舰船双尾鳍末端减阻斜撑的制作方法

1.本实用新型涉及一种舰船附体的技术领域，尤其涉及一种舰船双尾鳍末端减阻斜撑。


背景技术：

2.与常规双桨船相比，双尾鳍船型具有船身效率高的优点，在两栖舰船、内河船中使用广泛。但是双尾鳍船型具有尾部伴流大且均匀度差、尾鳍横向和垂向刚度弱、尾鳍易振动的缺点，很大程度上影响了螺旋桨、轴系性能以及双尾鳍的结构寿命。为了充分利用双尾鳍船型船身效率高的优点，并有效控制双尾鳍振动带来的不利影响，常采用在双尾鳍末端增加斜撑结构的方式，将双尾鳍末端和斜撑结构与船体结构刚固连接，以提高尾鳍结构刚度并降低其振动。当前船舶行业内关于双尾鳍末端斜撑的设计普遍借用尾轴架的设计方法，典型特点是按船底板处的流线角设计斜撑横截面中心线角，且不同水线高度处的斜撑横截面中心线角相同。对于尾部曲面较为平坦的非双尾鳍船型，不同水线高度处的流线角差异较小，设计的尾轴架对阻力、尾伴流场的影响较小。
3.但对于双尾鳍船型，不同水线高度处的尾鳍形状差异大、引起流线角差异大，如果仍然采用所述尾轴架的设计方法设计双尾鳍末端斜撑，将船底板处的流线角作为斜撑在不同水线高度处的横截面中心线角，将极易导致部分水线高度处的斜撑横截面与前方来流攻角过大，引起斜撑内外侧压力差大，极易产生空泡，导致斜撑周围流场混乱，自身阻力明显增大。因此，亟待提供一种舰船双尾鳍末端斜撑及其设计方法，综合考虑双尾鳍船型不同水线高度处流线角的差异，在确保满足斜撑自身结构强度、尾鳍刚度和减振要求的同时，将斜撑自身阻力控制至可接受范围。
4.舰船双尾鳍末端斜撑的设计存在两大主要技术问题。一是如何确定斜撑的横截面形状、侧斜角、纵倾角、斜撑长度等关键参数，在确保斜撑自身结构强度的同时，有效提高双尾鳍刚度并将其振动控制到可接受范围内。二是如何确定双尾鳍末端斜撑横截面中心线角，尽可能做到与来流零攻角，大幅降低斜撑自身阻力。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种新的舰船双尾鳍末端减阻斜撑，该舰船双尾鳍末端斜撑，不仅可以满足斜撑自身结构强度要求、双尾鳍刚度和减振要求，而且可大幅降低斜撑自身阻力。
6.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种舰船双尾鳍末端减阻斜撑，包括双尾鳍、斜撑，所述双尾鳍与船底板上方的横向强结构位置之间连接有斜撑，斜撑中轴线与尾鳍中心线之间具有一个侧斜角，斜撑中轴线与尾轴中心线之间具有一个纵倾角，且斜撑横截面中心线与各水线高度处来流之间的攻角平均值最小，能有效降低斜撑对周围流场的干扰作用，从而具有更好的自身减阻效果。
8.进一步，所述斜撑中轴线与尾鳍中心线之间的最小侧斜角不小于50
°
。
9.进一步，所述斜撑中轴线与尾轴中心线之间的最小纵倾角不小于60
°
。
10.进一步，所述斜撑横截面的厚度为0.35d，面积为0.45d2，其中d为斜撑与尾鳍连接处的尾轴直径。
11.本实用新型采用上述技术方案，与现有技术相比，具有的有益效果是：
12.本实用新型的舰船双尾鳍末端斜撑及其设计方法，在确保斜撑自身结构强度和尾鳍刚度、减振需求的同时，斜撑与各水线高度处的来流攻角平均值最小，可最大程度降低斜撑对周围流场的干扰作用，有效降低斜撑自身阻力。
附图说明
13.图1是本实用新型的双尾鳍船型尾部部分线形尾视图；
14.图2是本实用新型的双尾鳍船型尾部部分线形侧视图；
15.图3是本实用新型的双尾鳍船型尾部部分线形俯视图；
16.图4是本实用新型的斜撑横截面图；
17.图5是本实用新型的斜撑前的来流流线示意图；
18.附图标记为：1-双尾鳍；2-尾鳍中心线；3-尾轴中心线；4-尾轴直径d；5-双尾鳍末端斜撑；6-斜撑中轴线；7-侧斜角α；8-纵倾角β；9-斜撑横截面；10-斜撑横截面最小厚度；11-斜撑横截面最小面积；12-斜撑横截面中心线；13；斜撑横截面中心线角θ；14-斜撑前来流流线；15-斜撑前来流流线角；16-攻角γ；17-螺旋桨半径r；18-过尾轴中心线的垂直面；a1-与尾鳍连接处斜撑横截面；a2-0.7r处斜撑横截面；a3-r处斜撑横截面；a4-1.25r处斜撑横截面；a5-与船底板连接处斜撑横截面。
