TWI505966B - 降低水上運輸工具的驅動力需要之裝置 - Google Patents

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Description

降低水上運輸工具的驅動力需要之裝置
本發明有關一種用於降低水上運輸工具特別為船的驅動力需要之裝置。根據本發明的裝置特別適合改進水上運輸工具的驅動系統之能源效率。
用於降低水上運輸工具的驅動力需要之裝置可從先前技術獲知。在EP 2 100 808 A1中，此一裝置包括(例如)一前導管。當從船的行進方向看時，此前導管特別安裝在推進器的短距離或直接上游。此外，翼(即是，(導流)翼或水翼)提供在前導管。前導管實質有平錐體部分的形狀，其中兩開口(入水口與出水口兩者)構成一實質圓形開口，且入水口的直徑大於出水口的直徑。因此，藉由在前導管安裝的翼所特別產生的預旋轉，便可改進推進器流入量、及降低推進器尾流的損失。明顯降低驅動力需要，因此，此一系統可節省燃料。
不過，上述先前已知的裝置對於推進器流入量具有相當大的阻力，使得在某程度上，降低驅動力需要主要只建立在較慢或更重的載貨船，所以已知的裝置通常只用在此船。
因此，本發明之目的是要提供一種用於降低水上運輸工具的驅動力需要之裝置，特別亦有效使用在快速與非常快速 的水上運輸工具，例如，具有20節或更大、或25節或更大速度的船舶。
此目的可藉由降低水上運輸工具的驅動力需要之裝置加以解決，該裝置包括一前導管，提供從前導管向外凸出的至少一外翼。前導管在船或水上運輸工具的行進方向中係位在水上運輸工具的推進器之上游。「在行進方向」的指定在此認為船或水上運輸工具的向前行進方向。除了例如在Kort導管或舵推進器中，沒有推進器位在前導管內。此外，前導管位在遠離推進器。前導管為採用一方法構成，該方法為流過該前導管的水流至少部分被導流至位於其後的推進器。前導管通常具有一管狀形式。不過，基本上，可採用任何其他類型的截面形狀，例如，有角的截面形狀。
前導管可在一部件或一部分或由數個個別部件組成中形成以形成一前導管，其中個別部件最好彼此焊接或焊接至船體。最好係，該前導管的至少一部分位在船推進器的推進器軸的下面。
基本上，前導管可只包括一導管或一導管環的一部分(例如，1/4導管環、1/3導管環、1/2導管環等)。在此一具體實施例中，當從圓周看時，該前導管構成開啟。不過，最好係，該前導管於圓周方向構成密閉。為了此目的，導管可於圓周方向構成連續環繞360°。在一構成多重部件的前導 管中，此外特別為一密閉導管圓周，該前導管的個別部件可連接船體及/或尾軸管，使得船體及/或尾軸管然後形成導管圓周的部件。
因為環繞圓周的前導管的最佳密閉輪廓，所以此具有由想像靠近在兩開口(入水口與出水口)的一前導管的導管表面區域所圍起的一內部區域。根據本發明，至少一外翼目前配置在此內部區域的外部，且更確切地說，當從前導管看時，從前導管向外凸出。特別係，至少一外翼可從前導管的外側凸出。
對照於先前技術，屬於前導管的一翼(即是，至少一外翼)目前提供在前導管的外部。權宜作法上，該外翼的至少一端區域配置在前導管的外壁表面上，且從此向外凸出。即是，該至少一外翼的其餘區域位在遠離該前導管(除了從外翼的一端區域之外)。因為一翼於第一次配置在前導管的外部，所以相較於從先前技術知道的裝置，目前可達成前導管的直徑及/或輪廓厚度可明顯減少，且儘管如此，至少一(外)翼仍然可達這些區域，其中流動損失特別高，且其中，為了有效率操作，預旋轉必須產生。相較於本發明，如果直徑只在從先前技術所知的裝置減少，翼不會充分遠離推進器轂延伸(當從推進器轂看時，在徑向)，且如此不再(或在較小程度上)會有正面影響個別相關推進器的流入量。
藉由附接一或多個翼至前導管的外部，可減少該前導管的直徑及因此其阻力，使得裝置現亦可用於快速與非常快速的船，其中保持對降低驅動力需要的正面影響或甚至進一步改進。由於外翼從前導管向外凸出，且不可能從推進器轂或尾軸管凸出，所以當從推進器軸看時，此可向外相對較遠延伸，儘管如此，仍有足夠力量，特別在於表面彎曲應力。
至少一外翼為一舵(即是一導流舵或一水翼)，位於前導管外部。通常，至少一外翼固定配置在前導管上。在此說明書中，術語「翼」基本上認為會影響推進器流入量的任何導流裝置，其中翼通常具有水翼輪廓，即是，一吸入與壓力側。因此，就配置在前導管的固定子意義，在目前連接的翼為導流表面，且會影響推進器流入量。特別係，最好該等翼具有特別圓弧形狀、向外彎吸入側與一實質平坦壓力側。
