CN107618644B - 一种可变形螺旋桨 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变形螺旋桨，主要由桨叶蒙皮、主副支撑架、热延展材料等部分组成，利用不同热膨胀系数的两种热延展材料，并通过固定铰扣产生可控方向上的弯曲变形，最终达到根据流场特点作出有利于推进的翼型调整和螺距调节的目的；通过控制电流大小来控制电阻发热量，使得两种热延展材料有不同的伸长量，热延展材料会产生一个弯曲，达到改变翼型的目的；通过给两端两侧电阻不同的电流大小来造成使两端形成反向弯曲，从而使热延展材料形成S型弯曲，在不影响翼型的情况下改变螺距。本发明一种变形螺旋桨在不降低推进效率的前提下，利用两种热延展材料的热膨胀系数不同，对其分别加热使之发生弯曲以达成改变翼型和螺距的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种船用螺旋桨的结构及控制形式，具体涉及的是一种可变形螺旋桨。
背景技术
螺旋桨俗称车叶，由若干桨叶所组成。桨叶的数目通常为三叶、四叶或五叶，各叶片之间相隔的角度相等。螺旋桨通常装在船的尾部，螺旋桨与艉轴的连接部分称为毂，桨叶就固定在毂上。有船尾向船首看时，所看到的螺旋桨桨叶的一面称为叶面(压力面)，另一面称为叶背(吸力面)。桨叶的外端为叶梢，而与毂的连接处称为叶根。螺旋桨旋转时叶梢的圆形轨迹为梢圆，此圆称为螺旋桨桨盘，直径称为螺旋桨直径，其面积称为盘面积。
螺旋桨正车旋转时，有船尾向船首看所见到的旋转方向为顺时针方向的称为右旋桨，反之为左旋桨。双桨船的螺旋桨装在船尾二侧，正常旋转时，若其上都向着船中线转动的称为内旋桨，反之为外旋桨。螺旋桨直径的大小往往受到船舶吃水的限制。一般来说，螺旋桨直径愈大转速愈低，其效率愈高。螺旋桨与船的尾框要有良好的配合，避免叶尖露出水面而影响效率。螺旋桨船体间隙要适当，以避免引起严重的振动。
螺旋桨旋转时，把水往后推。根据力的作用与反作用的原理，水给螺旋桨以反作用力，这就是推力，推船前进。螺旋桨的运动情况同螺钉的运动情况极为相似。把螺钉旋转一圈，它就在螺帽中向前推进一段距离，这段距离称为螺距。螺旋桨的桨叶叶面(压力面)通常是螺旋面的一部分，就像螺钉的螺纹的一部分那样，不过螺旋桨是在水中运动的，水取代的螺帽的地位。
螺旋桨是船舶推进系统的重要组成部分，船用螺旋桨作为水面或水下航行器使用最广泛的推进设备，自其问世以来就发挥着不可替代的作用，无论是水面航行器，如舰船、鱼雷等，还是水下航行器，如潜艇、潜航器等，它们的推进都离不开螺旋桨。目前，大多数水面和水下航行器所采用的螺旋桨，其设计方案主要有两种：方案一是特定几何螺旋桨设计方案，再设计工况下，该螺旋桨能够获得最佳的动力性能，这种设计方案也是目前最常用技术最成熟的设计方案；方案二是可调螺距螺旋桨设计方案，该螺旋桨可以在一定范围内改变其倾角从而使螺距发生改变，以适应不同工况下航行。上述两种设计方案都有其共同的特点，其中一个最明显的不足之处就是：在非设计工况下比如高机动行驶时，螺旋桨性能有明显下降。传统螺旋桨推进效率相对较低，无法根据流场特点作出有利于推进的翼型调整。在有比较特殊的需求时，开发一种适用于特种船舶的可变形螺旋桨将是非常有必要且十分有意义的。由于这一个原因，使得我们必须寻找新的方法来设计船用螺旋桨，从而提高船用螺旋桨的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种推进效率高、节能性好、调节方式灵活等优点的可变形螺旋桨。
本发明的目的是这样实现的：
一种可变形螺旋桨，主要由桨叶蒙皮(22)、主副支撑架、热延展材料等部分组成，所述主副支撑架由主支撑架(3)和副支撑架(9)以及桨叶弹性支架(7)构成；主支撑架(3)和副支撑架(9)固定在螺旋桨桨轴(4)上，副支撑架(9)以一定间距分列在主支撑架(3)左右；在主支撑架(3)和副支撑架(9)上设置不可转动的支撑架导轨(18)支撑两组热延展材料，所述桨叶弹性支架(7)外部包裹着桨叶蒙皮(22)；所述热延展材料由热延展材料A(2)和热延展材料B(8)组成，两组热延展材料通过固定铰扣(6)连接固定。
所述桨叶蒙皮(22)内部有夹层用来放置隔热材料(12)，桨叶蒙皮(22)内装有保护液(1)。
所述热延展材料A(2)和热延展材料B(8)两侧都是通过支撑弹簧(5)与桨叶弹性支架(7)连接。
所述热延展材料A(2)关于热延展材料B(8)对称布置。
所述热延展材料A(2)和热延展材料B(8)表面粘附有电阻(23)；所述热延展材料A(2)和热延展材料B(8)两设置有贴片式压力计(28)。
所述电阻(23)与导线(27)相连；所述导线(27)通过支撑架电线孔(20)穿出。
所述导线(27)设置在隔热支架(26)上面，所述隔热支架(26)两端与不可转动的支撑架导轨(18)固定连接方向上与固定铰扣(6)平行设置。
本发明的有益效果在于：
