减消空化现象的螺旋桨结构的制作方法

1.本发明实施例涉及水动力流体力学设计技术领域，具体涉及一种减消空化现象的螺旋桨结构。


背景技术：

2.目前，水翼板的螺旋桨结构均是由柱状的桨杆以及铲状的桨叶组合而成。其中，桨叶通常具有特定的流线型，即，桨叶的截面形状会随着其与桨杆之间距离的不断变化而同步进行改变，以实现在常规叶片的基础上增加动力效率。
3.但是，当需要满足对某一特定结构的外形适配以及该外形适配下的动力效率要求时，例如用于动力模式切换的折叠式螺旋桨结构，每个桨叶均能够基于桨毂转动折叠，现有的常规流线型桨叶设计无法在外形与桨毂相适配，容易造成接触碰撞，而改造后的流线型桨叶外形则对于提升动力效率带来的帮助有限，限制了推进功率，提升了能耗，螺旋桨难以发挥到最优性能。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的在于提供一种减消空化现象的螺旋桨结构，用以解决现有针对动力模式切换的折叠式螺旋桨结构的桨叶设计，难以同时满足对折叠功能特定结构的外形适配以及在该外形适配下的动力效率要求的问题。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供一种减消空化现象的螺旋桨结构，包括桨毂和桨叶，所述桨叶可折叠式设于所述桨毂，且所述桨叶分别具有桨尖端和桨根端；
6.沿着所述桨根端至所述桨尖端的方向，所述桨叶依次具有若干个截面，所述若干个截面的形状逐渐变化，且所述若干个截面的几何信息依次为：
[0007][0008][0009]
c为所述截面翼型弦长，即，所述截面翼型两端点之间的最大连线长度，d为所述螺旋桨外径，c/d为二者之间比值；t0为所述截面翼型最大厚度，即，所述截面翼型沿其弦长c法线方向上的翼型最大厚度，t0/c为二者之间比值，指代所述截面翼型的相对厚度数值；p为螺距，即所述螺旋桨在非流动介质中旋转一圈后所述桨叶所处平面经过的距离，p/d为二者之间比值，指代进速系数；pitch为桨叶角，即所述桨叶的扭角，指所述桨叶的截面翼型弦
长c所处直线与所述桨叶所处旋转平面之间的夹角，其随所述螺旋桨半径的变化而变化；skew为侧斜角无变化；rake为纵倾角，所述纵倾角从所述桨根端至所述桨尖端逐渐增加，使所述桨叶折叠后，若干组所述桨叶之间尽量并拢。
[0010]
在上述技术方案的基础上，对本发明做如下进一步说明：
[0011]
作为本发明的进一步方案，所述桨根端的边缘角部设为圆角。
[0012]
作为本发明的进一步方案，所述桨尖端为平头，且所述桨尖端的边缘角部设为圆角。
[0013]
作为本发明的进一步方案，所述桨根端至所述桨尖端形成的桨叶翼型为naca65a0xx系列翼型，xx为截面翼型厚度占截面翼型弦长的百分比，且所述桨叶所属翼型族为层流翼型。
[0014]
作为本发明的进一步方案，所述桨叶的两侧端面分别一一对应具有压力表面和吸力表面，所述压力表面与所述吸力表面之间为相背向设置，所述吸力表面为平滑的外凸面。
[0015]
作为本发明的进一步方案，所述桨叶设有两个，且两个所述桨叶均匀位于所述桨毂的一端侧部。
[0016]
作为本发明的进一步方案，所述桨毂的一端部开设有安装槽，两个所述桨叶分别转动设于所述安装槽内部，所述桨叶基于所述桨毂的所述安装槽进行折叠收拢或伸展。
[0017]
作为本发明的进一步方案，所述桨根端的折叠活动轨迹与所述安装槽的外缘相间隔设置，在所述桨叶基于所述桨毂进行折叠收拢或伸展时，所述桨根端与所述安装槽的外缘之间无接触适配。
[0018]
作为本发明的进一步方案，所述螺旋桨具有一个螺距，所述螺距为所述螺旋桨的所处平面在非流动介质中旋转一圈经过的距离，所述螺距与所述螺旋桨外径之间比值为进速系数。
[0019]
沿着所述桨根端至所述桨尖端的方向，所述截面翼型弦长与所述螺旋桨外径之间的比值以及所述进速系数均逐渐变化。
[0020]
沿着所述桨根端至所述桨尖端的方向，所述截面翼型弦长与所述螺旋桨外径之间比值为先增大后减小。
[0021]
所述进速系数的逐步变化顺序为先减小后增大再减小。
[0022]
作为本发明的进一步方案，所述桨毂的直径为0.04m，所述螺旋桨外径为0.14m，所述螺旋桨半径为0.07m。
[0023]
本发明实施例具有如下优点：
[0024]
1、该桨叶翼型通过设计为层流翼型以及特定参数的类卡普兰平头桨，能够在特定工况下有效保证螺旋桨在实际应用中的动力效率，扩大了层流面积，阻力更低,该桨叶均能够避免较高的压力峰值，不容易出现空化，具有优良的无空化效果；并且在折叠状态下，桨叶能尽量靠拢，桨叶的水下阻力较小。
[0025]
2、通过缩短桨根端长度并调整了桨根端外形，在桨叶基于桨毂进行折叠收拢或伸展时，桨根端与安装槽的外缘之间能够有效实现无接触适配，并对桨尖进行了圆滑处理，以此减少了日常使用磕碰带来的损伤。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0027]
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