當從翼的長度看時，翼的輪廓可為一致或不一致性。特別係，當沿著翼的縱向看時，輪廓可向內折入本身，即是扭彎。
前導管可構成旋轉對稱或旋轉不對稱。此外，前導管可同心或離心配置在推進器軸。特別係，前導管的旋轉軸及/或縱軸可向上配置，及/或側面偏移有關推進器軸配置。此外，前導管可採一方法配置，該方法為前導管的旋轉軸或縱軸平行推進器軸延伸，或以有關推進器軸形成的一角度延 伸，因此與推進器軸形成傾斜。此外，相對於推進器軸，前導管最好在水平方向置中排列。因此，前導管的旋轉軸與推進器軸位在一垂直平面中。基本上，然而，有關於垂直通過推進器軸或平行推進器軸之前導管的扭彎配置亦可能。
前導管向上偏移有關推進器軸及/或側邊的配置可特別有利，因為水速度通常在前導管或推進器的下面區域較快於在上面區域，因為船的形狀或船體的結構。因為前導管的配置與推進器軸有關，所以可達成推進器流入量的均化作用，因此有更好的效率，適合船體的特別結構。
權宜作法上，前導管是由一連續及/或一部件環形體或導管環組成。前導管在船行進方向為配置在上游且遠離推進器。根據本發明之裝置可有利用於多重推進器船，其中一前導管於權宜作法上可指定給每一推進器。指定給推進器的裝置通常安裝固定在船體或在船體的固定位置。前導管連同水上運輸工具的推進器一起形成一驅動系統。
最好係，在前導管的縱向的個別(外部)翼的延伸為小於或短於前導管的長度。在本說明書中，「延伸」認為前導管的縱輪廓之區域或長度，其中翼在前導管的縱向延伸。特別最好係，在前導管縱向的個別翼之延伸小於前導管的長度的90%，相當特別最好小於80%，或甚至小於60%。縱向實質對應水流的方向。此外，最好係，翼實質配置在在導管的後區 域，即是，在面對推進器的區域。不過，大體上，在縱向於前導管的整個延伸上形成翼或在有關行進方向之翼的中央或前配置亦可能。
有利地係，該至少一外翼的一第一端固定在前導管。在此，該外翼的第一端可例如藉由凸緣式安裝以固定在前導管的外壁表面上，或可導入導管輪廓，即是，前導管的壁。或者，亦可透過前導管輪廓或前導管壁導引外翼。第一端形成該至少一外部端的根，且第二端形成該至少一外翼的頂端。
進一步權宜作法上，該至少一外翼的第二端構成一自由端，即是自支撐在推進器流入。特別係，只固定該外翼的第一端，即是在前導管，且該外翼的其餘區域為自支撐。大體上，可固定該至少一外翼的第二端(例如)在船體上。通常，不過，從不導引該至少一外翼至船體的流體動力觀點為充份且更有利，但只對進器流入的最佳化是必需的。
在一較佳具體實施例中，至少一內翼配置在前導管中。「前導管中」認為是前導管的內部區域。該至少一內翼最好實質設置，特別最好完全在前導管中，即是，不從前導管的兩開口之一者凸出、或只略微從其凸出。該至少一內翼的一第一端最好配置在前導管的內壁上，且權宜作法上，固定在前導管上。
進一步最好係，該至少一內翼固定在一軸承的一第二端，特別為一尾軸管，構成用於安裝水上運輸工具的一推進器的推進器軸。因此，內翼在從軸承至前導管的兩固定軸承點之間延伸。在兩端點之間，該內翼有一壓力側、一吸入側、一鼻緣帶與一尾緣帶。此結構亦同樣可套用於外翼。該至少一內翼可利用第二端直接安裝在船體、或在船體的外板，而不是安裝在一軸承上，此取決於船體的結構。
外翼的上述結構與形狀可同樣轉移到內翼的結構或可應用在內翼的結構。
前導管最好經由該至少一內翼連接至船體。此外(或者)，前導管亦可經由位於例如前導管或軸撐架臂下面或上面的進一步連接構件(例如「撐架」或固定夾)連接至船體。軸撐架臂至少在特定區域中亦可構成翼、內翼及/或外翼。該至少一內翼與該至少一外翼可有相同或不同的長度。
進一步權宜作法上，至少一外翼及/或至少一內翼在徑向實質配置在前導管的縱軸或旋轉軸、或配置在水上運輸工具的一驅動推進器的推進器軸。最好係，外翼與內翼之兩翼為徑向配置。在前導管為同軸配置在推進器軸且構旋轉對稱的情況中，前導管的縱軸或旋轉軸會落在推進器軸，使得該等翼然後徑向配置在所有三個軸。如果前導管與其旋轉軸或縱軸係與推進器軸偏移，這些便不再一致，且該等翼最好徑 向配置在推進器軸。大體上，該至少一外翼與該至少一內翼可以其個別切線形成的不同角度配置。該至少一外翼的切線通過在前導管的外壁表面上的一點，然而該至少一內翼的切線通過前導管的內壁表面的一點。
在一較佳具體實施例中，提供複數個外翼及/或複數個內翼。特別係，最好係，提供相同的外翼與內翼數目。不過，大體上，亦可提供不相等數目的外翼與內翼。
