Dispositivo de control de flujo para mejorar la resistencia de presión y la vibración de un casco que incluye una aleta inferior y una aleta superior.

La aleta inferior está dispuesta entre el 10% y el 20% de la eslora del barco con respecto a una línea perpendicular de popa en una dirección longitudinal de un barco y entre el 10% y el 20% de un calado de diseño con respecto a un fondo del barco en una dirección en altura del barco. La aleta superior está dispuesta entre el 10% y el 20% de la eslora del barco con respecto a la línea perpendicular de popa en la dirección longitudinal del barco y entre el 30% y el 60% del calado de diseño con respecto al fondo del barco en la dirección en altura del barco

Dispositivo de control de flujo para mejorar la resistencia de presión y la vibración de un casco.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo de control de flujo para mejorar la resistencia de presión y la vibración de un casco, y más particularmente, a un dispositivo de control de flujo para mejorar la resistencia de presión y la vibración de un casco, el cual es capaz de proporcionar un entorno agradable en la travesía a tripulaciones y pasajeros de un barco al reducir la vibración provocada por una hélice del barco y es capaz de ahorrar combustible al mejorar el rendimiento propulsor del barco.

Antecedentes de la técnica

En la actualidad, con el desarrollo de medios de transporte tales como los aviones la carga se transporta rápidamente por todo el mundo. No obstante, en el caso del petróleo, el gas natural, los vehículos, y los contenedores con un volumen de carga muy elevado y un peso de carga alto, los mismos no se podrían transportar en grandes volúmenes de una sola vez por avión y, por lo tanto, es habitual transportarlos por barco.

En el caso de que la carga se transporte usando un barco, se requiere conseguir que el barco sea grande y que se mueva a una alta velocidad para transportar una gran cantidad de carga de una sola vez y rápidamente. No obstante, la vibración del casco aumenta por causa de la hélice del barco y se consume una gran cantidad de combustible debido a un aumento de la potencia del motor como resultado del movimiento de un barco de grandes dimensiones a una alta velocidad.

Por esta razón, existe una necesidad de desarrollar un dispositivo que pueda reducir la vibración del casco por causa de la hélice del barco y ahorrar combustible incluso cuando aumente la potencia del motor.

La Fig. 1 es una vista lateral esquemática de un dispositivo convencional de aletas de un barco. La Fig. 2 es una vista lateral esquemática que ilustra el flujo de un fluido, el cual es controlado por el dispositivo convencional de aletas del barco. La Fig. 3 ilustra la comparación de la velocidad de un fluido que fluye hacia la hélice del barco provisto del dispositivo de aletas mostrado en la Fig. 1 con la velocidad de un fluido que fluye hacia la hélice de un casco desnudo sin ningún dispositivo de aletas. La Fig. 4 ilustra la comparación de líneas de presión constante del barco provisto del dispositivo de aletas mostrado en la Fig. 1 con líneas de presión constante del casco desnudo.

El dispositivo convencional de aletas del barco se da a conocer en la publicación de patente japonesa abierta a inspección pública n.º 2002-362485, y el mismo se ideó para mejorar el rendimiento propulsor y para reducir la resistencia del cuerpo de un barco.

El dispositivo de aletas del barco incluye dos aletas 5 y 6 que están proporcionadas respectivamente en los lados frontal y trasero. Ambas aletas 5 y 6 están montadas en una plancha exterior del cuerpo del barco para sobresalir con un ángulo casi recto, y son de poco grosor.

La aleta frontal 5 tiene un punto inicial de instalación en una posición de una distancia S (menos del 15% de Lbp (eslora entre perpendiculares)) en el lado de la proa con respecto a una línea vertical 8 de la popa, y está instalada por debajo de la altura central de una hélice 4. La aleta frontal 5 está inclinada de tal manera que su altura con respecto al fondo del barco aumenta a medida que la misma va hacia la popa. La aleta frontal 5 tiene una longitud L1 menor que el diámetro D de la hélice 4. Una anchura saliente de la aleta frontal 5 con respecto al cuerpo del barco es menor que el 10% del diámetro D de la hélice 4.

La aleta trasera 6 está dispuesta en paralelo al fondo del barco entre la línea central de la hélice 4 y un extremo de la hélice, y está instalada justo delante de la hélice. La aleta trasera 6 tiene una longitud L2 menor que el diámetro D de la hélice 4. Una anchura saliente de la aleta trasera 6 con respecto al cuerpo del barco es menor que el 20% del diámetro D de la hélice 4.

La aleta frontal 5 sirve para debilitar un vórtice (vórtice de pantoque) 9 que asciende en espiral desde el fondo del barco hacia el lateral del mismo, y también para guiar secuencialmente el vórtice hacia la hélice. La aleta trasera 6 sirve para evitar la difusión del vórtice 9 de pantoque que es guiado hacia la hélice 4 por la aleta frontal 5. El flujo de un fluido 10, que fluye a través de una separación entre la aleta frontal 5 y la aleta trasera 6, sirve para evitar la difusión del vórtice 9 de pantoque.

Si el vórtice 9 de pantoque se debilita tal como se ha descrito anteriormente, el fluido que fluye hacia la hélice se hace más uniforme. Si se evita la difusión del vórtice 9 de pantoque, se reduce la resistencia inducida provocada por el vórtice 9 de pantoque. De este modo, se puede reducir la resistencia del cuerpo del barco y se puede mejorar el rendimiento propulsor de un barco.

Los presentes inventores realizaron un análisis numérico para confirmar los efectos convencionales. Los resultados del análisis numérico se muestran en las Figs. 3 y 4.

