[发明专利]直翼推进器桨叶执行机构的构件尺寸优化设计方法

说明书

本发明涉及一种直翼推进器桨叶执行机构的构件尺寸优化设计方法，其步骤为：1、桨叶执行机构结构简化，2、建立杆组角位移方程，3、建立杆组角速度方程，4、建立杆组角加速度方程，5、桨叶水动力计算，6、杆组结构优化，求解上述优化模型，即可获得直翼推进器桨叶执行机构各构件长度最优解。采用本发明的设计方法，可快速根据船设计航速、桨设计转速、桨叶回转直径、桨叶几何参数、桨叶水动力曲线等已知条件得到合适的桨叶执行机构各杆组长度，既能获得优良的推力效果和推进效率，又能更好的满足各机构的强度要求。

技术领域

本发明涉及一种船舶动力推进系统的直翼推进器桨叶执行机构，尤其是一种直翼推进器桨叶执行机构的构件的优化设计方法。

背景技术

直翼推进器是一种叶片和旋转主轴垂直于船体安置的可调螺距特种推进装置。直翼推进器的桨叶竖直插入水中，沿转盘中心旋转的同时各叶片绕自身轴线摆动。由于直翼推进器推力的大小和方向可灵活调节，因此可实现舰船的灵活机动和姿态控制等功能。

图1所示为直翼推进器桨叶执行机构的一种结构形式。每片桨叶所对应的桨叶执行机构均由曲柄、连杆、同心杆、撑杆等组成。桨叶执行机构安装于直翼推进器转盘中，工作中随转盘一起转动。当同心杆的中心位置(即控制点)与转盘中心产生偏心时，在转盘旋转过程中，桨叶在桨叶执行机构的驱使下摆动，且与来流方向攻角始终为正值，随即产生驱动桨前进的推力，且推力大小及方向与控制点的偏心距离和偏心方向相关。

桨叶执行机构是直翼推进器的关键组成，不同的桨叶执行机构构件尺寸决定了不同的桨叶摆动轨迹，不同的摆动轨迹又将产生不同的推进效果，同时机构也将承受不同的载荷。因此，桨叶执行机构的构件尺寸确定是直翼推进器设计的核心与难点。

发明内容

本发明的目的是针对直翼推进器桨叶执行机构的构件尺寸，建立一种直翼推进器桨叶执行机构的构件尺寸优化设计方法，通过优化构件尺寸，使得直翼推进器既能产生优良的推力效果，提升推进效率，又能更好的降低各构件的强度负荷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种直翼推进器桨叶执行机构的构件尺寸优化设计方法，具体步骤如下：

1、桨叶执行机构结构简化

将桨叶执行机构简化成由L_1～L₈杆和Φ₁～Φ₅角度构成的简图，其中，L₁+L₅为转盘简化杆长度，且L₁+L₅＝R，R为桨叶回转半径，L₃+L₈为同心杆长度，L₂、L₆、L₇分别为撑杆、曲柄、连杆长度，L₄为控制点偏心距，Φ₁～Φ₅分别为从横轴到L₁+L₅、L₃+L₈、L₂、L₆、L₇杆的角度，δ为曲柄与桨叶弦线之间的夹角；

2、建立杆组角位移方程

第一步：L₁、L₂、L₃、L₄杆组角位移方程

四杆L₁、L₂、L₃、L₄构成的封闭矢量方程为：

以复数形式表示为：

按欧拉公式展开得：