特別最好係，該裝置具有至少三個內翼及/或至少三個外翼，最好係，三至七個內翼及/或三至七個外翼。在一較佳具體實施例中，可提供奇數外翼及/或內翼數目。
進一步最好係，在前導管的推進器向上轉動側上可提供比在前導管的推進器向下轉動側上更多的外翼，及/或在前導管的推進器向上轉動側上可提供比在前導管的推進器向下轉動側上更多的內翼。術語「前導管的推進器向上轉動側」認為前導管的側邊，其中在前導管的前視中，前導管的推進器配置下游於向前運動中從底部轉動至頂端。因此，在推進器向下轉動側，推進器從頂端轉動至底部。權宜作法上，在目前情況所述的具體實施例因此可特別使用在前導管，該前導管的旋轉軸不會與推進器軸形成側面移置，而是垂直豎立在推進器軸上的平面，所以隨著由一中央垂直軸所想像劃分的前導管中，前導管之一半部位在推進器向上轉動側，且另 一半部則位在推進器的向下轉動側。
為了要減少推進器旋轉損失及降低由船體擾亂推進器流入所引起推進器回流盤旋，一(預)旋轉會由配置在前導管上的翼(外翼或內翼)產生，該前導管為採用一方法排列，該方法為，較於沒有前導管(翼位在前面)之一推進器，較小的水流盤旋會於推進器回流區域建立在推進器的下游相。如果在推進器向上轉動側比在推進器向下轉動側配置多於至少一外翼及/或一內翼，該推進器回流的盤旋會特別小。
或者(或此外)，對於在推進器向上轉動側與推進器向下轉動側上的外翼及/或內翼分佈，外翼及/或內翼可形成一不對稱外翼系統或一不對稱內翼系統。在此，不對稱性係關於(例如)與前導管的推進器軸或旋轉軸有關之該等翼的角配置、及/或諸如輪廓長度之尺寸、輪廓截面或另一量化。在關於前導管的推進器軸或旋轉軸所形成角配置之不對稱的情況中，當從前導管的推進器軸或旋轉軸的徑向看時，不相等的角分配會建立在個別外翼及/或內翼的軸之間。如果從前導管的橫截面看一，不對稱配置亦可提供，前導管的垂直中央軸可當作對稱的軸使用。對稱的軸通常同時分開前導管的向上轉動側向下轉動側。此結果為可採容易建構與配置之方式達成一特別有效的外翼系統或內翼系統。
在一進一步較佳具體實施例中，該至少一外翼配置在該 至少一內翼的延伸，使得兩者共同形成一完整翼。因此，例如，外翼與內翼的縱軸可實質位在彼此上，及/或外翼與內翼配置在共同徑向軸上。最好係，內翼(權宜作法上，配置在前導管的內壁表面上)的第一端位在相對於外翼(配置在外壁表面上)的第一端，使得只有前導管壁位在兩翼之間。大體上，兩端區域之每一者可進入輪廓或導管壁，使得這些然後可緊靠彼此，或彼此只略微隔開。亦可使用一連續翼，該連續翼為透過在前導管的凹部導引，且一小部分形成一外翼，另一小部分形成一內翼。因為此兩翼的最佳配置，所以流體地，可獲得一單翼，權宜作法上，從軸承延伸至外翼的自由端。如果提供複數個外翼與內翼，特別係，相同數目的外翼與內翼，該等翼之每一者可有利地成翼對配置，然後每一者形式完整翼。因此，例如，三個外翼與三個內翼可以一起形成三個完整翼。
相較於從先前的技術或使用不帶導管或導管元件之翼的配置所知的純固定子配置(從尾軸管徑向凸出)，透過提供前導管可獲得整個配置明顯增加強度。因此，為了最佳影響推進器的水流入或達成最好的可能效率，完整翼可設計成足夠長、具確保疲勞強度。對於前述已知不帶導管環之長翼的配置，時常無法達成疲勞強度。
完整翼的長度基本上大於或小於指定給前導管之水上運輸工具的推進器之半徑。完整翼的長度為從推進器軸至外 翼的最遠(自由)端測得，其中，或者，亦可包括在兩翼(外翼與內翼)之間配置的導管壁。最好係，完整翼的長度為推進器半徑的最大90%，特別最好只為最大75%。藉此達成裝置的足夠強度。
在一進一步較佳具體實施例中，該至少一外翼及/或該至少一內翼以前導管的推進器軸及/或縱軸徑向所形成的攻角配置。特別係，該至少一外翼與該至少一內翼能有不同的攻角。如果提供複數個外翼及/或內翼，該等翼在彼此間亦能有不同的攻角。藉由設定不同的攻角，可使預旋轉最佳化。調整的角度是例如由從個別翼的鼻緣帶至尾緣帶延伸的一翼弦、或從截面看亦為翼的縱軸、與前導管的推進器軸或縱軸所圍起。
在一進一步較佳具體實施例中，該至少一外翼有一自由端，從前導管的最遠處形成外翼的區域。在此自由端區域上，一翼尾段從外翼伸出。因此，例如，此翼尾段的縱軸可位在與外翼的縱軸所形成的一角度上。在此情況，術語「伸出翼尾段」基本上意謂配置在外翼的自由端區域之所有組件不是精確配置在外翼的延伸，而是從外翼、或以從外翼形成的一特定角度偏斜伸出，或從外翼的想像延伸輪廓外形偏離。因此，翼尾段從翼平面伸出。此一伸出的翼尾段動作類似飛機機翼的「小翼」，且降低在外翼末端區域形成分離旋渦之可能性與發生空泡。
