阅读说明：本技术 带自适应消梢涡装置的变径船用螺旋桨及其消梢涡方法 (Variable-diameter marine propeller with self-adaptive tip vortex eliminating device and tip vortex eliminating method thereof ) 是由 吕明 马金亮 田晓庆 潘华辰 聂欣 刘海强 朱泽飞 王雄东 秦剑 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了带自适应消梢涡装置的变径船用螺旋桨及其消梢涡方法。现有变径船用螺旋桨无法自适应消除或打破梢涡。本发明变径船用螺旋桨的桨叶叶根处固定密封球和不完全齿轮；不完全齿轮与固定在船轴推拉杆上的直齿齿条啮合；固定带轮固定在中空船轴的内壁上；桨叶的通槽内位于叶梢那端铰接有同步带轮；固定带轮与同步带轮通过同步带连接；桨叶的叶梢处粘附有密封膜；固定在消涡翼轮上的消涡翼翼尾穿出密封膜。本发明的船轴推拉杆沿中空船轴直线运动,不完全齿轮与直齿齿条啮合,桨叶转动,同步带带动同步带轮和消涡翼轮同步绕转轴二做与桨叶反向的转动,使得消涡翼轮上固定的消涡翼始终与中空船轴轴线保持平行,从而达到消弱螺旋桨尾流的效果。(The invention discloses a variable diameter marine propeller with a self-adaptive tip vortex eliminating device and a tip vortex eliminating method thereof. The existing variable-diameter marine propeller cannot self-adaptively eliminate or break tip vortexes. The blade root of the propeller for the variable diameter ship is fixed with the sealing ball and the incomplete gear; the incomplete gear is meshed with a straight rack fixed on a ship shaft push-pull rod; the fixed belt wheel is fixed on the inner wall of the hollow ship shaft; a synchronous belt pulley is hinged at the end of the blade tip in the through groove of the blade; the fixed belt wheel is connected with the synchronous belt wheel through a synchronous belt; a sealing film is adhered to the blade tip of the paddle; the tail of the vortex eliminating wing fixed on the vortex eliminating wing wheel penetrates out of the sealing film. The propeller shaft push-pull rod moves linearly along the hollow propeller shaft, the incomplete gear is meshed with the straight rack, the paddle rotates, the synchronous belt drives the synchronous belt pulley and the vortex-eliminating wing wheel to synchronously rotate around the second rotating shaft in a direction opposite to that of the paddle, so that the vortex-eliminating wings fixed on the vortex-eliminating wing wheel are always parallel to the axis of the hollow propeller shaft, and the effect of weakening the propeller wake flow is achieved.)

带自适应消梢涡装置的变径船用螺旋桨及其消梢涡方法

技术领域

本发明涉及提升螺旋桨推进效率的装置，具体涉及一种带自适应消梢涡装置的变径船用螺旋桨及其消梢涡方法。

背景技术

随着航速和螺旋桨负荷的提高，螺旋桨工作时会在桨后产生同螺旋桨旋向一致的尾涡。已有研究表明这种尾涡所形成的后尾流会带走占推进总能量15％～30％的能量，从而大大降低螺旋桨的推进效率。因此，削弱或消除螺旋桨叶梢的梢涡从而降低螺旋桨尾流涡的发生能够有效提高螺旋桨的推进效率。

由机翼理论知，在机翼翼梢安装小翼有分散翼尖涡的作用。推广到螺旋桨，在螺旋桨叶梢处安装小翼也能达到此类作用，即削弱或者打散螺旋桨尾流涡，使螺旋桨桨后获得比较好的整流效果，提高螺旋桨的推进性能。

申请号为201710529706.0的发明专利公开了一种变径船用螺旋桨。该螺旋桨在工作过程中，为适应各种不同的工况，通过位于船舶动力舱内的液压变径活塞驱动推拉杆沿着船轴轴向移动，推拉杆的齿条与不完全齿轮之间的相互配合，带动浆叶旋转，改变桨叶纵斜角，从而使螺旋桨的有效直径与螺旋桨的盘面积改变，来实现螺旋桨推力的连续变化，从而达到不同工况高效推进的目的。但是该专利的桨叶叶梢却没有削弱梢涡的结构。

而现有削弱梢涡的结构不适用于变径船用螺旋桨，如申请号为201510811966.8和申请号为201810208876.3的专利均公开了一种具有折翼结构的船用螺旋桨，这两项发明均通过桨叶的叶梢弯折来实现削弱梢涡的目的。但由于翼尖直接由桨叶叶梢弯曲而成，对应桨叶纵斜角不断变化的变径船用螺旋桨，这种固定小翼无法自适应消除或打破梢涡，相反可能会对螺旋桨产生阻力，降低螺旋桨的推进效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种带自适应消梢涡装置的变径船用螺旋桨及其消梢涡方法。

