CN110450931B - 一种螺旋桨推力鳍片及螺旋桨 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种螺旋桨推力鳍片以及螺旋桨，设置在螺旋桨上，螺旋桨的半径为R，包括第一推力鳍片和/或第二推力鳍片，其中：第一推力鳍片布置在螺旋桨桨叶的叶面上；第二推力鳍片布置在螺旋桨桨叶的叶背上；所述第一推力鳍片、第二推力鳍片与螺旋桨桨叶呈α角的安装角度安装，其中安装角为所述第一推力鳍片、第二推力鳍片的弦向与其所在半径位置的等半径圆柱面的夹角。本发明通过在桨叶的两侧(叶面、叶背)分别设置有第一推力鳍片和第二推力鳍片，可以有效减小螺旋桨叶片两侧的径向速度，并增加螺旋桨推力，降低螺旋桨扭矩，达到提高螺旋桨推进效率的目的；同时推力鳍片可以有效的削弱螺旋桨毂涡强度，起到能量回收的作用。

Description

一种螺旋桨推力鳍片及螺旋桨
技术领域
本发明涉及螺旋桨设计技术领域，特别涉及一种螺旋桨推力鳍片。
背景技术
随着世界能源危机的逐渐显现，这使得航运成本居高不下，因此降低运营成本成为船舶行业共同的课题。而与此同时，由于温室气体排放所导致的各种环境问题日益严峻，并受到了国际社会的广泛关注。船舶水动力节能装置研发也因此成为了船舶研究领域的重大课题，同时也受到广大船东的青睐。然而，随着船舶总体性能的日益改进，传统的单一节能装置的节能效果也越来越低，结构简单的新形式节能装置逐渐成为船舶节能装置的热点及发展重点。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种塔式太阳能热发电系统的螺旋桨推力鳍片。
本发明的技术方案如下：
一种螺旋桨推力鳍片，设置在螺旋桨上，螺旋桨的半径为R，包括第一推力鳍片和/或第二推力鳍片，其中：
第一推力鳍片布置在螺旋桨桨叶的叶面上；
第二推力鳍片布置在螺旋桨桨叶的叶背上；
所述第一推力鳍片、第二推力鳍片与螺旋桨桨叶呈α角的安装角度安装，其中安装角为所述第一推力鳍片、第二推力鳍片的弦向与其所在半径位置的等半径圆柱面的夹角。
较佳地，所述α角的取值范围为-45°～45°。
较佳地，所述第一推力鳍片、第二推力鳍片的弦向，位于所述桨叶的导边前方0.2R至所述桨叶的随边后方0.2R处。
较佳地，所述第一推力鳍片、第二推力鳍片布置在0.2～0.6R处。
较佳地，所述第一推力鳍片、第二推力鳍片的最大宽度值为L，L的取值范围为0.02R～0.4R。
较佳地，所述第一推力鳍片、第二推力鳍片的最大厚度为d，d小于等于0.1R。
较佳地，所述第一推力鳍片、第二推力鳍片的根部与所述螺旋桨叶之间的夹角为β角，β角的取值范围为45°～135°。
较佳地，所述β角为90°。
较佳地，包括轮毂和设置在所述轮毂上的桨叶，所述桨叶上设置有如权利要求1-8中任意一项所述的螺旋桨推力鳍片。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明通过在桨叶的两侧(叶面、叶背)设置有第一推力鳍片和第二推力鳍片，可以有效减小螺旋桨叶片两侧的径向速度，并增加螺旋桨推力，降低螺旋桨扭矩，达到提高螺旋桨推进效率的目的；同时推力鳍片可以有效的削弱螺旋桨毂涡强度，起到能量回收的作用。
附图说明
结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：
图1为本发明中螺旋桨的结构示意图；
图2为本发明中螺旋桨的侧视图；
图3为本发明中螺旋桨的轮廓展开图；
图4为本发明中螺旋桨叶面流线图；
图5为本发明中螺旋桨叶背流线图；
图6为本发明中推力鳍片原理图。
