CN103328322A - 具有增大压力侧表面的高效螺旋桨叶片 - Google Patents

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Abstract

所述发明涉及一种用于飞行器/海洋船舶，泵系统，风力和水力涡轮机上的螺旋桨，以及螺旋桨叶片(13)，其沿着螺旋桨(10)桨毂(11)分布，并与螺旋桨桨毂(11)的轴线(x)呈一定角度安装；也涉及形成在所述叶片(13)的吸力面(a)的凹曲线接触表面(13.3)，其推动水；还涉及凸出口表面(13.4)，其接续凹表面(13.3)并较凹表面(13.3)短。

Description

具有增大压力侧表面的高效螺旋桨叶片
技术领域
本发明涉及一种高能效螺旋桨，其发展为在飞行器和海洋船舶、泵系统、风力涡轮机和水力发电涡轮机中使用。
所述发明涉及一种螺旋桨叶片，其沿着螺旋桨桨毂分布，并与螺旋桨桨毂的轴线呈一定角度安装；也涉及形成在所述叶片的前表面的凹曲线接触表面，其推动水；还涉及凸出口半径，其接续所述接触表面并较所述接触表面短。
背景技术
众所周知的，船舶螺旋桨是一种驱动部件，其用于移动船舶，并通过驱动获得合理的运动。以不同形式生产的螺旋桨将由船体机器产生的动力转换为推进动力，以在水中移动船舶。螺旋桨加速水流通过它，从加速水流产生的运动质量导致的反作用力推动船舶向前。运动量的增加由大量水质量的轻微速度增加(大型、慢速操作螺旋桨)或者少量水质量的较大速度增加(小型、高速螺旋桨)保证。第一系统具有较高的效率。
船体的形状对于朝向螺旋桨的水流具有显着的影响。由于当前进时船舶拖曳着一部分水质量，螺旋桨在水中的相对航速低于实际船速。
水的轴向速度以不同螺旋桨的部分来区分。因此，每个旋转叶片穿过具有高的速度和低的速度的水区域。总的来说，当叶片位于其最高位置(垂向)时相对水流速度达到其最低值，当叶片位于最低位置时达到最高值。因此，由叶片施加的力在一个特定范围不停改变，因此，振动、耐久和空泡问题产生了。
空泡：作为襟翼的机翼型螺旋桨叶片。水流过叶片的周边，在前端产生低压，在后端产生高压。很大部分的螺旋桨效应发生在低压区。如果在任意点的压力降低到水的气化压力之下，水中就产生了气泡。水中使用的螺旋桨由于空泡而比空气中使用的要具有更大的叶片。
制作螺旋桨的一个很重要的问题是船舶的力在初步指定的旋转次数上转化为排斥力。这很大程度取决于螺距。螺距取决于叶片的制作时的流线方向，且产生的排斥力和压力是由于螺旋桨的运动产生，上述事实使得螺距如同空泡一样重要。因此，通过配置螺距使其就各个半径的值而在叶片的整个表面改变，可减少任何可能发生的空泡。
对于螺旋桨，在现有的1982年美国专利号US41318671中，提到了专门的结构，该结构涉及在三角叶缘上使用聚合物表面，以减小发生在船舶螺旋桨上的能量损失，还涉及到减少由于湍流而引起的表面损失。在本发明中，三个不同角度在螺旋桨的叶片上穿过的表面被用来增加能量效率。
在1979年10月16日的US4171183中，不同地提出一种可以改变螺旋桨叶片角度的机械，目的是增进能源效率。叶片角度变化取决于速度(螺距控制)可以被用来作为本文提出的螺旋桨设计的附加。叶片角度控制独立于此处提到的设计主原理。在1990年6月12日的US4932908中，螺旋桨叶片补偿倾斜轴角度流入的液体，目的是最小化螺旋桨叶片上的粘性摩擦，最小化叶片上的动能损失，增进总能量效率。在本发明中，三角螺旋桨叶片剖面和总能量转化效率增加，而没有引起轴的变化。
2005年4月12日的US6877692B2号专利中提到，两个螺旋桨叶片相互逆相振动，目的是增进流体中的能量转化效率，确保压缩流体产生排斥力。
1978年2月14日的US4073601号专利中包括在螺旋桨叶片表面产生高速，其与本发明具有相似的减少空泡效应的机械结构，主要的区别在于逆向输入角(攻角)和释放角(后缘角)具有特定值，显着地增加了能量转化效率，叶片剖面也因此设计。
发明内容
本发明的目的是获得高的能量效率，使用在飞行器和海洋船舶、泵系统、风力和水力涡轮机中，并降低振动。
本发明的另一个目的是确保当船舶由于螺旋桨状态而不向前行驶时，在船舶后面不会有气泡产生。本系统的基础，是空气动力攻击入口能够接收水，且已存在的叶片座于全部高压表面以保持平衡。
本发明的一个目的是，通过推动叶片的全部表面，全部叶片接触到水，获得高的力。
本发明的一个目的是，能够容易的适用所有种类的船舶。设计成容易的适用于系统，而不需要替换螺旋桨，如果其与船舶是一体的话。
本发明设计成在螺旋桨流体排量和旋转运动之间的转变中传递最大化的能量，为了这个目的而发展的螺旋桨的基本的特征是，根据流体穿过叶片的不同轴线方向变化，设有三个分开的区域。
本发明的另一个目的是，减少螺旋桨的噪音和声音的产生；本发明的新螺旋桨结构比现有技术的螺旋桨可减少90％噪音。随着噪音减少90％，没有气泡产生。
本发明的另一个目的如下，现有技术中的螺旋桨，发动机的每分钟转数由3200减少到2600。在新的螺旋桨中，每分钟转数由3200增加到3500。由于该改进，其以每小时12英里(miles)的速度被驱动，燃油可以被节省，达到较高的动力和表现。
本发明的另一个目的是，叶展(blade span)和每个叶片端部组成了G-走廊(G-corridor)外形。
在流体从空气动力攻击入口(attach intake)进入后，其被接收(“接收区域”)，流体在中间区域达到最大压力(“转化区域”)。最终在“推动区域”，流体离开叶片表面并产生推动，排斥和拖曳效应。当从入口接收的流体被转化成推动运动，且推动作用被转化成旋转运动时，流体力学效率增大。
本发明的另一个目的，是提供具有三个不同表面和两个不同的，相反的方向角度的叶片机械，以减小紊流和空泡；以这种方法，在叶片的旋转运动和垂直轴的排水运动中达到了最大化的能量传输效率。在这种螺旋桨设计中，由于输出流体相比于旋转轴产生了连续的平行流体，导致通风损失最小化。根据流体的密度和其通常使用的旋转速度，凹表面和凸表面和表面面积和叶片数目能够以36种不同方式调整。
