RU2780771C1

RU2780771C1 - Loop-shaped propeller

Info

Publication number: RU2780771C1
Application number: RU2022106691A
Authority: RU
Inventors: Арсен Владимирович Месропян; Юлия Андреевна Шабельник
Filing date: 2022-03-15
Publication date: 2022-09-30

Abstract

FIELD: shipbuilding.

SUBSTANCE: invention relates to shipbuilding, namely to waterway propulsion, and can be used as a propulsion vessel. The propeller contains a hub with loop-shaped blades. The profile of the blades is made of double-sided segment design, and the relative width of the blade and the relative spacing of the front and rear parts of the loop-shaped blade are variable.

EFFECT: increased traction characteristics and efficiency of the propeller due to the profile, shape and arrangement of the blades.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, а именно к водоходным движителям, и может быть использовано в качестве движителя судна. The invention relates to shipbuilding, namely to waterway propulsion, and can be used as a propulsion vessel.

Известен гребной винт конструкции Землякова (RU 2279992 C1, МПК B63H 1/26, опубликовано 20.07.2006). Гребной винт содержит установленные на ступице осесимметричной формы гребные плоскопрофильные лопасти, каждая из которых выполнена с торцевым гребнем. Каждый из этих торцевых гребней соединен с соответствующей лопастью с возможностью изменения фиксируемого угла между его рабочей поверхностью и рабочей поверхностью этой лопасти от 180° до 0°.Known propeller design Zemlyakov (RU 2279992 C1, IPC B63H 1/26, published 20.07.2006). The propeller contains propeller flat-profile blades mounted on the hub of an axisymmetric shape, each of which is made with an end ridge. Each of these end ridges is connected to the corresponding blade with the possibility of changing the fixed angle between its working surface and the working surface of this blade from 180° to 0°.

Недостатками винта являются сложность конструкции и наличие концевых вихрей, что снижает КПД.The disadvantages of the screw are the complexity of the design and the presence of end vortices, which reduces the efficiency.

Известен гребной винт Гермова (RU2684337C2 МПК B63H 1/00, опубликовано 08.04.2019), представляющий собой гребной винт, лопасти которого имеют вид фрагментов трубы, загнутых вокруг ступицы.Germov's propeller is known (RU2684337C2 IPC B63H 1/00, published on 04/08/2019), which is a propeller whose blades look like pipe fragments bent around the hub.

Недостатком такой конструкции является использование профиля трубы, который имеет постоянное сечение лопасти и не позволяет обеспечить достижение высоких значений КПД.The disadvantage of this design is the use of a pipe profile, which has a constant blade cross-section and does not allow achieving high efficiency values.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является лопастный винт Шэрроу Инджиниринг (RU 2742113 С2, МПК В63Н 1/26, опубликован 02.02.2021), лопасти которого образуют петлеобразную структуру.Closest to the proposed invention is the Sharrow Engineering blade propeller (RU 2742113 C2, IPC V63N 1/26, published 02/02/2021), the blades of which form a loop-like structure.

Недостатком такой конструкции является форма петлевидных лопастей, относительная ширина которых не позволяет достичь высоких значений тяги.The disadvantage of this design is the shape of the loop-shaped blades, the relative width of which does not allow to achieve high thrust values.

Задачей, на решение которой направлено изобретение,является совершенствование геометрии петлевидной лопасти.The problem to be solved by the invention is to improve the geometry of the loop-shaped blade.

Техническим результатом является повышение тяговых характеристик и КПД движителя за счет геометрии профиля, формы и расположения лопастей.The technical result is to increase the traction characteristics and efficiency of the propeller due to the geometry of the profile, shape and arrangement of the blades.

Технический результат достигается гребным винтом, содержащим ступицу с лопастями петлевидной формы, в котором, в отличие от прототипа, профиль лопастей характеризуется двусторонним сегментным исполнением, причем относительная ширина лопасти

– отношение хорды профиля лопасти к радиусу винта, изменяется в пределах

, а относительное разнесение передней и задней части петлевидной лопасти в корневом сечении

изменяется в пределах [0,75…0,8],где

– расстояние между средними линиями профиля входной и выходной части лопасти,

– расстояние между средними линиями профиля входной и выходной части лопасти по оси вращения винта.The technical result is achieved by a propeller containing a hub with loop-shaped blades, in which, unlike the prototype, the profile of the blades is characterized by a two-sided segment design, and the relative width of the blade

- the ratio of the chord of the blade profile to the radius of the propeller, varies within

, and the relative spacing of the front and rear parts of the loop-shaped blade in the root section

varies within [0.75…0.8], where

- the distance between the middle lines of the profile of the input and output parts of the blade,

- the distance between the middle lines of the profile of the inlet and outlet parts of the blade along the axis of rotation of the propeller.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид гребного винта спереди, на фиг. 2 - вид сзади, на фиг. 3 - его продольный разрез и сечение лопасти, на фиг. 4 - вид сбоку, на фиг. 5 - вид винта в изометрии b, на фиг. 6 - гребной винт по прототипу.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a front view of the propeller, FIG. 2 is a rear view, in Fig. 3 - its longitudinal section and the section of the blade, in Fig. 4 is a side view, in Fig. 5 is a perspective view of the screw b, in FIG. 6 - propeller according to the prototype.

Гребной винт (фиг. 1-5) содержит ступицу 1 с лопастями 2 переменного профиля, которые имеют две засасывающие поверхности на передней внешней части 3 и передней внутренней части 6и две нагнетающие поверхности на задней внутренней части 4 и задней внешней части 5 петлевидной лопасти.The propeller (Fig. 1-5) contains a hub 1 with variable profile blades 2, which have two suction surfaces on the front outer part 3 and front inner part 6 and two injection surfaces on the rear inner part 4 and rear outer part 5 of the loop-shaped blade.

