CN105129061A - 螺旋桨 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋桨(100)，包括桨毂(1)和连接在桨毂(1)上的桨叶(2)，桨叶(2)与桨毂(1)连接的下端为桨叶根部，桨叶(2)的最外端为桨叶梢部，桨叶(2)具有随边(21)和导边(22)，其中，至少桨叶梢部的随边(21)上具有两个以上突起(211)。本发明通过将螺旋桨梢部随边乃至整个随边设计成具有突起，尤其是构成锯齿形或波浪形随边，由此实现了分割离散集中涡，抑制和推迟梢涡空泡的产生，降低空泡脉动压力和噪声，并通过突起之间产生有利相互干扰来提高螺旋桨的推进效率。

Description

螺旋桨

技术领域

本发明涉及一种螺旋桨，尤其涉及一种新型几何构型的高效低噪水动力螺旋桨。

背景技术

螺旋桨是当前各类船舶上应用最为广泛的推进器形式，其能够将70％左右的机械动力转化为推进力，具有构造简单、造价低廉、使用方便和效率较高等优点。进入二十一世纪，环境和能源问题形势越来越严峻。船舶运输作为商品物流的主要运输力量，在航运过程中消耗大量不可再生能源并排放大量污染气体和温室气体，针对这种情况，国际海事组织推出了船舶设计能效指标，已于13年强制执行，因此，发展船舶水动力节能技术迫在眉睫。而提高螺旋桨推进效率是船舶水动力节能技术的重要发展方向之一。

除了提高推进效率外，人类对船舶舒适性的要求也越来越高。现有的螺旋桨设计方法在提高效率的同时，往往会牺牲空泡和噪声性能。空泡和噪声性能的恶化除了影响船舶舒适性外，还会干扰海洋生物生活的声场环境，影响海洋生物的觅食和健康。

船舶螺旋桨理论发展至今已有上百年的历史，通过直径、盘面比和侧斜优化等传统方法来提高其性能的技术手段几乎已经做到极致，螺旋桨效率、空泡脉动压力和噪声等性能的进一步提升遇到了较大的技术瓶颈。如何在保证螺旋桨高推进效率的同时，还能降低空泡脉动压力和水动力噪声一直是推进器设计领域的难题。

发明内容

本发明的实施例旨在克服以上缺陷，提供了一种高效低噪的新型随边构型的螺旋桨，该螺旋桨适用于各类船舶推进器的设计。

为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种波浪形随边高效低噪螺旋桨，包括桨毂和连接在桨毂上的桨叶，桨叶与桨毂连接的下端为桨叶根部，桨叶的最外端为桨叶梢部，桨叶具有随边和导边，至少桨叶梢部的随边上具有两个以上突起。

根据本发明的一实施例，两个以上突起位于桨叶的整个随边上。

根据本发明的一实施例，两个以上突起构成波浪形部。

根据本发明的一实施例，两个以上突起构成锯齿形部。

根据本发明的一实施例，两个以上突起规则地分布。

根据本发明的一实施例，两个以上突起非规则地分布。

根据本发明的一实施例，突起与随边是一体制成的。

根据本发明的一实施例，突起与随边分体制成并且连接至随边上。

根据本发明的一实施例，突起具有两个斜边，其中一个斜边的长度为螺旋桨半径的1/200至1/4之间。

本发明的螺旋桨利用了仿生学原理，将螺旋桨梢部随边乃至整个随边设计成具有突起，尤其是形成波浪形或锯齿形随边。在自然界中，我们可以看到，几乎所有鱼鳍的随缘、鸟翅的随缘和蝙蝠翅膀的随缘都呈现出锯齿形，这种锯齿型随缘除可以提高效率外，还能有效降低鱼类游行或鸟类飞行期间的噪声，有利于发挥这些生物特有的声学定位能力和捕食时的隐蔽性。本发明正是根据这种仿生学原理，用仿生学的方法来解决船舶螺旋桨的梢涡空泡问题，同时提高螺旋桨效率。本发明通过将螺旋桨梢部随边乃至整个随边设计成具有突起型，尤其是形成波浪形或锯齿形随边，由此实现了分割离散集中涡，抑制和推迟梢涡空泡的产生，降低空泡脉动压力和噪声，并通过突起之间产生有利相互干扰来提高螺旋桨的推进效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为常规螺旋桨的桨叶的投射轮廓示意图；

图2为本发明实施例一的螺旋桨的桨叶的投射轮廓示意图；

图3为本发明实施例二的螺旋桨的桨叶的投射轮廓示意图；

图4为本发明实施例三的螺旋桨的桨叶的投射轮廓示意图；

图5为本发明实施例四的螺旋桨的桨叶的投射轮廓示意图；

附图标记说明

100’、螺旋桨；1’、桨毂；2’、桨叶；R、桨叶根部；S、桨叶梢部；21’、随边；22’、导边；

100、螺旋桨；1、桨毂；2、桨叶；21、随边；22、导边；211、突起。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1为常规螺旋桨100’的桨叶2’的投射轮廓示意图，如图1所示，螺旋桨100’包括桨毂1’和连接在桨毂1’上的桨叶2’，桨叶2’与桨毂1’连接的下端为桨叶根部R，桨叶2’的最外端为桨叶梢部S，桨叶2’具有随边21’和导边22’，在运行过程中，桨叶2’的随边21’会有自由涡泄出，自由涡在桨叶梢部S和桨叶根部R会发生汇集，涡强增大，压力降低，产生低压区，从而形成毂涡空泡和梢涡空泡。目前螺旋桨榖涡能量的回收和榖涡空泡的抑制方法已经比较成熟，如桨毂消涡鳍和桨毂消涡轮等都能有效地抑制榖涡空泡，提高螺旋桨效率。而梢涡空泡的抑制和梢涡能量的回收一直是水动力推进器设计领域的难题，梢涡空泡不仅会降低螺旋效率，还会导致强烈的水动力噪声和空泡脉动压力，对舰船水动力性能、振动及噪声性能有很大的影响。