該翼尾段能以一半徑轉換成外翼的自由端區域。或者，該翼尾段能以一角度安裝在外翼的自由端上，使得翼尾段平面與外翼平面都在此角度上。
大體上，在外翼的兩側(即是在壓力側與吸入側兩者)上的翼尾段可從此或只有兩側之一者上伸出。在最後具體實施例中，最好係，翼尾段只伸向外翼的吸入側，因為可達成有關降低旋渦形成的流體動力效果。對於翼尾段在外翼兩側上伸出或凸出的具體實施例而言，兩個別的翼尾段亦可提供，然後每一者在一側上伸出。大體上，不過，在此具體實施例中，翼尾段的一部件設計是可能的。
進一步最好係，在至少一外翼與至少一內翼的使用上，外翼的長度大於內翼的長度。特別係，外翼的長度可至少1.5倍大於內翼的長度，最好至少兩倍大於內翼的長度。因為此具體實施例，可達成有關驅動力需要與裝置穩安性的改進效果。因為在此較佳具體實施例的長度分佈，所以前導管或導管環配置相當靠近推進器軸的軸承，使得該裝置有相當低的阻力且亦可用於非常快速的船。基本上，不過，可設計為至少一內翼的長度大於至少一外翼的長度，例如至少1.5倍或至少兩倍長度，或兩者有近似相同的長度。
同樣地，優點是如果前導管的直徑不超過(船)推進器 (配置前導管)直徑的85%，最好不超過70%，特別最好不超過50%或不超過35%。此亦確保導管輪廓或導管環整體不會太大，且因此前導管的阻力如此低，亦可在快速與非常快速的船上使用該裝置。如果前導管不是旋轉對稱或圓柱形或錐形(非直徑)，前導管在高度或寬度的最大延伸可與推進器的直徑有關。此外，在權宜作法上，應使用前導管的外徑。
為了要確保裝置有足夠的低阻力，根據一進一步具體實施例，可提供前導管的輪廓厚度不超過前導管長度的10%，最好不超過7.5%，特別最好不超過6%。在此，應使用最大輪廓厚度與最大縱向延伸，即是從前導管之一開口至另一開口。透過此，亦進一步降低裝置的阻力。
在一進一步較佳具體實施例中，一穩定支柱進一步提供配置介於軸承與前導管的內側之間，且固定在軸承與前導管兩者上。如果根據裝置的局部狀況或特別結構，此一穩定支柱可提供，裝置或前導管的額外穩定或保持是想要的。在穩定支柱的延伸中，前導管外部通常沒有提供進一步穩定支柱或甚至一外翼。該穩定支柱基本上可構成一沒有導流特性的正常壓縮或伸縮桿。或者，該穩定支柱本身亦有(例如)用於特別影響推進器水流之一翼輪廓，即是一水翼輪廓或類似，以產生預旋轉。
該至少一外翼及/或該至少一內翼可構成後掠翼。特別 從空中旅行知道的術語「後掠翼」在本說明書中認為與前導管的縱軸的垂線所形成外翼及/或內翼之角度偏差。在此示例中，當從貫流方向看時，翼(內翼及/或外翼)的前緣及/或尾緣則與垂線形成的一角度傾斜(這些狀態已知為前緣後掠或尾緣後掠)。在一具體實施例中，只有外翼及/或內翼的前緣和垂線形成傾斜，或位於和垂線形成的一角度上，且尾緣為近似平行於垂線配置。只有至少一外翼構成一後掠翼但不是至少內翼亦可為具體實施例。在另一具體實施例中，該至少一外翼與該至少一內翼兩者構成後掠翼。當前導管包括至少一完整翼時，此為特別最好，其中完整翼然後特別最好構成一連續後掠翼，即是，該至少一外翼與該至少一內翼的前緣及/或尾緣和前導管的縱軸之垂線形成相同的角度偏差。
在下列所示各種不同具體實施例中，相同組件使用相同參考編號表示。
圖1顯示一船體(30)的後下面區域的後視圖。一構成為尾軸管的軸承(31)於近似水平方向中從來自尾部的船體(30)伸出。在圖1的圖示中，軸承(31)從圖平面伸出或進入圖平面。一沿著推進器軸(32)延伸的推進器軸(未在圖顯示)安裝在軸承(31)。在圖1的圖示中，推進器軸(32)亦從圖平面伸出或進入圖平面。推進器軸(32)同時形成一前導管(10)的縱軸，該前導管為繞推進器軸(32)同心配置。由於在目前示範 性具體實施例的前導管(10)顯示為一旋轉對稱體，所以推進器軸(32)同時亦形成前導管(10)的旋轉軸。推進器(33)只示意表示為一推進器圓，由於此在行進方向位於前導管(10)的下游，因此在圖平面的外部。目前的船為所謂的單推進器船，因此只有一推進器(33)。
前導管(10)有一周圍密閉前導管壁(11)，又包括一內壁表面(12)與一外前導管壁表面(13)。一垂直中央線(34)與一水平中央線(35)畫過推進器(33)。由於前導管(10)為同心配置在推進器(33)，所以中央線(34、35)亦為前導管(10)的中央線。推進器軸(32)位在兩中央線(34、35)的交叉點。在前導管(10)由該垂直中央線(34)的想像分割中，左前導管半部為前導管(10)的推進器向上轉動側(14)，且右前導管半部為前導管(10)的推進器向下轉動側(15)。
