阅读说明：本技术 一种偏置式前置预旋导轮及船舶 (Offset type front-mounted pre-rotation guide wheel and ship ) 是由 陈雷强 黄国富 黄树权 黄振宇 吴赞 夏灏超 郭峰山 严周广 赵璐 李鹏程 张宁 于 2020-03-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种偏置式前置预旋导轮及船舶,包括弧形导管、连接件和导叶部。连接件用于连接弧形导管与船体尾部,导叶部则连接于弧形导管和船体尾部。定义船体在螺旋桨旋向对应的舷侧为第一舷侧,另一侧为第二舷侧。对应第一舷侧部分的弧形导管的端面设置为高于对应第二舷侧部分的弧形导管的端面。第二舷侧的导叶部呈放射形分布弧形导管的内侧和外侧,可有效加强水流的预旋作用,提高船的推进效率。通过去除第一舷侧部分弧形导管的不对称设计方式,并设置弧形导管纵倾和横倾角度,有效减小第一舷侧处弧形导管引起的阻力,解决了船体由于导管阻力导致推进效率低的问题。同时,减小了该处桨叶工作负荷,降低了脉动力能级。(The invention provides an offset type prepositioned pre-rotation guide wheel and a ship. The connecting piece is used for connecting the arc-shaped guide pipe with the tail part of the ship body, and the guide vane part is connected with the arc-shaped guide pipe and the tail part of the ship body. The side of the ship body corresponding to the rotation direction of the propeller is defined as a first side, and the other side of the ship body is defined as a second side. An end surface of the arc duct corresponding to the first side portion is set higher than an end surface of the arc duct corresponding to the second side portion. The guide vane part of the second side is the inner side and the outer side of the arc-shaped guide pipe distributed in a radial shape, so that the prerotation effect of water flow can be effectively enhanced, and the propelling efficiency of the ship is improved. Through getting rid of the asymmetric design mode of first topside part arc pipe to set up arc pipe trim and roll angle degree, effectively reduce the resistance that first topside department arc pipe arouses, solved the hull and lead to the problem of propulsion inefficiency owing to the pipe resistance. Meanwhile, the working load of the paddle at the position is reduced, and the pulsation energy level is reduced.)

一种偏置式前置预旋导轮及船舶

技术领域

本发明涉及船舶动力节能领域，尤其涉及一种偏置式前置预旋导轮及船舶。

背景技术

目前，船舶的节能减排已成为船舶科研院所、设计院、船厂和船东的迫切需求，在船舶行业中船舶水动力节能附体装置存在巨大市场。目前采用的桨前水动力节能装置有前置预旋半/全导轮、伴流补偿导管、整流鳍和前置预旋定子等。采用导轮形式的节能装置通常有一个全导管或半个导管，内部布置有若干导叶，部分导叶向外延伸至导管外侧，导管能起到对船尾螺旋桨前方来流整流的作用，导叶起到预旋水流的作用。但随着船型技术的发展，船艉线型越来越瘦削、船艉部的流动越来越均匀，普通形式的预旋导轮本身阻力过大、预旋水流的作用不强，很难提升船的推进效率。

申请号201310704256.6公开的前置型三角形导管(轮)，所采用的导管呈扇形，安装有三个导叶，可以降低螺旋桨尾流场因旋转而损失的能量，并适度减少因尾部流动分离而附加的形状阻力，但该型导管的导叶较短，产生的预旋作用不强，节能效果有限。

申请号201310271844.5提供了一种前置半导轮，它由前置半导管和多个前置导叶片组成，与本发明相比，该型导轮的导管开口朝下，导叶仅分布在导管的内侧，外形上存在明显区别，同时该型导轮对瘦削的艉线型的船型节能效果不佳。

申请号201410032595.9提供了一种预旋扇形导管，它由弧形导板和四个导叶组成，导叶为左右各两个布置。与本发明相比，该型导轮的导管开口朝下，导叶仅分布在导管的内侧，外形上存在明显区别。

申请号201310271762.0提供了一种光芒型前置导轮，它由前置导管和多个导叶片组成，导叶片分散设置在前置导管的内壁，与所述内壁相接处的前置导叶片部分延伸至前置导管的外部。与本发明相比，该型导轮的导管无开口或开口朝下，导管会产生较大阻力，导叶布置位置和形式也存在较大差别。

