CN108408013A - 一种多功能螺旋桨推进器及船体姿态调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能螺旋桨推进器，属于推进系统技术领域，包括风机叶轮导流罩和导流罩，导流罩具有锥面形态的内腔，内腔一侧靠近锥面小端的位置为第一出风口，内腔一侧靠近锥面大端的位置为第二出风口，内腔内设置有挡风隔板，挡风隔板两侧设置有对称的第一舵板和第二舵板，第一舵板和第二舵板在第一出风口与挡风隔板之间约束转动，第一舵板和第二舵板在转动到第一出风口边缘时，第一舵板、第二舵板和挡风隔板三者共同封闭第一出风口。该技术方案通过控制第一舵板和第二舵板的转动，进而调整第一出风口达到全开、部分打开和全关三种状态，这三种状态对应船体的直行、转向和倒车。本发明还提供了一种船体姿态调节方法，该方法姿态调整平稳。
Description
技术领域
本发明涉及一种多功能螺旋桨推进器，以及应用该多功能螺旋桨推进器的船体姿态调节方法，属于推进系统技术领域。
背景技术
螺旋桨推进器在各种船体上应用广泛，现有的船体在转向操作中，大都依靠舵片的摆动来实现转向，只能实现向左或向右转向，不能实现倒车以及制动功能。而由于缺少船体倒车功能，在遇到紧急情况无法实现快速刹车，这给航行带来了较大安全隐患。为此，设计一种新型推进结构，使船体姿态调节包括转向、刹车和倒车功能，对提高航行过程的可靠性和安全性，具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种多功能螺旋桨推进器，通过控制气体介质的排出方向和排放量，实现对船体转向的控制。具体技术方案如下：
一种多功能螺旋桨推进器，包括风机叶轮导流罩和导流罩，所述导流罩具有锥面形态的内腔，所述内腔一侧靠近锥面小端的位置为第一出风口，所述内腔一侧靠近锥面大端的位置为第二出风口，所述内腔内设置有挡风隔板，所述挡风隔板两侧设置有对称的第一舵板和第二舵板，所述第一舵板和第二舵板在第一出风口与挡风隔板之间约束转动，所述第一舵板和第二舵板在转动到第一出风口边缘时，第一舵板、第二舵板和挡风隔板三者共同封闭第一出风口。
作为上述技术方案的改进，所述第二出风口的数目为两个、对称设置在风机叶轮导流罩两侧。
作为上述技术方案的改进，所述第一舵板或第二舵板紧贴到第一出风口边缘时，气流通过第一舵板或第二舵板所在侧并由第二出风口喷出的方向为Y，螺旋桨推进器带动船体行进方向为X，X与Y之间形成的夹角为θ，0°≤θ＜90°。
作为上述技术方案的改进，所述挡风隔板上远离第一出风口的位置设置有引流板，所述引流板一侧向第一舵板和第二舵板方向延伸形成引流板凸部。
作为上述技术方案的改进，所述第一舵板和第二舵板上靠近引流板凸部的位置设置有舵板转动轴。
作为上述技术方案的改进，所述引流板上靠近挡风隔板的位置设置有引流板卡槽，所述挡风隔板上具有与引流板卡槽配合的挡风隔板凸部。
作为上述技术方案的改进，所述第一舵板和第二舵板上靠近引流板的一侧具有舵板头部，所述第一舵板和第二舵板上远离引流板的一侧具有舵板尾部，所述舵板头部与舵板尾部之间的距离为L，所述舵板转动轴的设置位置与舵板头部之间的距离为S，S与L的几何关系为：0≤S≤1/2L。
作为上述技术方案的改进，所述第一舵板和第二舵板表面设置有向外突出的弧形迎风面，所述挡风隔板上设置有与弧形迎风面配合的弧形凹陷。
作为上述技术方案的改进，所述挡风隔板上设置有与弧形凹陷平滑过渡的底部平面，所述底部平面位于靠近第一出风口的一侧。
上述技术方案通过控制第一舵板和第二舵板的转动，进而调整第一出风口达到全开、部分打开和全关三种状态，这三种状态对应船体的直行、转向和倒车(刹车)，本发明的螺旋桨推进器只需要一个风机叶轮导流罩，即可实现船体的自由操控，技术效果明显，并且制造成本更低，市场前景广阔。
本发明还提供了一种船体姿态调节方法，船体姿态调节方法分为三种状态：
(1)直行状态，此时第一舵板和第二舵板以挡风隔板为参照处于对称状态，第一出风口处于完全打开或者部分打开的状态；
(2)左转/右转状态，此时第一舵板和第二舵板以挡风隔板为参照处于非对称状态，第一出风口处于部分打开状态；
(3)刹车/倒车状态，此时第一舵板和第二舵板均转动到第一出风口边缘，此时第一出风口完全封闭。