內翼(21a、21b、21c)之每一者為配置在軸承(31)與前導管壁(11)的內側(12)之間運轉，且提供位在前導管(10)的推進器向上轉動側(14)(關於一順時針推進器)。另一內翼(21d)(亦介於軸承(31)與前導管壁(11)之間延伸)安裝在推進器向下轉動側(15)，且明確係，繞水平中央線(35)。內翼(21a、21b、21c、21d)之每一者固定在軸承(31)且在前導管(10)上。從外部前導管壁表面(13)，四個外翼(20a、20b、20c、20d)從前導管(10)向外凸出。外翼(20a、20b、20c、20d)之每一者為配置在內翼(21a、21b、21c、21d)的延伸。 外翼(20a、20b、20c、20d)以及內翼(21a、21b、21c、21d)全部與前導管的推進器軸(32)或旋轉軸形成徑向配置，因此在徑向延伸至推進器軸(32)。內翼(21a、21b、21c、21d)的縱軸在一想像的延伸上近似對應外翼(20a、20b、20c、20d)的縱軸。因此，個別的翼對(20a、21a；20b、21b；20c、21c；20d、21d)之每一者形成一完整翼。即是，該等翼對的流體運動近似一連續翼，但實際上被前導管(10)中斷，且每一者固定其上(例如，藉由焊接或藉由焊接至前導管)。該裝置(100)藉此獲得具相當大完整翼長度的高穩定度。
整體上，三個完整翼配置在推進器向上轉動側(14)，且一完整翼配置在推進器向下轉動側(15)。在推進器向下轉動側(15)且明確在水平中央線(35)下面，進一步提供一穩定支柱(22)，該穩定支柱介於軸承(31)與前導管(10)之間延伸，且連接兩者。此穩定支柱(22)為採用一方法構成，該方法為該穩定支柱當作一壓縮或伸縮桿，且固定前導管(10)至船體及穩定該前導管。該穩定支柱(22)並未構成一翼，即是該穩定支柱沒有一水翼輪廓或類似，但採用一方法構成，該方法為儘可能不影響水流。相較於翼(20a、20b、20c、20d、21a、21b、21c、21d)，該穩定支柱(22)具有較大的輪廓寬度。
該等外翼(20a、20b、20c、20d)之每一者有一第一端(201)，該第一端配置在前導管(10)的外壁表面(13)，且連接該前導管(10)。該等外翼亦有一第二端(202)，該第二端 相對於第一端(201)且構成一自由端。翼尾段(23)從第二端(202)側面延伸。在圖1的圖示中，翼尾段(23)之每一者指向外翼(20a、20b、20c)的下側，其為形成吸入側。在外翼(20d)上，彼此對稱性配置的兩翼尾段(23)提供在自由端(202)。一翼尾段(23)伸向外翼(20d)的上側，且一翼尾段伸向下側。該翼尾段(23)為當作「小翼」，且降低在外翼(20a、20b、20c、20d)的自由端(202)區域中發生所謂湍流分離與空泡現象。該等翼尾段(23)之每一者以一半徑轉變成個別的外翼(20a、20b、20c、20d)。
圖2顯示類似圖1所示。在根據圖2的具體實施例中，不像圖1，帶有旋轉軸(16)(同時亦形成前導管(10)的縱軸)的前導管(10)從該推進器軸(32)向上偏移。因此，內翼(21a、21b、21c、21d)有不同長度，然而在圖1所示的圖示中，內翼(21a、21b、21c、21d)全部有相同的長度。相較於圖1所示的具體實施例，該穩定支柱(22)亦縮短。此外，在圖2所示的圖示中，外翼(20a、20b、20c、20d)亦有不同的長度，然而在圖1所示的圖示中，外翼(20a、20b、20c、20d)之每一者有相同的長度。在圖1的具體實施例與圖2的具體實施例之兩者中，推進器(33)的半徑在每一情況大於(最長)完整翼的長度。在圖2的具體實施例中，最長完整翼(例如，由外翼(20c)與內翼(21c)所組成)的長度為長於圖1所示的完整翼。
圖3顯示船的下面尾部分的側視圖。一軸承(31)為構成一尾軸管，其中配置一推進器軸(未在此顯示)，該軸承從一船體(30)的尾部以近似水平伸出。該推進器軸沿著一推進器軸(32)延伸。一推進器(33)提供在軸承(31)的末端。一前導管(10)進一步提供在推進器(33)的前進方向。旋轉軸或縱軸(16)透過旋轉對稱的前導管(10)中心延伸。前導管(10)為從推進器軸(32)向上偏移至旋轉軸(16)。此外，旋轉軸(16)與推進器軸(32)傾斜角度α。即是，當從關於推進器軸(32)傾斜或偏斜向下的行進方向看時，前導管(10)與其前面上緣排列或配置。在前導管(10)的上面區域中，一外翼(20)從前導管(10)向上伸出。當從行進方向看時，外翼(20)位於面對推進器(33)之前導管(10)的後區域。一用於操縱船的舵(36)在行進方向中為提供在推進器(33)的下游。
