一种进流辅助装置及具有其的螺旋桨的制作方法

1.本发明涉及螺旋桨技术领域，尤其涉及一种进流辅助装置及具有其的螺旋桨。


背景技术：

2.船用螺旋桨是现代船舶使用范围最为广泛的一种推进器。通常，船用螺旋桨通过传动轴从主机处吸收功率及扭矩，并将其转化为船舶前进的推力，这种将功率转化为推力的能力即为螺旋桨效率。显然，采用高效率的螺旋桨是降低船舶运营成本、提升船舶市场竞争力的有效手段，而尽可能提升船舶螺旋桨效率也成为了推进器生产厂家提升产品竞争力的核心方式之一。
3.现有技术方案主要通过优化螺旋桨型面来增加单位面积旋转叶片的载荷，从而达到提升螺旋桨效率的目的。经过多年的发展，单纯采用上述技术手段来提升螺旋桨效率已接近瓶颈。主要原因在于，叶型载荷增加的同时也会增加螺旋桨叶背处的逆压梯度，相比低载荷叶型而言更易出现流动分离（空泡）现象，而这会显著影响旋转叶片工作效率。
4.目前已被观察到的螺旋桨空泡位置主要集中在如下几处：桨毂附近：该区域内桨叶和桨毂的流动边界层互相影响，桨叶附近流速很低，易在逆压梯度作用下分离；桨叶叶稍：叶稍叶面处压力高而叶背处压力低，水流在压差作用下偏离原运动轨迹从叶面向叶背运动形成诱导涡，流动发生分离；桨叶叶背：水流在叶背处增速减压，当水压降至饱和蒸汽压后发生汽化，水流无法贴附叶背表面，流动发生分离。
5.上述三种流动分离中，后两种受螺旋桨转速影响较大，因此主要通过限制螺旋桨最高转速加以抑制；第一种流动分离主要受螺旋桨固体边界影响，在不改变现有螺旋桨结构的情况下只能通过降低该处螺旋桨载荷甚至采用零载荷叶型的方式抑制分离，但这也进一步限制了螺旋桨效率的提升。
6.综上所述，现有技术方案难以做到提升螺旋桨桨毂附近旋转叶片效率的同时抑制流动分离，从而限制了螺旋桨效率的进一步提升。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的目的在于提出一种进流辅助装置及具有其的螺旋桨，以解决现有技术方案难以做到提升螺旋桨桨毂附近旋转叶片效率的同时抑制流动分离，从而限制了螺旋桨效率的进一步提升的问题。
8.基于上述目的，本发明提供了一种进流辅助装置，应用于螺旋桨上，包括套设于螺旋桨桨毂上的导流件，导流件设于螺旋桨桨叶的来流侧，导流件用于配合桨毂共同形成一环形流道，导流件与桨毂之间设置有至少一组旋转叶片，旋转叶片配合环形流道用于对来流增压增速。
9.当螺旋桨转动时，桨毂附件的的水流流入导流件与桨毂共同形成的环形流道内，
经旋转叶片增压增速后流向桨叶靠近桨毂根部的区域，提升该区域低速流体的流动动能，从而可以抑制该区域的流动分离并提升桨叶叶根附近的桨叶效率。此外，由于流体在导流件内增压增速，导流件内外及导流件内的旋转叶片前后会形成正压差，从而产生额外的附加推力，进一步提升整体推进效率。
10.可选的，所述导流件为导流筒，导流筒的截面为圆形，导流筒与桨毂同轴设置。
11.可选的，所述导流件配合桨毂共同形成的环形流道面对来流侧的截面面积，大于面对桨叶侧的截面面积。
12.可选的，所述旋转叶片具有多组，多组所述旋转叶片与导流件和桨毂固定连接，旋转叶片以桨毂的轴为轴心环形阵列分布于环形流道中。
13.可选的，所述导流筒的剖面为流线型面。
14.可选的，所述导流筒的剖面为叶型流线型面。
15.可选的，所述旋转叶片在来流出口侧的安装角度小于等于桨叶在来流入口侧的安装角度，用于提升桨叶叶根附件的来流攻角。
16.本发明还提供一种螺旋桨，包括桨毂以及安装在桨毂上的桨叶和进流辅助装置，所述进流辅助装置为上述进流辅助装置。
