专利名称：形成具有非对称扭转的流动控制翼片的船尾结构的方法
技术领域：
本发明总体上涉及形成船舶的具有非对称扭转的流动控制翼片的船尾结构的方法，且更具体地涉及形成这样一种具有非对称扭转的流动控制翼片的船尾结构的方法，该非对称扭转的流动控制翼片能够实现向推进器的进入流的均匀流速分布并且能够降低在船舶航行时由推进器伴流(propeller wake)的旋转流引起的能量损失量。
背景技术：
通常，由安装在船尾中的推进器的旋转产生船舶的推进力。推进器推动水，并且船舶借助推动力的反作用而向前移动。然而，海水在推进器的前部和后部中的流动不可能完全是直流，而是相反地响应于船尾的构形的急剧变化而形成非均匀的旋转流，其中，该旋转流流动到该推进器并且使得船舶的速度性能以及推进器的气蚀性能变差。推进器伴流的旋转流还引起能量损失。因此，需要这样的技术，该技术能够实现向推进器的进入流的均匀流 速分布并且最小化由推进器伴流的旋转流引起的能量损失量。
发明内容
因此，鉴于在相关技术中出现的上述问题而形成本发明，并且本发明的目的在于提出一种形成具有非对称扭转的流动控制翼片的船尾结构的方法，该非对称扭转的流动控制翼片能够实现向推进器的进入流的均匀流速分布并且能够最小化由推进器伴流的旋转流引起的能量损失量。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种形成具有非对称扭转的流动控制翼片的船尾结构的方法，该方法包括预备多个船尾附接件；对由正航行的船舶形成的流体流进行建模；以及基于所建模的流体流确定能够降低能量损失量的所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭转角度，其中这些船尾附接件中的至少一部分但非全部被附接在不同位置处，具有不同的长度，并且具有扭转结构和非对称截面结构中的至少一种结构，所述扭转结构基于不同的旋转轴线进行扭转。在一个实施方式中，所述船尾附接件具有所述扭转结构和所述非对称截面结构。在一个实施方式中，对所述流体流进行建模还可包括通过模拟附接所述船尾附接件、推进单元和舵的船尾周围的流体流来分析节能效果。在一个实施方式中，确定所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭转角度还可包括选择所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭转角度的最初设计值并且模拟所述流体流，由此分析所需能量的量；基于模拟结果再设计所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭转角度并且模拟所述流体流，由此分析降低的能量的量；以及从在所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭转角度的再设计以及模拟所述流体流中确定的模型尺寸附接件，确定全尺寸船尾附接件。在本发明中公开的技术能够降低在船舶航行期间因由推进单元的操作产生的推进单元的伴流的旋转流而引起的能量损失量。
此外，本发明能够实现在船舶航行时向被安装在船尾中的推进器的叶片表面的进入流的均匀流速，由此改进推进器的气蚀性能。
通过结合附图的下述详细说明，本发明的上述以及其他目的、特征以及其他优势将被更清楚地理解，在附图中图I是示出了根据本发明的一个实施方式的船舶的立体图；图2是示出了图I所示的船舶的船尾和船尾结构的放大立体图；以及图3是形成如图I所示的船舶的具有非对称扭转的流动控制翼片的船尾结构的方法的流程图。
具体实施例方式现在将更详细地说明本发明的优选实施方式，优选实施方式的实施例由附图示出。由于仅提出所公开的技术的描述以说明其目的在于描述本发明的结构和/或功能的实施方式，因此不应推断出所公开的技术的权利范围由本文所述的实施方式限制。也就是说，这些实施方式可以以各种方式进行修改，且因此应当理解，所公开的技术的权利范围可以包括能够实施本发明的技术精神的等同物。此外，由于结合所公开的技术呈现的目的或优势不需要具体实施方式