为了达到前述的目的，所述发明包括螺旋桨叶片，其沿着螺旋桨桨毂分布，并与螺旋桨桨毂的轴线(x)呈一定角度安装，；也涉及形成在所述叶片的前表面的凹曲线接触表面，其推动水；还涉及凸出口半径，其接续所述接触表面并较所述接触表面短。
附图说明
图1：根据本发明螺旋桨的透视图，其位于桨毂上并具有一定角度的叶片。
图2：根据本发明的螺旋桨的二维前视图。
图2.1：根据本发明的螺旋桨的二维视图的G-G区域剖面图。
图2.2：根据本发明的螺旋桨的二维视图的H-H区域剖面图。
图3：根据本发明的螺旋桨叶片的二维俯视图。
图3.1：螺旋桨叶片的二维视图的C-C区域的剖面图。
图3.2：螺旋桨叶片的二维视图的D-D区域的剖面图。
图3.3：螺旋桨叶片的二维视图的E-E区域的剖面图。
图3.4：螺旋桨叶片的二维视图的F-F区域的剖面图。
图4：螺旋桨叶片的二维视图，当其位于螺旋桨桨毂上的剖面图。
图4.1：流体接触到螺旋桨叶片的表面示意图。
图5：本发明的叶片的所有叶片的二维俯视图。
图5.1：本发明的叶片的剖视图。
部件数字
10-螺旋桨
11-螺旋桨桨毂
12-安装表面
13-叶片
13.1后部半径表面
13.2平面表面
13.3接触表面
13.4出口半径表面
13.5攻击入口
13.6G-走廊
13.7后部表面
a-前表面
b-后表面
c-半径开始点
c1-半径结束点
c2-平面表面结束点
d-摩擦表面
f-叶片旋转方向
具体实施方式
所述发明涉及一种用于飞行器/海洋船舶、泵系统、风力和水力涡轮机的螺旋桨，并包括一种螺旋桨叶片(13)，其沿着螺旋桨(10)的桨毂(11)的安装表面分布，并与螺旋桨桨毂(11)的轴线(x)呈一定角度安装；形成在所述叶片(13)的前表面(a)的凹曲线接触表面(13.3)，其推动水；凸出口半径(13.4)，其接续接触表面(13.3)并较所述接触表面(13.3)短；后部半径表面(13.1)，其在所述叶片(13)的后表面(b)上从半径开始点(c)形成，直到半径结束点(c1)；以及平面表面(13.2)，其形成在从所述半径结束点(c1)直到平面表面的结束点(c2)止的区域。
所述螺旋桨(10)首先导引其从接触表面(13.3)上接收的流体以一定的角度变化朝旋转方向(f)流向船体叶片中部，然后，当穿过出口半径(13.4)时，其以最大压力以与第一次变化相反的方向但以较小值的第二半径变化释放，然后，根据叶片旋转轴发生的前后压力变化，以直线(没有紊流)在相关的递增方向根据其现有速度释放流体，旋转能量转化为直线运动的能量的效率相对于常规螺旋桨剖面增加，而螺旋桨叶片表面的空泡和摩擦效应减小。
叶片(13)接触表面(13.3)相对于后表面的轴线(b)是凹的，因此，其有助于从旋转中产生推动压力。接收流体的接触表面(13.3)的边缘相对于凸后部更低的倾斜，底部表面的构成形成了薄表面，因此将从刮流体到顶部和底部表面而产生的损失最小化。如果我们命名包括接触表面(13.3)和出口半径表面(13.4)为摩擦表面(d)，
d＝13.3+13.4
13.3＞13.4
也就是说，摩擦表面(d)的接触表面(13.3)相对于出口半径(13.4)而言占据了超过90％的空间。
出口半径表面(13.4)比接触表面(13.3)更小，紊流效应发生在接触表面(13.3)的结束点和出口半径表面(13.4)的开始点。
在后部半径表面(13.1)的流体从空气动力攻击入口进入然后接收后，流体在接触表面(13.3)的中间区域达到最大压力。该接触表面(13.3)具有宽阔的区域和很大的半径产生推动、排斥和拖曳效应，并通过出口半径(13.4)离开叶面。
叶片机械具有三个不同的表面和两个不同的、相反的方向角度，减小了紊流和空泡，以这种方法，达到了在叶片的旋转运动(10)和垂直轴的排水运动之间的最大化的能量转化效率。在这种螺旋桨设计中，由于输出流体相比于旋转轴产生了连续的平行流体，导致通风损失最小化。
前述平面表面(13.2)沿着叶片(13)后部延伸，其宽度为叶片宽度(13)的投影长度的1/3。后部半径表面(13.1)与平面表面(13.2)交叉并具有半径R，其构成了后部的投影宽度的2/3，并完成了后部的剩余部分。
在所述后部半径(13.1)的空端，有半径为1.5R的中间接触表面(13.3)，其与螺旋桨旋转平面相交，产生的角度是3到9度；半径为0.5R的出口半径表面(13.4)与一平面相交，该平面位于低于所述中间接触表面(13.3)和所述平面表面的一半叶片端部的厚度的位置，且出口半径表面朝中间接触表面(13.3)的相反方向弯曲。所述具有半径为R和1.5R的半径表面(13.1，13.3)的交叉点到后部平面表面(13.2)所位处的平面的距离为后部的投影宽度的1/4和1/5之间。叶片的后部表面(13.7)的直径F界乎R400和R650之间。如果叶片后部表面(13.7)的直径是600，流体必须在穿过叶片后分开，且其必然引起宽的基础推动(wide based pushing)。因此，如果直径是R600，则宽基础推动必须做出。
如果叶片(13)是固定的，令到与螺旋桨桨毂(11)的安装表面(12)之间的角度是36°、40°、44°和48°，并如果基准线(13)角度是36°，则A距离：55，B距离：A/5，C距离：A/3，D距离：A/3。当直径K是112，则L直径是90。
如果叶片位于角度36°、40°、44°和48°，A、B、C、E、K和L如下表所
示：
Figure BDA00003408296000061
如果直径K是A/K，其直径R界乎0.49～0.53。
如果直径L是A/L，其直径R界乎0.55～0.73。
K＝(0.49～0.53)XA
L＝(0.55～0.73)XA
B＝A.1/5＝A.0.2。