17.本发明的有益效果：本发明提供一种进流辅助装置及具有其的螺旋桨，通过在螺旋桨的桨毂上套设有导流件，当螺旋桨转动时，桨毂附件的的水流流入导流件与桨毂共同形成的环形流道内，经旋转叶片增压增速后流向桨叶靠近桨毂根部的区域，提升该区域低速流体的流动动能，从而可以抑制该区域的流动分离并提升桨叶叶根附近的桨叶效率。此外，由于流体在导流件内增压增速，导流件内外及导流件内的旋转叶片前后会形成正压差，从而产生额外的附加推力，进一步提升整体推进效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例一种进流辅助装置的剖面示意图；图2为本发明实施例一种进流辅助装置的正面示意图；图3为本发明实施例拉式桨加装进流辅助装置示意图；图4为本发明实施例推式桨加装进流辅助装置示意图。
20.图中标记为：101、桨毂；102、桨叶；201、导流筒；202、旋转叶片。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
22.需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以
及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
23.如图1至图4所示，本发明具体实施例提供一种进流辅助装置，应用于螺旋桨上，包括套设于螺旋桨桨毂101上的导流件，导流件设于螺旋桨桨叶102的来流侧，导流件用于配合桨毂101共同形成一环形流道，导流件与桨毂101之间设置有至少一组旋转叶片202，旋转叶片202配合环形流道用于对来流增压增速。
24.现有技术导致桨毂101附近桨叶102负荷较低的主要原因在于该区域受壁面边界层影响流速较低，当螺旋桨转动时，桨毂101附件的的水流流入导流件与桨毂101共同形成的环形流道内，经旋转叶片202增压增速后流向桨叶102靠近桨毂101根部的区域，提升该区域低速流体的流动动能，从而可以抑制该区域的流动分离并提升桨叶102叶根附近的桨叶102效率。此外，由于流体在导流件内增压增速，导流件内外及导流件内的旋转叶片202前后会形成正压差，从而产生额外的附加推力，进一步提升整体推进效率。
25.在一些可选的具体实施例中，如图1和图2所示，所述导流件为导流筒201，导流筒201的截面为圆形，导流筒201与桨毂101同轴设置。提升导流效果，从而提升对来流增速增压的效果。
26.在一些可选的具体实施例中，如图1，图3和图4所示，所述导流件配合桨毂101共同形成的环形流道面对来流侧的截面面积，大于面对桨叶102侧的截面面积。提升增压增流的效果。
27.在一些可选的具体实施例中，所述旋转叶片202具有多组，多组所述旋转叶片202与导流件和桨毂101固定连接，旋转叶片202以桨毂101的轴为轴心环形阵列分布于环形流道中。多组旋转叶片202阵列安装于环形流道中，配合导流件以及桨毂101共同形成一类似轴流泵的部件，对经过环形流道的来流进行增压增速，提升桨叶102根部的做功效率。
28.在一些可选的具体实施例中，如图1所示，所述导流筒201的剖面为流线型面，优选为叶型流行型面。
29.在一些可选的具体实施例中，所述旋转叶片202在来流出口侧的安装角度小于等于桨叶102在来流入口侧的安装角度，用于提升桨叶102叶根附件的来流攻角。
30.本发明还提供一种螺旋桨，包括桨毂101以及设置在桨毂101上的桨叶和进流辅助装置，所述进流辅助装置为上述的进流辅助装置。
31.本发明的工作原理：螺旋桨转动时，导流筒201、旋转叶片202及桨毂101共同转动，其作用等效为水泵，使得水流在流经旋转叶片202及导流筒201后增压增速。