该船体姿态调整方法操控简单，相较于现有技术中多个推进器协同配合的船体姿态调整方式来说，无须反复控制推进器开闭，因此能够提高推进器使用寿命，并且船体姿态跟随第一舵板和第二舵板的转动而相应变化，姿态调整过程更为平稳，安全性更高。
附图说明
图1为本发明一种多功能螺旋桨推进器的结构示意图。
图2为本发明的多功能螺旋桨推进器控制船体直行时的气体介质通过顺序示意图。
图3为本发明的多功能螺旋桨推进器控制船体向一侧转动时的气体介质通过顺序示意图。
图4为本发明的多功能螺旋桨推进器控制船体向与图3相反侧转动时的气体介质通过顺序示意图。
图5为本发明的多功能螺旋桨推进器控制船体刹车或倒车时的气体介质通过顺序示意图。
图6为本发明中挡风隔板附近结构的示意图。
图7为本发明中挡风隔板与引流板配合的结构示意图。
图8为本发明中舵板转动轴的设置位置的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种多功能螺旋桨推进器，包括风机叶轮导流罩20和导流罩10，导流罩10具有锥面形态的内腔51，内腔51一侧靠近锥面小端的位置为第一出风口52，内腔51一侧靠近锥面大端的位置为第二出风口53，内腔51内设置有挡风隔板34，挡风隔板34两侧设置有对称的第一舵板30和第二舵板31，第一舵板30和第二舵板31在第一出风口52与挡风隔板34之间约束转动，第一舵板30和第二舵板31在转动到第一出风口52边缘时，第一舵板30、第二舵板31和挡风隔板34三者共同封闭第一出风口52，考虑到结构的对称性，第二出风口53的数目为两个、对称设置在风机叶轮导流罩20两侧，风机叶轮导流罩20位于第二出风口53中部，风机叶轮导流罩20一侧具有进风口50，进风口50与内腔51之间通过风机叶轮导流罩20连通。
上述方案的多功能螺旋桨推进器可以应用于现有技术中常见的船体结构，其安装方式和安装连接结构均可参照现有的螺旋推进器的安装方法。与现有的螺旋推进器不同的是，本发明中船体姿态的调节方法主要依靠第一舵板30和第二舵板31的不同转动位置实现的。即本发明的船体姿态调节方法分为三种状态：
(1)直行状态，如图2所示，此时第一舵板30和第二舵板31以挡风隔板34为参照处于对称状态，第一出风口52处于完全打开或者部分打开的状态，在此种状态下第一舵板30和第二舵板31可以紧贴到挡风隔板34侧面，或者第一舵板30和第二舵板31可以向第一出风口52边缘转动一定角度，只要保证第一出风口52不完全封闭，整个推进器整体产生的推动力仍然与船体的行进方向一致，就能够保证船体继续直行；
(2)左转/右转状态，如图3、图4所示，此时第一舵板30和第二舵板31以挡风隔板34为参照处于非对称状态，第一出风口52处于部分打开状态，例如，当第一舵板30或第二舵板31中任意一个舵板转动到第一出风口52边缘，另一个舵板紧贴到挡风隔板34侧面，此时第一出风口52处于一半打开一半封闭的状态，此时气体介质按照流体行进方向分成两部分：气流的第一部分通过进风口50、内腔51，随后从打开的一半第一出风口52排出；气流的第二部分通过进风口50、内腔51，随后在封闭的第一出风口52处回转，最后由第二出风口53排出；
(3)刹车/倒车状态，如图5所示，此时第一舵板30和第二舵板31均转动到第一出风口52边缘，此时第一出风口52完全封闭，气体介质在靠近第一出风口52处回转，然后由两侧的第二出风口53排出。
上述方案的核心在于，第一舵板30、第二舵板31的角度可以在挡风隔板34和第一出风口52的位置之间转动，从而控制第一出风口52达到全开、部分打开和全关三种状态，在部分打开状态时，第一舵板30和第二舵板31相对于挡风隔板34可以处于对称或者和非对称状态，当两个舵板处于对称状态时，虽然第二出风口53和第一出风口52均有气流排出，但是推进器产生的推动力仍然与船体的行进方向相同，因此仍然可以保持直行。当然，在第一舵板30和第二舵板31将要贴近到第一出风口52边缘时，推进器可能会产生与船体行进方向相反的推动力，此时可以实现刹车和倒车，当第一舵板30和第二舵板31完全贴合到第一出风口52边缘时，第一出风口52完全关闭，此时推进器可以的刹车制动力最大，能够实现快速刹车和倒车。当两个舵板处于非对称状态时，推进器整体上产生的推动力将偏离船体行进方向，从而实现船体的转向。
