專利名稱：船用反作用鰭板裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明為有關船用反作用鰭板裝置的改進。
通常的反作用鰭板用于改進船只的推進性能，如

圖15的側視圖和圖16(A)的前視圖所示，在這種傳統(tǒng)的反作用鰭板中，當推進器為右旋推進器時(從船尾后部看時，當推進器順時針方向旋轉，就產生向前的推力)，導流罩3a牢固地固定在船尾框架2a上，船尾框架則位于船身1的后端部，推進器軸5a穿過導流罩3a而旋轉，推進器5牢固地安裝在推進器軸5a的后端，推進器軸5a的前端與圖中沒有示出的，安裝在船體內的主機相連接。
鰭板輪轂7B牢固地固定在導流罩3a上，并包圍它，反作用鰭板(以下簡稱“鰭板”)7a—7f沿半徑方向從這個鰭板輪轂7B上向外伸出，鰭板7a—7f作成扭曲狀，這樣可使流經這里的水流方向與推進器5的前進回轉方向相反(回轉方向是這樣的，即當推進器回轉時可產生一個前進方向的推力)。
另一方面，方向舵操縱桿2牢固地固定在船尾框架2a的上部，方向舵3利用沒有示出的銷軸安裝在方向舵操縱桿2上。
在裝有這種反作用鰭板的船上，當推進器5作向前回轉，船身1向前航行時，船尾處的水流方向由于鰭板7a—7f的作用改變?yōu)榕c推進器5的回轉方向相反，并作用在推進器5上。
這樣推進器的推進效率得到改善，因為在推進器5后面產生的回轉流動減小了。
通常，當推進器回轉時，在推進器后面形成一個與推進器回轉方向完全相同的回轉水流，因為這個回轉流動不被利用來推進船身，因此推進器的推進效率將降低一個與形成這個回轉流動相應的量。相應地，假如這個回轉流動減小，則推進器的推進效率就會被改善一個相應的量。
鰭板7a—7f的翼展(在半徑方向的長度)都是一樣的，圖16(A)所示的虛線圓為一假想圓，其圓心在推進器軸5a的軸線8上，這些鰭板相對于運動方向呈一角度安裝在鰭板輪轂7B上，這樣就可產生一個與螺旋推進器5的回轉方向相反的回轉流動。
圖17表示流入反作用鰭板裝置的水流速度分布，在圖中，實線4代表在船只航行方向上的水流等速度線，其上所帶的數(shù)字代表與船只速度之比。箭頭6代表在船身橫截面內水流的流動速度分量，流動的方向用箭頭方向指示，流速的大小用箭頭長度表示。點劃線代表一個假想的半圓，這里把它畫出的目的是要表示推進器的尺寸。
鰭板沿著半徑方向從推進器的軸線8伸出，考慮到在半徑的直線上，水流的流動方向是沿著半徑方向改變的，因此，為了作出有效的鰭板，希望鰭板的扭曲角度沿著半徑方向改變，但是這樣也有缺點，即制造成本提高，同時由于鰭板厚度增加，阻力將增大。
然而，在此之前所知的鰭板裝置中，鰭板的扭曲角度沿著鰭板處伸長度的縱向方向是恒定不變的，它與平均的流動方向相匹配。這樣，鰭板頂端附近不可能作出相對于水流流動方向為最優(yōu)的扭曲角度，同時，由于頂端處水流的流動速度快，因此產生很大的阻力。
于是，反作用鰭板所帶來的推進效率改善的效果等于被鰭板所產生的回轉流動所減少的回轉流動能量的減小量減去因鰭板本身的阻力而另外需要的推進能量這樣一個能量差值。鰭板所產生的回轉流動和鰭板本身的阻力與鰭板的安裝角度有密切關系，假如鰭板的安裝角度過大，則在回轉流動的形成加劇的同時，由于鰭板本身的阻力明顯增大，因此推進效率的改善效果并不太好。另一方面，假如鰭板的安裝角度過小，則在鰭板本身的阻力減少的同時，由于回轉流動的形成顯著減弱，在這種情況下推進效率的改善效果也不太好。
圖18為在鈍形頭部船只(blunt ship)推進器位置處的水流分布圖，圖中示出了在沒有推進器反作用鰭板情況下的測量結果。在這種類型船只的情況下，甚至對于在同一個船體側面上的鰭板，如果在推進器軸下邊的鰭板7c和7d(圖16(B)具有與其他鰭板7a，7b和7e、7f同樣的安裝角度，其推進效率改善的效果也不會太大。
