CN105197218B - 一种悬挂式结构船桨 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种悬挂式结构船桨，包括桨架槽、桨架、桨叶和传动齿轮四部分。桨叶上的桨叶轴插入桨架上的桨叶轴孔内，桨叶以悬挂式结构与桨架连接，桨叶可以在桨架下方做绕轴转动。桨架在桨架槽内做往复运动。桨架的“隐藏”桨架槽内，避免桨架受到正面水流的冲击，从而直接减小了推进过程中桨架结构所受的水阻力。本发明具体实现时可以采用单桨、双桨、多桨桨组等方式实现，具有高效率推进，船体控制，减小水动力噪声，减轻空泡效应，船体隐蔽等优点。

Description

一种悬挂式结构船桨

技术领域

本发明涉及一种船体推进装置，尤其涉及一种悬挂式结构船桨，属于船桨结构技术领域。

背景技术

现阶段，各类大小船只所采用的推进方式中，无论哪种推进方式，都具有一定的缺点。以螺旋桨和传统的木划桨推进方式为例：1、螺旋桨具有不可忽视的轴向面积，当螺旋桨的转速极大的时候，其推进效率反而会下降。螺旋桨是采用轴系连接的。螺旋桨进行快速推进的过程中，桨所产生的水动力噪声也是很大的。螺旋桨还具有空泡效应，即螺旋桨转速达到一定值时，桨叶的吸水面上出现汽泡溢出的现象。螺旋桨转速越大，空泡效应越严重。螺旋桨的空泡效应不仅会使水流发生畸变，使桨叶空转，降低桨叶的推进效能，还可能导致强冲击波的出现，并引起桨叶表层的腐蚀。而对于潜艇而言，更为严重的是大量空泡的产生，使航行中的潜艇拖着一条尾迹，并产生非常大的空泡噪声，很容易暴露潜艇的位置。2、传统木划桨做往复运动，在到达极限位置向反方向回复的时候，水会有和推进力同样大的阻力，克服回复力做的功也非常多，所以木划桨只能用于小型的船艇上。

1911-1912年，美藉匈牙利空气动力学家冯.卡门发现，流体绕过非流线形物体时，物体尾流左右两侧产生的成对的、交替排列的、旋转方向相反的反对称涡旋。后来这种现象被定义为卡门涡街现象。船舶在运动过程中不可避免的会产生卡门涡街现象。经过科学论证，鱼类的尾部在规律的做往复运动时，鱼尾就是有效的利用了鱼身体前进时产生的涡旋。而这种涡旋现象在现阶段的各类船只上都没有得到很好的利用，只能采用流线型船体结构来尽量减小卡门涡街效应。究其原因是因为没有一种能够广泛应用于船体上类似鱼尾一样往复摆动的船体推进方式。

在船桨设计领域，存在着很多难题。首先就是船桨推进效率很难有大的提高，在船舶推进时船桨耗能很高，却不能使船舶达到预期的速度。另外，现阶段应用于船体上的船桨噪声都比较大。对于潜艇等需要具有隐蔽功能应用领域来说，低推进噪声是选择推进器时的一项重要指标。船桨设计方面还有诸多的问题，在此不一一赘述。

为了解决上述问题，本发明装置标新立异，在船桨外形设计上采用悬挂式结构，特殊的船桨结构能够赋予船桨非常大的推进效率。船桨在很低速的摆动条件下，就可以提供很好的推进效能。在网上检索与本发明较为相近的是《一种变结构船用翼桨》的专利。我们突出性的对这篇专利的船桨结构和运动方式做了改进。之前专利所采用的往复式运动改为了可以圆周运动，这样运动形态更为简单。并且在去除了桨框之后，本发明的悬挂式结构能够大幅度减小船桨的回复阻力。本发明还采用了桨槽结构进一步减小船桨的阻力。

发明内容

本发明的目的是为了改进桨的结构，提高推进效率而提供一种悬挂式结构船桨。

本发明的目的是这样实现的：包括设置在船体下方的桨架槽、安装在桨架槽中的桨架、桨叶和传动齿轮，所述传动齿轮位于船体内部且传动齿轮安装在桨架的端部，所述桨架内部为中空式结构，桨架上设置有一列桨叶轴孔，桨叶通过桨叶轴安装在对应的桨叶轴孔中，且每个桨叶轴的端部设置有链齿，每个具有链齿的桨叶轴的端部伸入至桨架内并且链齿与设置在桨架内部的链条配合。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述桨架槽为圆形槽。

