CN108622354A - 一种组合型叶梢端板船体螺旋桨 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种组合型叶梢端板船体螺旋桨，包括安装在轴杆上的螺旋桨，所述螺旋桨的桨叶在叶梢压力面的端部设有叶梢端板，所述叶梢端板为仿鱼鳍形状并与桨叶叶梢端部一体成型平滑过渡。优选的，采用CLT螺旋桨的桨叶形状，叶梢以及叶梢端板采用桨叶0.875R以上的Kappel梢鳍螺旋桨的形状。本发明不仅能减少或消除梢涡在螺旋桨推进过程中的影响，提高了螺旋桨的推进效率，而且能够缓解螺旋桨叶梢端部阻力面末端和桨叶与轴毂连接处的载荷，大大提升了螺旋桨的节能性和推进能力；本发明能够实现无振入水状态，尽可能地减少振动并减轻或消除梢涡现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种组合型叶梢端板船体螺旋桨，具体的说，设计一种基于减压分压的组合型叶梢端板的船体螺旋桨，属于船体螺旋桨减阻结构领域技术领域。
背景技术
一般情况下，随着螺旋桨的旋转，在后方的水中将会产生与螺旋桨旋转方向相一致的涡流，这种涡流并不能有助于船体的推进，相反，却能降低相当于那部分能量的螺旋桨推进效率。因此，减少这样的涡流，就可增加相当程度的螺旋桨推进效率。HSVA也指出，减少螺旋桨的进流可取得最佳的推减和伴流系数，从而提高效率。从机翼理论可知，在机翼上装端板可以限制翼端的自由涡，增加升阻比。与此同理，在螺旋桨叶梢处安装端板或小翼，可阻止或消除消涡产生，并在叶梢处有一定负载，可使桨叶的径向负荷分布变得更加均匀，减少径向诱导报失，使螺旋桨效率提高。后来的试验表明,在叶梢附加非环形的有限尺度的小翼或端板的螺旋桨,具有敞水效率高、最佳直径小、无梢涡(或梢涡很小)、噪声小的特点。
仿鱼鳍技术主要提高的是螺旋桨推进的获能系数和减小螺旋桨推进的扭矩系数。其减阻机理是开发了垂直安装在螺旋桨叶梢末端的仿鱼鳍端板。安装在桨叶吸力面一边的垂直端板能减小横向绕流，增大叶切面环量，从而提高升力或效率。且仿鱼鳍端板本身呈流线形，有着优异的推动性能和动力特性，可以降低水下旋转时的阻力，通过改造端板形式为仿鱼鳍状可以进一步提高节能效果。
但是现阶段的叶梢端板技术从理论到实际应用都存在着明显的问题和不足。在螺旋桨的叶梢末端加端板的根本目的在于消除螺旋桨梢涡，而对于无梢涡的螺旋桨而言，有一个根本性的问题：垂直附加的端板或小翼会引起高粘性阻力，这使得如果螺旋桨在振动时，由于端板的高粘性阻力会带来很大的能量损耗，因此理论上要求螺旋桨的叶梢端板处于无振入水状态，尽可能地减少振动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种组合型叶梢端板船体螺旋桨，能够实现螺旋桨桨叶的叶梢端板处于无振入水状态，尽可能地减少振动并减轻或消除梢涡现象。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种组合型叶梢端板船体螺旋桨，包括安装在轴杆上的螺旋桨，
所述螺旋桨的桨叶在叶梢压力面的端部设有叶梢端板，所述叶梢端板为仿鱼鳍形状并与桨叶叶梢端部一体成型平滑过渡。
进一步，所述桨叶的主体形状采用CLT螺旋桨的桨叶形状，桨叶的叶梢以及叶梢端板采用Kappel梢鳍螺旋桨的形状。