На виде спереди и на виде сзади (фиг. 1, 2) обозначена относительная ширина криволинейной огибающей профиля лопасти

. Её изменение в диапазоне [0,28…0,55] позволяет повысить тяговые характеристики и достичь более высоких значений пропульсивного КПД движителя. Указанные значения относительной ширины лопасти получены расчетным путем с использованием пакета AnsysCFX. В указанном диапазоне значенияниже минимальногоприводят к снижению тяговых характеристик, а превышениеверхнего значения диапазона при набегании потока приводит к перекрытию передней и задней части петлевидной лопасти, что увеличивает сопротивление винта и снижает КПД.In the front view and in the rear view (Fig. 1, 2), the relative width of the curved envelope of the blade profile is indicated

. Its change in the range [0.28 ... 0.55] allows to increase traction characteristics and achieve higher propulsion efficiency values. The specified values of the relative blade width were obtained by calculation using the AnsysCFX package. In the specified range, values below the minimum lead to a decrease in traction characteristics, and exceeding the upper value of the range during flow leads to overlapping of the front and rear parts of the loop-shaped blade, which increases the resistance of the propeller and reduces efficiency.

Виды сбоку и в изометрии(фиг. 4, 5) показывают, что передняя и задняя части петлевидной лопасти расположены со смещением друг относительно друга в сторону вращения винта

. Его изменение в корневом сечении в диапазоне [0,75…0,8] обеспечивает увеличение тяги и пропульсивного КПД. Указанные значения относительного разнесения передней и задней части лопасти получены расчетным путем с использованием пакета AnsysCFX и обусловлены тем, что параметры вне этого диапазона создают неблагоприятные условия работы гребного винта, нерасчетные углы атаки, вследствие чего снижаются тяговые характеристики и пропульсивный КПД движителя.Side and isometric views (Fig. 4, 5) show that the front and rear parts of the loop-shaped blade are offset relative to each other in the direction of rotation of the propeller

. Its change in the root section in the range of [0.75…0.8] provides an increase in thrust and propulsion efficiency. The specified values of the relative spacing of the front and rear parts of the blade were obtained by calculation using the AnsysCFX package and are due to the fact that parameters outside this range create unfavorable operating conditions for the propeller, off-design angles of attack, as a result of which the traction characteristics and propulsion efficiency of the propulsion unit are reduced.

Лопасти имеют двусторонний сегментный профиль, который позволяет обеспечить неизменность геометрии формы профиля лопасти по всей длине криволинейной огибающей профиля лопасти для создания благоприятных условий обтекания профиля потоком и минимизации кавитации и потерь создаваемого давления.The blades have a two-sided segmental profile, which makes it possible to ensure that the geometry of the blade profile shape remains unchanged along the entire length of the curved envelope of the blade profile to create favorable conditions for the flow around the profile and minimize cavitation and pressure losses.

Петлевидная форма позволяет снизить кавитационные явления при работе гребного винта, а форма и расположение криволинейной огибающей профиля лопасти гребного винта снижает потери и способствуют улучшению гидродинамических характеристик, и, как следствие, повышению тяги и пропульсивного КПД.The loop-like shape reduces cavitation phenomena during propeller operation, and the shape and location of the curved envelope of the propeller blade profile reduces losses and improves hydrodynamic characteristics, and, as a result, increases thrust and propulsion efficiency.

Описанная сложная винтовая поверхность с переменной относительной шириной и переменным разнесением передней и задней части лопасти по её высоте обеспечивает улучшение гидродинамических характеристик гребного винта. Две засасывающие и две нагнетающие поверхности одной лопасти гребного винта обеспечивают повышение тяговых характеристик винта.The described complex helical surface with a variable relative width and a variable spacing of the front and rear parts of the blade along its height provides an improvement in the hydrodynamic characteristics of the propeller. Two suction and two discharge surfaces of one propeller blade provide an increase in the traction characteristics of the propeller.

Пример конкретного выполнения гребного винта.An example of a specific implementation of the propeller.

Модель петлевидного гребного винта с указанными параметрами была рассчитана в CAE-системе ANSYS CFX, изготовлена его 3Д-модель. Результаты численного моделирования показывают, что гребной винт с предложенными параметрами позволяет достичь больших значений тяги и КПД гребного винта. Тяга гребного винта с предложенной геометрией лопастей по сравнению с классическим гребным винтом увеличилась на 15%, пропульсивный КПД увеличился до 60%.A loop propeller model with the specified parameters was calculated in the ANSYS CFX CAE system, and its 3D model was made. The results of numerical simulation show that the propeller with the proposed parameters makes it possible to achieve high values of thrust and efficiency of the propeller. The thrust of the propeller with the proposed geometry of the blades increased by 15% compared to the classic propeller, propulsion efficiency increased up to 60%.

Таким образом, изобретение позволяет повысить тягу и пропульсивный КПД петлевидного гребного винта, а также снизить кавитационные явления и облегчить вращение винта за счет предложенной геометрии лопастей и параметров петлевидного гребного винта.Thus, the invention allows to increase the thrust and propulsive efficiency of the loop-shaped propeller, as well as to reduce cavitation phenomena and facilitate the rotation of the propeller due to the proposed geometry of the blades and the parameters of the loop-shaped propeller.

Claims

A propeller containing a hub with loop-shaped blades, characterized in that the profile of the blades is characterized by a two-sided segment design, and the relative width of the blade

varies within [0.75…0.8], where