[发明专利]一种应用仿生导管的导管桨

说明书

技术领域

本发明涉及一种导管桨，尤其涉及一种应用仿生导管的导管桨，属于船舶推进器领域。

背景技术

随着船舶行业的发展，人们对于船舶推进器的要求也越来越高。新时期，绿色船舶以及实现船舶的节能减排是这个时代的主题。为了实现这一目标，节能船型、节能推进器以及节能附体应运而生。

凹凸结构是生物学教授E.Fish在观察座头鲸前鳍形状时得到的一种仿生学结构。研究学者将凹凸结节应用于鳍的前缘，发现这种仿生鳍较普通鳍具有更大的动力与更小的阻力。从机理上说，机翼前缘的凹凸结构能使突起的两侧产生漩涡，使得流体更加贴近物体表面，减少流体的流动分离；凹凸结节能够改变边界层的厚度，改善边界层中的涡结构，进而达到减阻的效果。

导管桨作为一种特种推进器，相比于传统螺旋桨具有以下优点：导管桨在低转速即在重载时具有较高的推进效率，所以目前被广泛应用于拖船、散货船等大型船舶上；另外，导管桨在重载时还具有较好的抗空化性能；导管桨的导管还可以作为舵来使用，能够提高船舶的操纵性。

导管桨由导管和转子两部分组成，导管剖面一般为翼型，或者是简化后的翼型，该发明所使用的导管就是将翼型剖面改成了折线形，但两者的推进效率几乎相同。为了提高导管桨的推进效率，国内外学者对导管的剖面翼型进行优化，最终得到诸如导管19A以及导管37等高效导管，但是这些都是在二维层面对导管的翼型剖面进行的改进。该发明从三维的角度对导管的前缘和后缘进行改善，具有一定的前瞻性和创新性。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种应用仿生导管的导管桨，能够提高船舶推进效率的特种推进器，其独特的前、后缘结构能够改变导管螺旋桨的进流，改善导管桨的尾部涡流，并能够提高导管桨的推进效率。

本发明的目的是这样实现的：包括导管和转子，其特征在于：所述导管表面是由凹凸状突起组成的周期性波浪状结构，突起节点在导管表面的投影为三角函数曲线，且三角函数曲线满足：f(x)＝0.1Lsin(x*20π)，其中L为导管剖面翼型弦长，x的取值范围为0-1。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述突起的高度为导管剖面长度的0.1-0.15倍。

2.突起的个数是10个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的导管前缘的凹凸结构能够使导管桨的进流更加贴近导管表面，导管内的流体不易发生流体分离，改善导管内的进流情况；同时，导管后缘的突起能改善导管的出流尾涡，减少导管内流体的能量损失，增大导管内出流的速度，进而提高导管桨的推进效率。

本发明结构简单，能够改变导管螺旋桨的进流，改善导管桨的尾部涡流，提高导管桨的推进效率，是一种实现船舶节能减排的仿生型特种推进器。

附图说明

图1是导管19A剖面轮廓图；

图2是是本发明的侧视图；

图3是本发明的轴测图；

图4a是本发明的结构图，图4b是普通导管桨的示意图。

图中：1、尾缘凸起，2、前缘凸起。

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。

图1为普通导管桨导管的剖面翼型，是现阶段应用最多的一种高效率导管，图2和图3分别展示了本发明的仿生导管桨。本发明的仿生导管桨的导管剖面形状采用的是翼型19A，导管前缘和导管后缘的具有凹凸状的突起2和1。突起节点在导管表面的投影为三角函数曲线，曲线函数表达式为f(x)＝0.1Lsin(x*20π)，其中L为导管剖面翼型弦长，x的取值范围为(0-1)。且所述突起与导管前后缘是平滑过渡而来的。

所述突起的高度为导管剖面长度的0.1-0.15倍，本发明的仿生导管桨的前缘与后缘的突起数目均为10个。

本发明与普通导管桨的对比见图2、图3、图4a和图4b，图2中a是本发明的凹凸管轮廓线，b是普通管轮廓线；与普通导管桨相比，本发明的新型导管能够改变导管螺旋桨的进流，改善导管桨内部流动，改进导管桨的尾部涡流，提高导管桨的推进效率。本发明的导管能够提高导管桨的推进效率的机理为：本发明的仿生型导管的前缘是为凹凸结构能够使导管表面产生诱导涡，向导管内的流体注入动力，使得进流更加贴近导管表面，从而减轻导管前缘的流动分离，改善导管桨的进流；导管后缘为凹凸结构，能够改善导管出流口处的涡流，减少导管内水流的能量损失，提高导管桨的推进效率。这种新型的仿生导管桨结构简单，能够提高船舶的推进效率，符合目前我国的绿色船舶发展的要求，是一种具有很大发展前景和市场需求的船舶特种推进器。