本发明一种可变形螺旋桨，利用不同热膨胀系数的两种热延展材料，并通过固定铰扣产生可控方向上的弯曲变形，最终达到根据流场特点作出有利于推进的翼型调整和螺距调节的目的；通过控制电流大小来控制电阻发热量，进而使得两种热延展材料有不同的伸长量，由于固定铰扣的作用，热延展材料会产生一个弯曲，从而达到改变翼型的目的；通过给两端两侧电阻不同的电流大小来造成使两端形成反向弯曲，从而使热延展材料形成S型弯曲，在不影响翼型的情况下改变螺距。本发明一种变形螺旋桨在不降低推进效率的前提下，利用两种热延展材料的热膨胀系数不同，对其分别加热使之发生弯曲以达成改变翼型和螺距的目的。同时也具有推进效率高、节能性好、调节方式灵活的优点，将来在特种船舶推进领域具有良好的实际应用前景。
附图说明
图1为一种可变形螺旋桨结构示意图；
图2为一种可变形螺旋桨结构横截面示意图；
图3为一种可变形螺旋桨中热延展材料示意图；
图4为一种可变形螺旋桨中不同形态桨叶示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-3所示，本发明一种可变形螺旋桨，主要由桨叶蒙皮22、主副支撑架、热延展材料等部分组成，所述主副支撑架由主支撑架3和副支撑架9以及桨叶弹性支架7构成；主支撑架3和副支撑架9固定在螺旋桨桨轴4上，副支撑架9以一定间距分列在主支撑架3左右；在主支撑架3和副支撑架9上设置不可转动的支撑架导轨18支撑两组热延展材料，所述桨叶弹性支架7外部包裹着桨叶蒙皮22；所述热延展材料由热延展材料A2和热延展材料B8组成，两组热延展材料通过固定铰扣6连接固定。
所述桨叶蒙皮22内部有夹层用来放置隔热材料12，桨叶蒙皮22内装有保护液1；所述热延展材料A2和热延展材料B8两侧都是通过支撑弹簧5与桨叶弹性支架7连接；所述热延展材料A2关于热延展材料B8对称布置；所述热延展材料A2和热延展材料B8表面粘附有电阻23；所述热延展材料A2和热延展材料B8两设置有贴片式压力计28；所述电阻23与电线27相连；所述电线27通过支撑架电线孔20穿出；所述隔热支架26两端与不可转动的支撑架导轨18固定连接方向上与固定铰扣6平行设置。
结合图4所示，从图4中的a可以看出通过电线27给电阻23加热，热量使得热延展材料A2和热延展材料B8分别膨胀，通过控制电流大小来控制电阻23发热量，进而使得热延展材料A2和热延展材料B8有不同的伸长量，由于固定铰扣6的作用，热延展材料会产生一个弯曲，由支撑弹簧5支撑两端来带动主副支撑架变化，从而达到改变翼型的目的；从图4中的b可以看出可以通过给两端两侧电阻23不同的电流大小来造成使两端形成反向弯曲，并使用隔热支架26来减小应力，通过不可转动的支撑架导轨18和支撑弹簧5来支撑两端，从而使热延展材料形成S型弯曲，最终在不影响翼型的情况下改变螺距；
结合图2所示，桨叶蒙皮22内装有保护液1用以隔热防漏，同时维持一定的压强以保持桨叶形态，当桨叶蒙皮22破损时，保护液1和水发生反应产生凝结物，贴片式压力计28将监测的压力数据传递给船舶控制系统以防止发生事故。
本发明一种可变形螺旋桨，通过利用不同热膨胀系数的两种热延展材料，并通过固定铰扣产生可控方向上的弯曲变形，最终达到根据流场特点作出有利于推进的翼型调整和螺距调节的目的。此可变形螺旋桨具有推进效率高、节能性好、调节方式灵活的优点，将来在特种船舶推进领域具有良好的实际应用前景。
最后应说明的是，以上实例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种可变形螺旋桨，由桨叶蒙皮(22)、主副支撑架、热延展材料组成，其特征在于：所述主副支撑架由主支撑架(3)和副支撑架(9)以及桨叶弹性支架(7)构成；主支撑架(3)和副支撑架(9)固定在螺旋桨桨轴(4)上，副支撑架(9)以一定间距分列在主支撑架(3)左右；在主支撑架(3)和副支撑架(9)上设置不可转动的支撑架导轨(18)支撑两组热延展材料，所述桨叶弹性支架(7)外部包裹着桨叶蒙皮(22)；所述热延展材料由热延展材料A(2)和热延展材料B(8)组成，两组热延展材料通过固定铰扣(6)连接固定；
所述桨叶蒙皮(22)内部有夹层用来放置隔热材料(12)，桨叶蒙皮(22)内装有保护液(1)；
所述热延展材料A(2)和热延展材料B(8)两侧都是通过支撑弹簧(5)与桨叶弹性支架(7)连接；
所述热延展材料A(2)关于热延展材料B(8)对称布置；
所述热延展材料A(2)和热延展材料B(8)表面粘附有电阻(23)；所述热延展材料A(2)和热延展材料B(8)两端设置有贴片式压力计(28)；
所述电阻(23)与导线(27)相连；所述导线(27)通过支撑架电线孔(20)穿出；
所述导线(27)设置在隔热支架(26)上面，所述隔热支架(26)两端与不可转动的支撑架导轨(18)固定连接方向上与固定铰扣(6)平行设置。
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