文根凤
桂林五洲旅游股份有限公司
摘要：长期以来人们为探索新型高效的船用推进装置进行了不懈的努力，研发并创造了许多的船舶推进形式，如桨、橹、明轮、螺旋桨、导管螺旋桨、喷水推进器等。随着船舶对操纵性能的要求不断提高，尤其是对航道拥挤、吃水浅、滩多水急的漓江水域，因为航道状况复杂，船舶运行工况多变、主机负荷变化频繁导致大量能源消耗，再加上漓江航道穿越城市或风景旅游区，排放及噪声污染问题显得更加突出，因此就更需要一种新型的船舶推进装置直翼全向推进器来改善传统螺旋桨推进动力的不足。
关键词：漓江游船/直翼全向推进器/应用
一、引言
目前普通螺旋桨的推进效率一般在55%左右，大型船舶可达60%以上，小型内河船舶的推进效率约在45%左右，浅吃水船舶的推进效率则在30-35%左右。 通常全回转螺旋桨、摆线推进器等则比普通螺旋桨的推进效率低3-5%左右。 随着经济的发展，节约能源及减少排放的要求已显得极为迫切，在船舶运输领域，发展具有高效节能的推进装置具有十分重要的现实意义和广阔的应用前景。
二、直翼全向推进器技术分析
直翼推进器是船舶的一种推进工具，其回转轴垂直于船体，由几片垂直介入水中的叶片组成。它是在一个特制的平圆盘上，安装几片像剑一样的叶片，这些叶片不仅能随平圆盘转动，还能通过操纵机构自身转动。由于叶片的作用如机翼，水流流经其表面，产生水动力，可转化为船舶推动力。这样，通过操纵机构可控制推力大小、方向。直翼推进器的移动是能在各种航行条件、各种速度下，保持较高推进效率，它适应于栽荷变化大、机动性要求高的船舶。
目前直翼推进器多采用一套复杂的连杆曲柄机构驱动桨叶的摆动，其桨叶运动轨迹类似于摆线，故该推进器也称摆线推进器。摆线推进器又称为返回翼推进器，下图为摆线推进器的基本结构及原理图
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摆线推进器由一组叶片构成，他们一般布置在船体的中间部位，从船体垂直（双桨时可以成一定角度）伸向水中并绕推进器的中心作垂直于船体的轴线作圆周运动。该组叶片组作圆周运动的同时，还绕自身的轴线转动。也就是桨叶随园盘每转动一周，桨叶绕自身轴线亦摆动一个周期，通过改变叶片的摆动规律，可实现360度范围内快速并连续地改变推进方向和大小。
三.直翼全向推进器的特点
1、水力剖面积大，推力负荷系数小，桨叶展弦比大，推进效率高；
2、 结构简单、重量轻、运转平稳，便于安装、保养与维修；
3、推力方向可在360度内变化，舵桨合一，操纵性能优异；
4、不设水下轴系，有利于减少污染；
5、在相同水动力剖面积时其吃水浅，适宜于浅吃水船舶；
6、上据船舶空间小，可增加船舶的有效舱容；
7、安装两台以上全向推进器的船舶可以实现船舶的复杂运动。
8、水动力效率高。
四.直翼全向推进器的推进效率
轴向诱导效率：由于全向推进器的水力剖面积较大，推进器的负荷系数较小，因而可减小轴向诱导速度，从而提高其水动力效率。因此全向推进器的轴向诱导效率较螺旋桨为高。
周向诱导效率：螺旋桨旋转时引起较强的旋转水流，因而造成较大的周向诱导损失。全向推进器的旋转速度仅为螺旋桨的1/2左右，桨叶运动时只引起平面内横向诱导速度，且前后桨叶的横向诱导速度有相消作用，从而减少了推进器尾流的横向诱导损失。因此全向推进器的横向诱导损失亦小于螺旋桨的周向诱导损失。
结构效率：螺旋桨端部绕流损失较大，且其根部和梢部为了满足特定的要求，如强度、空泡等，翼型形状变差，阻升比增大。而全向推进器的桨叶一般采用相当于几倍的二维长翼，因此全向推进器的桨