[0028]
图1为本发明实施例1提供的减消空化现象的螺旋桨结构的整体轴测结构示意图。
[0029]
图2为本发明实施例提供的减消空化现象的螺旋桨结构在桨毂轴向上的投影结构示意图。
[0030]
图3为本发明实施例提供的减消空化现象的螺旋桨结构在桨毂径向上的投影结构示意图。
[0031]
图4为本发明实施例提供的减消空化现象的螺旋桨结构的剖面形状径向分布图。
[0032]
图5为本发明实施例提供的减消空化现象的螺旋桨结构的性能曲线示意图。
[0033]
其中附图标记为：
[0034]
桨毂1；
[0035]
桨叶2：桨尖端21、桨根端22、压力表面23、吸力表面24；
[0036]
螺旋桨外径d，螺旋桨半径r，截面翼型弦长c，截面翼型厚度t，截面翼型最大厚度t0，螺距p。
具体实施方式
[0037]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]
本说明书所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0039]
如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种减消空化现象的螺旋桨结构，包括柱状的桨毂1以及均匀设于所述桨毂1一端侧部的两个桨叶2，所述桨毂1的一端部开设有安装槽，两个所述桨叶2分别转动设于所述安装槽内部，用以能够通过桨叶2基于桨毂1进行折叠收拢或伸展，进而完成动力推进功能的有无切换。
[0040]
请参考图1至图3，所述桨叶2翼型形状为卡普兰的平头桨，且所述桨叶2分别具有远离所述桨毂1的桨尖端21以及靠近所述桨毂1的桨根端22，其中，所述桨尖端21为平头设计，且所述桨尖端21的边缘角部设为光滑圆角；所述桨根端22在卡普兰桨型的基础上，缩短桨根端22的长度并调整桨根端22的边缘外形，所述桨根端22的折叠活动轨迹与所述安装槽的外缘相间隔设置，在桨叶2基于桨毂1进行折叠收拢或伸展时，所述桨根端22与所述安装
槽的外缘之间无接触适配，且所述桨根端22的边缘角部设为光滑圆角。
[0041]
请参考图3，所述桨根端22至所述桨尖端21形成的桨叶2翼型为naca65a0xx系列翼型(其中，xx为截面翼型厚度t占截面翼型弦长c的百分比)，且所述桨叶2翼型所属的翼型族为层流翼型。
[0042]
请参考图4，所述桨叶2的两侧端面分别一一对应具有压力表面23和吸力表面24，所述压力表面23与所述吸力表面24之间为相背向设置，所述吸力表面24为平滑的外凸面，且所述吸力表面24在经过既定流速的介质时产生的表面压强分布较为平坦，以此一方面扩大层流面积，阻力更低；另一方面，避免了较高的压力峰值，不容易出现空化，保证了推进效率，而如果不采用这种层流翼型及吸力表面24的设置，压力峰值会鼓起很多从而导致出现空化。
[0043]
请继续参考图1至图4，沿着所述桨根端22至所述桨尖端21的方向，所述桨叶2的若干个截面形状逐渐变化，典型位置的截面几何信息如下表所示:
[0044]
[0045][0046]
其中，r为截面位置至螺旋桨桨毂1之间的距离，r为螺旋桨半径，r/r为二者之间比值，指代截面位置处于桨尖端21与桨根端22之间的实时位置。在本发明实施例中，请参考图2，所述桨毂1的直径为0.04m，所述螺旋桨外径d为0.14m，所述螺旋桨半径r为d/2＝0.07m。
[0047]
请参考图3，c为截面翼型弦长，即，截面翼型两端点之间的最大连线长度，c/d为二者之间比值；t0为截面翼型最大厚度，即，截面翼型沿其弦长c法线方向上的翼型最大厚度，t0/c为二者之间比值，指代翼型的相对厚度数值；p为螺距，即螺旋桨在非流动介质中旋转一圈后桨叶2所处平面经过的距离，p/d为二者之间比值，指代进速系数。pitch为桨叶角，即桨叶2的扭角，指桨叶2的截面翼型弦长c所处直线与桨叶2所处旋转平面之间的夹角，其随螺旋桨半径r的变化而变化，且其变化规律是影响桨叶2工作性能最主要的因素。skew为侧斜角，rake为纵倾角。纵倾角rake从桨根端22至桨尖端21逐渐增加，用以在切换无动力模式桨叶2折叠后，两片桨叶2之间能够尽量并拢。
[0048]
螺旋桨要想做到既要拉力大又要效率高，必须针对常用工况进行专门设计，否则无法发挥到最优性能，无法将电机功率最大限度的转化为推进功率。本实施例提供的上述数据设计是应用于桨叶2基于桨毂1进行折叠收拢或伸展，进而完成动力推进功能切换这一使用工况而进行的特别设计，使螺旋桨在低前进比时具有足够的拉力，在中高前进比时效率达到最大。具体性能曲线如图5所示，其中，kt为拉力系数，kq为扭矩系数，effy为效率，js为前进比。
[0049]
作为本实施例的优选方案，除了将上述确定的几何外形应用于现有螺旋桨叶片的厚度之外，所述桨叶2的厚度在其压力表面23和/或吸力表面24整体增加0.2mm～0.4mm的几何外形，也属于本发明的保护范围之内。
[0050]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。