[發明專利]自適應仿生復合材料螺旋槳葉片

無效

• 申請號: 201110444207.4
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102530212A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 曾志波;姚志崇;洪方文
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七○二研究所
• 主分類號: B63H1/26
• 分類號: B63H1/26
• 代理公司: 無錫華源專利事務所 32228
• 代理人: 方為強;聶漢欽

技術領域

本發明涉及一種船用螺旋槳，尤其是涉及一種自適應仿生復合材料螺旋槳葉片。

背景技術

在各類船舶螺旋槳推進裝置中，絕大多數螺旋槳工作在船舶非均勻尾流場中，槳葉在旋轉一周360°中的各個角度位置的葉剖面來流攻角均在變化，這樣引起了螺旋槳受力時刻均在變化，槳軸軸承力振動劇烈，而且由于攻角的變化，槳葉表面的壓力峰值時大時小，出現極不穩定的空泡流導致了強烈的空泡誘導船體表面脈動壓力。（引自何友聲院士、王國強教授主編的《螺旋槳激振力》，上海交通大學出版社）。

另一方面，多工況船舶（如拖輪、漁船、掃雷艇、挖泥船、客滾船以及海洋工程船等）在船舶數量中占很大的比重，它們的特點是至少有兩個（自航狀態和系柱狀態）以上不同的工況。為了在各工況下，船舶都能獲得較好的推進性能，長期以來，船舶推進器設計師開展了針對該類船舶的常規螺旋槳、導管螺旋槳優化設計，但是無論是常規螺旋槳還是導管螺旋槳都存在未能充分利用主機功率的問題。后來提出了調距槳及導管調距槳推進裝置，避免了這種缺點；也有專家推薦采用多檔變速箱。然而這些需要復雜昂貴的調距機構以及變速齒輪裝置（引自《中國造船》期刊文獻《對于多工況船舶推進性能的探討》作者：盛振邦?朱文蔚），增加了船舶的整體制造成本。

發明內容

本申請人針對上述的問題，進行了研究改進，提供一種自適應仿生復合材料螺旋槳葉片，結構簡單緊湊，制造成本低，降低工作在船尾非均勻尾流場中螺旋槳的激振力，對于多工況船舶螺旋槳能在自航及系柱等多工況下均能充分吸收主機功率，減少常規螺旋槳和導管螺旋槳主機功率浪費。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

一種自適應仿生復合材料螺旋槳葉片，由導邊部及隨邊部構成葉片本體，所述導邊部以螺旋槳參考線軸為中心設置，所述導邊部設有剛性葉芯，所述葉芯外覆蓋有柔性材料層，所述柔性材料層沿葉弦長方向延伸構成所述隨邊部。

進一步的：

所述葉片本體的側斜分布是從葉根到葉稍逐漸增大，所述葉片本體的葉剖面的最大拱度位置趨向于隨邊，所述葉片本體的葉剖面的最大厚度位置趨向于導邊。

所述葉芯在葉剖面上的剖面形狀呈機翼形，所述葉芯剖面的厚度由葉根至葉稍逐漸變薄。

柔性材料層的材料為碳纖維或玻璃纖維復合材料。

所述葉芯由高剛度金屬材料制成。

由于水生動物通過長時間的自然演化形成了獨特的身體結構和外形，使得它們能夠在水中暢游，有研究表明：海豚在15～20kn游動時其消耗的能量是不變形直體海豚模型的七分之一（引自《船舶力學》期刊文獻《柔性擺動水翼弦向變形模式及其對推進性能的影響研究》，作者：王志東等），這說明了海豚的自適應流體變化能力帶來了令人驚嘆的水動力性能。本發明通過流固耦合設計計算研究，提供了一種自適應仿生復合材料螺旋槳槳葉，一方面可降低工作在船尾非均勻尾流場中螺旋槳的激振力，另一方面對于多工況船舶螺旋槳能在自航及系柱等多工況下均能較充分吸收主機功率，避免了常規螺旋槳和導管螺旋槳主機功率浪費嚴重，并且達不到航速要求的缺點，在各類船舶中有廣闊的應用前景。

本發明的技術效果在于：

本發明公開的一種自適應仿生復合材料螺旋槳葉片，結構簡單緊湊，安裝方便，降低船舶的整體制造成本；采用導邊部的剛性葉芯及隨邊部的柔性材料結構，并采用自適應尾流攻角變化的槳葉結構和外形，降低了螺旋槳由于工作在非均勻尾流場中劇烈的軸承力振動及空泡誘導船體表面脈動壓力，在多工況下均能較充分利用主機功率，減少常規螺旋槳和導管螺旋槳主機功率的浪費。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為葉片本體任一剖面的工作狀態示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。