进一步，所述桨叶的叶梢以及叶梢端板采用桨叶0.875R以上的Kappel梢鳍螺旋桨。
进一步，所述叶梢端板形状为鲨鱼的胸鳍形状或尾鳍形状。
进一步，所述叶梢端板的鱼鳍转过角为87°。
进一步，所述叶梢端板的桨距角为170度。
进一步，所述叶梢端板伸出的长度为6-10mm，伸出的高度为2-4mm。
进一步，所述叶梢端板伸出的长度为9mm，伸出的高度为3mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：附加叶梢端板的螺旋桨不仅能减少或消除梢涡在螺旋桨推进过程中的影响，提高了螺旋桨的推进效率，而且能够缓解螺旋桨叶梢端部阻力面末端和桨叶与轴毂连接处的载荷。梢端载荷的缓解使得螺旋桨因梢载荷破坏的可能性大大减少，也相对地减少了对主机功率的需求，从而免去了不必要的能量消耗，大大提升了螺旋桨的节能性和推进能力；叶梢端板采用仿鱼鳍形，通过模仿鱼类的游动，来提高运行效率；叶梢端板的仿鱼鳍形状以及与桨叶叶梢端部一体成型平滑过渡的设计，能够实现无振入水状态，尽可能地减少振动并减轻或消除梢涡现象。
桨叶的主体形状采用CLT螺旋桨的桨叶形状，桨叶的叶梢以及叶梢端板采用Kappel梢鳍螺旋桨的形状。在无空泡情况下，CLT桨叶作用在船体上的压力低于常规桨；CLT桨无梢涡存在，桨叶上不会产生由梢涡引起的空泡，CLT桨以较低量级的脉动压力作用在船体上。以CLT螺旋桨的桨叶形状为基础，结合Kappel梢鳍螺旋桨螺旋桨的叶梢优势，通过改造其端板形式能够进一步提高节能效果。CLT螺旋桨的桨叶宽由端板到毂帽逐渐减小，端板位于叶梢压力面，桨叶形状正好与螺旋桨盘面的流管形状相吻合，以减少端板的粘性阻力，增加进人螺旋桨的水流量，使螺旋桨推力有所增加。叶形和叶梢的边界元件使叶梢处的前、后两个压力场分开，保持桨叶最大的压力差，从而提高推进效率。
桨叶的叶梢以及叶梢端板采用桨叶0.875R以上的Kappel梢鳍螺旋桨，其桨叶的梢部向前弯曲呈圆弧形状，桨叶平缓朝吸力面一边弯曲能产生最有效的附加升力。模型试验表明,应用桨叶0.875R以上的Kappel梢鳍螺旋桨,其推进功率较常规桨推进功率节省3％～5％。
叶梢端板形状采用鲨鱼的胸鳍形状或尾鳍形状，鲨鱼的尾鳍和胸鳍在游动过程中有着优异的推动性能和动力特性，可以降低水下游动的阻力并且更大程度的减小螺旋桨在推进过程中的阻力和振动给螺旋桨本身造成的破坏作用，使得全船的总阻力最终能够减少3％。
采用鱼鳍转过角为87°的叶梢端板，经过理论和实践验证，选择87°的鱼鳍状端板。因推进效率与转矩成正比，此时螺旋桨的节能效率也取得最大值。
所述叶梢端板的桨距角为170度，即鱼鳍截面弦长与旋转平面成170度，仿鲨鱼胸鳍或尾鳍的叶片的获能系数同时达到极值，效率最高。
所述叶梢端板伸出的长度为6-10mm，伸出的高度为2-4mm，这种组合数值能够大幅度提高螺旋桨的推力。当叶梢端板伸出的长度为9mm，伸出的高度为3mm时，螺旋桨的推力有最优解。同样，此时的螺旋桨效能也达到最大值。
附图说明
图1为本发明组合型叶梢端板船体螺旋桨一实施例的结构示意图。
