CN102991658B - 船舶仿生螺旋桨 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供船舶仿生螺旋桨，桨叶导边部为凹凸前缘结构，所述的凹凸前缘结构包括突起节点，相邻的突起节点连接处形成凹陷节点，突起节点和凹陷节点切面形状均为机翼切面形状，突起节点的投影曲线是正弦曲线，其表达式为其中L为突起节点的最大高度处的叶宽，x取值范围为（0，180°），突起节点的最大高度h的表达式为h=L/10，最大高度h为导边部突起节点处的叶宽与相邻凹陷节点的叶宽之差。本发明在多工况下均能较充分利用主机功率，减少常规螺旋桨和导管螺旋桨主机功率的浪费以及空泡噪声的产生，提高了船舶能源利用的效率。

Description

船舶仿生螺旋桨

技术领域

本发明涉及的是一种船舶推进机构，具体地说是螺旋桨。

背景技术

螺旋桨作为船舶最常见的推进器应用于绝大多数船舶上，其范围非常广泛。随着科学技术的发展，人们对螺旋桨所能提供的水动力性能有了更高的要求。近几年来，增加螺旋桨的推力及其效率和降低空泡等问题成为螺旋桨水动力性能研究的热点。

螺旋桨增加推力降低噪声的装置有很多。如：推力鳍、可调螺距桨叶、毂帽鳍、整流罩等。螺旋桨桨叶可以看作一个扭曲的机翼，随着机翼迎角的加大，机翼上的压力变化增加，气流的分离现象提前，机翼上表面的旋涡区面积不断地加大。当机翼的攻角超过失速角后，这种分离现象就迅速提前，使机翼上表面充满了大量的旋涡，升力急剧减小，阻力迅速增大直至失速。同样，螺旋桨随着进速系数的增加，螺旋桨桨叶的攻角也随之增加，螺旋桨桨叶所产生的阻力随之增加，整个螺旋桨的效率也随之降低。另外螺旋桨空泡也随攻角增加而增加，空泡现象的出现将会降低螺旋桨的性能，产生空化剥蚀，导致船体脉动压力剧增。因此国内外对如何提高螺旋桨的推力及效率并降低空泡噪声开展了深入的研究，其中螺旋桨桨叶分离涡的形成和发展的非定常过程及其流动控制，是一个具有重要理论和应用意义的研究课题。

发明内容

本发明的目的在于提供模仿座头鲸的胸鳍前缘突起结构的船舶仿生螺旋桨。

本发明的目的是这样实现的：

本发明船舶仿生螺旋桨，其特征是：桨叶导边部为凹凸前缘结构，所述的凹凸前缘结构包括突起节点，相邻的突起节点连接处形成凹陷节点，突起节点和凹陷节点切面形状均为机翼切面形状，突起节点的投影曲线是正弦曲线，其表达式为其中L为突起节点的最大高度处的叶宽，x取值范围为（0，180°），突起节点的最大高度h的表达式为h=L/10，最大高度h为导边部突起节点处的叶宽与相邻凹陷节点的叶宽之差。

本发明还可以包括：

1、突起节点在导边部的排列情况如下：位于导边部中间处的突起节点最大，其余突起节点的突起程度沿导边向两边依次减小，平滑过渡到叶稍和桨毂。

2、突起节点在导边部的排列情况如下：突起节点的突起程度相同，从导边部中间处向两边延伸，端部的突起节点平滑过渡到叶稍和桨毂。

3、所述的突起节点有12个。

本发明的优势在于：采用这种凹凸前缘结构设计可以使桨叶表面的边界层分离区相对于标准桨叶明显变小，从而增大失速角；具有更大的桨叶面积，在一定主机功率下能产生更大的推力；该螺旋桨结构简单，安装方便，降低船舶的整体制造成本；在多工况下均能较充分利用主机功率，减少常规螺旋桨和导管螺旋桨主机功率的浪费以及空泡噪声的产生，提高了船舶能源利用的效率。

附图说明

图1为本发明与普通桨叶的轮廓对比图；

图2为a导边部“突起处”的桨叶剖面图；图2b为导边部“凹陷处”的桨叶剖面图；

图3为四叶螺旋桨效果图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明是一种新型仿生螺旋桨，该桨的新颖之处在于模仿座头鲸的胸鳍前缘突起结构将桨叶导边部设计为凹凸前缘结构。

凹凸前缘结构是由12个形状相似、大小不一的突起节点组成。突起节点在导边部的排列情况如下：位于导边中间处的突起节点是最大的，其余突起节点的突起程度沿导边向两边依次减小，平滑过渡到叶稍和桨毂附近。如图1所示与普通螺旋桨相比新型螺旋桨具有更大的桨叶面积，在一定主机功率下能产生更大的推力。

相邻的“突起处”和“凹陷处”切面形状相似，均与机翼切面相仿。但两处的切面长度不同，“突起处”比“凹陷处”多出一个突起节点的长度。

突起节点形状的确定

节点的最大高度为：h=L/10其中h为节点的最大高度，L为此处的叶宽。见图2(a)。

在轮廓图1中，突起节点的投影曲线是正弦曲线，其表达式为：

$f\left(x\right)=\frac{L\·\sin x}{10}$

其中L为节点的最大高度处的叶宽；x取值范围为（0，180°）。

该新型桨叶能应用于三叶、四叶、五叶等多叶螺旋桨，以四叶螺旋桨为例，图3为新型四叶螺旋桨效果图。采用这种凹凸前缘结构的新形螺旋桨配上与之适应的主机，能够减少常规螺旋桨和导管螺旋桨主机功率的浪费以及空泡噪声的产生，提高了船舶能源利用的效率。

Claims (2)

1.船舶仿生螺旋桨，其特征是：桨叶导边部为凹凸前缘结构，所述的凹凸前缘结构包括突起节点，相邻的突起节点连接处形成凹陷节点，突起节点和凹陷节点切面形状均为机翼切面形状，突起节点的投影曲线是正弦曲线，其表达式为其中L为突起节点的最大高度处的叶宽，x取值范围为(0，180°)，突起节点的最大高度h的表达式为h＝L/10，最大高度h为导边部突起节点处的叶宽与相邻凹陷节点的叶宽之差；

突起节点在导边部的排列情况如下：位于导边部中间处的突起节点最大，其余突起节点的突起程度沿导边向两边依次减小，平滑过渡到叶稍和桨毂；

所述的突起节点有12个。

2.根据权利要求1所述的船舶仿生螺旋桨，其特征是：突起节点在导边部的排列情况替换为如下方式：突起节点的突起程度相同，从导边部中间处向两边延伸，端部的突起节点平滑过渡到叶稍和桨毂，所述的突起节点有12个。