具体实施方式
19.下面通过具体实施例对本实用新型进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本实用新型，但是下述实施例并不限制本实用新型范围。
20.如图1至图5所示，本实施提供一种舰船双尾鳍末端减阻斜撑，包括双尾鳍、斜撑，双尾鳍与船底板上方的横向强结构位置之间连接有斜撑，斜撑中轴线与尾鳍中心线之间具有一个侧斜角，斜撑中轴线与尾轴中心线之间具有一个纵倾角，且斜撑横截面中心线与各水线高度处来流之间的攻角平均值最小，能有效降低斜撑对周围流场的干扰作用，从而具有更好的自身减阻效果。
21.优选地，斜撑中轴线与尾鳍中心线之间的最小侧斜角不小于50
°
。
22.优选地，斜撑中轴线与尾轴中心线之间的最小纵倾角不小于60
°
。
23.优选地，斜撑横截面的厚度为0.35d，面积为0.45d2，其中d为斜撑与尾鳍连接处的尾轴直径。
24.本实施提供一种舰船双尾鳍末端减阻斜撑的设计方法，如图1-5所示，具体包括如下步骤：
25.步骤s1：在三维几何软件中，完成双尾鳍船型的几何建模(如图1,2,3所示，不包括尾鳍斜撑)，作为方案0；
26.步骤s2：采用流体力学软件，根据设计航速设置来流速度，获得舰船阻力和不同水线高度处的斜撑前来流流线14和斜撑前来流流线角15(如图5所示)；
27.步骤s3：如图4所示，参考中国船级社《钢制海船入级规范》结构篇中对尾轴架的相关要求，并考虑尾鳍自身刚度大于单侧尾轴架刚度，确定斜撑横截面的厚度10为0.35d和面积11为0.45d2，其中d为斜撑与尾鳍连接处的尾轴直径4；
28.步骤s4：如图4所示，按照所述厚度10、面积11，选择对称流线形的naca0018作为斜撑横截面8的几何形状；
29.步骤s5：如图1所示，斜撑中轴线6与尾鳍中心线2之间的最小侧斜角α为50
°
；在所述最小侧斜角α范围内，根据尾鳍外侧、斜撑上端附近船底板上方的纵向强结构位置，确定斜撑中轴线6与尾鳍中心线2之间的侧斜角7为60
°
；
30.步骤s6：如图2所示，斜撑中轴线6与尾轴中心线3之间的最小纵倾角β不小于60
°
；在所述最小纵倾角β范围内，根据尾鳍外侧、斜撑上端附近船底板上方的横向强结构位置，确定斜撑中轴线6与尾轴中心线3之间的纵倾角8为70
°
；
31.步骤s7：如图1,2所示，沿所述的侧斜角7和纵倾角8，从双尾鳍末端外侧出发，拉伸所述的斜撑横截面9至船底板，确定整个斜撑的几何形状，从而确定斜撑长度，其中拉伸线即为斜撑中轴线6；
32.步骤s8：提取所述方案0中多个水线高度处的斜撑前来流流线角15，包括：斜撑与尾鳍的连接处(a1)、0.7r(a2)、r(a3)、1.25r(a4)、斜撑与船底板的连接处(a5)，其中r为螺旋桨半径17，求各流线角平均值，作为斜撑横截面中心线角13；绕斜撑中轴线6，左舷逆时针、右舷顺时针旋转各水线高度处的斜撑横截面9至所述的斜撑横截面中心线角13，并将斜撑外轮廓光滑过渡，获得斜撑；
33.步骤s9：在三维几何软件中，完成所述斜撑的几何建模；将所述的斜撑几何形状按所述的侧斜角7和纵倾角8，安装在双尾鳍末端和所述的船底板结构强构架位置，作为方案1；
34.步骤s10：采用结构有限元软件，校核斜撑自身结构强度和双尾鳍刚度、振动，确保斜撑自身结构强度和双尾鳍刚度、振动在可接受范围内；
35.步骤s11：采用流体力学软件，根据设计航速设置来流速度，获得舰船阻力和斜撑前来流流线；方案1与方案0的阻力差，即为斜撑自身的阻力；
36.步骤s12：提取所述方案1中多个水线高度处的斜撑前来流流线角15，包括：斜撑与尾鳍的连接处(a1)、0.7r(a2)、r(a3)、1.25r(a4)、斜撑与船底板的连接处(a5)，其中r为螺旋桨半径17，求5处流线角平均值，作为斜撑横截面中心线角13，并将斜撑外轮廓光滑过渡，获得新的斜撑方案，作为方案2；重复步骤s11，获得方案2的斜撑阻力；
37.步骤s13：对比方案1和方案2的斜撑阻力，取斜撑阻力小的方案为新方案；
38.步骤s14：重复步骤s12、s13，直至筛选出阻力最小的斜撑横截面中心线角13和斜撑方案。