圖4顯示一翼的範例之截面圖。大體上，所示的翼可為一外翼(20a、20b、20c、20d)或一內翼(21a、21b、21c、21d)的截面圖。在圖4所示的範例中，所示的翼為一外翼(20)。該翼(20)位於圖4所示圖示上面有一彎曲的吸入側(203)、且位於相對側有一實質平坦壓力側(204)。形成該翼(20)的前緣之一部分的圓形前面(207)將置於水流中，即是在安裝固定狀態為配置在前導管的上游。大意是說，近似逐漸變細(即是輪廓端)的背弧面(208)，即為形成翼(20)的尾緣之一部分，在安裝固定狀態為配置在前導管(10)的推進器之下游。
圖5顯示根據本發明的裝置(100)之另一具體實施例的透視圖。此裝置(100)亦包括：一導管環，於圓周方向本身自成密閉，或為一前導管(10)；及四個外翼(20a~20d)與四個內翼(21a~21d)，其中分別一對翼(20a、21a；20b、21b；20c、21c；20d、21d)形成一完整翼。該等個別的翼(20a~20d；21a~21d)之每一者有如圖4所示方法的截面輪廓。特別係，該等翼(20a~20d；21a~21d)之每一者包括一吸入側(203)與一壓力側(204)。該等翼(20a~20d；21a~21d)之每一者配置在前導管(10)的後區域。在圖5的示圖顯示一分解圖類型，使得個別翼(20a~20d；21a~21d)在連接前導管(10)的狀態上不是連續性顯示。當從行進方向(37)看時，外翼(20a~20d)與內翼(21a~21d)兩者配置在前導管(10)的後區域。特別係，當從行進方向看時，後區域不長於前導管(10)之總長度的70%，最好為55%。為了清楚緣故，前導管(10)在圖5採透視法顯示，使得外翼(20a~20d)與內翼(21a~21d)之每一者可完全識別。
翼尾段(23)，即附接外翼(20a~20d)的第二端(202)之每一者為採板片的方式構成，且在一側上從外翼(20a~20d)加以側面延伸。構成板片之翼尾段(23)的邊緣(231)，即面對外翼(20a~20d)的前緣或前面(207)，側面延伸至前導管(10)的主流入方向(18)，且略微向後斜。翼尾段(23)的兩側緣(232)為近似平行於主流入方向(18)排列；然而，翼尾段(23) 的尾緣(233)實質正交延伸至主流入方向(18)。關於外翼(20a~20d)的縱向，翼尾段(23)則採90°至120°角度向外凸出，其中在一順時針推進器情況，翼尾段(23)在推進器的旋轉方向從外翼(20a~20d)側面伸出。在圖5所示的裝置(100)中，該等內翼(21a~21d)之每一者具有比外翼(20a~20d)更長的長度。此外，所有外翼(20a~20d)在長度、寬度與深度上有相同的尺寸、以及輪廓形狀。同樣可類似套用於內翼(21a~21d)。由於內翼(21a~21d)有相同的長度，所以前導管(10)的旋轉軸或縱軸與推進器軸形成同軸配置，即是兩軸相互位在另一者上。
外翼(20a~20d)構成後掠翼，然而內翼(21a~21d)則不是。此可從圖6的圖示詳細看出，此圖顯示圖5所示裝置(100)的側視圖。圖6的圖示指出前導管(10)的旋轉軸或縱軸(16)，及指出與旋轉軸(16)形成的一第一向上伸出垂線(17a)與一第二向下伸出垂線(17b)。為了清楚緣故，圖6的前導管(10)採透明顯示，使得可識別內部的內翼(21b~21d)。可進一步識別，內翼(21b)的前緣(205)實質配置平行於垂線(17a)。亦可識別內翼(21d)的尾緣(206)為實質配置平行於垂線(17b)。由於內翼(21b~21d)有相同的結構，所以這些平行配置同樣可套用於所有內翼(21b~21d)。換句話說，當從主流入方向(18)看或當從行進方向(37)看時，內翼(21b~21d)的深度在內翼(21b~21d)的長度上為實質不變。內翼(21b~21d)因此不構成後掠翼。