应实现这些目的和优势的全部或仅其中一个，因此不应推断出所公开的技术的权利范围由所呈现的目的和优势限制。同时，本文所描述的术语的含义应当被解释如下术语“第一”和“第二”仅被用于将一个元件与另一元件进行区分，并且所公开的技术的权利范围不应当被这些术语限制。例如，第一元件可以被指定为第二元件，并且类似地第二元件可以被指定为第一元件。当描述一个元件“连接”或“联接”到另一元件时，该一个元件可以被直接连接或联接到另一个元件，但是在这两个元件之间可以存在中间元件。另一方面，当描述一个元件“直接连接”或“直接联接”到另一个元件时，应当理解在这两个元件之间不存在元件。同时，描述这些元件之间的关系的其他表述(即，“在……之间”和“直接位于……之间”或“邻近于……”和“直接邻近于……”)应当以相同的方式被解释。应当理解的是，单数表述可以包括复数表述，只要这些表述的内容没有明显不同即可。在本申请中，“包括”或“具有”的含义旨在指明属性、确定数量、步骤、过程、元件、部件、和/或其组合，但是并不旨在排除存在或添加有其他属性、确定数量、步骤、过程、元件、部件、和/或其组合。涉及步骤的参考字符(例如，a、b、c等)是为了方便描述而被使用并且不旨在描述步骤的顺序。如果未在上下文中具体描述特定顺序，则这些步骤可以以不同的顺序发生。也就是说，这些步骤可以以特定顺序发生，可以同时发生，或者可以以颠倒的顺序被执行。如果本文所使用的全部术语未被不同地限定，则这些术语具有与所公开的技术所属领域的普通技术人员通常理解的术语相同的含义。应理解的是，在通用词典中限定的术语具有与相关技术中这些术语的含义相一致的含义。如果这些术语在本申请中未被明确地限定，则这些术语就不被理想地或过分地分析为具有正式含义。图I是示出了根据本发明的一个实施方式的船舶的立体图。图2是示出图I所示的船舶的船尾和船尾结构的放大立体图。如图I和图2所示，船舶100具有船尾110和船尾结构120。船尾110具有推进单元112和舵114。船尾110在船舶100航行时位于海平面下方，推进该船舶100，并且控制旋转流。在本发明的实施方式中，推进单元112可以利用推进器来实施。当船舶100航行时，推进单元112沿与船舶的航行方向相反的方向推动海水并且产生沿航行方向的推进力。当产生推进力时，因推进单元112的旋转而产生沿推进单元112的旋转方向的涡旋旋转流。该旋转流基于推进单元112的中心轴线在上部、下部、左舷侧和右舷侧中具有非对称结构，使得旋转流可以造成大量的能量损失。船尾结构120包括多个船尾附接件121、122、123、124并且引起由推进单元112产 生的旋转流的变化，由此降低当船舶100航行时产生的能量损失量。在一个实施方式中，能够借助多个船尾附接件121至124来改变旋转强度和流速，由此改变向推进单元11的进入流的流速和流入角，由此降低在船舶航行时出现的能量损失量。为了减弱由旋转流产生的海水的旋转能量，多个船尾附接件121至124中的至少一部分但非全部具有不同的长度并且被附接在不同位置处。在此，由于旋转流通常在船尾110周围的多个位置处以不均匀大小沿非均匀方向产生，因此，船尾附接件121至124的长度和附接位置可以考虑到在船尾Iio周围产生的旋转流而被确定。在本发明的另一个实施方式中，船尾附接件121至124都可以构造成具有相同或不同的长度。此外，在该实施方式中，多个船尾附接件121至124中的每个均构造成具有扭转结构和非对称截面结构中的至少一种结构，所述扭转结构基于不同的旋转轴线进行扭转。当旋转流沿扭转结构或非对称截面结构流动时，相应的船尾附接件的上述构造能够减弱或抵消该旋转流，使得旋转流的方向能够改变为海水的初始流动方向，由此降低能量损失量。在一个实施方式中，多个船尾附接件121至124可具有不同长度且可被附接在不同位置处，并且可以构造成具有非对称截面结构和基于不同旋转轴线扭转的扭转结构。图3是形成图I所示的船舶的具有非对称扭转的流动控制翼片的船尾结构的方法的流程图。如图3所示，在安装船尾结构120之前，预备船尾附接件121至124的初始设计(S210)。通过模拟由正航行的船舶100所形成的海水流(在下文中，称为“流体”)来预测能量的需要量(S220)。在此，流体流可以包括由多个船尾附接件121至124以及由推进单元112形成的旋转流。