CN117416495A - 一种带有涡流发生器的螺旋桨 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有涡流发生器的螺旋桨，具有主轴、桨毂、导流帽以及在桨毂表面周向均布的若干桨叶，在桨叶叶背上，沿着桨叶前缘间隔分布有若干第一涡流发生器和若干第二涡流发生器，其中第一涡流发生器位于距离桨叶前缘5％～10％叶片宽度的位置，第二涡流发生器位于距离桨叶前缘20％～30％叶片宽度的位置；第一涡流发生器包括碗型凸起，碗型凸起碗口与桨叶叶背表面相连接，碗型凸起底部具有半球内凹面；第二涡流发生器具有用于阻碍来流流动的流线型迎流顶面。本发明通过在桨叶前缘位置设置涡流发生器对来流进行扰动，可抑制、削弱螺旋桨空化的问题。

Description

一种带有涡流发生器的螺旋桨

技术领域

本发明涉及螺旋桨，具体涉及一种带有涡流发生器的螺旋桨。

背景技术

船舶高速运行中，螺旋桨桨叶背压会降低，当降低到临界值时会引起汽化，这一现象称为空化。空化不仅会产生噪声和振动，甚至会对螺旋桨造成侵蚀破坏。目前，螺旋桨的空化控制方法主要包括螺旋桨结构参数优化和提高加工精度等，其中结构参数优化属于多目标非线性问题，比较复杂，而加工精度受加工设备及工艺的制约。

涡流发生器最早被应用于航空、航天等空气动力学领域，用于改变边界层流动，将主流能量引进边界层，抑制边界层分离，起到增升减阻的效果。近年来，在船舶领域开始有应用涡流发生器的研究，不过多是在船身的尾部设置涡流发生器来控制尾流场。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对螺旋桨空化难题，提供一种带有涡流发生器的螺旋桨，通过涡流发生器产生的涡流来改变叶背的局部压力分布，消除空泡，达到抑制、削弱空化的目的。

技术方案：本发明所述的带有涡流发生器的螺旋桨，具有主轴、桨毂、导流帽以及在桨毂表面周向均布的若干桨叶，在桨叶叶背上，沿着桨叶前缘间隔分布有若干第一涡流发生器，第一涡流发生器位于距离桨叶前缘5％～10％叶片宽度的位置；第一涡流发生器包括碗型凸起，碗型凸起碗口与桨叶叶背表面相连接，碗型凸起底部具有半球内凹面。

进一步地，半球内凹面直径为0.6～0.8D，D为碗型凸起碗口直径。

进一步地，相邻第一涡流发生器之间的距离为1.5～3D。

进一步地，第一涡流发生器和桨叶通过车床一体加工成型。

进一步地，在桨叶叶背上，沿着桨叶前缘还间隔分布有若干第二涡流发生器，第二涡流发生器位于距离桨叶前缘20％～30％叶片宽度的位置；第二涡流发生器具有用于阻碍来流流动的流线型迎流顶面。

进一步地，第二涡流发生器宽度为δ，高度H为2～3δ，长度L为3～5H；流线型迎流顶面半径R为5～7H。

进一步地，第二涡流发生器的安装角度α为15°～25°，安装角度α为与来流方向的夹角。

进一步地，第二涡流发生器两两成组，同组两个第二涡流发生器之间面到面最大距离d为3～5H；相邻两组第二涡流发生器中，不同组的两个彼此相对的第二涡流发生器之间面到面最小距离λ为5～7H。

进一步地，第二涡流发生器通过车削加工，加工完成后与桨叶焊接相连。

进一步地，主轴是中空的，内部具有管道，用于通气或通水；桨叶为双层中空结构，叶内空腔和桨毂内腔相连通；桨叶叶背中后段50％～70％叶片宽度的位置设置有若干增压孔，增压孔连通叶背表面和叶内空腔；输送的气体或液体能够经主轴、经过桨毂内腔、桨叶内腔，到达增压孔，增加局部区域压力。

本发明的工作原理为：

桨叶导边前缘的多个第一涡流发生器会对经过导流帽的均匀来流进行第一次扰动，产生涡流，延缓或阻止流动分离，能够有效缓解或抑制导边和叶梢空化严重的问题。

涡流向随边发展，经过多个第二涡流发生器，由于同来流方向呈一定的角度，因此会对来流形成第二次扰动，从而形成能量更强的涡流，并进一步向随边方向发展，能够进一步抑制流动分离，遏制过度低压区的产生，从而抑制或削弱空化的发展，降低空泡破裂产生的脉动压力，降低船舶航行时的阻力，同时也能降低船体振动和噪声。

增压孔能够通过通气或通水的方式给叶背相应部位增加压力，避免过低压力区出现，从而进一步抑制或削弱空化。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：通过在桨叶前缘位置设置涡流发生器对来流进行扰动，有效缓解或抑制了导边和叶梢空化的问题。

附图说明

图1是本申请实施例提供的带有涡流发生器的螺旋桨的结构示意图；

图2是本申请实施例中第一涡流发生器的结构示意图；

图3是本申请实施例中第二涡流发生器的结构示意图；

图4是图3的正视图；

图5是本申请实施例中多个第二涡流发生器的布局示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

附图1至5中的附图标记如下：

1，桨毂；2，导流帽；3，桨叶；4，主轴；5，第一涡流发生器；51，碗型凸起；52，半球内凹面；6，第二涡流发生器；61，流线型迎流顶面；62，底面；63，左侧面；64，右侧面；65，背面；7，增压孔。

