[0001] 本发明涉及船舶的技术领域，特别地涉及一种节能组合装置及包括其的船舶。

[0002] 船运行业中，燃油成本是主要的运营成本之一。节能环保作为船舶行业共同关心的话题，在EEDI(Energy Efficiency Design Index,船舶能效设计指数)背景下愈加重要。在船体尾部，通常在螺旋桨前安装有节能附体装置(其中，附体指的是该节能装置是附着在船体上的)，来提高与螺旋桨的匹配，提升推进效率，达到节能减排的目的。

[0003] 但现有技术中，螺旋桨前的节能附体装置要么过于简单，无法有效提升推进效率，要么节能附体装置的结构复杂，从而导致加工、安装复杂，增加了船舶制造成本。

[0070] 下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

[0071] 如图1‑7所示，本实施例提供了一种节能组合装置7，也提供了安装有该节能组合装置7的船舶。该节能组合装置7安装在船体4的尾部，并设在船尾6的螺旋桨3沿从船首至船尾6的第一方向A的前端。“第一方向A”为船舶前进时，水流从船首(图中未示出)向船尾6流动的方向，与船舶的前进方向相反，“前端”指的是第一方向A的初始端，即更靠近船首的一端。通常，船体4的外形是从船体4两侧向船尾6处逐渐收缩，因此，水流也是从船体4两侧向位于中间的船尾6汇流。

[0072] 本实施例中，为了更好地说明节能组合装置7在船体4的位置，以螺旋桨3的旋转方向B是右旋为例进行说明，并定义了X、Y、Z轴三个相互垂直方向的坐标系，其中，X轴为由船尾6指向船首的方向(即与第一方向A相反的方向)，Y轴为由船中指向船左侧的方向(“左侧”是以图5示意的左侧，“船中”指的是平行于船体两侧，并位于中间的位置；)，Z轴为由船底指向甲板的方向。X轴与螺旋桨3的轴线平行，Y轴和Z轴也构成了螺旋桨3的径向面，X轴和Z轴构成了船体4的竖直面，竖直面与径向面垂直，并与船体4的两侧面平行。

[0073] 该节能组合装置7包括若干个沿船尾6的周向间隔设置的第一导流件2和至少一个第二导流件1，每个第一导流件2沿螺旋桨3的径向延伸设置。第二导流件1沿船尾6的周向弧形延伸设置，至少部分第二导流件1设在第一导流件2沿第一方向的前端，并且至少部分第一导流件2位于第二导流件1弧形延伸对应的角度范围内。第二导流件1包括第一方向依次设置的第一侧边11和第二侧边12，第一侧边11和/或第二侧边12相对于螺旋桨3的径向面倾斜设置。

[0074] 具体地，如图1所示，本实施例中，第一导流件2是一种翼型叶片，该节能组合装置7包括有三个叶片，三个叶片均焊接在船尾6的锥形表面上；从图5的视角来看，以从左至右的顺序，最左侧的第一个第一导流件2‑1与Z轴的夹角为90°，第二个第一导流件2‑2与Z轴的夹角为50°，最右侧的第三个第一导流件2‑3与Z轴的夹角为20°。在其他实施例中，根据不同的船体4形状和导流效果的需要，第一导流件2的数量可以相应地调整，优选地，第一导流件2的数量在2至5片之间。第一导流件2的形状也可以相应的调整，可以叶片形或鳍状形等。

[0075] 本实施例中，考虑制造成本，该节能组合装置7只包括一个第二导流件1，第二导流件1具体是一个弧形结构件，也是焊接在船尾6的锥形表面上；其绕船尾6处的圆锥形船体4的周向、以圆弧形状延伸，并相对于螺旋桨3的径向面倾斜，其周向表面呈现为半圆形或半椭圆型。在其他实施例中，根据不同的船体4形状和导流效果的需要，采用如此设计的节能组合装置7也可以包括多个第二导流件1，多个第二导流件1可以沿船尾6的周向、间隔设置，也可以是一个第二导流件1沿船尾6的周向弧形延伸成一个完整的管状结构，因此，这样弧形延伸并倾斜设置的第二导流件1也称为倾斜导管。第二导流件1的弧形延伸路径也可以因导流效果的需要做相应地调整，而不一定是规则的圆形结构。

[0076] 本实施例中，沿第一方向A，第二导流件1、第一导流件2和螺旋桨3依次间隔设置，两个导流件可以分体加工、安装，降低制造难度和成本。在其他实施例中，根据需要，第一导流件2沿第一方向A也可以与螺旋桨3部分重叠设置，第二导流件1沿第一方向A也可以与第一导流件2部分重叠设置。

[0077] 本实施例中，如图5所示，三个第一导流件2在螺旋桨3径向面上的分布基本在第二导流件1进行弧形延伸所对应的角度范围内，以使得两个导流件达到更好的配合效果。在其他实施例中，根据船体4形状的不同和导流效果的需要，也可以部分的第一导流件2位于第二导流件1弧形延伸对应的角度范围之外。