申请号201120513727.1提供了一种内置导叶的节能导管，它由圆C形导管本体和三根径向设置的导叶组成，其结构类似于前置预旋导轮，但该型导管本体完整无开口，导叶未伸出至导管外侧。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种偏置式前置预旋导轮及船舶，以解决现有预旋导轮阻力过大，难以提升船的推进效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明的一种偏置式前置预旋导轮，包括：弧形导管、连接件和导叶部；

所述连接件的第一端与所述弧形导管相连，所述连接件的第二端用于与船体的尾部相连；

所述导叶部连接于所述弧形导管上，且所述导叶部的尾端连接于所述船体的尾部；

所述船体在螺旋桨旋向对应的舷侧为第一舷侧，另一侧为第二舷侧；

所述弧形导管对应所述第一舷侧的端面的水平高度高于所述弧形导管对应所述第二舷侧的端面。

本发明的偏置式前置预旋导轮，所述弧形导管对应所述第一舷侧的部分为第一导管段，所述弧形导管对应所述第二舷侧的部分为第二导管段；

所述导叶部包括第一导叶单元和第二导叶单元；所述第一导叶单元的首端连接于所述第一导管段的内壁面上，且所述第一导叶单元的尾端连接于所述船体的尾部；所述第二导叶单元的首端穿设并伸出于所述第二导管段，且所述第二导叶单元的尾端连接于所述船体的尾部。

本发明的偏置式前置预旋导轮，所述第一导叶单元为第一导叶；所述第二导叶单元包括第二导叶、第三导叶和第四导叶；

所述第一导叶的首端连接于所述第一导管段的内壁面上，且所述第一导叶的尾端连接于所述船体的尾部；

所述第二导叶、第三导叶和第四导叶依次周向连接并穿设于所述第二导管段，且所述第二导叶、第三导叶和第四导叶的尾端均连接于所述船体的尾部。

本发明的偏置式前置预旋导轮，所述弧形导管的纵倾角为-5°～10°，所述弧形导管的横倾角为-10°～10°。

本发明的一种偏置式前置预旋导轮，所述第一导叶与所述船体的中线面的周向角度范围为-80°～-10°。

本发明的一种偏置式前置预旋导轮，所述第二导叶与所述船体的中线面的周向角度范围为10°～70°。

本发明的一种偏置式前置预旋导轮，所述第三导叶与所述船体的中线面的周向角度范围为40°～100°。

本发明的一种偏置式前置预旋导轮，所述第四导叶与所述船体的中线面的周向角度范围为70°～130°。

本发明的偏置式前置预旋导轮，所述第一导叶与所述船体的中线面的周向角度范围的绝对值小于所述第四导叶所述船体的中线面的周向角度范围的绝对值。

本发明的偏置式前置预旋导轮，所述弧形导管的弦长为所述螺旋桨直径的0.15～0.30倍。

本发明的偏置式前置预旋导轮，所述弧形导管的出口直径为螺旋桨直径的0.40～0.70倍，所述弧形导管的入口直径为螺旋桨直径的0.45～0.80倍，且所述出口直径小于所述入口直径。

本发明的偏置式前置预旋导轮，所述第一导叶与所述弧形导管连接处的所述第一导叶的弦长小于或等于所述第一导叶与所述弧形导管连接处的所述弧形导管的弦长。

本发明的一种船舶，设置有上述任意一项所述的偏置式前置预旋导轮。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1、本发明一实施例通过将弧形导管通过连接件连接至船尾，并在弧形导管与船尾之间连接有导叶部，使得弧形导管可对进入螺旋桨的水流进行预旋。同时将对应第一舷侧的弧形导管的端面设置为高于第二舷侧的弧形导管的端面，通过去除第一舷侧的部分弧形导管的不对称设计方式，并设置弧形导管纵倾和横倾角度，有效减小该处弧形导管引起的阻力，解决了船体由于导管阻力导致推进效率低的问题。同时，减小了该处桨叶工作负荷，降低了脉动力能级。

2、本发明一实施例通过设置第一导叶单元和第二导叶单元并分别连接第一导管段和第二导管段，在产生与螺旋桨旋转方向相反的旋转水流(尤其是第二导叶单元)，提高推进效率的同时，加强了导轮与船体的连接强度。

