[發明專利]一種新型低噪聲大側斜導管螺旋槳

無效

• 申請號: 201310363534.6
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN104417738A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 方斌;周其斗
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: B63H1/14
• 分類號: B63H1/14;B63H1/16;B63H1/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明專利涉及一種用于水下航行器(包括無人水下航行器(UUV)、海上自主航行器(AUV)和遙控的水下航行器(ROV)等)的低噪聲推進器，稱為低噪聲大側斜導管螺旋槳，亦可用于需要在低噪聲狀態下航行的潛艇或魚雷。?

背景技術：

水下航行器是承擔海洋調查、海洋勘探與開發、水下探測、導航、通信、危險條件下作業、應急救生與打撈等多種任務的，并可以反復使用的航行器，具有很大的實用性和靈活性。?

推進器作為水下航行器的重要組成部分，對其性能有重要影響。隨著對水下航行器流體動力性能、噪聲特性要求的提高，目前普遍采用的導管螺旋槳、普通螺旋槳等推進器已不能完全滿足需要。特別是對水下噪聲性能要求很高的水下航行器，推進器作為其主要噪聲源之一，必須盡可能地降低。?

水下推進器產生的噪聲包括三個部分：(a)螺旋槳工作在不均勻流場中葉片振動所產生的噪聲(稱為來流噪聲)；(b)螺旋槳空化所引起的空泡噪聲(稱為空泡噪聲)；(c)螺旋槳激振力所引起的水下航行器振動及其輻射的噪聲(稱為輻射噪聲)。?

七葉大側斜螺旋槳作為一種低噪聲推進器，能夠有效削弱以上三種噪聲。在潛艇上已得到了廣泛應用，如圖1所示。七葉大側斜螺旋槳能夠降低振動和噪聲的機理與其槳葉外形和葉片數目密切相關。由于潛艇尾部有不均勻的流場存在，螺旋槳葉片在不均勻流場中工作就會產生非定常的推力和轉矩這樣波動的載荷，這種載荷會引起槳葉、軸系的振動從而產生噪聲。普通的對稱型葉片?(10)的螺旋槳，在旋轉過程中螺旋槳旋轉方向為(11)，整個槳葉在徑向會同時通過不均與來流(12)，推力和轉矩波動所引起的槳葉振動會很大。而七葉大側斜螺旋槳的槳葉葉片(13)采用了大側斜形式，使葉片在徑向不會同時到達不均勻流場的高壓區或低壓區(12)，即不會造成整個槳葉處在高壓—低壓—高壓的循環狀態，如圖2(a)所示，這樣就能有效抑制槳葉的振動，從而降低了螺旋槳的噪聲。在圖2(b)單個槳葉振動幅值F(t)隨時間t變化的曲線中，大側斜螺旋槳槳葉振動幅值曲線(14)的峰值比對稱型槳葉振動幅值曲線(15)的峰值要小很多。另外，葉片數為七葉的七葉大側斜螺旋槳，比常規的五葉螺旋槳的葉數多，使得整個螺旋槳上承受推力的葉片面積增大，因而每一葉上的推力減少了，能夠減少螺旋槳的激振力。另外螺旋槳槳葉旋轉時，槳葉上的壓力降低，當壓力低于了水的汽化壓力，便會形成空泡，不穩定的空泡產生、潰滅，就會形成空泡噪聲。七葉大側斜螺旋槳的單個槳葉上的推力減小了，相對于同樣推力的五葉螺旋槳單個槳葉上壓力的降低要小一些，因此可以延遲空泡的產生，避免了空泡噪聲。根據以上三個原因，七葉大側斜螺旋槳能夠達到降低振動和噪聲的目的。?

對于水下航行器，由于其使用的特殊性，并不能直接采用潛艇上所用的七葉大側斜螺旋槳。因為水下航行器在使用過程中常常要進行收放作業，為了保護螺旋槳在收放過程中不至于碰壞，常常需要在螺旋槳外部加裝保護罩或者使用導管螺旋槳。另外由于水下航行器的推進器往往負載較重，也需要采用導管螺旋槳這種形式。?

導管螺旋槳(簡稱導管槳)是特種推進器的一種，主要是為了提高功率系數較高的高負荷螺旋槳的效率，如圖3所示。它是在普通螺旋槳的外圍裝上一個導管，導管的縱剖面為機翼型或折角線型。按導管中流場不同可分為加速型?導管和減速型導管，如圖4所示。加速導管螺旋槳具有效率高、推力大、在風浪中的性能較好等特點。對于功率系數較高的高負荷螺旋槳，采用它所能達到的效率，將超過常規螺旋槳，在推輪、拖船、漁船上得到廣泛應用。對于減速導管，與加速導管相反，它產生負推力，增加了船舶阻力。但是導管中的流體流經盤面處時流線擴張，流速比普通螺旋槳低，壓力則較高，對推遲或避免螺旋槳的空泡有好處，所以減速導管螺旋槳常用于易發生空泡的情況。導管槳不僅能應用于船舶推進，而且在水下航行器上也應用非常廣泛。近年來，隨著水下航行器的快速發展，針對其使用要求的導管槳也越來越受到重視。?

一些特殊用途的水下航行器，如掃雷器、獵雷器等，不僅螺旋槳的負荷較重，而且對螺旋槳的振動和噪聲也有很高的要求。為滿足這一要求，根據導管槳和七葉大側斜螺旋槳各自的優點，提出了將導管螺旋槳與七葉大側斜螺旋槳結合在一起的本發明的新型低噪聲大側斜導管螺旋槳設計。?

本發明不僅能提供水下航行器所需的推力，而且其噪聲比常規導管槳有明顯的降低。例如某型水下航行器，推進器分別采用常規導管槳與本發明，在380rpm時的聲壓級相比較，本發明能夠降低噪聲3～4dB。?

發明內容：