La Fig. 3(a) muestra la velocidad de un fluido que fluye hacia la hélice de un casco desnudo sin ningún dispositivo de aletas, y la Fig. 3(b) muestra la velocidad de un fluido que fluye hacia la hélice de un barco provisto del dispositivo de aletas mostrado en la Fig. 1. En la Fig. 4, las líneas indicadas como técnica anterior muestran las líneas de presión constante del barco provisto del dispositivo de aletas, y las líneas indicadas como casco desnudo muestran las líneas de presión constante del casco desnudo. En la Fig. 4, cuanto más cerca se está de la popa, mayor es la línea de presión constante.

Los presentes inventores establecen una condición de fijación de la aleta dentro de unos márgenes de la realización dada a conocer en la publicación de patente japonesa abierta a inspección pública n.º 2002-362485 en la realización del análisis numérico.

La aleta frontal 5 se dispuso en la posición del 15% de Lbp con respecto a la línea perpendicular A.P. de la popa en la dirección longitudinal del barco y se montó en la posición del 30% del diámetro de la hélice con respecto al fondo del barco en la dirección en altura del mismo. Además, la longitud de la aleta frontal 5 se fijó de manera que fuera igual al diámetro de la hélice, la anchura de la aleta frontal 5 se fijó al 7% del diámetro de la hélice, y un ángulo de la aleta frontal 5 con respecto al fondo del barco se fijó a 10 grados. Además, la aleta trasera 6 se montó justo delante de la hélice en la dirección longitudinal del barco, y en la posición del 90% del diámetro de la hélice con respecto al fondo del barco en la dirección en altura del mismo. La longitud de la aleta trasera 6 se fijó al 80% del diámetro de la hélice, la anchura de la aleta trasera 6 se fijó al 10% del diámetro de la hélice, y la aleta trasera 6 se fijó en paralelo al fondo del barco.

Cuando se realiza un análisis numérico en las condiciones anteriores, se puede observar a partir de la Fig. 3 que prácticamente no hay ningún cambio de velocidad en el lado inferior de la hélice en la velocidad de un fluido que fluye hacia la hélice del barco provisto del dispositivo de aletas mostrado en la Fig. 1 en comparación con la velocidad de un fluido que fluye hacia la hélice del casco desnudo sin ningún dispositivo de aletas. Se puede observar también que existen partes de velocidad reducida en el lado superior de la hélice con el dispositivo de aletas mostrado en la Fig. 1. Esto significa que raramente aparece el efecto de la reducción de la vibración por la hélice del barco provisto del dispositivo de aletas mostrado en la Fig. 1.

Además, a partir de la Fig. 4, se puede observar que las líneas de presión constante del barco provisto del dispositivo de aletas mostrado en la Fig. 1 son prácticamente idénticas a las del casco desnudo y, por lo tanto, la resistencia de presión raramente se reduce. Se puede observar también que el rendimiento propulsor del barco no mejora mucho ya que la resistencia de presión no se reduce tal como se ha descrito anteriormente.

Descripción de la invención

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención proporcionar un dispositivo de control de flujo para mejorar la resistencia de presión y la vibración del casco, el cual sea capaz de reducir la vibración provocada por...

1. Dispositivo de control de flujo para mejorar la resistencia de presión y la vibración de un casco, comprendiendo el aparato:

una aleta inferior para guiar un vórtice de pantoque para que fluya en sentido ascendente por encima de una hélice instalada en la porción trasera de un casco, utilizando un vórtice que asciende en espiral desde el fondo del barco hacia el lateral del mismo, estando dispuesta dicha aleta inferior entre el 10% y el 20% de la eslora del barco con respecto a una línea perpendicular de popa en una dirección longitudinal de un barco y entre el 10% y el 20% de un calado de diseño con respecto a un fondo del barco en una dirección en altura del barco, estando inclinada la aleta inferior con un ángulo de 20 grados a 40 grados con respecto a una línea (o base) de calado de diseño; y

una aleta superior para acelerar el flujo de un fluido que fluye hacia una parte superior de la hélice, estando dispuesta dicha aleta superior entre el 10% y el 20% de la eslora del barco con respecto a la línea perpendicular de popa en la dirección longitudinal del barco y entre el 30% y el 60% del calado de diseño con respecto al fondo del barco en la dirección en altura del barco, estando inclinada la aleta superior con un ángulo de 10 grados a 30 grados con respecto a la línea (o base) de calado de diseño,

en el que la aleta inferior y la aleta superior tienen un grosor de entre 20 mm y 100 mm, una anchura comprendida entre el 0,1% y el 0,5% de la eslora del barco, y una longitud comprendida entre el 0,3% y el 3% de la eslora del barco.

2. Dispositivo de control de flujo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además una aleta adicional para acelerar el flujo de un fluido que fluye hacia una parte inferior de la hélice, estando dicha aleta adicional dispuesta entre el 5% y el 15% de la eslora del barco con respecto a la línea perpendicular de popa en la dirección longitudinal del barco y entre el 5% y el 20% del calado de diseño con respecto al fondo del barco en la dirección en altura del barco, estando inclinada la aleta adicional un ángulo de 10 grados a 40 grados con respecto a la línea (o base) de calado de diseño.

3. Dispositivo de control de flujo según la reivindicación 2, en el que la aleta superior, la aleta inferior y la aleta adicional se constituyen con una forma rectangular, trapezoidal o triangular.

4. Dispositivo de control de flujo según la reivindicación 3, en el que la aleta adicional tiene un grosor de entre 20 mm y 100 mm, una anchura comprendida entre el 0,1% y el 0,5% de la eslora del barco, y una longitud comprendida entre el 0,3% y el 3% de la eslora del barco.

5. Barco que comprende el dispositivo de control de flujo descrito en la reivindicación 1.