[0078] 本实施例中，第一侧边11和第二侧边12均相对于螺旋桨3的径向面倾斜设置，以在第二导流件1的弧形表面的不同位置处与来流形成一定的夹角，减小船体4尾部水流的分离，提高螺旋桨3前方流场的均匀性。在其他实施例中，根据需要，也可以只有一条侧边做倾斜设置，而不一定是两条侧边均做倾斜设置。

[0079] 本实施例的节能组合装置7通过上述设置，水流从船体4两侧向船尾6汇流，先后流经第二导流件1、第一导流件2至螺旋桨3处。通过上述倾斜设置的第二导流件1，与从船体4向第二导流件1的来流形成夹角，可以减小船体4尾部水流的分离，提高螺旋桨3前方流场的均匀性。相比于单一导流件或非倾斜设置的导流件，通过两种不同方向延伸设置的两种导流件的配合，可以进一步产生有利于螺旋桨3推进力的水流，使螺旋桨3产生更大的推力；从而提高了与船桨的匹配性，提升了船舶的推进效率，提高了节能效果。并且两个导流件分体加工，结构简单，易于制造和降低加工、安装成本；弧形延伸的第二导流件1采用倾斜设置，相比于直型设置的导流件，可减少第二导流件1的体积，从而减少生产制造成本。

[0080] 如图6所示，当船尾6不安装该节能组合装置7时，在螺旋桨3采用相同转速的情况下，螺旋桨3的推力为37.4N。而如图7所示，当船尾6安装该节能组合装置7时，在螺旋桨3采用相同转速下，螺旋桨3的推力可以达到43.3N。

[0081] 其中，该节能组合装置7在船体4上的位置相对于竖直面的方向与螺旋桨3的旋转方向相反。例如，如图5所示，本实施例中，由于螺旋桨3的旋转方向B是右旋的，则该节能组合装置7(包括第一导流件2和第二导流件1)设在竖直面的左侧。而若其他实施例中，螺旋桨3的旋转方向B是左旋的，则该节能组合装置7设在竖直面的右侧。

[0082] 该节能组合装置7采用这样的设置，使得水流从船体4两侧向船尾6汇流，经过该节能组合装置7时，能够产生与螺旋桨3旋转相反的水流，有利于提高螺旋桨3的推进力，从而进一步提升船舶的推进效率和节能效果。

[0083] 其中，如图2‑4所示，第二导流件1还包括分别设在螺旋桨3的旋转方向的起始端和末端的第三侧边13和第四侧边14；第三侧边13和/或第四侧边14相对于螺旋桨3的轴线倾斜设置。具体地，本实施例中，第三侧边13和第四侧边14均相对于螺旋桨3的轴线倾斜设置，在其他实施例中，第三侧边13和第四侧边14中也可以只有一个侧边相对于螺旋桨3的轴线倾斜设置，但将第三侧边13和第四侧边14均相对于螺旋桨3的轴线倾斜设置是较优的选择，可以进一步能够减小船体4尾部水流的分离，提高螺旋桨3前方流场的均匀性，有利于提高推进力。

[0084] 其中，第一侧边11相对于径向面的倾斜角度为第一倾斜角度A1，第二侧边12相对于径向面的倾斜角度为第二倾斜角度A2′，第一倾斜角度A1不同于第二倾斜角度A2′；和/或，第三侧边13相对于与螺旋桨3的轴线的倾斜角度为第三倾斜角度B2，第四侧边14相对于螺旋桨3的轴线的倾斜角度为第四倾斜角度B1，第三倾斜角B2度不同于第四倾斜角度B1。

[0085] 具体地，如图4所示，第一倾斜角度为A1，第二倾斜角度为A2′(A2′与第二侧边12相对于水平面的倾斜角度A2构成90度的直角)，第三倾斜角度为B2，第四倾斜角度为B1，根据不同的船体4表面线型，A1在正负30度的范围内变化，A2在30至90度的范围内变化，但A1与A2′采用的角度不同，B1与B2采用的角度不同。第二导流件1的第一侧边11和第二侧边12采用上述不同的倾斜角度，和/或，第二导流件1的第三侧边13和第四侧边14采用不同的倾斜角度，均能实现与来流形成不同的夹角，能够更有效地减小船体4尾部水流的分离，提高螺旋桨3前方流场的均匀性，有利于提高推进力。在其他实施例中，根据船体4表面线型的不同，可以只有一对倾斜角度(即A1和A2′构成一对倾斜角度，B1和B2构成另一对倾斜角度)采用不同的倾斜角度，而不一定是两对倾斜角度都采用不同的倾斜角度。

[0086] 其中，第二倾斜角度A2′大于第一倾斜角度A11，使得位于水流末端的第二侧边12更好地与水流从船体4两侧向船尾6汇流的流动曲线匹配，有利于减小船体4尾部水流的分离。

