CN204548459U - 横开式仿生双尾桨 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供横开式仿生双尾桨，包括主轴、第一子桨、第二子桨，主轴安装在船舶的尾部或侧面，主轴的端部设置主轴齿轮，主轴齿轮与船舶内部的驱动系统相连，第一子桨包括至少两个桨片，桨片的轴线上安装桨片轴，桨片轴的端部安装桨片齿轮，主轴上设置桨片轴孔，桨片通过桨片轴和桨片轴孔的配合安装在主轴上，主轴内部设置液压驱动的链齿，桨片齿轮与链齿啮合，第二子桨与第一子桨结构相同，第二子桨的桨片按照与第一子桨桨片相同的方式安装在主轴上。本实用新型参考鱼类尾鳍，利用尾涡的高能区，使船舶通过旋转尾桨桨页获得推力并实现对船舶的操控能力。比螺旋桨的水动力噪声更低、机械噪声更低、推进效率更高，节约能源。

Description

横开式仿生双尾桨

技术领域

本实用新型涉及的是一种船舶驱动装置，具体地说是船舶的桨。

背景技术

目前船舶，包括水面水下船舶和运动载体的推进装置大都采用螺旋桨旋转推进的方式来获得推进动力。这种推进方式存在以下几方面缺点：一是推进效率不高。二是螺旋桨的排水量小，要获得更大的推进力就需要较大的转速，螺旋桨在高速旋转时会产生湍流，造成能量的浪费。三是转速很高的螺旋桨噪声很大，许多领域不得不减小螺旋桨的转速和推进能力以减小推进时产生的噪声。

相反许多海洋生物具有高效率的游动能力和准确的定位能力，大多数海洋生物依靠尾鳍、胸鳍、等鳍类进行推进，另外还有一些生物以类似乌鱼运动的方式高效地获得推进力。鱼类高效的推进效率给人类提高船舶推进操控性能带来了希望。自20世纪90年代以来,仿生技术、计算机技术、控制技术和材料技术的发展,为仿生推进器的动作原理、系统构成和实现、控制算法等方面的研究提供了有力的支持,新型仿生推进器的研究和应用取得了长足进展。

仿鱼推进研究和实验主要是针对鱼类柔性尾鳍摆动摆动进行数学建模和仿真，取得了一些研究和实验成果，但实现起来复杂度极高，很难实用，其主要问题在于水下环境的复杂性和数学模型的局限性之间的矛盾，尤其是这方面的研究目标和实现方式都以鱼为参照，而目前材料和机械装置的灵活性无法达到生物鱼的水平。

发明内容

本实用新型的目的在于提供实现推力远远大于阻力的横开式仿生双尾桨。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型横开式仿生双尾桨，其特征是：包括主轴、第一子桨、第二子桨，主轴安装在船舶的尾部或侧面，主轴的端部设置主轴齿轮，主轴齿轮与船舶内部的驱动系统相连，第一子桨包括至少两个桨片，桨片的轴线上安装桨片轴，桨片轴的端部安装桨片齿轮，主轴上设置桨片轴孔，桨片通过桨片轴和桨片轴孔的配合安装在主轴上，主轴内部设置液压驱动的链齿，桨片齿轮与链齿啮合，第二子桨与第一子桨结构相同，第二子桨的桨片按照与第一子桨桨片相同的方式安装在主轴上。

本实用新型还可以包括；

1、第一子桨和第二子桨的桨片绕其桨片轴旋转的角度为0-90度，从而使第一子桨和第二子桨处于推力产生状态或桨面回复状态两种状态，且第一子桨处于推力产生状态时，第二子桨处于桨面回复状态，第二子桨处于推力产生状态时，第一子桨处于桨面回复状态，同时第一子桨和第二子桨的两种状态交替转换。

2、第一子桨和第二子桨之间的夹角为60度-90度。

3、主轴横向或竖向安装在船舶的尾部或侧面。

本实用新型的优势在于：本实用新型参考鱼类尾鳍，采用往复运动形式，同时利用尾涡的高能区，使船舶通过旋转尾桨桨页获得推力并实现对船舶的操控能力。比螺旋桨的水动力噪声更低、机械噪声更低、推进效率更高，节约能源。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构图；

图2为主轴竖向安装在船舶尾部时的示意图；

图3为主轴横向安装在船舶尾部时的示意图；

图4为第一子桨打开、第二子桨关闭时的示意图；

图5为第一子桨关闭、第二子桨打开时的示意图；

图6为本实用新型结构分解示意图；

图7为主轴结构示意图；

图8为桨片结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

结合图1～8，本实用新型由两个子桨组成，分别为第一子桨2和第二子桨4，二者相对位置固定，夹角θ保持在60至90度，以如图1中点划线为对称轴分布在主轴1两侧，每个子桨上平行装有若干桨片3，通过桨片轴6与主轴1连接，桨片轴6顶端为齿轮结构，与主轴1内链齿结构连接，以实现桨片从0度到90度的自由转动。主轴1两端均为齿轮结构，与船体5连接，在船体5内液压传动系统带动下往复作摆动动作。主轴和各个桨片可受一液压传动系统驱动，结合各个转动部件上的角度传感器及控制单元构成一个多输入多输出闭环控制系统。

