[发明专利]一种具有高推进效率的船舶鲸尾轮推进器

说明书

本发明公开了一种具有高推进效率的船舶鲸尾轮推进器，其主要由推进器及控制系统组成，所述推进器悬挂于船舶底部，可在水平方向0～360度范围内转动，提供不同方向的水平推力；所述控制系统安装在船舱内部和推进器主体机构(7)内，通过信号线连接在一起，控制叶片(8)摆动、旋转圆盘(10)转动和推进器左右转向运动。本发明主要通过设计控制系统及叶片摆动与旋转圆盘间的运动规律，精确控制叶片在不同相位与来流的攻角，最大程度地增大叶片的推力，并通过设计导流罩的外形，来减少推进器前进时的水阻力，提高推进器的推进效率，在节能环保方面具有优势。

技术领域

本发明涉及船舶推进技术领域，具体是一种具有高推进效率的船舶鲸尾轮推进器。

背景技术

当前，国家大力推行节能减排政策，而在船舶行业，提高推进器推进效率是节能减排的一项重要措施。传统的螺旋桨推进器的推进效率一般不超过65％，对于螺旋桨推进器推进效率方面的研究已相当成熟，要在短时间内再大幅提升不太现实。而鲸尾轮推进器是一种仿生鲸鱼尾摆动产生推力的滚筒式摆线推进器，具有推进效率高的特点，其推进效率理论上可达80％以上，适用于长宽比较低的中低速船舶。

基于上述背景，申请人提出了一种具有高推进效率的船舶鲸尾轮推进器，该推进装置可根据不同工况调节旋转圆盘10的转速和叶片8的摆动规律，达到较高的推进效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有高推进效率的船舶鲸尾轮推进器的运动控制算法、控制系统和控制电路，最大程度地提高该推进器的推进效率。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的具有高推进效率的船舶鲸尾轮推进器，主要由推进器及控制系统组成，所述推进器悬挂于船舶底部，可在水平方向0～360度范围内转动，提供不同方向的水平推力；所述控制系统安装在船舱内部和推进器主体机构内，通过信号线连接在一起，控制叶片摆动、旋转圆盘转动和推进器左右转向运动。

所述的推进器导流罩，包括前导流罩和后导流罩，两者均通过螺栓固定于上壳体和下壳体上，可以较好地改善推进器周围的流场特点，减小推进器前进时的水阻力。

所述的叶片，有10片，均为特定翼型结构，左右对称布置在推进器两侧；所述特定翼型结构是指NACA0012。

所述的控制系统，由上位机PC、单片机、步进电机驱动器、步进电机、直流电机、角度传感器、传动主轴和控制电路组成，其中：步进电机与叶片8相连，用于控制叶片8摆动；直流电机安装在船体内部，用于控制旋转圆盘的转动，具体是通过传动主轴将动力传递至推进器，驱动旋转圆盘转动；角度传感器装在直流电机上，在直流电机转动时，记录不同时刻旋转圆盘的角度数据，并将数据传给单片机，单片机根据此数据，一方面可及时调整旋转圆盘的转速，另一方面可计算出该时刻各个叶片的相位角，并根据预先设定的程序计算出对应于该相位角的最优的叶片攻角，产生最大的推力。

所述的控制电路，主要由共用一块单片机的直流电机反馈控制模块、单片机控制模块、步进电机驱动模块组成，单片机通过数据线与上位机PC的I/O口连接。

所述的叶片摆角和叶片攻角，叶片攻角的计算以叶片推力和转矩最大为目标，叶片推力和转矩是攻角的函数，攻角变化，推力和转矩会跟着变化，以上参数通过叶片摆动规律运动控制理论的数学模型来计算，该数学模型包括叶片摆动规律数学模型、叶片推力与转矩的计算模型，其中：

叶片摆动规律数学模型为：

叶片推力与转矩的计算模型为：

T＝-Lsinγ+Dcosγ

式中：β为摆角，为相位角，ɑ为攻角，γ为来流角，θ为推力方向与来流的夹角，L为升力，D为阻力，R为回转半径。