相較於此，外翼(20b~20d)為構成後掠翼，且明確地係，具有一前緣後掠。因此，外翼(20b)的前緣(205)則以與垂線(17a)形成的後掠角度β排列。因為相同結構，所以此同樣可套用於其餘外翼。外翼(20b~20d)的尾緣(206)再次排列實質平行垂線(17a、17b)，使得外翼(20b~20d)的尾緣不是後掠，即是，不會以與垂線形成的角度傾斜。因此，當從第一端(201)至第二端(202)的行進方向(37)看時，外翼(20b~20d)的深度會減少。由於前緣(205)為直線，所以從一端(201)至另一端(202)會連續減少。未在圖6顯示的外翼(20a)與內翼(21a)係構成類似另一內翼(21b~21d)與外翼(20b~20d)。
在圖6可進一步識別，前導管(10)的外徑在主流入方向(18)為連續減少。同樣地，前導管(10)的內徑在主流入方向(18)減少，但不是連續，因為內前導管壁面(11)的輪廓圖為拱式結構。
圖7顯示根據本發明之一裝置(100)的另一具體實施例，該裝置構成類似圖5與圖6。特別係，該裝置(100)亦包括四個外翼(20a~20d)與四個內翼(21a~21d)，其中一翼對分別形成一完整翼。在圖7所示具體實施例及圖5與6、和1與2所示具體實施例的兩者中，完整翼為不對稱配置在前導管(10)中。
相對於根據圖5與圖6的具體實施例，在圖7所示的具體實施例中，外翼(20a~20d)的第二端(202)不是採某角度轉至翼尾段(23)，而是採用帶有一半徑的漸變段(23a)。此外，在圖7中，完整翼穿過前導管(10)，即是，該等完整翼是在一部件上形成，然而在圖5與圖6所示的具體實施例中，完整翼之每一者則在兩部件形成，且內翼與外翼之每一者分別固定至前導管(10)。在根據圖7所示具體實施例(有關根據圖5與6的具體實施例)的另一差異在於內翼(21a~21d)以及外翼(20a~20d)兩者構成後掠翼。在此，亦只有翼的前緣於每一情況構成後掠，但不是尾緣。內翼(21a~21d)的前緣後掠則以同樣用於外翼(20a~20d)的垂線至旋轉軸的角度達成，使得可獲得一帶有固定角度的連續前緣後掠。
在圖7進一步確認，該裝置(100)安裝在船體(30)且清楚在船體(30)後端的行進方向(37)。
10‧‧‧前導管
11‧‧‧前導管壁
12‧‧‧內部前導管壁表面
13‧‧‧外部前導管壁表面
14‧‧‧推進器向上轉動側
15‧‧‧推進器向下轉動側
16‧‧‧在前導管的旋轉軸
17‧‧‧與旋轉軸形成直角
17a、17b‧‧‧垂線
18‧‧‧主流入方向
20、20a、20b、20c、20d‧‧‧外翼
21a、21b、21c、21d‧‧‧內翼
22‧‧‧穩定支柱
23‧‧‧翼尾段
23a‧‧‧漸變段
30‧‧‧船體
31‧‧‧軸承
32‧‧‧推進器軸
33‧‧‧推進器
34‧‧‧垂直中央線
35‧‧‧水平中央線
36‧‧‧舵
37‧‧‧行進方向
100‧‧‧裝置
201‧‧‧外翼的第一端
202‧‧‧外翼的第二端
203‧‧‧吸入側
204‧‧‧壓力側
205‧‧‧前緣
206‧‧‧尾緣
207‧‧‧前面
208‧‧‧後面
231‧‧‧邊緣
232‧‧‧側緣
233‧‧‧尾緣
α‧‧‧介於旋轉軸與推進器軸之間的夾角
β‧‧‧後掠角
本發明經由下圖所示的示範性具體實施例進一步詳細解釋，其中：圖1顯示前導管與推進器為同軸配置的船體之下面區域的後視圖；圖2顯示前導管與推進器軸形成向上偏移的船體之下面區域的後視圖；圖3顯示外翼與推進器軸形成傾斜之一前導管的側視 圖；圖4 顯示一翼的截面圖；圖5顯示該裝置的一進一步具體實施例的透視圖；圖6顯出圖5所示裝置的側視圖；及圖7顯示安裝船體的裝置之進一步具體實施例的透視圖。
10‧‧‧前導管
11‧‧‧前導管壁
12‧‧‧內部前導管壁表面
13‧‧‧外部前導管壁表面
18‧‧‧主流入方向
20a、20b、20c、20d‧‧‧外翼
21a、21b、21c、21d‧‧‧內翼
23‧‧‧翼尾段
23a‧‧‧漸變段
37‧‧‧行進方向
100‧‧‧裝置
201‧‧‧外翼的第一端
202‧‧‧外翼的第二端
203‧‧‧吸入側
204‧‧‧壓力側
205‧‧‧前緣
206‧‧‧尾緣
231‧‧‧邊緣
232‧‧‧側緣
233‧‧‧尾緣

Claims (19)

  1. 一種用於降低水上運輸工具的驅動力需要之裝置(100)，特別為一船，該裝置包括一前導管(10)，其特徵為至少一外翼(20a、20b、20c、20d)從該前導管(10)向外凸出，且該至少一外翼(20a、20b、20c、20d)的一第一端(201)固定在該前導管(10)，且該至少一外翼(20a、20b、20c、20d)的一第二端(202)構成一自由端。
