CN107117277A - 带有仿生导管的吊舱推进器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带有仿生导管的吊舱推进器，包括设置在吊舱推进器艏部的螺旋桨、导管和连接支架，所述导管表面是由凹凸状突起组成的周期性波浪状结构，突起节点在导管表面的投影为三角函数曲线，且三角函数曲线满足：f(x)＝0.1Lsin(x*20π)，其中L为导管剖面翼型弦长，x的取值范围为0‑1；所述连接支架由均匀设置在导管与吊舱推进器之间的仿生波浪杆组成。采用本发明的吊舱推进器能够保护螺旋桨与海洋中的生物，同时能够提高螺旋桨的推进效率，降低螺旋桨尾流对舱体的激振力。而且当吊舱推进器在操舵的状态下，由于仿生尾缘导管尾缘流动分离减缓，使得吊舱推进器的操舵性能明显优于无导管或安装常规导管的吊舱推进器。

Description

带有仿生导管的吊舱推进器

技术领域

本发明涉及一种带有仿生导管的吊舱推进器，属于吊舱推进器领域。

背景技术

随着研究的深入，吊舱推进器的型式、种类、用途也越来越广泛，各种新产品层出不穷。进入20世纪后期以来，随着电子电力相关学科的技术以及操纵控制系统的快速发展，吊舱式推进器逐渐进入船舶领域。吊舱式推进器采用与传统的推进形式完全不同的思路，剔除了冗长繁琐的推进轴系，将螺旋桨的推进电机置于舱体内部，并通过支架与船体相连，整个舱体可以实现360度连续旋转。这种布置方式不仅省去了常规推进轴系和舵，更重要的是可以使得船体仓容的布置更加合理，船体型线的优化更加自由，同时对于提升船舶的操纵性能、稳定性能也有极大的帮助。在船舶的建造过程中，吊舱推进器可以作为单独的模块直接与船尾底部相连，简化了整个船舶建造的流程。

凹凸结构是生物学教授E.Fish在观察座头鲸前鳍形状时得到的一种仿生学结构。研究学者将凹凸结节应用于鳍的前缘，发现这种仿生鳍较普通鳍具有更大的动力与更小的阻力。从机理上说，机翼前缘的凹凸结构能使突起的两侧产生漩涡，使得流体更加贴近物体表面，减少流体的流动分离；凹凸结节能够改变边界层的厚度，改善边界层中的涡结构，进而达到减阻的效果。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种带有仿生导管的吊舱推进器，安装导管后吊舱推进器桨叶得到较好的保护，提高桨叶寿命并有利于保护海洋生物，冰驱船在碎冰中行驶时，能够更好的保护螺旋桨；其独特的前、后缘结构能够改变导管螺旋桨的进流，改善导管桨的尾部涡流，并能够提高导管桨的推进效率，尾流对吊舱造成的激振力明显降低。

本发明的目的是这样实现的：包括设置在吊舱推进器艏部的螺旋桨、导管、用于连接导管和吊舱推进器的连接支架，所述导管表面是由凹凸状突起组成的周期性波浪状结构，突起节点在导管表面的投影为三角函数曲线，且三角函数曲线满足：f(x)＝0.1Lsin(x*20π)，其中L为导管剖面翼型弦长，x的取值范围为0-1；所述连接支架由均匀设置在导管与吊舱推进器之间的仿生波浪杆组成。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述突起的高度为导管剖面长度的0.1-0.15倍。

2.突起的个数是10个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是一种新型仿生吊舱推进器，对吊舱推进器带有的导管的前缘与后缘进行改善，导管设计成凹凸边缘的导管，并且本发明的连接支架设置成波浪杆，使本发明的仿生效果更好。采用这种设计的吊舱推进器能够保护螺旋桨与海洋中的生物，同时能够提高螺旋桨的推进效率，降低螺旋桨尾流对舱体的激振力。而且当吊舱推进器在操舵的状态下，由于仿生尾缘导管尾缘流动分离减缓，使得吊舱推进器的操舵性能明显优于无导管或安装常规导管的吊舱推进器。