附图说明

图1为本发明提出的一种船用偏置式前置预旋导轮前视示意图；

图2为本发明提出的一种船用偏置式前置预旋导轮左视示意图；

图3为本发明提出的一种船用偏置式前置预旋导轮右视示意图；

图4为本发明提出的一种船用偏置式前置预旋导轮三维示意图；

图5为本发明导管的纵倾角为0°、横倾角为-5°时的偏置式前置预旋导轮三维示意图；

图6为本发明导管的纵倾角为6°、横向倾角为-5°时的偏置式前置预旋导轮三维示意图；

图7为本发明第二导叶单元穿设并连接于第二导管段的偏置式前置预旋导轮三维示意图；

图8为本发明第二导叶、第三导叶和第四导叶弦长大于弧形导管弦长的偏置式前置预旋导轮三维示意图。

附图标记说明：01：弧形导管；02：第四导叶；03：第三导叶；04：第二导叶；05：第一导叶；06：连接件；07：船体；08：尾轴出口；09：螺旋桨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种偏置式前置预旋导轮及船舶的具体实施方式进行详细说明，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，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所限定的范围。

实施例一

船舶在水中航行时，决定船能耗水平的是船的阻力和推进效率，水动力节能装置的主要作用是提高船的推进效率。通过CFD计算和试验发现，在螺旋桨09前方产生一个与螺旋桨09旋转方向相反的旋转水流，可以提高船的推进效率，减少船舶能耗。基于此原理，结合船型尾部特点，设计了本实施例的偏置式前置预旋导轮。

本实施例以螺旋桨09的旋向为右旋进行举例和说明。

参看图1至图4，在本实施例中，一种偏置式前置预旋导轮，包括弧形导管01、连接件06和导叶部。连接件06用于连接弧形导管01与船体07尾部，导叶部则连接于弧形导管01和船体07尾部。定义船体07在螺旋桨09旋向对应的舷侧为第一舷侧，另一侧为第二舷侧(即第一舷侧为右舷，第二舷侧为左舷)。对应右舷部分的弧形导管01的端面设置为高于对应左舷部分的弧形导管01的端面，即弧形导管01的右端的水平高度高于弧形导管01的左端。

通过去除右舷部分弧形导管01的不对称设计方式，有效减小右舷处弧形导管01引起的阻力，加速螺旋桨09上部进流，解决了船体07由于导管阻力导致推进效率低的问题。同时，减小了该处桨叶工作负荷，降低了脉动力能级。

下面对弧形导管01的具体结构进行说明：

参看图5和图6，弧形导管01的形状类似于C形，布置在尾轴出口08的前上方，弧形导管01的缺口开口朝右下方。弧形导管01可呈一个向前或向后倾斜的角度(即纵倾角)，但需与螺旋桨09保持一定的距离。弧形导管01的纵倾角为-5°～10°(前纵倾为负，可减小弧形导管01上的阻力；后纵倾为正，可减小船体上弧形导管01引起的阻力)，弧形导管01向船左舷或右舷的倾斜角度(即横倾角)为-10°～10°(左横倾为负，可增大左舷进流，且减小弧形导管01右半边的阻力；右横倾为正，可增大右舷进流，且减小弧形导管01左半边的阻力)。

弧形导管01的弦长可设计为螺旋桨09直径的0.15～0.30倍(此时导管结构满足要求，阻力性能较好)。弧形导管01的出口直径小于其入口直径(增大螺旋桨进流)，出口直径为螺旋桨09直径的0.40～0.70倍，入口直径为螺旋桨09直径的0.45～0.80倍。弧形导管01圆心的高度可设计为大于等于尾轴出口08中心线的高度，弧形导管01剖面形式为机翼型或平板型(阻力性能好，适合加工)。当然，在其他实施例中，弧形导管01的剖面形式也可为多种多样的，在此不作具体限定。弧形的作用是：(1)右边导管缺口截面高度位置较高，减小导管阻力，同时减小该处桨叶工作负荷，减小脉动力能级；(2)加速螺旋桨09上部进流，使桨盘面进流更加均匀；(3)连接导叶部和船体07，加强导轮整体结构强度。

下面对导叶部的具体结构进行说明：

参看图1、图7和图8，导叶部包括有第一导叶05单元和第二导叶04单元。以右旋为例，弧形导管01对应右舷的部分为第一导管段，弧形导管01对应左舷的部分为第二导管段。则第一导叶05单元的首端连接于第一导管段的内壁面，尾端连接于船体07尾部；第二导叶04单元穿设并连接于第二导管段，尾端连接于船体07尾部，在产生与螺旋桨09旋转方向相反的旋转水流，提高推进效率的同时，加强了导轮与船体07的连接强度。