Claims (4)

1.本发明涉及一种螺旋桨，应用于飞行器/海洋船舶、泵系统、风力和水力涡轮机中，
平面表面(13.2)沿着叶片(13)后部延伸，其宽度为叶片宽度(13)的投影长度的1/3，
后部半径表面(13.1)与平面表面(13.2)交叉并具有半径R，其构成了后部的投影宽度的2/3，并完成了后部的剩余部分，
在所述后部半径(13.1)的空端，有半径为1.5R的中间接触表面(13.3)，其与螺旋桨旋转平面相交，产生的角度是3到9度，
半径为0.5R的出口半径表面(13.4)与一平面相交，该平面位于低于所述中间接触表面(13.3)和所述平面表面的一半叶片端部的厚度的位置，且出口半径表面朝中间接触表面(13.3)的相反方向弯曲，
所述具有半径为R和1.5R的半径表面(13.1，13.3)的交叉点到后部平面表面(13.2)所位处的平面的距离为后部的投影宽度的1/4和1/5之间，
叶片(13)的后部表面(13.7)的直径F界乎R400和R650之间，G-距离是直径F的1/4。
2.如权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，其包括：一个叶片，其攻击入口(13.5)和G-走廊(13.6)的半径直径相等。
3.如权利要求1或2所述的螺旋桨，其特征在于，其包括：多个叶片(13)，其具有叶片直径，在36°和48°之间位于螺旋桨桨毂(13)上。
4.如权利要求1，2或3所述的螺旋桨，其特征在于，所述叶片(13)端部距离为E-距离，其为G-距离的1/3。
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