当某一个舵板(第一舵板30或第二舵板31)紧贴到第一出风口52边缘时，该舵板将封闭该侧的第一出风口52，而后气体介质将在该封闭侧的第一出风口52处发生回转，经由该侧的第二出风口53排出，此时另一个舵板如果紧贴到挡风隔板34上。由于气体介质的排出方向发生变化，此时产生的偏离船体轴线方向的推动力最大，该推动力将使船体快速转向，实现船体姿态调整。
进一步的，第一舵板30或第二舵板31紧贴到第一出风口52边缘时，气流通过第一舵板30或第二舵板31所在侧并由第二出风口53喷出的方向为Y，在转向、刹车情形下，螺旋桨推进器带动船体行进方向为X，在倒车情形下，螺旋桨推进器带动船体行进方向为反向的X，X与Y之间形成的夹角为θ，0°≤θ＜90°。该优选方案通过限定θ的范围，确保从第二出风口53排出的气体介质能够产生偏离船体行进方向为X的推动力。
上述方案中，风机叶轮导流罩20可以采用现有技术中常见的气体介质推进结构，具体来说，可以采用图1中所示的结构，风机叶轮导流罩20包括螺旋桨21，风机叶轮导流罩20内设置有螺旋桨驱动电机23，驱动电机23产生的动力通过皮带22带动螺旋桨21转动，驱动电机23通过固定架24固定到风机叶轮导流罩20内部，当然，由于螺旋桨内部空间有限，可以将驱动电机23设置到风机叶轮导流罩20外侧，本发明图1中的示例只是提供了一种驱动电机23的可安装位置。
本发明中，为了提高第一舵板30、第二舵板31和挡风隔板34三者对第一出风口52的密封效果，可以在挡风隔板34上远离第一出风口52的位置设置引流板33，其中引流板33一侧向第一舵板30和第二舵板31方向延伸形成引流板凸部332，第一舵板30和第二舵板31上靠近引流板凸部332的位置设置有舵板转动轴40。该优选方案中引流板凸部332的作用有两个：第一，能够更好引导气流向第一舵板30和第二舵板31延伸方向流动；第二，可以对第一舵板30和第二舵板31进行限位约束，第一舵板30和第二舵板31在舵板转动轴40的带动下，两个舵板在向第一出风口52边缘处转动时，会逐步靠近引流板凸部332，当第一舵板30和第二舵板31已经紧贴到第一出风口52边缘时，由于引流板凸部332的阻挡，第一舵板30和第二舵板31将无法进一步转动。
如图6所示，为了提高引流板33的引流效果，可以将其迎风面设计成梭形，即采用两个向外凸起的引流板弧面331结构的设计。同时，引流板33上靠近挡风隔板34的位置设置有引流板卡槽333，挡风隔板34上具有与引流板卡槽333配合的挡风隔板凸部343，该优选方案通过引流板卡槽333与挡风隔板凸部343配合，提高了挡风隔板34与引流板33连接的可靠性。
进一步的，如图7所示，第一舵板30和第二舵板31表面设置有向外突出的弧形迎风面301，挡风隔板34与舵板之间的结合面可以采用平面结构设计，也可以采用相配合的弧面设计。当采用弧面设计是，具体结构为：挡风隔板34上设置有与弧形迎风面301配合的弧形凹陷341，为了避免弧形迎风面301与弧形凹陷341完全贴合后舵板与挡风隔板34之间会紧密贴合，此时舵板将不易与挡风隔板34分离，因此可以在挡风隔板34上设置有与弧形凹陷341平滑过渡的底部平面342，底部平面342位于靠近第一出风口52的一侧，在底部平面342的位置挡风隔板34与舵板之间存在较大间隙，因此有助于舵板与挡风隔板34的分离。
更进一步的，如图8所示，本发明中舵板转动轴40的设置位置可以根据动力的大小进行调整，第一舵板30和第二舵板31上靠近引流板33的一侧具有舵板头部302，第一舵板30和第二舵板31上远离引流板33的一侧具有舵板尾部303，舵板头部302与舵板尾部303之间的距离为L，舵板转动轴40的设置位置与舵板头部302之间的距离为S，S与L的几何关系为：0≤S≤1/2L，在推进器预装时，如果动力供应较大，舵板转动轴40可以从舵板头部302向舵板的中断移动，确保舵板转动轴40在风力较大时可以提供稳定的转动力。当两个舵板完全打开呈平行状态时，第一舵板30、第二舵板31和挡风隔板34组成“三”字形态，风经过两个舵板和挡风隔板34的引导从第一出风口52排出，这种结构对风流的引导效果更好，特别是在风力较大时，保证风流有序从第一出风口52通过。该方案中，随着舵板转动轴40的设置位置发生变化，引流板凸部332的形态也需要与第一舵板30和第二舵板31的转动轨迹做适应性调整。并且，在该优选方案中，挡风隔板34具有弧形凹陷341和平滑过渡的底部平面342，此时挡风隔板34表面没有任何凸起结构，在风通过时不会产生乱流，有助于提高对风流的引导效果。
