CN106882352A - 一种具有锯齿形随边的仿生螺旋桨 - Google Patents

一种具有锯齿形随边的仿生螺旋桨 Download PDF

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高洪涛
朱文才
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/26—Blades

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Abstract

本发明提供一种具有锯齿形随边的仿生螺旋桨，其特征在于，包括桨毂，均匀设置在所述桨毂上的桨叶，在所述桨叶的随边上设置具有类正弦波的锯齿形结构。每个所述桨叶的随边上具有若干个锯齿，所述锯齿在0.4R‑0.85R之间平均分布，其中，R为所述仿生螺旋桨的半径。本发明与通常的螺旋桨相比，在不减小螺旋桨的推力、效率的情况下，可以使螺旋桨的随边尾流涡明显减少，随边尾流湍流强度降低，从而使螺旋桨产生的噪声显著降低。因此，本发明可以减少船舶噪声对船员和乘客造成的影响，提高军用船舶的隐蔽性和安全性。

Description

一种具有锯齿形随边的仿生螺旋桨
技术领域
本发明涉及船舶降噪技术领域，尤其涉及一种具有锯齿形随边的仿生螺旋桨，可通过螺旋桨降低噪声技术提高商用船舶的舒适性或军用船舶的隐身性和安全性。
背景技术
在船舶与海洋工程领域，螺旋桨的振动和噪声预报及控制一直是研究的热点。螺旋桨工作在船尾的非均匀流场中，由于螺旋桨尾流的非定常性，产生脉动，从而引发噪声，流场的优劣直接决定了其噪声大小。螺旋桨噪声虽然对其水动力性能没有影响，但是船舶噪声是船员和乘客面临的一个重要问题，在民用船舶领域，过大的螺旋桨振动和过高的噪声会影响船员和乘客居住舒适性、听力和情绪并会危害他们的健康，因此世界各国对螺旋桨噪声和振动越来越重视。
对于军用船舶而言，噪声和振动除了会影响船员的健康和情绪等状况外，更为重要的是，随着军事科技的飞速发展，跟踪能力越来越强，螺旋桨噪声会影响舰船的安全性和隐蔽性。过大的振动会影响舰船上的一些仪器和设备的正常使用并减少其使用寿命，其对军用舰船的危害有时是致命的。首先，噪声会为敌方舰船的水声探测设备提供本方舰船的位置信息；其次，噪声有可能会引爆敌方布置的一些水中兵器，如装有声引信的水雷，对自身的安全造成严重的威胁。然而，螺旋桨噪声又是船舶噪声的主要声源之一，因此，研究螺旋桨噪声具有重要的军事应用价值，要想降低舰船被探测和发现的概率，必须尽可能地降低螺旋桨辐射噪声，如何降低和控制螺旋桨的振动及辐射噪声一直是国内外专家学者研究的热点问题，因此，控制和降低螺旋桨噪声具有重要意义。
发明内容
根据上述提出的螺旋桨辐射噪声对民用船舶的舒适性的影响及对军用船舶的安全性、隐蔽性的影响等技术问题，而提供一种具有锯齿形随边的仿生螺旋桨。本发明主要模仿猫头鹰翅膀后缘锯齿形结构，在螺旋桨桨叶的随边处设置仿生锯齿结构，类正弦波结构，使得螺旋桨的随边尾流涡明显减少，随边尾流的湍流强度降低，从而起到降低噪声，提高安全性和隐蔽性的效果。
本发明采用的技术手段如下：
一种具有锯齿形随边的仿生螺旋桨，其特征在于，包括桨毂，均匀设置在所述桨毂上的桨叶，在所述桨叶的随边上设置具有类正弦波的锯齿形结构。
进一步地，每个所述桨叶的随边上具有若干个锯齿，所述锯齿在0.4R-0.85R之间平均分布，其中，R为所述仿生螺旋桨的半径。
进一步地，所述锯齿的齿宽为0.02R至0.08R，所述锯齿的齿深为0.01c至0.06c，其中，R为所述仿生螺旋桨的半径，c为所述仿生螺旋桨的弦长，具体尺寸以所述仿生螺旋桨的尺寸和叶型所定。
锯齿形结构的随边可以使随边尾流的集中大涡分散成小涡，使螺旋桨的随边尾流涡强度明显减少。根据低速下Powell的涡声方程，涡量的减小有利于降低流动噪声，即螺旋桨的锯齿形随边可以使噪声显著降低。同时，与常规螺旋桨相比，采用本发明技术的螺旋桨的推进效率不仅不会降低，反而略有提高。因此，本发明技术在保证节能的前提下，可以减少船舶噪声对船员和乘客造成的影响，提高军用船舶的隐蔽性和安全性。
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的锯齿结构局部放大图。
图3为不同进速系数J下随边尾流的涡量等值图。
图中：1、桨毂；2、桨叶；3、导边；4、随边。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供的是一种模仿猫头鹰翅膀后缘锯齿形结构的仿生船舶螺旋桨，包括桨毂1，均匀设置在所述桨毂1上的桨叶2，在所述桨叶2的随边4(与导边3相对的一侧)上设置具有类正弦波的仿生锯齿形结构。所述桨叶2的随边4是在原桨叶的基础上进行锯齿形结构制造加工，类似于正弦波结构。
如图1所示，本实施例中，每个桨叶2的随边4上具有9个锯齿，锯齿在0.4R-0.85R(此例中R＝0.125m为所述仿生螺旋桨的半径)之间平均分布。
如图2所示，为本发明的锯齿结构局部放大图，即锯齿形的随边4的螺旋桨结构，锯齿的齿宽为W＝0.05R，锯齿的齿深为A＝0.03c，此处所述锯齿的形状参数W是齿宽，A是齿深，R为所述仿生螺旋桨的半径，c为所述仿生螺旋桨的弦长。
在本实施例中，所述仿生螺旋桨结构特征在于，锯齿的齿顶位置分别在随边4的0.45R、0.5R、0.55R、0.6R、0.65R、0.7R、0.75R、0.8R、0.85R处，齿槽的槽底位置分别在随边4的0.475R、0.525R、0.575R、0.625R、0.675R、0.725R、0.775R、0.825R处。
经研究得出螺旋桨在不同进速系数J下随边尾流的涡量等值图，如图3((a)J＝0.7，(b)J＝0.8，(c)J＝0.9)所示，由图中可以明显看出，在不同进速系数下锯齿形的随边尾流涡量值相应的都比无锯齿形的随边尾流涡量值小，根据低速下Powell的涡声方程，涡量的减小有利于降低流动噪声，即螺旋桨的锯齿形随边可以使噪声显著降低。因而本实例中锯齿形的随边可以使噪声降低高达4.6dB左右。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种具有锯齿形随边的仿生螺旋桨，其特征在于，包括桨毂(1)，均匀设置在所述桨毂(1)上的桨叶(2)，在所述桨叶(2)的随边(4)上设置具有类正弦波的锯齿形结构。
2.根据权利要求1所述的具有锯齿形随边的仿生螺旋桨，其特征在于，每个所述桨叶(2)的随边(4)上具有若干个锯齿，所述锯齿在0.4R-0.85R之间平均分布，其中，R为所述仿生螺旋桨的半径。
3.根据权利要求1或2所述的具有锯齿形随边的仿生螺旋桨，其特征在于，所述锯齿的齿宽为0.02R至0.08R，所述锯齿的齿深为0.01c至0.06c，其中，R为所述仿生螺旋桨的半径，c为所述仿生螺旋桨的弦长，具体尺寸以所述仿生螺旋桨的尺寸和叶型所定。
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