一种船舶仿生助推装置的制作方法

本发明涉及一种船舶仿生助推装置，属于船舶推进技术领域。

背景技术：

随着国际海事组织对eedi要求的提高和船舶营运长期发展的需求，船舶节能技术得到广泛关注并不断发展，人们对于仿生学开展了大量研究并应用于船舶推进技术，以进一步提高螺旋桨及其附加节能装置的水动力性能。

船舶推进水动力附加装置有助推叶轮、前置导管、补偿导管、毂帽鳍、反应舵等多种。其中助推叶轮安装于桨后，调节尾部压力场并回收尾流周向旋转能量，产生一定附加推力。螺旋桨后旋转的尾流带动涡轮机形状叶片的旋转，螺旋桨直径以外的机翼叶片将尾流区的旋转能转换为附加推力。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提高螺旋桨及其附加节能装置的水动力性能而提供一种船舶仿生助推装置。

本发明的目的是这样实现的：一种船舶仿生助推装置，包括助推叶轮，助推叶轮与螺旋桨同轴，可自由旋转，并且助推叶轮各叶片与螺旋桨桨盘面均呈4度倾斜角度；助推叶轮导边部为凹凸前缘结构，助推叶轮导边包括助推叶轮涡轮段涡轮机形状叶片导边即正车旋转先与水面接触的一边与助推叶轮螺旋桨段叶片导边；助推叶片切面均为机翼切面形状，凹凸前缘结构包括凹凸结节，相邻凸起节点连接处形成凹陷节点，助推叶轮螺旋桨段凸起节点投影线均为正弦曲线，表达式为b为该凸起节点处平均叶宽，x取值范围为(0，π)；助推叶轮涡轮段涡轮机形状叶片为垂直叶片，叶片共有9个凸起节点，每个凸起节点投影线均为正弦曲线，凸起节点投影线表达式为b为涡轮段垂直叶片叶宽，x取值范围为(0，π)。

本发明还包括这样一些结构特征：

1、所述助推叶轮螺旋桨段的螺旋桨形状叶片导边与凹凸结节凸起程度相同，大小与其所在位置的叶轮叶宽相关，导边中间处凸起节点最大，向两边逐渐减小，平滑过渡到叶梢及涡轮段叶片。

2、所述助推叶轮螺旋桨段一端端部的凸起节点平滑过渡到叶梢，另一端与涡轮段端部凸起节点平滑相接，涡轮段凸起节点另一端平滑过渡到毂轴部分。

3、所述助推叶轮涡轮段涡轮机形状垂直叶片叶宽基本不变，导边凹凸结节大小相同，与毂轴连接端部扭转平滑过渡。

4、所述凸起节点个数共15个，排列总体分为螺旋桨段和涡轮机段两部分，叶轮螺旋桨段螺旋桨形状叶片导边布置6个凸起节点，其形状及凸起程度相同，大小不相同；涡轮段涡轮机形状垂直叶片导边布置9个凸起节点，其形状大小相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明船舶仿生助推叶轮模仿座头鲸胸鳍凹凸结节；助推叶轮涡轮机段叶片采用凹凸前缘结构设计可以提高升力、减小阻力、延缓失速；同时各叶片与螺旋桨盘面呈4°倾斜角度的情况下，螺旋桨尾流对于助推叶轮叶片翼形呈小攻角来流，采用不同凸起程度的凸起节点的设计的情况下，表现出更优异的水动力性能，更大程度地吸收并转化螺旋桨尾流能量。助推叶轮螺旋桨段叶片采用凹凸前缘结构设计，延缓边界分离，具有更大的桨叶面积，产生更大的附加推力。该助推叶轮安装方便，便于新船安装以及旧船改造，节能效果显著，降低成本。

附图说明

图1是本发明助推叶轮单叶片的轮廓图；

图2是导边部“凹陷节点处”与“凸起节点处”的叶轮叶片剖面图；

图3是助推叶轮单叶片的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如附图所示，图1是本发明助推叶轮单叶片的轮廓图，1是叶轮螺旋桨段，2是叶轮涡轮机垂直叶片段，3是凸起节点，4是普通叶轮导边；图2是导边部“凹陷节点处”与“凸起节点处”的叶轮叶片剖面图，a为凹陷处剖面图，b是凸起处剖面图，5、6均为叶宽，7为节点凸起高度；图3是助推叶轮单叶片的俯视图，8是水平线，9是倾斜角度。