2.一列桨叶轴孔是有四个桨叶轴孔，对应的桨叶轴和桨叶也有四个。

3.在船桨的推进过程中，船桨控制桨叶处于关闭状态，桨面不透水；在船桨的回复过程中，船桨控制桨叶打开，桨面透水。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明最重要的设计是采用悬挂式结构船桨来减小浆的回复力。本发明相比传统的螺旋桨等推进方式具有推进效率高、低噪声、结构简单等优点。船桨具有高效的推进效率，所以在船只运动过程中无需像通常的推进方式一样快速的划桨。船桨的结构特性能够大幅度减小船桨的噪声。船桨简单的往复式运动一方面可以减轻船桨推进过程中空泡效应，另一方面可以效仿鱼类生物的尾部，实现对船体卡门涡街效应的利用。

附图说明

图1是本发明的船桨的总体结构示意图；

图2是本发明的桨架和桨叶的分离图；

图3是本发明的桨叶的结构示意图；

图4是本发明的桨架结构示意图；

图5是本发明的桨面总体结构图；

图6是船桨总体结构图，对应桨工作回复位置I(以单桨工作为例)；

图7是船桨总体结构图，对应桨工作回复位置II(以单桨工作为例)；

图8是船桨总体结构图，对应桨工作划水位置I(以单桨工作为例)；

图9是船桨总体结构图，对应桨工作划水位置II(以单桨工作为例)。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图9，本发明采用独创的悬挂式结构，并且在船体下方开设桨架槽。桨在做往复运动的过程中，桨叶进行适时的翻转。桨叶在桨回复时适当角度的张开，这种状态可以大大减少桨的回复阻力；在桨处于推进的状态下时，桨叶闭合，此时桨面封闭，从而让桨达到最有效的划水状态。由于桨的高效性和桨的简单的运动状态，桨的摆动速度可以得到明显的减小。这样就能够大幅度减小船桨的噪声和推进时所引起的空泡效应。当桨运动到船体尾部时，桨通过控制桨叶的状态还能达到对船体卡门涡街效应的涡旋场最大限度的利用。发明装置运动方式简单，结构合理，设计可行性非常高。

本发明的目的是这样实现的：

本发明由桨架槽3、桨架1、桨叶2、传动齿轮4四部分组成。

桨架1采用开放式设计，这种设计的目的是最大限度减小桨架架所受的水阻力。桨架1依靠一条轴带动，做往复运动。桨架1内部为中空式结构，内部为桨叶2轴上齿轮与框内链条啮合的空间。在桨架1上有桨叶轴孔5。桨架1位于桨架槽3中。

桨叶2上的桨叶轴插入桨架1上的桨叶轴孔5内桨叶2可以在桨架1下方做绕轴转动。船桨通过链条链齿6结构主动控制实现桨叶2的开与合与绕轴转动。在船桨的往复运动过程中，在船桨的推进状态中，船桨控制桨叶2关闭，使桨面不透水。在船桨的回复状态中船桨控制桨叶2打开，此时桨面透水，从而极大的减小了桨在回复过程中的反向阻力，桨叶2形状为长方形，截面为流线型，当船桨在回复状态更有利于减小阻力。桨架1为内空结构，桨叶2的轴两侧插入桨架1内，桨叶2轴上的链齿5与桨架1内部的链条链齿结构相连。船桨通过控制桨架1内部的链条链齿结构，主动地控制桨叶2在桨架1内做绕轴摆动，并可以控制桨叶2的翻转的周期，幅度等。由于船桨是主动的控制桨叶2翻转运动，所以桨的工作更稳定。应用时，人们可以通过精确地建模和计算得出桨叶2的翻转程度，从而使桨适应不同环境下的推进。本发明装置与传统船用推进装置相比提高了工作效率，同时降低水动力噪声，有助于船舶的隐蔽。

桨叶2根据实际应用中桨的大小，来调整其数量，一般不需要过多片。桨面各部分的整体压强基本相同，面积较小的桨叶2上分得的压力较小，几乎不可能对桨叶2造成机械结构上的损坏。桨叶轴位于桨叶的一条边上，在桨叶轴上有传动齿轮，桨叶轴主要起到支撑桨叶的作用。桨叶在做往复摆动的时候就是绕着桨叶轴进行转动的。

桨架槽3的形状为圆形。其形状是根据桨架1做往复运动的圆形轨迹而设计的。桨架槽3的深度略低于桨架1的宽度。这样的设计，一方面可以将桨架1隐藏在桨架槽3内，减少了桨架1在水中的阻力；另一方面可以减轻桨架1轴根部所受到的水冲击力，对桨轴的机械结构起到一定的保护作用。

传动齿轮4位于船体内部。传动齿轮4连接船内的动力装置，来提供桨摆动的动力。

如图5、图6所示：桨叶2通过桨叶轴和桨叶轴孔5连接在桨架1上。通过链齿5的带动，可以使桨叶2处于“打开”和“闭合”两种状态。链齿结构由船内步进电机进行精确控制，以保证对桨叶状态准确调整。如图2和图4所示，桨叶处在“闭合”状态，这时候桨面处于全封闭结构。这种状态下，桨在摆动时桨面不透水，此时桨起到划水的作用。如图3所示，桨面处于“打开”状态。这种工作状态下，此时水流能够流过桨面。当桨回复时，桨的这种“打开”状态能够大大减小回复力。