本發(fā)明是在上述情況下提出的，本發(fā)明的一個目的是要提供一種船用反作用鰭板裝置，它結構簡單，成本低廉，性能優(yōu)越，并且很經濟。
本發(fā)明的另一個目的是要提供一種船用反作用鰭板裝置，其推進效率的改善效果可以借助一些簡單的措施而提高，例如反作用鰭板的長度根據(jù)其安裝位置而改變，或者安裝角度根據(jù)其安裝位置而改變。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種船用反作用鰭板裝置，其推進效率改善的效果可以進一步提高，例如通過恰當?shù)倪x擇推進器的前緣與反作用鰭板的后緣之間的間隔和反作用鰭板的弦長。
根據(jù)本發(fā)明的新特點，為了達到上述目的，在配有許多反作用鰭板的船用反作用鰭板裝置中。這些鰭板幾乎都是從推進器軸半徑方向外伸的，并且安裝在螺旋推進器的上游側，其目的是要產生一個與推進器回轉方向相反的回轉流動，使之作用在流入螺旋推進器的水流上，以便推動船尾，一般常采用下面的結構。
所采用的結構之一是這樣一種反作用鰭板裝置結構，它在比推進器軸稍高的地方有相對較長的上部反作用鰭板伸出，而在比上述上部反作用鰭板稍低的地方依次有中部反作用鰭板和下部反作用鰭板伸出，其長度較上述上部反作用鰭板短些。
上述的結構，因為在比推進器軸稍低的地方有相對較短的反作用鰭板，而該處的流動速度相對較大，因此，由反向回轉流動產生的優(yōu)點將比由阻力增加造成的缺點為大，這樣，加上在較推進器軸較高的地方的相對較長的反作用鰭板的作用和這些相對較短的反作用鰭板大大地改善了推進性能。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一特點，反作用鰭板裝置還可采用這樣的結構，即在推進器作向前回轉時，推進器輪葉下降的船身一側上的鰭板安裝角度(鰭板前面與推進器軸之間的角度)選擇得比在相對的船身一側上的反作用鰭板的安裝角度大些。
再者，根據(jù)本發(fā)明的其他一個特點，反作用鰭板裝置也可采用這樣的結構，即在同一船身側面上，位置比推進器軸稍低的地方伸出的反作用鰭板安裝角度選擇得比位置在較這些鰭板稍高的地方伸出的反作用鰭板的安裝角度較小的一些。
采用上述的結構時，由于在不同的水深處許多鰭板的安裝角度選擇成分別與其在不同水深處的水流相適應的安裝角度，因此，由于形成回轉流動所引起的相應鰭板推進效率改善的增加量與由于鰭板本身阻力造成的推進效率改善的減小量之差可以達到最小。
另外，根據(jù)本發(fā)明的另一個特點，反作用鰭板裝置可采用這樣的結構，即在離開推進器軸約為推進器直徑DP的35％的地方，上述推進器的前緣與上述反作用鰭板的后緣之間的間隔I?？稍谏鲜鐾七M器直徑DP的15％—25％范圍內選擇。
當采用上述結構時，由于在遠離推進器軸約為推進器直徑Dp的35％的地方，推進器前緣與反作用鰭板后緣之間的間隔IO可在推進器直徑DP的15％—25％范圍內選擇，則如圖12中的實線所示。推進的效率與沒有反作用鰭板的情況相比較(用虛線示出)是更有效了。
另外，根據(jù)本發(fā)明的其他一個特點，反作用鰭板裝置具有許多反作用鰭板，它們安裝在用以推動船尾以螺旋推進器的上游側，并幾乎是從推進器軸的周圍徑向向外伸出，其目的是將與推進器的回轉方向相反的回轉流動施加給流入螺旋推進器的水流，這時可采用這樣的結構，即在遠離上述推進器軸約為推進器直徑DP的35％的圓弧上，上述反作用鰭板的弦長CF可選擇為上述推進器直徑DP的10％—20％。
作為使用上述結構的結果，如圖14中實線曲線B—A所示，由于使用反作用鰭板使得推進效率改善，從而使必需的功率降低，它超過了由于反作用鰭板的阻力造成的必需功率的增加，因此，在相當寬的反作用鰭板弦長的范圍(0.1≤CF/DP≤0.2)內都可看到推進的性能有了均勻的大的改善。