如图1所示，一种带有涡流发生器的螺旋桨，包括桨毂1、主轴4和导流帽2，桨毂1一端连接主轴4，另一端连接导流帽2，桨毂1表面沿周向均布若干桨叶3。

在桨叶3叶背上，沿着桨叶3前缘间隔分布有若干第一涡流发生器5，第一涡流发生器5位于距离桨叶3前缘5％～10％叶片宽度的位置。此外，在桨叶3叶背上，沿着桨叶3前缘还间隔分布有若干第二涡流发生器6，第二涡流发生器6位于距离桨叶3前缘20％～30％叶片宽度的位置。

如图2所示，第一涡流发生器5包括碗型凸起51，碗型凸起51碗口与桨叶3叶背表面相连接，碗型凸起51底部具有半球内凹面52。

本实施例中，半球内凹面52直径为0.6～0.8D，D为碗型凸起51碗口直径。相邻第一涡流发生器5之间的距离(碗口中心到碗口中心的距离)为1.5～3D。第一涡流发生器5和桨叶3通过车床一体加工成型。

如图3至图5所示，第二涡流发生器6具有用于阻碍来流流动的流线型迎流顶面61，以及呈矩形的底面62、左侧面63、右侧面64和背面65，在背面65后区域形成涡流区。

本实施例中，第二涡流发生器6宽度为δ，高度H为2～3δ，长度L为3～5H；流线型迎流顶面61半径R为5～7H。如图5所示，第二涡流发生器6的安装角度α为20°，安装角度α为与来流方向的夹角。第二涡流发生器6两两成组，同组两个第二涡流发生器6之间面到面最大距离d为3～5H；相邻两组第二涡流发生器6中，不同组的两个彼此相对的第二涡流发生器6之间面到面最小距离λ为5～7H。第二涡流发生器6通过车削加工，加工完成后与桨叶3焊接相连。

本实施例中，主轴4是中空的，内部具有通气或通水的管道；桨叶3为双层中空结构，叶内空腔和桨毂1内腔相连通；桨叶3叶背中后段50％～70％叶片宽度的位置设置有若干增压孔7，增压孔7连通叶背表面和叶内空腔；输送的气体或液体能够经主轴4，经过桨毂1内腔、桨叶3内腔，到达增压孔7，增加局部区域压力，抑制过低压力区的发展，从而进一步抑制或削弱空化的影响。

Claims (10)

1.一种带有涡流发生器的螺旋桨，具有主轴(4)、桨毂(1)、导流帽(2)以及在桨毂(1)表面周向均布的若干桨叶(3)，其特征在于，在桨叶(3)叶背上，沿着桨叶(3)前缘间隔分布有若干第一涡流发生器(5)，第一涡流发生器(5)位于距离桨叶(3)前缘5％～10％叶片宽度的位置；第一涡流发生器(5)包括碗型凸起(51)，碗型凸起(51)碗口与桨叶(3)叶背表面相连接，碗型凸起(51)底部具有半球内凹面(52)。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，半球内凹面(52)直径为0.6～0.8D，D为碗型凸起(51)碗口直径。

3.根据权利要求2所述的螺旋桨，其特征在于，相邻第一涡流发生器(5)之间的距离为1.5～3D。

4.根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，第一涡流发生器(5)和桨叶(3)通过车床一体加工成型。

5.根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，在桨叶(3)叶背上，沿着桨叶(3)前缘还间隔分布有若干第二涡流发生器(6)，第二涡流发生器(6)位于距离桨叶(3)前缘20％～30％叶片宽度的位置；第二涡流发生器(6)具有用于阻碍来流流动的流线型迎流顶面(61)。

6.根据权利要求5所述的螺旋桨，其特征在于，第二涡流发生器(6)宽度为δ，高度H为2～3δ，长度L为3～5H；流线型迎流顶面(61)半径R为5～7H。

7.根据权利要求6所述的螺旋桨，其特征在于，第二涡流发生器(6)的安装角度α为15°～25°，安装角度α为与来流方向的夹角。

8.根据权利要求7所述的螺旋桨，其特征在于，第二涡流发生器(6)两两成组，同组两个第二涡流发生器(6)之间面到面最大距离d为3～5H；相邻两组第二涡流发生器(6)中，不同组的两个彼此相对的第二涡流发生器(6)之间面到面最小距离λ为5～7H。

9.根据权利要求5所述的螺旋桨，其特征在于，第二涡流发生器(6)通过车削加工，加工完成后与桨叶(3)焊接相连。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的螺旋桨，其特征在于，主轴(4)是中空的，内部具有管道，用于通气或通水；桨叶(3)为双层中空结构，叶内空腔和桨毂(1)内腔相连通；桨叶(3)叶背中后段50％～70％叶片宽度的位置设置有若干增压孔(7)，增压孔(7)连通叶背表面和叶内空腔；输送的气体或液体能够经主轴(4)、经过桨毂(1)内腔、桨叶(3)内腔，到达增压孔(7)，增加局部区域压力。