船尾附接件121至124的最初设计(S210)的改进通过改变船尾附接件121至124的附接位置、尺寸、附接角度以及扭转角度来实现，由此确定第一改进设计(S230)。模拟由船尾附接件121至124的第一改进设计(S230)得到的流体流，由此分析节能效果(S240)。当节能的分析表明第一改进设计不适合该目的时，确定船尾附接件121至124的第二改进设计(S230)，并且模拟第二改进设计的流体流以分析节能效果(S240)。当节能的分析表明第二改进设计不适合该目的时，重复上述过程(S250)。当通过其中预测并分析船尾周围的流体流的特征的上述重复过程确定了能够最小化能量损失量的船尾附接件121至124时，确定船尾附接件121至124的全尺寸形状(S260)。在一个实施方式中，全尺寸流体流模拟可以利用数值分析来执行。构成船尾结构120的全尺寸船尾附接件121至124被附接到船舶100并且有效地降低由因推进单元的旋转而产生的旋转流产生的能量损失量，由此形成节能船舶100(步骤 270)。虽然为了示意性目的已经描述了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员应理解的是，在不偏离由所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下可以做出各种修改、添加和替换。·
权利要求
1.一种形成具有非对称扭转的流动控制翼片的船尾结构的方法，该方法包括 预备多个船尾附接件； 对由正航行的船舶形成的流体流进行建模；以及 基于所建模的所述流体流，确定能够降低所述船舶的能量损失量的所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭转角度；其中 所述船尾附接件中的至少一部分但非全部被附接在不同位置处，具有不同的长度，并且具有扭转结构和非对称截面结构中的至少一种结构，所述扭转结构基于不同的旋转轴线进行扭转。
2.根据权利要求I所述的形成具有非对称扭转的流动控制翼片的船尾结构的方法，其中，所述船尾附接件具有所述扭转结构和所述非对称截面结构。
3.根据权利要求I所述的形成具有非对称扭转的流动控制翼片的船尾结构的方法，其中 对所述流体流进行建模还包括 通过模拟附接所述船尾附接件、推进单元和舵的船尾周围的流体流来分析节能效果。
4.根据权利要求2所述的形成具有非对称扭转的流动控制翼片的船尾结构的方法，其中 确定所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭转角度还包括 选择所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭转角度的最初设计值并且模拟所述流体流，由此分析所需能量的量； 基于模拟结果再设计所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭转角度并且模拟所述流体流，由此分析降低的能量的量；以及 根据在所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭转角度的再设计以及模拟所述流体流中确定的模型尺寸附接件，确定全尺寸船尾附接件。
全文摘要
本发明涉及形成具有非对称扭转的流动控制翼片的船尾结构的方法，该非对称扭转的流动控制翼片能够实现向推进器的进入流的均匀流速分布并且能够降低在船舶航行时由推进器伴流的旋转流引起的能量损失量。该方法包括预备多个船尾附接件；对由正航行的船舶形成的流体流进行建模；以及基于所建模的所述流体流确定能够降低船舶能量损失量的所述船尾附接件的附接位置、尺寸、附接角度和扭转角度，其中这些船尾附接件中的至少一部分但非全部被附接在不同位置处，具有不同的长度，并且具有扭转结构和非对称截面结构中的至少一种结构，所述扭转结构基于不同的旋转轴线进行扭转。
文档编号B63B9/06GK102951261SQ20121009793
公开日2013年3月6日 申请日期2012年4月5日 优先权日2011年8月22日
发明者崔祯殷, 金廷勋, 郑锡湖, 李相奉 申请人:现代重工业株式会社