而吊舱推进器作为一种特种推进器，将其导管设计为带有凹凸边缘的仿生导管后，具有以下优点：导管桨在低转速即在重载时具有较高的推进效率，所以目前被广泛应用于拖船、散货船等大型船舶上；操纵性能好；振动小；仿生尾缘导管会更好的改善螺旋桨尾流，尾流冲击造成的吊舱激振力明显降低；斜流状态下仿生尾缘导管尾缘流动分离减缓，操舵状态下的吊舱推进器性能明显优于无导管或安装常规导管的吊舱推进器。该发明从三维的角度对导管的前缘和后缘进行改善，具有一定的前瞻性和创新性。

附图说明

图1为吊舱推进器的正视图；

图2为吊舱推进器的俯视图。

图中：1为导管前缘，2为导管后缘，3为吊舱推进器支架，4为吊舱推进器舱体，5为来流方向。

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和图2，本发明的吊舱推进器包括吊舱推进器支架3、吊舱推进器舱体4，导管剖面形状采用的是翼型19A，该仿生形导管相比于普通导管桨的导管，其导管前缘1和导管后缘2的具有凹凸状的突起。突起节点在导管表面的投影为三角函数曲线，曲线函数表达式为f(x)＝0.1Lsin(x*20π)，其中L为导管剖面翼型弦长，x的取值范围为(0-1)。所述导管的剖面形状可以为很多种，可以达到相同的效果。突起的高度为导管剖面长度的0.1-0.15倍。导管前缘和导管尾缘的突起数目为10个。本发明的连接支架的杆件采用波浪杆，均匀设置在导管与吊舱推进器之间。所述导管前缘迎着来流方向5。

导管前缘的凹凸结构能够使导管桨的进流更加贴近导管表面，导管内的流体不易发生流体分离，改善导管内的进流情况；同时，导管后缘的突起能改善导管的出流尾涡，减少导管内流体的能量损失，增大导管内出流的速度，进而提高吊舱推进器的推进效率；仿生尾缘导管会更好的改善螺旋桨尾流，尾流冲击造成的吊舱激振力明显降低；斜流状态下仿生尾缘导管尾缘流动分离减缓，操舵状态下的吊舱推进器性能明显优于无导管或安装常规导管的吊舱推进器。

综上，本发明设计的是一种应用带有仿生导管的吊舱推进器。吊舱推进器近些年来被应用于很多具有特殊功能的船舶。该带有仿生导管的吊舱推进器相比于带有常规导管的吊舱推进器，其导管前缘和导管后缘的具有凹凸状的突起。凸起节点在导管表面的投影为三角函数曲线，曲线函数表达式为f(x)＝0.1Lsin(x*20π)，其中L为导管剖面翼型弦长，x的取值范围为(0-1)。该新型导管能够改变导管螺旋桨的进流，改善导管内部流动，改进吊舱推进器的尾部涡流，提高吊舱推进器螺旋桨的推进效率。该导管能够提高吊舱推进器的推进效率的机理为：导管前缘为凹凸结构，可以使导管表面产生诱导涡，向导管内的流体注入动力，使得进流更加贴近导管表面，从而减轻导管前缘的流动分离，改善进流；导管后缘为凹凸结构，能够改善导管出流口处的涡流，减少导管内水流的能量损失，提高桨的推进效率。这种新型的吊舱推进器能够提高船舶的推进效率；尾流冲击造成的吊舱激振力明显降低；尤其在吊舱推进器操舵的状态下，仿生尾缘导管尾缘流动分离减缓，操舵状态下的吊舱推进器性能明显优于无导管或安装常规导管的吊舱推进器。装有仿生导管的吊舱推进器是一种具有很大发展前景和市场需求的船舶特种推进器。

Claims (3)

1.带有仿生导管的吊舱推进器，包括设置在吊舱推进器艏部的螺旋桨、导管、用于连接导管和吊舱推进器的连接支架，其特征在于：所述导管表面是由凹凸状突起组成的周期性波浪状结构，突起节点在导管表面的投影为三角函数曲线，且三角函数曲线满足：f(x)＝0.1Lsin(x*20π)，其中L为导管剖面翼型弦长，x的取值范围为0-1；所述连接支架由均匀设置在导管与吊舱推进器之间的仿生波浪杆组成。

2.根据权利要求1所述的带有仿生导管的吊舱推进器，其特征在于：所述突起的高度为导管剖面长度的0.1-0.15倍。

3.根据权利要求1或2所述的带有仿生导管的吊舱推进器，其特征在于：突起的个数是10个。