏心率均同时产生有利的影响。其中主导流板4起使流动偏转以造成预旋的主要作用，导流板5协助使附面层流动以改善进口流场。

外缘的造型是重要的，尤其是对那些要使流动造成较大偏转的导流板，例如对主导流板4。

设置防涡流板6的作用是，抑制板端涡流的滚动过程，从而造成一个平坦的环流分布，以此避免强板端涡流的集中。

固定在导流板4、17和18外端和船尾1船体上的支撑鳍15、16既可进一步改善螺旋桨3的进口流场，又可使导流板4、17和18具有一个稳定的支撑。

所使用的符号表

1    船尾

2    螺旋桨轴线

3    螺旋桨

4    主导流板

5    导流板

6    防涡流板

6a    棒槌形

6b    端板

6c    尖劈形翼面

6d    偏向一侧的

6e    偏向一侧的

6f    导流片

7    摆动板

8    旋转方向

9    螺旋桨圆周

10    出口切线

11    型面中心线

12    基线

13    出口角

14    导流片

15    支撑鳍

16    支撑鳍

17    导流板

18    导流板

19    出口角

20    出口切线

LL    导流面长度

LL2    导流面长度

LP    螺旋桨桨叶长度

Claims (12)

1、影响单螺旋桨和多螺旋桨船的螺旋桨进口流场的导流装置，在螺旋桨前面的螺旋桨轴线一侧或两侧至少装设一块导流板，导流板是拱形型面，而且其形状与进口流场相适应，其特征为：在螺旋桨(3)的向上旋转侧装的一块或多块主导流板(4)，主导流板(4)型面中线的出口切线(10)向下倾斜，并与船的基线(12)至少成5°角，它的主导流面长度(LL)小于螺旋桨(3)的桨叶长度(LP)的1.1倍。

2、按照权利要求1所述之导流装置，其特征为：在螺旋桨（3）向下旋转侧装设了辅助导流板（5、18），它具有与主导流板（4）相反的拱形型面。

3、按照权利要求1和2所述之导流装置，其特征为：在螺旋桨（3）向下旋转侧装有导流板（5），它具有与主导流板（4）相反的拱形型面，导流板（5）型面中线（11）的出口切线（20）至少向上倾斜5°，它的导流面长度（LL2）小于主导流板（4）的长度（LL）的0.7倍。

4、按照权利要求1和3所述之导流装置，其特征为：在导流板（4、18）的外端装设有一定型面的支撑鳍（15、16），导流板（4、18）通过支撑鳍（15、16）支持在位于其上方的船体上。

5、按照权利要求4所述之导流装置，其特征为：支撑鳍（15、16）是垂直或倾斜地向上伸展的。

6、按照权利要求4和5所述之导流装置，其特征为：支撑鳍（15、16）相对于船中心面倾斜安装，支撑鳍（15、16）与船中心面之间的距离沿着朝向螺旋桨的方向逐渐减小。

7、按照权利要求4、5和/或6所述之导流装置，其特征为：导流板（4、17和18）的外端固定在它所在一侧的支撑鳍（15、16）上。

8、按照权利要求1所述之导流装置，其特征为：在主导流板（4）的外缘设有防涡流板（6）。

9、按照权利要求1或8所述之导流装置，其特征为：防涡流板（6）设在主导流板（4）的中间。

10、按照权利要求1、8和9所述之导流装置，其特征为：防涡流板（6）具有棒槌形（6a）、不规则圆形（6b）或尖劈形翼面（6c-6e）等形状。

11、按照权利要求1所述之导流装置，其特征为：至少在导流面长度（LL）的中部，主导流板（4）型面中线的出口切线（10）所构成的出口角（13）大于5°。

12、按照权利要求1至11所述之导流装置，其特征为：导流板（4、5、17、18）和支撑鳍（15、16）整个或局部设计成是可调的。

Images