另外，根據(jù)本發(fā)明可以提供一種反作用鰭板裝置，它綜合了上述各種特點，因此，作為相應各種結構取得的效應多重結果，可以使船舶推進效率明顯地提高。
參考下述本發(fā)明的優(yōu)選實施例及附圖，則本發(fā)明的上述和其他一些目的，特點和優(yōu)點將會更加清楚。
附圖中，圖1為表示本發(fā)明的第一個優(yōu)選實施例的側視圖；圖2為沿著圖1II—II剖面線所取的，按箭頭方向看的后視圖3表示根據(jù)本發(fā)明的反作用鰭板裝置與先前方案的反作用鰭板裝置的性能比較圖；圖4為本發(fā)明的第二個優(yōu)選實施例的正視圖；圖5為沿著圖4中V—V線所取的橫截面圖；圖6為沿著圖4中VI—VI線所取的模截面圖；圖7為沿著圖4中的VII—VII線所取的模截面圖；圖8為沿著圖4中VIII—VIII線所取的橫截面圖；圖9為沿著圖4中IX—IX線所取的橫截面圖；圖10為沿著圖4中的X—X線所取的橫截面圖；圖11為本發(fā)明的第三個優(yōu)選實施例的側視圖。它還包括第三個優(yōu)選實施例中反作用鰭板裝置的垂直橫截面；圖12為表示圖11中尺寸參數(shù)IO/DP與所需功率之間的線圖；圖13為本發(fā)明的第四個優(yōu)選實施例的側視圖，它還包括沿著同一側視圖上的XII—XII線所取的反作用鰭板的橫截面圖；圖14為表示圖13中尺寸參數(shù)CF/DP與所需功率之間關系的線圖；圖15為船只尾部分的側視圖，它還包括先前方案中的反作用鰭板裝置；圖16(A)為表示圖15中反作用鰭板裝置的示意圖；圖16(B)為沿著圖15中XVI—XVI線所取的，按箭頭方向看的反作用鰭板裝置的垂直模截面圖17為表示流入先前方案的反作用鰭板裝置中的水流速度分布圖；圖18為在先前方案中鈍形頭部船只(blunt ship)的推進器位置處的水流分布圖。
現(xiàn)在，參照附圖來敘述用于右旋推進器船舶的本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例。首先，在圖1和圖2所示的第1個優(yōu)選實施例中，從比推進器軸5a稍高的地方向外伸出的鰭板7a和7f比較長，從比推進器軸5a稍低的地方向外伸出的鰭板7c和7d的外伸長度較短，從與推進器軸5a位于同一水平位置向外伸出的反作用鰭板7b和7e的外伸長度為反作用鰭板7a和7c長度之間的一個中間長度。
應該注意，在圖1中，上部和下部反作用鰭板以及推進器輪葉都是以實際長度(全長)表示，而不是以從側面投影的投影長度表示(在圖11，13和15中也是這樣)。
根據(jù)這個結構，在有鰭板配置的地方，水流分布如圖17所示，與事實相反，在推進器軸8下邊，在類似于推進器半徑的區(qū)域內，在船行進方向上的流速為船只速度的90％或更多，而在推進器軸8上方，流速逐漸減小。
所以，在推進器軸下方，水流速度相對較大，因此，由相對較短的鰭板7c和7d造成的反向回轉流動所帶來的優(yōu)點可能比由于阻力增大帶來的缺點更大，這樣加上相對較長的鰭板和相對中等長度的鰭板7b和7e的共同作用，推進性能可以大大改善。
這樣一來，采用這種反作用鰭板裝置，如圖3實線曲線所示，同樣的船只速度所需要的功率，與先前方案中的反作用鰭板裝置(虛線曲線)比較，要小一些。
應該指出，在圖2中有可能將鰭板7f設計成最長的鰭板，將鰭板7a和7e設計成長度相等，但比鰭板7f短的鰭板，將鰭板7b和7d設計成相等長度，但比7a和7e短的鰭板，把7c設計成最短的鰭板，這樣的結構完全可以實現(xiàn)如圖1所示結構的同樣效果和優(yōu)點。
下面，將敘述圖4所示的本發(fā)明的第二個優(yōu)選實施例。在此圖中，鰭板10a至10f長度相等，它們安裝在鰭板輪轂7B上，沿半徑方向外伸，同時，相應的鰭板10a至10f具有安裝角度為θ的相應扭曲，這樣可以改變在推進器5前進回轉方面上的水流方向，使它反向。
