[實用新型]一種具有旗魚外形與貓頭鷹羽毛特征的仿生螺旋槳

有效

• 申請號: 201921581750.7
• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN211364897U
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 邢普;張緒坤;魏晨宇;吳暉
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: B63H1/18
• 分類號: B63H1/18;B63H1/26
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本實用新型公開了船用螺旋槳工程領域的一種具有旗魚外形與貓頭鷹羽毛特征的仿生螺旋槳，這種螺旋槳包括連接輸出軸的螺旋槳軸心和圍繞軸心周向設置的槳葉，其特征在于：所述槳葉的外形與旗魚的輪廓相同，槳葉表面設立有凹槽，凹槽沿槳葉的大厚度線為起點至槳葉隨邊處等間距排列，凹槽的形狀與貓頭鷹翅膀下表面相鄰兩根主要羽毛之間形成的凹處相同。本技術方案改變的螺旋槳槳葉的摩阻特性，更加符合流體動力學，使水流順著漿面的流線型結構以及溝槽的引導，從而減小阻力，降低震動。

技術領域

本實用新型屬于船用螺旋槳工程領域，具體是一種具有旗魚外形與貓頭鷹羽毛特征的仿生螺旋槳。

背景技術

貓頭鷹具有靜音飛行的獨特本領。即使在萬籟俱靜的夜空背景聲場下，貓頭鷹高速飛行時的噪聲也難以被其獵物察覺。貓頭鷹的靜音飛行特性，是貓頭鷹體表羽毛的微觀結構特征和體表皮膚及皮下結構的微觀結構特征及其吸聲特性多個降噪因素綜合產生的總體效應。貓頭鷹翅膀主要羽毛緊密扣覆，排列有序，翅膀下表面相鄰兩根主要羽毛之間形成類似凹槽的結構，從截面看，下表面尾緣的羽毛排列近似波折線狀。貓頭鷹翅膀下表面的這種特征對其優秀的飛行能力有很大作用。

船舶螺旋槳所處的非均勻流場使其產生空泡、振動、噪聲及剝蝕等現象，這也一直是螺旋槳性能優化研究的重要課題。因此，螺旋槳設計過程中統籌考慮螺旋槳的敞水性能、空泡性能、振動噪聲等方面的要求，這將成為螺旋槳設計研究的重要目標。而且螺旋槳噪聲是船舶的主要噪聲源之一，設計一款水動力性能優良，振動噪聲小的螺旋槳具有重要的實踐應用價值。

實用新型內容

為了解決上述問題，本實用新型的目的是通過仿生學設計一款水動力性能優良，振動噪聲小的螺旋槳。

為了實現上述目的，本實用新型的技術方案如下：一種具有旗魚外形與貓頭鷹羽毛特征的仿生螺旋槳，包括連接輸出軸的螺旋槳軸心和圍繞軸心周向設置的槳葉，所述槳葉的外形與旗魚的輪廓相同，槳葉表面設立有凹槽，凹槽沿槳葉的大厚度線為起點至槳葉隨邊處等間距排列，凹槽的形狀與貓頭鷹翅膀下表面相鄰兩根主要羽毛之間形成的凹處相同。

進一步，槳葉的截面厚度從葉根到葉稍逐漸減少，槳葉截面的最大厚度位置趨向于導邊，葉面拱度從導邊與隨邊兩側向最大厚度線處逐漸減小。

進一步，凹槽從最大厚度線到隨邊的深度逐漸變深，凹槽的最深處為h1＝0.1H,H為當前圓弧面上槳葉的最大厚度，槳葉的最大半徑為r＝13R，從葉根(3R)到4R處為整個螺旋槳的過渡段，凹槽的寬度為0.4R～0.7R。

進一步，槳葉的導邊部分采用類似旗魚嘴部前端的突起結構，突起結構的高度為h2＝0.2H～0.4H,寬度為l＝0.1L～0.3L,L為當前圓弧面上槳葉的最大寬度。

進一步，凹槽等間距排布于槳葉表面的6R到11R處。

進一步，凹槽的截面形狀為以凹槽最深處為中心的類似于正弦函數的曲線y＝a|sinx|。

進一步，所述螺旋槳軸心處設有若干槳葉，槳葉以螺旋槳軸心的中軸線為基礎沿螺旋槳軸心排列為等間距的圓形矩陣。

采用上述方案后實現了以下有益效果：1、相對于采用常規結構的螺旋槳，本技術方案采用仿生學構造，改變的螺旋槳槳葉的摩阻特性，更加符合流體動力學，使水流順著漿面的流線型結構以及溝槽的引導，從而減小阻力，降低震動。

2、通過旗魚的魚嘴設計這種結構可以有效改善翼型的效率，減少流動誘導振動，此外可以抑制音調噪聲。

3、通過貓頭鷹羽翼下端的凹槽結構在一定程度上阻礙了槳葉葉片上表面水流的徑向流動，同時這種表面凹槽結構會對流過其槳葉尾緣的水流產生加速效果，從而產生槳葉上方的水流流速大于原槳葉。

4、槳葉的輪廓結構仿照旗魚身體的截面結構，流線形的表面可以很好的減少水的阻力。