船舶螺旋桨毂帽鳍研究与进展

船舶螺旋桨毂帽鳍研究与进展

骆婉珍1，吴铁成2，孙瑜2

（1．集美大学轮机工程学院，福建厦门361021；

2．哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001）

摘要：螺旋桨毂帽鳍是在桨毂帽处安装整流鳍板的节能装置，具有结构简单、安装方便、故障可能性低以及造价低等诸多优点，并适用于旧船的改造，对提高船舶推进效率、减少船舶能耗有着积极的作用。本文整理归纳了国内外关于螺旋桨毂帽鳍研究工作的文献，并把这些研究按实验研究和理论预报两个部分进行介绍，并对今后的研究方向提出了一些观点。

关键词：螺旋桨；毂帽鳍；实验研究；理论研究

Studies and Advances of Marine Propeller Boss Cap Fin

LUO Wanzhen1, WU Tiecheng2, SUN Yu2

(1. Institute of Marine Engineering, Jimei University, Xiamen, 361021, China; 2. College of

Shipbuilding Engineering, Harbin Engineering University, Harbin, 150001, China)

Abstract: The propeller boss cap fin is an energy-saving device which is installed an rectifying fin in the boss cap, it has the advantages of simple structure, convenient installation, hard to breakdown, and lower cost. It is suitable for transformation of old ships and can reduce the energy consumption. This paper summarizes the domestic and foreign articles about the research of propeller boss cap fin and divides these studies into two parts, one is experiment study, the other one is theory prediction, and also, we give some opinions about future research.

Keywords: propeller, boss cap fin, experiment study, theory study

1引言

近年来，我国船级社、研究设计院所、高等学校和船厂通过对中国船舶的EEDI指数计算验证。并与MEPC提供的Baseline比较得出，中国63%散货船的EEDI指数大于Baseline；57%集装箱船的EEDI指数超过Baseline；73%的共同规范(CSR)散货船超标[1]。2011年7月MEPC第62次会议上，正式通过《MARPOL73/78公约》附则Ⅵ修正案，确定了EEDI和SEEMP两项船舶能效准则。两项准则在2013年1月1日已经生效，2015年起强制执行[2]，EEDI指数超标的新设计船将不能通过船级社或IMO的审核，EEDI指数超标的运营船舶可能被强制报废或者无法进入国际航运市场。届时我国船舶工业将面临着巨大挑战与严重的订单影响。因此，船舶节能减排是一个需要重新搬到台面上并更加重视的一个方面。

螺旋桨毂帽鳍（Propeller Boss Cap Fins）作为重要的船舶附加水动力节能装置，是在1987年首先由日本大阪商船三井船舶株式会社等研制的，它是在桨毂帽处安装整流鳍板的一种节能装置[3]。毂帽鳍具有结构简单、安装方便、故障可能性低以及造价低等诸多优点，并且适用于旧船的改造。毂帽鳍的节能机理有

作者简介：骆婉珍，女，在读硕士研究生，主要从事新能源应用领域的研究。E-mail: luowanzhen@。

两点：第一点是当船舶运行时，通常在螺旋桨的毂帽附近，有一股较强的毂涡，毂涡所产生的阻力，致使螺旋桨的性能降低。在螺旋桨桨后加装毂帽鳍，对桨毂帽后的水流进行导流，使毂涡被扩散和减弱。因此，涡流对螺旋桨所引起的阻力就会减小，而螺旋桨的推力也就相应地增大。第二点是桨毂附近的流场，在PBCF处产生方向与螺旋桨旋转方向相同的转矩，使得桨轴上所需转矩减少，从而有利于提高螺旋桨效率[4-6]。毂帽鳍的节能效果较好，这个效果在较大毂涡、较大螺距的桨后更为明显，因此是一种不错的节能附体。

2 毂帽鳍实验研究

1986年，日本三井造船公司开发出与螺旋桨叶数相同而直径为其1/4的毂帽鳍，通过模型实验证实其节能效果。1991年，龚其福和周和玉[7]进行了PBCF的敞水实验研究，采用反向敞水实验法（即将桨轴及敞水箱置于螺旋桨上游的敞水实验），使用CP26型螺旋桨，并以螺旋桨效率为基础，对毂帽鳍的最佳参数进行研究。该试验所研究的参数有鳍板与螺旋桨的半径比（r/R），鳍板的安装角度（α），鳍板相对螺旋桨的位置（a，b），鳍板的倾斜角（γ），鳍板的截面形状以及鳍板的数量。图1为安装PBCF前后螺旋桨敞水性能的对比。然后将PBCF安装到11艘船舶上进行反复实验，所得结果与敞水实验存在一定差异，产生此种差异的原因除去尺度效应和流场因素外，还存在实船中PBCF的制造精度更高等因素。

图1PBCF对螺旋桨敞水性能曲线的影响

中船重工七○二研究所上海分部进行了50余型螺旋桨配毂帽鳍的模型性能实验[8]。实验观察图像如图2所示。实验结果表明毂帽鳍节能效果在2%以上，实船应用节能效果可达到3.0%—4.0%。该试验采用激光测速技术（LDV）成功测量了安装毂帽鳍前后螺旋桨的尾流场，得到了毂帽鳍对螺旋桨尾流场的改善效果的流场实验数据。

图2 毂帽鳍性能实验