[0087] 其中，如图1和图5所示，第一导流件2包括沿第一方向A依次设置的第五侧边21和第六侧边22，每个第一导流件2以第六侧边22为轴线、并相对于螺旋桨3的径向面以相同的倾斜方向倾斜设置。如图5所示，在本实施例中，螺旋桨3是右旋的，则三个第一导流件2均相对于螺旋桨3的径向面向右向上倾斜，根据船体4表面的线型不同，三个第一导流件2的倾斜角度可能不同，但倾斜方向是一致的。第一导流件2采用上述方式以相同的倾斜方向倾斜设置，使得水流从船体4两侧向船尾6汇流，经过该第一导流件2时，能够产生与螺旋桨3旋转相反的水流，有利于提高螺旋桨3的推进力，从而进一步提升船舶的推进效率和节能效果。

[0088] 其中，第五侧边21相对于径向面的倾斜角度为第五倾斜角度A3，第二倾斜角度与第五倾斜角度的差值不超过设定角度误差。具体地，如图2所示，每个第一导流件2在其第五侧边21处的第五倾斜角度A3被设计为与第二倾斜角度A2′相近似的角度，两个角度间的差值被控制在设定的角度误差范围内，根据船体4形状的不同，这个设定的角度误差会有所不同，但通常是一个较小的角度误差值(例如，正负5度的角度误差)，以达到倾斜匹配的效果。这样的设计中，第二倾斜角度A2′和第五倾斜角A3度采用近似的倾斜角度，使得水流先后流经的第二侧边12和第五侧边21的倾斜角度趋于一致，有利于水流的流畅，不容易产生水流分离。

[0089] 其中，第一侧边11沿旋转方向路径上的端点与船尾6端面之间的第一距离L0被设置为与第二导流件1与船体4连接的表面线型相匹配；第一侧边11沿旋转方向路径上的端点与船底之间的第二距离H0被设置为与倾斜导流件与船体4连接的表面线型相匹配。该节能组合装置7采用这样的匹配关系，能够更好地根据船体4表面线型的不同相应地调节第二导流件1的位置，使得水流曲线变化平滑，减小水流分离，提高螺旋桨3前方流场的均匀性，从而提高推进力。

[0090] 进一步地，为了更好地量化第一距离L0和第二距离H0的尺寸比例关系，如图2所示，在本实施例中，第一距离L0和第二距离H0均可以以螺旋桨3的直径为尺寸的参考对象，即：第一距离与螺旋桨3的直径的比例被定义为第一比例，本实施例中，与表面线型相匹配的第一比例值为0.48，即L0＝0.48D；根据不同的船体4表面线型，第一比例的范围可以在0.1至1.0之间变化。类似地，第二距离与螺旋桨3的直径的比例为第二比例，本实施例中，与表面线型相匹配的第二比例值为0.49，即H0＝0.49D；根据不同的船体4表面线型，第二比例的范围可以在0.3至0.7之间变化。

[0091] 第二导流件1采用与螺旋桨3直径的比例关系来设定其位置，通过调整比例大小实现第一距离、第二距离与船体4表面线型的匹配，降低了实现匹配的调节难度，易于加工、安装，降低了成本。

[0092] 第一距离L0和第二距离H0是否都需要根据船体4表面线型来匹配，可以根据船体4表面线型的不同或导流效果的需要来相应地选择、调整。即可以只有第一距离或只有第二距离按上述比例范围来与船体4表面线型相匹配。

[0093] 其中，第二导流件1在第一方向上不同位置处的直径与螺旋桨3的直径的比例与表面线型相匹配；和/或，第三侧边13和第四侧边14沿螺旋桨3轴线方向的长度与螺旋桨3的直径的比例均与表面线型相匹配。具体地，如图3所示，倾斜导管(第二导流件1)入口处的直径为D1＝0.54*D，倾斜导管的入口为其沿第一方向起始端；倾斜导管出口处的直径为D2＝0.55*D，倾斜导管的出口为其沿第一方向的末端；倾斜导管上部的第四侧边的长度L11＝
0.23*D，导管下部的第三侧边13的长度为L2＝0.5*L1。上述各个直径参数D1、D2和长度参数L1、L2与螺旋浆直径D的比例大小可以根据船体4表面的不同线型来设定，通常该比例值可在0.1至1.0之间变化。由于第二导流件1是弧形延伸的，因此，第二导流件1在第一方向上不同位置处存在有多个直径，而不限于仅仅是入口处的直径，不同位置处的直径是与船体4表面线型相匹配的，因而不同位置处的直径可能不同，但均在0.1至1.0之间变化。同时，由于第二导流件1是有一定厚度的，沿其厚度方向的剖面基于上述相同的匹配规则，采用相同的比例进行缩放。

[0094] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。