上述方案中，第一出风口52边缘设置有密封条11，密封条11可以采用软质橡胶材质或者硬质合金材质的结构，考虑到第一舵板30和第二舵板31表面可能设计有弧形迎风面301，因此采用硬质合金材质制作密封条11时可以对密封条11的表面做配合式设计。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种多功能螺旋桨推进器，其特征在于，包括风机叶轮导流罩(20)和导流罩(10)，所述导流罩(10)具有锥面形态的内腔(51)，所述内腔(51)一侧靠近锥面小端的位置为第一出风口(52)，所述内腔(51)一侧靠近锥面大端的位置为第二出风口(53)，所述内腔(51)内设置有挡风隔板(34)，所述挡风隔板(34)两侧设置有对称的第一舵板(30)和第二舵板(31)，所述第一舵板(30)和第二舵板(31)在第一出风口(52)与挡风隔板(34)之间约束转动，所述第一舵板(30)和第二舵板(31)在转动到第一出风口(52)边缘时，第一舵板(30)、第二舵板(31)和挡风隔板(34)三者共同封闭第一出风口(52)。
2.如权利要求1所述的一种多功能螺旋桨推进器，其特征在于，所述第二出风口(53)的数目为两个、对称设置在风机叶轮导流罩(20)两侧。
3.如权利要求2所述的一种多功能螺旋桨推进器，其特征在于，所述第一舵板(30)或第二舵板(31)紧贴到第一出风口(52)边缘时，气流通过第一舵板(30)或第二舵板(31)所在侧并由第二出风口(53)喷出的方向为Y，螺旋桨推进器带动船体行进方向为X，X与Y之间形成的夹角为θ，0°≤θ＜90°。
4.如权利要求3所述的一种多功能螺旋桨推进器，其特征在于，所述挡风隔板(34)上远离第一出风口(52)的位置设置有引流板(33)，所述引流板(33)一侧向第一舵板(30)和第二舵板(31)方向延伸形成引流板凸部(332)。
5.如权利要求4所述的一种多功能螺旋桨推进器，其特征在于，所述第一舵板(30)和第二舵板(31)上靠近引流板凸部(332)的位置设置有舵板转动轴(40)。
6.如权利要求5所述的一种多功能螺旋桨推进器，其特征在于，所述引流板(33)上靠近挡风隔板(34)的位置设置有引流板卡槽(333)，所述挡风隔板(34)上具有与引流板卡槽(333)配合的挡风隔板凸部(343)。
7.如权利要求5所述的一种多功能螺旋桨推进器，其特征在于，所述第一舵板(30)和第二舵板(31)上靠近引流板(33)的一侧具有舵板头部(302)，所述第一舵板(30)和第二舵板(31)上远离引流板(33)的一侧具有舵板尾部(303)，所述舵板头部(302)与舵板尾部(303)之间的距离为L，所述舵板转动轴(40)的设置位置与舵板头部(302)之间的距离为S，S与L的几何关系为：0≤S≤1/2L。
8.如权利要求1所述的一种多功能螺旋桨推进器，其特征在于，所述第一舵板(30)和第二舵板(31)表面设置有向外突出的弧形迎风面(301)，所述挡风隔板(34)上设置有与弧形迎风面(301)配合的弧形凹陷(341)。
9.如权利要求8所述的一种多功能螺旋桨推进器，其特征在于，所述挡风隔板(34)上设置有与弧形凹陷(341)平滑过渡的底部平面(342)，所述底部平面(342)位于靠近第一出风口(52)的一侧。
10.应用权利要求1所述的一种多功能螺旋桨推进器的船体姿态调节方法，其特征在于，所述风机叶轮导流罩(20)位于第二出风口(53)中部，所述风机叶轮导流罩(20)一侧具有进风口(50)，所述进风口(50)与内腔(51)之间通过风机叶轮导流罩(20)连通，该船体姿态调节方法分为三种状态：
(1)直行状态，此时第一舵板(30)和第二舵板(31)以挡风隔板(34)为参照处于对称状态，第一出风口(52)处于完全打开或者部分打开的状态；
(2)左转/右转状态，此时第一舵板(30)和第二舵板(31)以挡风隔板(34)为参照处于非对称状态，第一出风口(52)处于部分打开状态；
(3)刹车/倒车状态，此时第一舵板(30)和第二舵板(31)均转动到第一出风口(52)边缘，此时第一出风口(52)完全封闭。
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