[发明专利]一种内外双流道被动螺旋桨及设计方法

说明书

本发明公开了一种内外双流道被动螺旋桨及其设计方法，包括内叶轮、中介壳体、外廓叶轮，内叶轮均匀分布在中介壳体内侧形成内流道，外廓叶轮均匀分布在中介壳体外侧形成外流道，本发明的被动螺旋桨充分提取并利用主流流体的周向旋流能量，将无效能量转化为有效能量；通过外流道流体的流动增加产生推力的工质流量，提高推进装置的推力；有效降低了主动螺旋桨的尾流速度，减少了尾流能量的损耗。

技术领域

本发明属于航海技术领域，涉及一种能在普通螺旋桨基础上有效提高能量利用率的技术，具体涉及一种内外双流道被动螺旋桨及设计方法。

背景技术

螺旋桨推进是水面、水下航行器的主要动力形式。在现有技术中，螺旋桨实际工作时，从螺旋桨流出的水流除了具有沿螺旋桨轴线向后的轴向速度，还伴随有跟随螺旋桨桨叶旋转的周向速度。其中轴向速度产生推力，为有效速度，而周向旋转速度与轴向速度垂直，无法产生推进力，为无效速度，造成了能量的浪费。其次，水流的高速轴向运动在产生推力的同时也会带走能量。这两部分能量的损失使其推进效率进一步受到限制。而现有的单一螺旋桨尾流能量完全损耗掉，螺旋桨的推进效率较低，限制了整个航行器性能的提高。

假如在普通螺旋桨后加以该功率-做功一体化的新型螺旋桨装置将提取并利用螺旋桨尾流中原本耗散的周向旋流动能，适当降低主动螺旋桨尾流的轴向速度，并提高流过整个动力装置的水流质量流量，能够在保证推力的情况下显著提高推进效率。

发明内容

针对现有技术中螺旋桨尾流存在一部分能量未能有效利提取并利用及该部分能量不能为水下航行器做功的问题。本发明的目的在于提供一种将提取尾流中的功率与为航行器前进做功两个节能效果集中于一体的螺旋桨设计。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种内外双流道被动螺旋桨的设计方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，根据螺旋桨基本参数和各叶切面二维形状尺寸建立与螺旋桨曲面所有型值点空间坐标的关系式；

步骤2，根据二维的叶切面型值表，确定被动螺旋桨三维坐标点云；

步骤3，叶片建模，连接每个叶切面，连接导边、随边作引导线，然后进行放样；

步骤4，根据被动螺旋浆的直径、螺距比及转速，确定叶片数量；

步骤5，根据确定的螺旋浆叶片数量建立桨毂；

步骤6，根据被动螺旋浆几何要素表修改叶稍部位；

步骤7，构建得到被动螺旋浆三维模型；

步骤8，建立被动螺旋浆的包络面；

步骤9，利用Flow Simulation，用于设置分析类型、流体及物理特性，分析被动螺旋浆在水下的运动情况；

步骤10，设置计算目标；

步骤11，查看流动迹线及剖面图，如果各处速度数值不能明显区分，需要重复步骤8-11，直至得到清晰分明的流动迹线及剖面图，达到设计目标。

进一步地，上述所述的步骤10，设置计算目标具体包括如下步骤：

步骤10-1，设置计算域，即确定整个被动螺旋浆相对于流体流动域坐标系的固定体积，以获取包围被动螺旋浆模型的流体空间；

步骤10-2，设置旋转区域，根据被动螺旋浆转速速度，选择需要旋转的叶轮包络面，旋转方向与待配合的主动螺旋桨方向一致；

步骤10-3，设置工程目标：

步骤10-3-1，针对旋转叶扇的受力面进行表面目标设置；

步骤10-3-2，分析旋转叶扇的受力面压力分布。