图2为沿图1中A-A处的旋转剖视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。根据下面的说明，本发明的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的优选实施例，而不是全部的实施例。
结合图1和图2所示，一种组合型叶梢端板船体螺旋桨，包括安装在轴杆2上的螺旋桨1，所述螺旋桨1的桨叶10在叶梢压力面的端部设有叶梢端板4，所述叶梢端板4为仿鱼鳍形状并与桨叶叶梢端部一体成型平滑过渡。
所述桨叶10的主体形状采用CLT螺旋桨的桨叶形状，桨叶10的叶梢以及叶梢端板4采用Kappel梢鳍螺旋桨的形状。采用CLT螺旋桨的桨叶形状，充分吸收了CLT螺旋桨的特点，CLT螺旋桨配合不同的船型,燃油节约明显地超过10％,特别对航速低、螺旋桨负荷重的肥大型船舶,其效果更好。通过实船试验发现，采用CLT桨,其燃油消耗较常规桨的“Cherokee”号降低12％。在一定设计功率下,采用CLT桨的航速增加0.63Kn。由于实船试验是在压载状态下进行，采用CLT螺旋桨的船尾柱上部露出水面，船体未发生振动，螺旋桨也未产生振动。实船的回转试验比较结果表明，装有CLT螺旋桨船体的回转直径比采用常规螺旋桨的回转直径小40％以上。
作为优选，所述桨叶10的叶梢以及叶梢端板4采用桨叶0.875R以上的Kappel梢鳍螺旋桨。
所述叶梢端板4形状优选采用为鲨鱼的胸鳍形状或尾鳍形状。作为优选，所述叶梢端板4的鱼鳍转过角为87°。
作为优选，所述叶梢端板4的桨距角为170度。
作为优选，所述叶梢端板4伸出的长度为6-10mm，伸出的高度为2-4mm。当所述叶梢端板4伸出的长度为9mm，伸出的高度为3mm时时的螺旋桨效能达到最大值。
本发明的有益效果在于：附加叶梢端板的螺旋桨不仅能减少或消除梢涡在螺旋桨推进过程中的影响，提高了螺旋桨的推进效率，而且能够缓解螺旋桨叶梢端部阻力面末端和桨叶与轴毂连接处的载荷。梢端载荷的缓解使得螺旋桨因梢载荷破坏的可能性大大减少，也相对地减少了对主机功率的需求，从而免去了不必要的能量消耗，大大提升了螺旋桨的节能性和推进能力；叶梢端板采用仿鱼鳍形，通过模仿鱼类的游动，来提高运行效率；叶梢端板的仿鱼鳍形状以及与桨叶叶梢端部一体成型平滑过渡的设计，能够实现无振入水状态，尽可能地减少振动并减轻或消除梢涡现象。
桨叶的主体形状采用CLT螺旋桨的桨叶形状，桨叶的叶梢以及叶梢端板采用Kappel梢鳍螺旋桨的形状。在无空泡情况下，CLT桨叶作用在船体上的压力低于常规桨；CLT桨无梢涡存在，桨叶上不会产生由梢涡引起的空泡，CLT桨以较低量级的脉动压力作用在船体上。以CLT螺旋桨的桨叶形状为基础，结合Kappel梢鳍螺旋桨螺旋桨的叶梢优势，通过改造其端板形式能够进一步提高节能效果。CLT螺旋桨的桨叶宽由端板到毂帽逐渐减小，端板位于叶梢压力面，桨叶形状正好与螺旋桨盘面的流管形状相吻合，以减少端板的粘性阻力，增加进人螺旋桨的水流量，使螺旋桨推力有所增加。叶形和叶梢的边界元件使叶梢处的前、后两个压力场分开，保持桨叶最大的压力差，从而提高推进效率。
桨叶的叶梢以及叶梢端板采用桨叶0.875R以上的Kappel梢鳍螺旋桨，其桨叶的梢部向前弯曲呈圆弧形状，桨叶平缓朝吸力面一边弯曲能产生最有效的附加升力。模型试验表明,应用桨叶0.875R以上的Kappel梢鳍螺旋桨,其推进功率较常规桨推进功率节省3％～5％。