本发明采用的技术方案如下：

本发明带自适应消梢涡装置的变径船用螺旋桨，包括带消涡翼桨叶装置和翼片自适应角度调节装置；所述的带消涡翼桨叶装置包括桨叶、消涡翼轮、消涡翼和密封膜；消涡翼的翼根固定在消涡翼轮上；所述的翼片自适应角度调节装置包括船轴推拉杆、直齿齿条、桨叶叶脚、固定带轮、同步带和同步带轮；所述的船轴推拉杆同轴设置在中空船轴内；船轴推拉杆上固定有沿船轴推拉杆周向均布的n个直齿齿条，n＝3或4；直齿齿条的布置方向与船轴推拉杆布置方向平行；中空船轴的侧壁开设有沿船轴推拉杆周向均布的n个通孔；所述的桨叶叶脚包括固定在一起的密封球和不完全齿轮，密封球的球心位于不完全齿轮的中心轴线所在直线上；桨叶叶脚共有n个，每个桨叶叶脚的密封球置于一个通孔内，且密封球与通孔之间设有密封环；n个桨叶叶脚的不完全齿轮与n个直齿齿条分别啮合；n个桨叶叶脚的密封球顶部与n个桨叶分别固定；所述密封球的底部开设有固定带轮安置槽；所述的桨叶开设有通槽，通槽位于叶梢的那端侧壁开设有消涡翼摆动槽口；每个桨叶的通槽位于叶根的那端与对应位置桨叶叶脚的固定带轮安置槽连通；每个桨叶叶脚的密封球与设置在该密封球外部且中心轴线延长线经过该密封球球心的一根转轴一构成转动副，所有转轴一均固定在中空船轴的内壁上；每个桨叶叶脚的密封球内设有一个固定带轮；每个固定带轮与一个固定支架一端固定，所有固定支架另一端均固定在中空船轴的内壁上；每个固定带轮的中心轴线与对应位置桨叶叶脚上的转轴一同轴设置。每个桨叶的通槽内位于叶梢那端固定有一根转轴二，每根转轴二上固定一个同步带轮；每个同步带轮与一个消涡翼轮同轴粘合，且每个固定带轮与一个同步带轮通过置于对应通槽内的同步带连接；固定带轮与同步带轮的传动比为1；桨叶的通槽位于叶梢那端的端口和消涡翼摆动槽口处粘附有密封膜；固定在消涡翼轮上的消涡翼翼尾穿出密封膜上开设的过孔；消涡翼的布置方向与船轴推拉杆布置方向平行。

所述的船轴推拉杆与位于船舶动力舱内的液压变径活塞固定。

所述中空船轴的头部和尾部均密封设置。

所述密封膜的过孔边沿厚度大于其余部分厚度。

所述消涡翼的翼根粗、翼尾细。

该带自适应消梢涡装置的变径船用螺旋桨的消梢涡方法，具体如下：

船舶动力舱内的液压变径活塞驱动中空船轴内的船轴推拉杆沿着中空船轴做轴向直线运动，n个桨叶叶脚的不完全齿轮与船轴推拉杆上的n个直齿齿条分别啮合，n个桨叶叶脚的不完全齿轮同步转动；设桨叶叶脚的不完全齿轮随直齿齿条移动而转动角度α，则桨叶叶脚带动与之固定的桨叶同步转动相同角度α；由于位于桨叶叶脚内部的固定带轮相对中空船轴保持不动，在桨叶转动时，同步带带动位于桨叶叶梢处的同步带轮和消涡翼轮同步绕转轴二做与桨叶反向的转动。由于固定带轮与同步带轮的传动比为1，因此同步带轮和消涡翼轮反向转动的角度α_r与桨叶转动的角度α相等，从而使得消涡翼轮上固定的消涡翼始终与中空船轴轴线保持平行，不管船轴推拉杆沿着中空船轴轴向直线运动多少距离以及朝船头还是朝船尾直线运动，消涡翼始终沿螺旋桨推进方向。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

叶稍消涡翼能够自适应变径船用螺旋桨的有效直径变化，使得螺旋桨有效直径在变化时，叶稍消涡翼的翼片方向能够始终与螺旋桨推进方向保持平行，从而能够达到消弱螺旋桨尾流(消弱或打破叶梢尾涡)的效果，减少尾流带走的能量，达到提高螺旋桨推进效率的目的，有效节约能源。