具体地，第一导叶05单元可为第一导叶05，第一导叶05的一端连接于第一导管段，另一端焊接固定于船体07尾部。第一导叶05与船体07的中线面的周向角度α₄范围可为-80°～-10°(该角度范围内的第一导叶05和导管01结构满足要求，导管01的阻力较小，不对桨的空泡性能造成负面影响。以螺旋桨09轴中心线为旋转轴，由船尾朝船首看，逆时针为正，下同)。

第一导叶05与弧形导管01连接处的第一导叶05的弦长小于或等于第一导叶05与弧形导管01连接处的弧形导管01的弦长。第一导叶05该处所需的预旋作用较小，故将之设计为连接在弧形导管01和船体07尾部之间；该处的弦长小于导管弦长主要是为了保证结构强度，以及降低加工的难度。

第二导叶04单元可为第二导叶04、第三导叶03和第四导叶02，三个导叶呈放射性连接于第二导管段和船体07尾部，且三个导叶均穿设于第二导管段。即三个导叶的首端均伸出于第二导管段，尾端均连接在船体07尾部上。将这三个导叶的展长设计的较大，使得导叶对进入螺旋桨09的水流预旋作用腔，进一步提升推进效率。

第二导叶04与船体07的中线面的周向角度α₃范围可为10°～70°(布置保持导叶间隔需要，未阻塞流场，逆时针)。第三导叶03与船体07的中线面的周向角度α₂范围为40°～100°(布置保持导叶间隔需要，未阻塞流场)。第四导叶02与船体07的中线面的周向角度α₁范围为70°～130°(布置保持导叶间隔需要，未阻塞流场，导叶预旋水流作用较好)。

同时，将第一导叶05与船体07的中线面的周向角度α₄范围的绝对值小于第四导叶02船体07的中线面的周向角度α₁范围的绝对值(第四导叶02预旋水流作用较好，同时满足保持导叶间隔需要；第一导叶05结构满足要求，同时不对桨的空泡性能造成负面影响)。

参看图8，优选地，可将第二导叶04单元的三个导叶在与第二导管段连接处的弦长设计为大于该处第二导管段的弦长。将导叶的弦长增大后，增大了导叶对水流的预旋作用；同时，因为该处导管的弦长小于该处导叶的弦长，该处导管引起的阻力也会降低，达到进一步提升推进效率的目的。

第一导叶05、第二导叶04、第三导叶03和第四导叶02的剖面形式均可设计为机翼型(升阻比较大)。当然在其他实施例中，导叶的设计形式可以是多种多样的，在此不作具体限定。

四个导叶互成不同的安装角度，具体角度根据CFD计算的尾流而定。

四个导叶的作用是：(1)调整螺旋桨09前方来流方向，产生与螺旋桨09旋转方向相反的旋转水流，提高推进效率；(2)缓和桨盘面上船体07伴流峰，减小桨叶工作负荷，降低空化程度；(3)连接船体07，加强导轮结构强度。

本实施例的偏置式前置预旋导轮的工作原理在于：弧形导管01右边导管缺口截面高度位置较高，可有效减小导管引起的阻力，加速螺旋桨09上部进流，减小该处桨叶工作负荷，同时连接四个导叶和船体07增强结构强度。四个导叶均用于调整螺旋桨09前方来流方向，产生与螺旋桨09旋转方向相反的旋转水流，以提高推进效率。弧形导管01可纵倾和横倾，与多个导叶之间也有多种形式的连接方式，通过弧形导管01和多个导叶的组合可得到阻力较小、预旋明显、空泡性能好、节能效果和结构强度好的导轮。

实施例二

参看图1至图4，一种船舶，设置有上述实施例一中的偏置式前置预旋导轮。

偏置式前置预旋导轮布置在尾轴出口08的前上方，但需与螺旋桨09保持一定的距离。通过设置该种去除了右舷部分弧形导管01的预旋导轮，有效减小了预选导轮在右舷处的弧形导管01引起的阻力，加速螺旋桨09上部进流，解决了船体07由于导管阻力导致推进效率低的问题。同时，减小了该处桨叶工作负荷，降低了脉动力能级，提升了船的推进效率。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。