技术特征：
1.一种舰船双尾鳍末端减阻斜撑，其特征在于：包括双尾鳍、斜撑，所述双尾鳍与船底板上方的横向强结构位置之间连接有斜撑，斜撑中轴线与尾鳍中心线之间具有一个侧斜角，斜撑中轴线与尾轴中心线之间具有一个纵倾角，且斜撑横截面中心线与各水线高度处来流之间的攻角平均值最小，能有效降低斜撑对周围流场的干扰作用，从而具有更好的自身减阻效果。2.根据权利要求1所述的舰船双尾鳍末端减阻斜撑，其特征在于：所述斜撑中轴线与尾鳍中心线之间的最小侧斜角不小于50
°
。3.根据权利要求1所述的舰船双尾鳍末端减阻斜撑，其特征在于：所述斜撑中轴线与尾轴中心线之间的最小纵倾角不小于60
°
。4.根据权利要求1所述的舰船双尾鳍末端减阻斜撑，其特征在于：所述斜撑横截面的厚度为0.35d，面积为0.45d2，其中d为斜撑与尾鳍连接处的尾轴直径。

技术总结
本实用新型涉及一种舰船双尾鳍末端减阻斜撑，包括双尾鳍、斜撑，所述双尾鳍与船底板上方的横向强结构位置之间连接有斜撑，斜撑中轴线与尾鳍中心线之间具有一个侧斜角，斜撑中轴线与尾轴中心线之间具有一个纵倾角，且斜撑横截面中心线与各水线高度处来流之间的攻角平均值最小，能有效降低斜撑对周围流场的干扰作用，从而具有更好的自身减阻效果。本实用新型在确保斜撑自身结构强度和尾鳍刚度、减振需求的同时，斜撑与各水线高度处的来流攻角平均值最小，可最大程度降低斜撑对周围流场的干扰作用，有效降低斜撑自身阻力。有效降低斜撑自身阻力。有效降低斜撑自身阻力。


技术研发人员：周华伟 毛献群 徐萍 贺远松 熊小青 王建方 崔博俸
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七
技术研发日：2022.10.29
技术公布日：2023/4/18