结合附图1和附图2，本发明是一种船舶推进水动力附加节能装置，具体地说是助推叶轮；该叶轮的新颖之处在于模仿座头鲸胸鳍前缘突起结构在助推叶轮导边凹凸前缘结构。本发明的助推叶轮与螺旋桨同轴，可自由旋转，并且助推叶轮各叶片与螺旋桨桨盘面均呈一定的相等倾斜角度；叶轮涡轮段涡轮机形状叶片导边(即正车旋转先与水面接触的一边)与叶轮螺旋桨段叶片导边均为凹凸前缘结构，叶片切面均为机翼切面形状。凹凸大小与其所在位置的叶轮叶宽相关前缘结构包括凹凸结节，相邻凸起节点连接处形成凹陷节点。助推叶轮螺旋桨段共有6个凸起节点，每个凸起节点投影线均为正弦曲线，表达式为凸起节点最大高度即为b/10或b/10，b为该凸起节点处平均叶宽，x取值范围为(0，π)。助推叶轮涡轮段涡轮机形状叶片为垂直叶片，叶片共有9个凸起节点，每个凸起节点投影线均为正弦曲线，凸起节点投影线表达式为b为涡轮段垂直叶片叶宽，x取值范围为(0，π)。

凹凸前缘结构是由15个形状相似、大小不一的凹凸结节组成。具体是：凸起节点在叶轮导边的排列情况如下：凸起节点共有15个，排列总体分为螺旋桨段和涡轮机段两部分，螺旋桨段6个，其形状及凸起程度相同，大小不相同，；涡轮机段9个，其形状大小相同。助推叶轮螺旋桨段一端端部的凸起节点平滑过渡到叶梢，另一端与涡轮段端部凸起节点平滑相接，涡轮段凸起节点另一端平滑过渡到毂轴部分。

其中叶轮螺旋桨段的螺旋桨形状叶片导边布置6个凸起节点，凹凸结节的大小与其所在位置的叶轮叶宽相关，分布如图1所示，导边中间处凸起节点最大，向两边逐渐减小，平滑过渡到叶梢及涡轮段叶片；涡轮段涡轮机形状垂直叶片导边布置9个凸起节点，垂直叶片叶宽基本不变，凹凸结节大小相同，并与桨毂处平滑过渡。螺旋桨段叶轮与普通叶轮相比具有更大的面积、更好的水动力性能，能够产生更大的附加推力；涡轮段叶轮与普通叶轮相比，能更大程度地吸收并转化尾流能量。

附图1助推叶轮轮廓线图中，凸起节点形状为正弦曲线形状，其表达式为：或其中b为该结节处螺旋桨段叶轮叶宽，b为涡轮段叶轮垂直叶片叶宽，x取值范围为(0，π)。

附图2助推叶轮横剖面中，相邻“凸起处”与“凹陷处”横剖面均为机翼形，“凸起处”比“凹陷处”多出一个凸起节点的长度。

附图3助推叶轮俯视图中，助推叶轮各叶片与螺旋桨盘面倾斜角度为4°，各叶片与毂轴连接端部扭转平滑过渡。

综上，本发明的目的在于提供模仿座头鲸胸鳍凹凸结节的船舶仿生助推叶轮装置。叶轮与螺旋桨同轴，可自由旋转，并且助推叶轮各叶片与螺旋桨桨盘面均呈4度倾斜角度；叶轮导边部为凹凸前缘结构，所述凹凸前缘结构即为设置凹凸结节，叶轮螺旋桨段与涡轮段叶片导边的凸起节点投影曲线为正弦曲线，其表达式分别为：或凸起节点最大高度即为b/10或b/10，其中b为该节点处螺旋桨段叶轮叶宽，b为涡轮段叶轮垂直叶片叶宽，x取值范围为(0，π)。本发明可以更大程度地吸收并转化螺旋桨尾流能量，延缓边界分离，具有更大的桨叶面积，产生更大的附加推力；同时安装方便，便于新船安装以及旧船改造，节能效果显著，降低成本。