本发明实施例提供了一种螺旋桨100，可有效的解决上述问题。以下对其进行详细介绍。

图2至图5为本发明的螺旋桨100的桨叶2的投射轮廓示意图，如图2至图5所示，螺旋桨100包括桨毂1和连接在桨毂1上的桨叶2，桨叶2具有梢部和根部，至少桨叶梢部的随边21上具有两个以上突起211。

以下将详细介绍各个实施例。

实施例一

图2为本发明实施例一的螺旋桨100的桨叶2的投射轮廓示意图。如图2所示，螺旋桨100包括桨毂1和连接在桨毂1上的桨叶2，桨叶2与桨毂1连接的下端为桨叶根部，桨叶2’的最外端为桨叶梢部，桨叶梢部的随边21上具有多个突起211，多个突起211构成波浪形部。

该波浪形随边式的螺旋桨100与常规螺旋桨100’一样，需要根据船体阻力、自航因子、伴流场和主机参数开展设计，设计桨的水动力须满足船-机-桨的匹配。与常规螺旋桨100’不同，该螺旋桨100在设计时，通过设计随边21的构型形式，使桨叶梢部的随边21上具有两个以上突起211。

通过对螺旋桨100的数值计算或模型试验，对其水动力、空泡、噪声和脉动压力性能进行了评估和验证，实践证明这种设计可以有效分割离散集中涡，抑制梢涡空泡，可以降低螺旋桨噪声3～6dB，降低空泡脉动压力20％～60％，提高螺旋桨推进效率2％～5％。

另外，突起211可以规则地分布在随边21上，这样便于制造。当然，波浪形部也可以非规则地分布在随边21上。本文中，“规则地分布”应该在广义上理解，可以包括突起211的尺寸是相同的，也可以包括突起211的尺寸以一定规律变化，还可以包括突起211的位置是均匀分布的，或者突起211的位置以一定规律变化。

另外，突起211可以与随边21是一体制成的，这样方便制造并且受力更科学。或者，突起211可以是与随边21分体制成的并且连接至随边21上，这样方便根据不同情况改变桨叶2的尺寸，提高了通用性。

实施例二

本实施例的结构基本同前述实施例，以下仅介绍它们的不同之处。

图3为本发明实施例二的螺旋桨100的桨叶2的投射轮廓示意图。如图3所示，桨叶2的整个随边21上具有多个突起211，多个突起211构成波浪形部。这样，整个随边21形成为波浪形随边，更加有助于分割离散集中涡，抑制梢涡空泡。

实施例三

本实施例的结构基本同前述实施例，以下仅介绍它们的不同之处。

图4为本发明实施例三的螺旋桨100的桨叶2的投射轮廓示意图。如图4所示，桨叶梢部的随边21上具有多个突起211，多个突起211构成锯齿形部。锯齿形部一方面便于制造，另一方面这种形状更加有助于分割离散集中涡，抑制梢涡空泡。

实施例四

本实施例的结构基本同前述实施例，以下仅介绍它们的不同之处。

图5为本发明实施例四的螺旋桨100的桨叶2的投射轮廓示意图。如图5所示，桨叶2的整个随边21上具有多个突起211，多个突起211构成锯齿形部。这样，整个随边21形成为锯齿形随边，更加有助于分割离散集中涡，抑制梢涡空泡。

实施例五

本实施例的结构基本同前述实施例。在该实施例中，突起211可以具有两个斜边，其中一个斜边的长度可以为螺旋桨100半径的1/200至1/4之间。这里斜边的长度可以是指沿螺旋桨的周向方向，斜边的最外侧点到最内侧点之间的长度，而正如本领域通用的，螺旋桨100半径是指桨叶2的叶梢至桨毂1中线的距离。实践证明，如此尺寸设计的螺旋桨100可以更加有效地分割随边21涡，阻碍随边21自由涡在梢部汇集，推迟梢涡空泡的产生，从而降低螺旋桨100噪声和空泡脉动压力，并提高螺旋桨100的推进效率。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅可以用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种螺旋桨(100)，包括桨毂(1)和连接在所述桨毂(1)上的桨叶(2)，所述桨叶(2)与所述桨毂(1)连接的下端为桨叶根部，所述桨叶(2)的最外端为桨叶梢部，所述桨叶(2)具有随边(21)和导边(22)，其特征在于，

至少所述桨叶梢部的随边(21)上具有两个以上突起(211)。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨(100)，其特征在于，所述两个以上突起(211)位于所述桨叶(2)的整个随边(21)上。

3.根据权利要求1所述的螺旋桨(100)，其特征在于，所述两个以上突起(211)构成波浪形部。

4.根据权利要求1所述的螺旋桨(100)，其特征在于，所述两个以上突起(211)构成锯齿形部。

5.根据权利要求1所述的螺旋桨(100)，其特征在于，所述两个以上突起(211)规则地分布。

6.根据权利要求1所述的螺旋桨(100)，其特征在于，所述两个以上突起(211)非规则地分布。

7.根据权利要求1所述的螺旋桨(100)，其特征在于，所述突起(211)与所述随边是一体制成的。

8.根据权利要求1所述的螺旋桨(100)，其特征在于，所述突起(211)与所述随边(21)分体制成并且连接至所述随边(21)上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的螺旋桨(100)，其特征在于，所述突起(211)具有两个斜边，其中一个斜边的长度为螺旋桨(100)半径的1/500至1/4之间。