附图说明

图1为本发明螺旋桨的整体结构示意图。

图2为本发明中带消涡翼桨叶装置和翼片自适应角度调节装置的结构示意图。

图3为本发明中桨叶叶梢处的带消涡翼桨叶装置结构立体图。

图4为本发明中浆叶叶根处桨叶叶脚、直齿齿条以及船轴推拉杆的装配剖视图。

图5为本发明螺旋桨的结构原理图。

图6(a)和图6(b)分别为本发明螺旋桨在初始位置和船轴推拉杆直线运动距离L时的运动原理图。

图中：1、船轴推拉杆；2、桨叶叶脚；3、桨叶；4、固定带轮；5、同步带；6、复合带轮；7、消涡翼；8、密封膜；9、中空船轴；10、浆毂；11、固定支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3和图4所示，带自适应消梢涡装置的变径船用螺旋桨，包括带消涡翼桨叶装置和翼片自适应角度调节装置；带消涡翼桨叶装置包括桨叶3、消涡翼轮、消涡翼7和密封膜8；消涡翼7的翼根固定在消涡翼轮上；翼片自适应角度调节装置包括船轴推拉杆1、直齿齿条、桨叶叶脚2、固定带轮4、同步带5和同步带轮；船轴推拉杆1与位于船舶动力舱内的液压变径活塞固定，并同轴设置在中空船轴9内，中空船轴9的头部和尾部均密封设置，尾部固定连接有浆毂10；船轴推拉杆1上固定有沿船轴推拉杆周向均布的n个直齿齿条，本实施例中n＝3；直齿齿条的布置方向与船轴推拉杆布置方向平行；中空船轴9的侧壁开设有沿船轴推拉杆周向均布的n个通孔；桨叶叶脚2包括固定在一起的密封球和不完全齿轮，密封球的球心位于不完全齿轮的中心轴线所在直线上；桨叶叶脚2共有n个，每个桨叶叶脚2的密封球置于一个通孔内，且密封球与通孔之间设有密封环；n个桨叶叶脚2的不完全齿轮与n个直齿齿条分别啮合；n个桨叶叶脚2的密封球顶部与n个桨叶3分别固定；密封球的底部开设有固定带轮安置槽；桨叶3开设有通槽，通槽位于叶梢的那端侧壁开设有消涡翼摆动槽口；每个桨叶3的通槽位于叶根的那端与对应位置桨叶叶脚2的固定带轮安置槽连通；每个桨叶叶脚2的密封球与设置在该密封球外部且中心轴线延长线经过该密封球球心的一根转轴一构成转动副，所有转轴一均固定在中空船轴9的内壁上；每个桨叶叶脚2的密封球内设有一个固定带轮4；每个固定带轮4与一个固定支架11一端固定，所有固定支架11另一端均固定在中空船轴9的内壁上；每个固定带轮4的中心轴线与对应位置桨叶叶脚2上的转轴一同轴设置。每个桨叶3的通槽内位于叶梢那端固定有一根转轴二，每根转轴二上固定一个同步带轮；每个同步带轮与一个消涡翼轮同轴粘合，且每个固定带轮4与一个同步带轮通过置于通槽内的同步带5连接；固定带轮4与同步带轮的传动比为1；消涡翼轮和同步带轮组成复合带轮6；桨叶3的通槽位于叶梢那端的端口和消涡翼摆动槽口处粘附有密封膜8，将通槽位于叶梢那端的端口和消涡翼摆动槽口密封起来；固定在消涡翼轮上的消涡翼7翼尾穿出密封膜8上开设的过孔；密封膜8的过孔边沿做加厚处理，使密封膜8的过孔边沿厚度大于其余部分厚度，该密封膜可以在不影响消涡翼移动性能的同时保证一定的密封性能，以确保水不会进入桨轴腐蚀动力系统；消涡翼7的翼根粗、翼尾细；消涡翼7的布置方向与船轴推拉杆布置方向平行。

如图5、图6(a)和图6(b)所示，该带自适应消梢涡装置的变径船用螺旋桨的消梢涡方法，具体如下：

当船舶动力舱内的液压变径活塞驱动中空船轴9内的船轴推拉杆1沿着中空船轴做轴向直线运动距离L时，n个桨叶叶脚2的不完全齿轮与船轴推拉杆1上的n个直齿齿条分别啮合，n个桨叶叶脚2的不完全齿轮同步转动；设桨叶叶脚2的不完全齿轮随直齿齿条移动而转动角度α，则桨叶叶脚2带动与之固定的桨叶3同步转动相同角度α；由于位于桨叶叶脚2内部的固定带轮4相对中空船轴9保持不动，在桨叶3转动时，同步带5带动位于桨叶叶梢处的同步带轮和消涡翼轮同步绕转轴二做与桨叶3反向的转动。由于固定带轮4与同步带轮的传动比为1，因此同步带轮和消涡翼轮反向转动的角度α_r与桨叶3转动的角度α相等，从而使得消涡翼轮上固定的消涡翼7始终与中空船轴9(即螺旋桨桨轴)轴线保持平行，不管船轴推拉杆1沿着中空船轴轴向直线运动多少距离以及朝船头还是朝船尾直线运动，消涡翼7始终沿螺旋桨推进方向，达到有效消除梢涡，提高螺旋桨推进效率的目的。