在船体上具体实施时，本发明可以采用单桨、双桨、多桨等多种工作方式。如图6、图7、图8、图9所示的四种情况，是在船只尾部安装单只桨作为主推进装置时桨的的四个工作状态。当船只向前方行进的时候，船桨在后桨架槽的后半个圆周内做往复摆动。如果船只需要后退，只需要人为的控制桨叶在上半个圆周内做往复摆动。桨从两端的临界位置向中间划的时候，桨叶“闭合”，此时桨起到划水的作用。当桨由一端运动过中间位置时，链齿结构控制桨叶“打开”，让水流通过桨面，如图3所示。桨从中间位置回复到两端位置后，桨面上的桨叶由“打开”状态再回到“闭合”状态，准备进行下一次划水。这样，桨完成了一个从划水到回复的运动周期。

显然，如上所述的单桨工作方式在桨划水的过程中，船体除了受到向后的力，还受到向侧面的力。正如鱼在水中游的时候，与身体也有左右摆动一样。我们的解决方案有很多种，比如采取控制舵的方向的方式。但是如果采用运动方向相反的两只这样的桨作为一组桨组的方式，就可以完美解决该问题。两只桨横向的推力相互抵消，并且可以船体获得向后的两倍的推动力。通过控制桨组中两只桨的差速度，还可以实现船体行进方向的控制。采用多组这样的桨组不仅获得的推动力非常大，还能保证船体平稳。就算船只的一组桨受到破坏性攻击或者停用，另外一组桨的工作状态也丝毫不会收到影响。

本发明由桨叶2，传动齿轮4，桨架1和船体上的桨架槽3四部分组成。桨叶2上的桨叶轴插入桨架上的桨叶轴孔5内，桨叶2以悬挂式结构与桨架1连接，桨叶2可以在桨架1内绕轴转动。船桨通过链条链齿结构主动控制桨叶，实现桨叶的“打开”和“闭合”。

桨叶通过链齿结构驱动，当船桨做往复运动时，船体主动控制桨叶的“打开”和“关闭”。

桨架的运动方式为往复摆动式，机械结构简单易实现；

船体下方有桨架槽，桨架的“隐藏”在桨架槽中，而起推进作用的桨叶能够露在外面。这样的设计，一方面可以将桨架1隐藏在桨架槽3内，减少了桨架1在水中的阻力；另一方面可以减轻桨架1轴根部所受到的水冲击力，对桨轴的机械结构起到一定的保护作用。

可以在船体两侧多个安装本发明，使船桨起到舵的导航作用和减摇鳍的减摇作用。

本发明涉及一种船体推进装置，能够实现高效的推进效率。本发明装置对桨的形状结构进行了突破性设计，并发明了可隐藏桨架的桨架槽结构。本发明装置利用仿生学原理，采用模仿鱼类尾部推进的往复运动方式，机械结构简单易实现。船桨设计共包括桨架槽、桨架、桨叶和传动齿轮四部分。桨叶上的桨叶轴插入桨架上的桨叶轴孔内，桨叶以悬挂式结构与桨架连接，桨叶可以在桨架下方做绕轴转动。桨架在桨架槽内做往复运动。桨架的“隐藏”桨架槽内，避免桨架受到正面水流的冲击，从而直接减小了推进过程中桨架结构所受的水阻力。本发明具体实现时可以采用单桨、双桨、多桨桨组等方式实现，具有高效率推进，船体控制，减小水动力噪声，减轻空泡效应，船体隐蔽等优点。

Claims (3)

1.一种悬挂式结构船桨，其特征在于：包括设置在船体下方的桨架槽、安装在桨架槽中的桨架、桨叶和传动齿轮，所述传动齿轮位于船体内部且传动齿轮安装在桨架的端部，所述桨架内部为中空式结构，桨架上设置有一列桨叶轴孔，桨叶通过桨叶轴安装在对应的桨叶轴孔中，且每个桨叶轴的端部设置有链齿，每个具有链齿的桨叶轴的端部伸入至桨架内并且链齿与设置在桨架内部的链条配合；所述桨架槽为圆形槽，桨架槽的深度略低于桨架的宽度。

2.根据权利要求1所述的一种悬挂式结构船桨，其特征在于：一列桨叶轴孔是有四个桨叶轴孔，对应的桨叶轴和桨叶也有四个。

3.根据权利要求1或2所述的一种悬挂式结构船桨，其特征在于：在船桨的推进过程中，船桨控制桨叶处于关闭状态，桨面不透水；在船桨的回复过程中，船桨控制桨叶打开，桨面透水。