附图标记：1、轮毂；2、桨叶；201、叶面；202、叶背；203、随边；204、导边；3、第一推力鳍片；4-第二推力鳍片。
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
实施例1
如图1-6所示，本发明提供了一种螺旋桨推力鳍片，包括有第一推力鳍片3和/或第二推力鳍片4；其中，第一推力鳍片3布置在螺旋桨桨叶的叶面201上，第二推力鳍片4布置在螺旋桨桨叶的叶背202上；第一推力鳍片3、第二推力鳍片4与螺旋桨的桨叶2呈α角的安装角度安装，其中安装角为第一推力鳍片3、第二推力鳍片4的弦向与其所在半径位置的等半径圆柱面的夹角。
其中，可以只在螺旋桨桨叶的叶面201上设置第一推力鳍片3，也可只在螺旋桨桨叶的叶背202上设置第二推力鳍片4，也可同时在叶面201、叶背202上分别设置第一推力鳍片3和第二推力鳍片4，可根据具体需要进行选择，此处不做限制。优选的，在叶面201、叶背202上分别设置有第一推力鳍片3和第二推力鳍片4。
本发明通过在桨叶2的两侧(叶面、叶背)设置有第一推力鳍片3和第二推力鳍片4，可以有效减小螺旋桨叶片两侧的径向速度，并增加螺旋桨推力，降低螺旋桨扭矩，达到提高螺旋桨推进效率的目的；同时推力鳍片可以有效的削弱螺旋桨毂涡强度，起到能量回收的作用。
进一步的分析，从图4-5中可以看出桨叶内半径(0.6R以内)的表面流动速度明显与等半径圆柱面相交，即存在一定的径向速度；从图6的原理图中，通过推力鳍片与叶面流动的相互作用，推力鳍片产生与进流方向垂直的升力和与进流方向相同的阻力；当升力在螺旋桨旋转方向的分力大于阻力分力时，即可降低螺旋桨扭矩；当升力在前进方向的分力大于阻力分力时，即可提高螺旋桨推力，从而达到提高螺旋桨推进效率，节能船舶能耗的目的。
在本实施例中，第一推力鳍片3和第二推力鳍片4的几何形状可以相同或不同，可以为机翼剖面或者等厚度分布的平板等，可根据具体情况进行选择，此处不做限制。优选的，第一推力鳍片3和第二推力鳍片4采用具有厚度分布的翼型剖面的结构，由于具有厚度分布的翼型剖面阻力小于等厚度平板，可以提高节能效果；当然，也可采用等厚分布的鳍片，有利于简化加工，降低生产成本。
在本实施例中，α角的取值范围为-45°～45°。其中，安装角d在鳍片不同叶宽位置可以相同也可以不同，此处不做限制。由于螺旋桨产生的轴向和旋转速度为主要速度方向，径向速度较小，流动速度与等半径圆柱面夹角一般较小，推力鳍片与等半径圆柱面夹角过大会造成流动分离产生较大阻力，因此优选的取值范围设定在-45°～45°，有利于减少阻力。
其中，第一推力鳍片3、第二推力鳍片4的安装角α可以相同也可以不相同，可根据具体情况进行选择，此处不做限制。
在本实施例中，第一推力鳍片3、第二推力鳍片4的根部与螺旋桨叶之间的夹角为β角，β角的取值范围为45°～135°。优选的，β角为90°，即第一推力鳍片3、第二推力鳍片4的根部垂直于桨叶表面设置。β角的角度过小或者过大会使鳍片贴近桨叶，造成桨叶推力损失，降低节能效果，因此优选的设定在45°～135°内，减少桨叶推力损失，提高节能效果。
在本实施例中，螺旋桨的半径为R，半径R即为轮毂圆心位置至桨叶最远点的距离。
在本实施例中，如图3中所示，第一推力鳍片3、第二推力鳍片4布置在0.2～0.6R处。第一推力鳍片3、第二推力鳍片4提高推进效率的同时，由于与水的摩擦也要产生一定的阻力，在桨叶靠外一侧与水的相对运动速度较高，产生阻力较大，会导致推力鳍片收益不明显，因此优选的将第一推力鳍片3、第二推力鳍片4布置在0.2～0.6R处减少水的摩擦，以保证推力鳍片的收益；