具体工作状态如图4、5所示，船桨通过往复摆动产生推进力，第一子桨2在推进过程中其桨片闭合，向后转动以产生推力，在推进过程的后期，快速打开桨片，利用尾涡进一步产生推力，第一子桨2推进时第二子桨4处于回复过程，其桨片一直处于打开状态以减小水中回复阻力；第一子桨2推进过程结束后双尾桨改变摆动方向，第二子桨4进入推进过程而第一子桨2进入回复过程，此时第二子桨4的桨片闭合以产生推力，第一子桨2的桨片保持上一阶段的打开状态，以减小水中回复阻力，与第一子桨2推进过程相似，第二子桨4在推进过程的后期桨片对船运动方向产生推力分量很小，此时快速打开第二子桨4桨片，并利用尾涡进一步产生推力。至此，双尾桨运动完成一个周期，后续按照此种方式往复摆动。在往复摆动过程中，两个子桨分别处于推进和回复过程，二者状态以一定的相位节拍相互交替变化，使双尾桨始终有推力产生。另外，在双尾桨摆动过程中，调整双尾桨中间线与船舶轴线夹角，如图2中所示，此时双尾桨的摆动将产生矢量推进效果，进而控制船舶运动方向和姿态，实现高效舵的功能。

本实用新型所采用的技术方案是：双尾桨由两个子桨组成，如图1所示，分别为第一子桨和第二子桨，双尾桨主轴上带有齿轮，安装于船舶的尾部或侧面，船舶内部的液压系统带动齿轮组转动而使双尾桨作周期性摆动。图2为船舶尾部竖直安装方式，图3船舶尾部水平安装方式，具体工作状态如图4、5所示。双尾桨通过往复摆动产生推进力，某一桨面产生推力时桨片闭合并在推进过程的后期快速打开桨片，以利用尾涡进一步产生推力，然后双尾桨改变摆动方向，产生推力的桨面随即转入回复状态，以备该桨面下一次推动。在上述过程中，另一桨面同样完成推力产生和桨面回复过程，只是两个桨面相差一个节拍，即一个桨面处于推力产生阶段的时候另一个桨面处于回复阶段。由于桨面回复阶段桨片是打开的，所以回复过程受到阻力远远小于推力产生阶段所产生的推力。另外，通过调整双尾桨中间线与船舶首尾轴线的夹角，产生矢量推进效果，使双尾桨起到控制方向和姿态的作用，实现高效舵的功能。

本实用新型两个子桨分别由若干并行排列、垂直于桨轴且可旋转的桨片构成，两子桨间的固定夹角小于90度，桨轴可竖直或水平安装在船舶的尾部，如图2、3所示；

船桨通过往复摆动产生推进力，当桨面产生推力时桨片闭合，当桨面回复到初始位置时桨片打开；

可以通过控制桨片打开的时机和速度，利用尾涡的反作用进一步产生推力；

桨片的剖面翼型为流线型；

调整桨的中间线与船舶首尾轴线的夹角，可产生矢量推进效果，使桨起到控制方向和姿态的作用；

尾桨可以只具有一个子桨，单独工作。

桨片剖面的形状可以是三角形、梯形、矩形、半月形等鱼尾形状。

Claims (5)

1.横开式仿生双尾桨，其特征是：包括主轴、第一子桨、第二子桨，主轴安装在船舶的尾部或侧面，主轴的端部设置主轴齿轮，主轴齿轮与船舶内部的驱动系统相连，第一子桨包括至少两个桨片，桨片的轴线上安装桨片轴，桨片轴的端部安装桨片齿轮，主轴上设置桨片轴孔，桨片通过桨片轴和桨片轴孔的配合安装在主轴上，主轴内部设置液压驱动的链齿，桨片齿轮与链齿啮合，第二子桨与第一子桨结构相同，第二子桨的桨片按照与第一子桨桨片相同的方式安装在主轴上。

2.根据权利要求1所述的横开式仿生双尾桨，其特征是：第一子桨和第二子桨的桨片绕其桨片轴旋转的角度为0-90度，从而使第一子桨和第二子桨处于推力产生状态或桨面回复状态两种状态，且第一子桨处于推力产生状态时，第二子桨处于桨面回复状态，第二子桨处于推力产生状态时，第一子桨处于桨面回复状态，同时第一子桨和第二子桨的两种状态交替转换。

3.根据权利要求1或2所述的横开式仿生双尾桨，其特征是：第一子桨和第二子桨之间的夹角为60度-90度。

4.根据权利要求1或2所述的横开式仿生双尾桨，其特征是：主轴横向或竖向安装在船舶的尾部或侧面。

5.根据权利要求3所述的横开式仿生双尾桨，其特征是：主轴横向或竖向安装在船舶的尾部或侧面。