側面鰭板10a，10b和10c分別具有圖5、圖7和圖9所示的橫截面，下鰭板10c的安裝角度θc比中部鰭板10b的安裝角度θb小，中部鰭板10b的安裝角度θb選擇得較上部鰭板10a的安裝角度θa略小，在相應的鰭板安裝角度之間有下列關系θa＞θb＞θc。
另一方面，在弦側面鰭板10d，10e和10f分別具有圖10，圖8和圖.6所示的橫截面，下部鰭板10d的安裝角度θd比中部鰭板10e的安裝角度θe小。中部鰭板10e的安裝角度θe選擇得比上部鰭板10f的安裝角度θf略小，在相應鰭板的安裝角度之間有下列關系θf＞θe＞θd。
當船身1向前航行時，在船尾部的水流由于鰭板10a至10f的作用，其方向改變成與推進器5的回轉方向相反，并被導入推進器5中。結果，在推進器5后面產生的回轉流動被減少，因此，推進器的推進效率得到改善。
在鈍形頭部船只的情況下，在推進器位置處的水流分布如圖18所示，水流方向相對于與推進器軸平行的線的夾角，在鰭板安裝位置處對中部鰭板10b和10e以及上部鰭板10a和10f而言，差別是不大的，然而對下部鰭板10c和10d而言，則此角度比中部和上部鰭板的同樣角度要小。但是，由于下部鰭板10c和10d的安裝角度選擇得比中部鰭板10b和10e以及上部鰭板10a和10f的安裝角度要小些，因此相應的鰭板10a—10f不會有太大或太小的安裝角度，故可以保持最優(yōu)的迎角(鰭板前表面與水流之間形成的角度)，所以，可獲得最佳推進效率改善效果。
換言之，根據(jù)第二個最優(yōu)實施例，由于在不同的水深處各反作用鰭板的安裝角度選擇成大致適應于相應水流的安裝角度，因此，相應的鰭板可以最大限度地形成回轉流動，并且亦可使它們本身產生的阻力減至最小。
應該注意，假如反作用鰭板采用由綜合第一個優(yōu)選實施例和第二個優(yōu)選實施例所形成的結構，則可以得到由各相應實施例產生的效果的多重結果。
此外，本發(fā)明的第三個優(yōu)選實施例在圖11中用其側視圖和反作用鰭板的后視圖示出。這個優(yōu)選實施例產生的效果用圖12的線圖表示，圖中表示了尺寸參數(shù)IO/DP與所需功率的關系。
本發(fā)明的第四個實施例在圖13中以其側視圖及沿XIII—XIII線所取的部分橫截面圖表示。這個優(yōu)選實施例帶來的效果用圖14的線圖表示，圖中表示了尺寸參數(shù)CF/DP與所需功率的關系。
在圖11和圖12所示的第三個優(yōu)選實施例中，在遠離推進器軸4的軸心SC一個等于推進器直徑DP的35％的距離的假想圓柱表面上，推進器5的前緣與槳葉7a至7f的后緣之間的間隔IO在推進器直徑DP的10％—40％的范圍內選擇。換言之，IO/DP＝0.1—0.4。
當裝有這種反作用鰭板裝置的船身向前航行時，推進器5由沒有示出的主機帶動回轉，水流方向改變成與推進器5的回轉方向相反，并流入推進器5中。結果，在推進器5后面產生的回轉流動減小，這樣，推進器5的推進效率得到改善。
在配備有反作用鰭板的情況下，一般說來，由于鰭板本身產生阻力，為了計算船身航行所必需的功率，必需將由阻力引起的所需功率的增加量從由反作用鰭板引起的推進器效率的提高量中減去，但在本發(fā)明的所示實施例的反作用鰭板裝置的情況下，即使要考慮這一點，其所需功率還是減小的，如圖12中實線曲線所示，這樣船身比在沒有鰭板的情況下(虛線)航行所需的功率要小。
應該注意，在上述的第三個實施例中，如果尺寸參數(shù)IO/DP的15％—25％范圍內選擇，則可獲得最有效的推進效率。
其次，在圖13所示的第四個優(yōu)選實施例中，在離推進器軸4的軸心線；SCL35％推進器直徑DP的假想圓柱面上的鰭板7a—7f橫截面的弦長CF，如沿XIII—XIII線所取的部分橫截面圖所示，可選擇為推進器直徑DP的25％或更小，例如10％—20％。