进一步的，第一推力鳍片3、第二推力鳍片4的布置位置可以相同，也可不相同；桨叶的叶面和叶背的流动方向不同，径向速度分布也存在较大差异，一般来讲叶面鳍片的效果好于叶背，第一推力鳍片3、第二推力鳍片4具体在哪个半径处放置，应视具体螺旋桨方案的流动情况确定。
在实施例中，第一推力鳍片3、第二推力鳍片4的弦向的方向，位于所述桨叶的导边前方0.2R至所述桨叶的随边后方0.2R处。
由图4和图5中可以看出不同弦向位置流动方向均不相同，叶面靠近螺旋桨随边处径向速度较大，流动向中心收缩明显，可回收利用的能量较多，而叶背流动在不同螺旋桨半径位置的流动特征存在较大差异。因此，鳍片应放置在径向速度较大的弦向位置，具体视流动情况确定，。
在本实施例中，第一推力鳍片3、第二推力鳍片4的最大宽度值为L，L的取值范围为0.02R～0.4R。推力鳍片的最大宽度受两方面限制：其一、鳍片越宽根部弯矩越大对强度要求越高，这对于重量和效果均有影响；其二、在离开桨叶的位置径向流动减弱、鳍片过宽不但不能提高推进效率、反而增加阻力。鳍片过窄，径向流动会绕过鳍片，达不到提高推进效率的效果。因此，不同位置的鳍片宽度应视当地流动情况而定，为简化设计方案及降低产品加工成本亦可采用等宽度分布，但是对于不同螺旋桨方案，鳍片宽度应该是不同的。
在本实施例中，第一推力鳍片3、第二推力鳍片4的最大厚度为d，d小于等于0.1R。推力鳍片的厚度的增加会带来重量增加、阻力增加的负面作用，因此在满足强度要求的基础上需尽量减小厚度，因此优选的推力鳍片的最大厚度d小于等于0.1R。
在本实施例中，第一推力鳍片3、第二推力鳍片4在相同叶宽位置的厚度的中点连线可以是直线或者弧线。由于推力鳍片不同弦向位置处由螺旋桨引起的流动均不相同，因此调整鳍片剖面形式可以使鳍片的压力分布更为合理，以达到最佳节能效果，为简化设计并降低加工成本，可以采用简化的直线形式。
实施例2
如图1所示，本实施例还提供了一种螺旋桨，包括轮毂1和设置在轮毂1上的多个桨叶2，桨叶2上设置有如实施例1中所述的螺旋桨推力鳍片。
以上公开的本发明示意图只是用于帮助阐述本发明，并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种螺旋桨推力鳍片，设置在螺旋桨上，螺旋桨的半径为R，其特征在于，包括第一推力鳍片和/或第二推力鳍片，其中：
第一推力鳍片布置在螺旋桨桨叶的叶面上；
第二推力鳍片布置在螺旋桨桨叶的叶背上；
所述第一推力鳍片、第二推力鳍片与螺旋桨桨叶呈α角的安装角度安装，其中安装角为所述第一推力鳍片、第二推力鳍片的弦向与其所在半径位置的等半径圆柱面的夹角；
所述第一推力鳍片、第二推力鳍片布置在0.2~0.6R处。
2.根据权利要求1所述的螺旋桨推力鳍片，其特征在于，所述α角的取值范围为-45°~45°。
3.根据权利要求1所述的螺旋桨推力鳍片，其特征在于，所述第一推力鳍片、第二推力鳍片的弦向，位于所述桨叶的导边前方0.2R至所述桨叶的随边后方0.2R处。
4.根据权利要求1所述的螺旋桨推力鳍片，其特征在于，所述第一推力鳍片、第二推力鳍片的最大宽度值为L，L的取值范围为0.02R~0.4R。
5.根据权利要求1所述的螺旋桨推力鳍片，其特征在于，所述第一推力鳍片、第二推力鳍片的最大厚度为d，d小于等于0.1R。
6.根据权利要求1所述的螺旋桨推力鳍片，其特征在于，所述第一推力鳍片、第二推力鳍片的根部与所述螺旋桨叶之间的夹角为β角，β角的取值范围为45°~135°。
7.根据权利要求6所述的螺旋桨推力鳍片，其特征在于，所述β角通常为90°。
8.一种螺旋桨，其特征在于，包括轮毂和设置在所述轮毂上的桨叶，所述桨叶上设置有如权利要求1-7中任意一项所述的螺旋桨推力鳍片。
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