叶比螺旋桨叶片的端部损失小而结构效率高。经理论计算以及水池和实船测试比较，在内河船舶特别是吃水受到一定限制的情况下，其推进效率可比普通螺旋桨提高5-10%左右。
五.船舶操纵性能
采用螺旋桨舵系统的船舶在低速运动和顺水航行时将导致船舶操纵力急速下降。而全向推进器推力方向可在360度范围内变化，因此船舶能够进行原地回转。特别当采用两台全向推进器时，通过调整和控制两台推进器不同的推力方向，可使船舶侧向横移，这对海洋平台、海洋工程船舶、船舶过闸、急流航道航行的船舶、港区作业船舶以及在拥挤航道内航行的船舶说具有重要意义。
全向推进器在运转过程中，桨叶距船体的距离不变，一般不会产生对船体的周期性脉冲影响。而螺旋桨叶片在转到与船体接近的位置时，会造成对船体的压力脉冲并引起船体的振动。螺旋桨船舶在进行轴系、舵系维修时必须进坞或上排。而直翼推进器在维修时船舶则不必上排或进坞，而直接利用起吊设备将推进器吊起维修或更换。采用全向推进器的船舶省却了螺旋桨船舶的舵装置和尾轴及密封系统。此外，船舶尾部的线型通常采用纵流平尾，建造更为简单。对于高速船舶来说、高转速的螺旋桨极易产生空泡导致推进器损坏以致失效。由于全向推进器的最佳转速仅为螺旋桨的1/2左右，因此具有十分优良的空泡性能。
六.直翼全向推进器在漓江游船的实船应用
1、木龙湖069：该船为临桂新区环城水系内湖的营运船舶，总长：
总长16.2米，水线长15.0米，型宽3.6米，型深1.1米，吃水0.45米，采用两台10kw直翼全向推进器作为推进操纵装置，采用锂电池与两台交流伺服电机驱动，为漓江水域第一艘将传统的船尾隧洞型以及螺旋桨舵推进改进为纵流尾型全向推进器的纯电力推进船舶。实船表明：全向推进器操纵方便、舵桨合一，转向灵活、推进效率比同类船舶提高了30%，达到50%以上的节能效果。零排放、零污染。可原地360度回转，航速可达13.0km/h。
2、玉柴18号：该船为漓江首艘四星级采用新推进装置的旅游客船，主尺度为：总长32.84米，水线长29.96米，型宽6.0米，型深1.15米，吃水0.53米。采用二台73KW柴油机，配合2台73KW直翼全向推进器，作为整艘船舶的动力推进系统。该船性能良好、操纵方便，转向灵活，噪音小，爬滩能力强，油耗大幅降低，比同类型螺旋桨船舶节能30%航次。船舶可原地回转，平均航速可达19~20km/h，比传统螺旋桨船舶16~17km/h提高了3km/h。目前该船营运良好，收入丰厚，受到船东和顾客的青睐。成为当今漓江航线上一道靓丽的风景。
结语：
为了保护漓江水域不受污染，采用新型动力推进装置已迫在眉捷。而直翼全向推进器具有吃水浅、无污染（桨叶轴承采用脂润滑）、操纵性好、推进效率高等特点，在解决上述问题中具有十分积极的意义。
参考文献：
[1] 陈刚、张思全《超级电容和锂电池在船舶中的应用研究》,2018.
[2] 《内河船舶法定检验技术规则》（2019）及（2018修改通报）
[3] 刘培检;王冬姣《垂直轴水轮机水动力性能的数值模拟研究》[J];科学技术与工程;2012年28期
姓名:文根凤 出生年月:1975年12月 性别:女 民族:汉族 籍贯:广西灌阳 学历:大学本科 职称:工程师（中级职称） 研究方向:环保节能新技术在漓江游船上的应用 单位名称:桂林五洲旅游股份有限公司 省市:广西壮族自治区桂林市 邮编:541003