32.增速后的水流汇入螺旋桨桨叶102根部流场，从而提升桨叶102根部的水流流动速度，克服了传统方案中由于该处流动速度低，在边界层干扰及逆压梯度作用下低速流体易出现流动分离的缺陷，从而可提升桨叶102根部设计载荷并抑制流动分离的产生，达到提升桨叶102效率的目的。
33.同时经旋转叶片202作用后，导流筒201内的水流会产生周向流动，由于旋转叶片
202与桨叶102共同固连于桨毂101上，因此桨叶102与旋转叶片202的转速相同，使得水流流出导流筒201后相对桨叶102的流动方向相对固定，这就改善了现有方案中螺旋桨根部流动方向会随螺旋桨运动而发生变化的情况，从而有利于提升桨叶102根部附近的工作效率；而旋转叶片202出口侧安装角度小于等于桨叶102的入口侧安装角度的设计可以为桨叶102根部部分提供额外攻角，有利于进一步提升推力；此外由于增压作用，旋转叶片202后方水压高于旋转叶片202前方，导流筒201内侧水压高于外侧水压，因此导流筒201和旋转叶片202上会产生附加推力，从而进一步提升推进器整体推进效率。
34.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
35.本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种进流辅助装置，应用于螺旋桨上，其特征在于，包括套设于螺旋桨桨毂（101）上的导流件，导流件设于螺旋桨桨叶（102）的来流侧，导流件用于配合桨毂（101）共同形成一环形流道，导流件与桨毂（101）之间设置有至少一组旋转叶片（202），旋转叶片（202）配合环形流道用于对来流增压增速。2.根据权利要求1所述的一种进流辅助装置，其特征在于，所述导流件为导流筒（201），导流筒（201）的截面为圆形，导流筒（201）与桨毂（101）同轴设置。3.根据权利要求1所述的一种进流辅助装置，其特征在于，所述导流件配合桨毂（101）共同形成的环形流道面对来流侧的截面面积，大于面对桨叶（102）侧的截面面积。4.根据权利要求1所述的一种进流辅助装置，其特征在于，所述旋转叶片（202）具有多组，多组所述旋转叶片（202）与导流件和桨毂（101）固定连接，旋转叶片（202）以桨毂（101）的轴为轴心环形阵列分布于环形流道中。5.根据权利要求2所述的一种进流辅助装置，其特征在于，所述导流筒（201）的剖面为流线型面。6.根据权利要求2所述的一种进流辅助装置，其特征在于，所述导流筒（201）的剖面为叶型流线型面。7.根据权利要求1所述的一种进流辅助装置，其特征在于，所述旋转叶片（202）在来流出口侧的安装角度小于等于桨叶（102）在来流入口侧的安装角度，用于提升桨叶（102）叶根附件的来流攻角。8.一种螺旋桨，其特征在于，包括桨毂（101）以及安装在桨毂（101）上的桨叶（102）和进流辅助装置，所述进流辅助装置为权利要求1-8任意一项所述的进流辅助装置。

技术总结
本发明涉及螺旋桨技术领域，具体涉及一种进流辅助装置及具有其的螺旋桨，进流辅助装置包括套设于螺旋桨桨毂上的导流件，导流件设于螺旋桨桨叶的来流侧，导流件用于配合桨毂共同形成一环形流道，导流件与桨毂之间设置有至少一组旋转叶片，旋转叶片配合环形流道用于对来流增压增速。通过增设导流件和旋转叶片，可有效改善现有螺旋桨根部的流动环境，有利于进一步挖掘桨叶根部的推力转化效率并抑制流动分离，同时导流件和旋转叶片本身在工作时可产生附加推力，可有效提升推进效率。可有效提升推进效率。可有效提升推进效率。


技术研发人员：薛振宇 周皓 王健岗 朱剑鋆 刘振华 贺俊松
受保护的技术使用者：上海倍豪船舶科技有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/7/4