當裝有這種反作用鰭板的船身1向前航行時，推進器5由沒有示出的主機帶動回轉，水流方向改變成與推進器5回轉方向相反，并流入推進器5中。結果，在推進器5后面產生的回轉流動減小，因而，推進器的推進效率得到改善。
在那種情況下，如圖14所示，鰭板7a—7f的弦長CF與推進效率之間有密切關系，當尺寸參數(shù)CF/DP沿橫坐標取值，所需功率的變化沿縱坐標取值時，因鰭板的阻力造成的所需功率的增大量用曲線B表示，由于反作用鰭板的作用造成推進效率改善所導致的所需功率的減小量用曲線A表示。
根據(jù)此線圖，當CF(在直徑等于推進器直徑35％，即0.35DP的假想圓柱面上的鰭板弦長)對DP之比CF/DP為0.25或更小，特別是當CF/DP為10％—20％時，由反作用鰭板推進效率改善所引起的所需功率的降低超過由鰭板阻力引起的所需功率的增加，因此，在B—A曲線位于所需功率降低一側的全部區(qū)域內都可得到推進效率改善的效果。
應當指出，如果如在上面的第四個優(yōu)選實施例中所述那樣，尺寸參數(shù)CF/DP選擇為10％—20％，又如在上面的第三個優(yōu)選實施例中所述那樣，尺寸參數(shù)IO/DP選擇為15％—25％，以及在推進器作向前回轉時，推進器輪葉下降的船身側面上的反作用鰭板的安裝角度比在相對的船身側面上的反作用鰭板的安裝角度大，又如在以上第二個優(yōu)選實施例中所述的那樣，在相應的同一船身側面上，從比推進器軸的位置稍低的位置處向外伸出的反作用鰭板的安裝角度比在較高位置上伸出的反作用鰭板的安裝角度小，側作為第二，第三和第四個優(yōu)選實施例的多重效果，可使推進效率進一步明顯地大大改善。
此外，除了上述的新結構以外，假如在上面第一個優(yōu)選實施例中所述的那樣，中部的反作用鰭板做得比上部反作用鰭板稍短一些，下部的反作用鰭板做得比中部的反作用鰭板稍短一些，則作為第一，第二，第三和第四個優(yōu)選實施例的多重結果，推進效率也可以明顯地大大改善。
正如以上對本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例所作的詳細描述那樣，根據(jù)本發(fā)明，憑借著所附權利要求書中相應的每一條款所說明的結構特點，可以得到一種結構簡單，成本低廉，性能優(yōu)越而經濟的船用反作用鰭板裝置，因此本發(fā)明的工業(yè)上是很有用的。
當以上聯(lián)系幾個本發(fā)明的優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行說明時，很自然的會聯(lián)想到，本發(fā)明還可有許多明顯大不相同的實施例，這不會偏離本發(fā)明的精神。
權利要求
1.一種船用反作用鰭板裝置，它包含有許多從位于螺旋推進器上游側的推進器軸周圍沿半徑方向向外伸出的反作用鰭板，其目的是產生一個與推進器回轉方向相反的回轉流動施加到流入螺旋推進器中的水流上，以推動船尾，其特征在于推進器作向前回轉時，推進器輪葉下降的船身側面上的反作用鰭板的安裝角度比在相對的船身側面上的反作用鰭板的安裝角度要大一些。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種結構簡單、成本低、性能優(yōu)越和經濟的船用反作用鰭板裝置。經包括有較長的上部鰭板7a和7f，長度較上部鰭板短的中部鰭板7b和7e及下部鰭板7c和7d。在推進器作向前回轉時，推進器輪葉下降的船身側面上的鰭板安裝角度比其對面一側鰭板的安裝角度大。在離推進器軸約35％推進器直徑D
文檔編號B63H1/28GK1120505SQ9510117
公開日1996年4月17日 申請日期1995年1月11日 優(yōu)先權日1991年11月14日
發(fā)明者永松哲郎, 池田勉 申請人:三菱重工業(yè)株式會社