叶梢端板形状采用鲨鱼的胸鳍形状或尾鳍形状，鲨鱼的尾鳍和胸鳍在游动过程中有着优异的推动性能和动力特性，可以降低水下游动的阻力并且更大程度的减小螺旋桨在推进过程中的阻力和振动给螺旋桨本身造成的破坏作用，使得全船的总阻力最终能够减少3％。
采用鱼鳍转过角为87°的叶梢端板，经过理论和实践验证，选择87°的鱼鳍状端板。因推进效率与转矩成正比，此时螺旋桨的节能效率也取得最大值。
所述叶梢端板的桨距角为170度，即鱼鳍截面弦长与旋转平面成170度，仿鲨鱼胸鳍或尾鳍的叶片的获能系数同时达到极值，效率最高。
所述叶梢端板伸出的长度为6-10mm，伸出的高度为2-4mm，这种组合数值能够大幅度提高螺旋桨的推力。当叶梢端板伸出的长度为9mm，伸出的高度为3mm时，螺旋桨的推力有最优解。同样，此时的螺旋桨效能也达到最大值。
下面对本发明做进一步的分析，螺旋桨桨叶主体形状采用CLT螺旋桨的桨叶形状，桨叶10的叶梢以及叶梢端板4采用桨叶0.875R以上的Kappel梢鳍螺旋桨，叶梢端板4形状采用仿鲨鱼的胸鳍形状或尾鳍形状。
以MP687螺旋桨作为研究模型，螺旋桨与端板的具体参数如表3.1和表3.2所示。
表3.1 MP687螺旋桨参数
表3.2叶梢端板参数
据螺旋桨模型在均匀来流中的模拟结果，我们可以知道，原先未加端板时，螺旋桨本身产生的推力是123.87N，而加上鳍状端板后，螺旋桨的推力增大至243.94N，螺旋桨推力明显增加，从而减小了螺旋桨的阻力，提高了整体的推进效率。
以上所述，仅是本发明优选实施例的描述说明，并非对本发明保护范围的限定，显然，任何熟悉本领域的技术人员基于上述实施例，可轻易想到替换或变化以获得其他实施例，这些均应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种组合型叶梢端板船体螺旋桨，包括安装在轴杆(2)上的螺旋桨(1)，其特征在于：
所述螺旋桨(1)的桨叶(10)在叶梢压力面的端部设有叶梢端板(4)，所述叶梢端板(4)为仿鱼鳍形状并与桨叶叶梢端部一体成型平滑过渡。
2.根据权利要求1所述的组合型叶梢端板船体螺旋桨，其特征在于：
所述桨叶(10)的主体形状采用CLT螺旋桨的桨叶形状，桨叶(10)的叶梢以及叶梢端板(4)采用Kappel梢鳍螺旋桨的形状。
3.根据权利要求2所述的组合型叶梢端板船体螺旋桨，其特征在于：
所述桨叶(10)的叶梢以及叶梢端板(4)采用桨叶0.875R以上的Kappel梢鳍螺旋桨。
4.根据权利要求2或3所述的组合型叶梢端板船体螺旋桨，其特征在于：
所述叶梢端板(4)形状为鲨鱼的胸鳍形状或尾鳍形状。
5.根据权利要求4所述的组合型叶梢端板船体螺旋桨，其特征在于：
所述叶梢端板(4)的鱼鳍转过角为87°。
6.根据权利要求4所述的组合型叶梢端板船体螺旋桨，其特征在于：
所述叶梢端板(4)的桨距角为170度。
7.根据权利要求4所述的组合型叶梢端板船体螺旋桨，其特征在于：
所述叶梢端板(4)伸出的长度为6-10mm，伸出的高度为2-4mm。
8.根据权利要求6所述的组合型叶梢端板船体螺旋桨，其特征在于：
所述叶梢端板(4)伸出的长度为9mm，伸出的高度为3mm。
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