  2. 如請求項1所述之裝置，其特徵為該至少一內翼(21a、21b、21c、21d)配置在該前導管(10)中，其中最好係，該內翼(21a、21b、21c、21d)的一第一端配置在該前導管(10)的內壁表面(12)上，且特別最好係，固定在該前導管(10)。
  3. 如請求項2所述之裝置，其特徵為該至少一內翼(21a、21b、21c、21d)固定在一軸承(31)的第二端，特別為一尾軸管，構成用於安裝水上運輸工具之一推進器(33)的推進器軸。
  4. 如請求項2所述之裝置，其特徵為該至少一外翼(20a、20b、20c、20d)及/或該至少一內翼(21a、21b、21c、21d)為徑向配置在該前導管(10)的縱軸或旋轉軸(16)，或徑向配置在水上運輸工具之一推進器(33)的推進器軸(32)。
  5. 如請求項1所述之裝置，其特徵為提供複數個外翼(20a、20b、20c、20d)，其中特別係，在該前導管(10)的該 推進器向上轉動側(14)上，提供比在該前導管(10)的該推進器向下轉動側(15)上更多的外翼(20a、20b、20c、20d)，及/或該等外翼(20a、20b、20c、20d)為採用該等外翼形成一不對稱外翼系統之此一方法配置。
  6. 如請求項2所述之裝置，其特徵為提供複數個內翼(21a、21b、21c、21d)，其中特別係，在該前導管(10)的該推進器向上轉動側(14)上，提供比在該前導管(10)的該推進器向下轉動側(15)上更多的內翼(21a、21b、21c、21d)，及/或該等內翼(21a、21b、21c、21d)為採用該等內翼形成一不對稱內翼系統之此一方法配置。
  7. 如請求項2所述之裝置，其特徵為該至少一外翼(20a、20b、20c、20d)配置在該至少一內翼(21a、21b、21c、21d)的延伸中，且兩者一起形成一完整翼。
  8. 如請求項7所述之裝置，其特徵為該完整翼的長度為大於或小於水上運輸工具之一推進器(33)的半徑。
  9. 如請求項8所述之裝置，其特徵為該完整翼的長度為該推進器(33)的半徑之最大90%。
  10. 如請求項8所述之裝置，其特徵為該完整翼的長度為該推進器(33)的半徑之最大75%。
  11. 如請求項2所述之裝置，其特徵為該至少一外翼(20a、20b、20c、20d)、或該至少一內翼(21a、21b、21c、21d)採用有關該推進器軸(32)、及/或有關該前導管(10)的縱軸所形成之一攻角配置，其中特別係，該至少一外翼(20a、20b、20c、20d)與該至少一內翼(21a、21b、21c、21d)具有不同攻角。
  12. 如請求項1述之裝置，其特徵為該至少一外翼(20a、20b、20c、20d)有一自由端(202)，其中提供從該外翼(20a、20b、20c、20d)凸出的一翼尾段(23)。
  13. 如請求項12所述之裝置，其特徵為該翼尾段(23)採用一半徑或一角度轉變成該外翼(20a、20b、20c、20d)的自由端。
  14. 如請求項12所述之裝置，其特徵為該翼尾段(23)只在來自該外翼(20a、20b、20c、20d)的該外翼(20a、20b、20c、20d)的一側或兩側上凸出，其中在一側設計的情況，該翼尾段(23)最好在該至少一外翼(20a、20b、20c、20d)的該吸入側(203)上凸出。
  15. 如請求項2所述之裝置，其特徵為該至少一外翼(20a、20b、20c、20d)的長度大於該至少一內翼(21a、21b、 21c、21d)的長度。
  16. 如請求項1所述之裝置，其特徵為該前導管(10)的直徑小於水上運輸工具之一推進器(33)的直徑的70%。
  17. 如請求項1所述之裝置，其特徵為該前導管(10)的最大輪廓厚度小於該前導管(10)的長度的10%。
  18. 如請求項1所述之裝置，其特徵為在該前導管(10)中，至少一穩定支柱(22)提供用於穩定該前導管(10)，其中該穩定支柱(22)固定在該前導管(10)的一端，且固定在一軸承(31)的另一端，特別為一尾軸管，構成用於安裝水上運輸工具之一推進器(33)的推進器軸，其中該穩定支柱(22)可使用或沒有一翼輪廓構成。
  19. 如請求項2所述之裝置，其特徵為該至少一外翼(20a、20b、20c、20d)及/或該至少一內翼(21a、21b、21c、21d)構成後掠翼。
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