[实用新型]一种具有旗鱼外形与猫头鹰羽毛特征的仿生螺旋桨

说明书

本实用新型公开了船用螺旋桨工程领域的一种具有旗鱼外形与猫头鹰羽毛特征的仿生螺旋桨，这种螺旋桨包括连接输出轴的螺旋桨轴心和围绕轴心周向设置的桨叶，其特征在于：所述桨叶的外形与旗鱼的轮廓相同，桨叶表面设立有凹槽，凹槽沿桨叶的大厚度线为起点至桨叶随边处等间距排列，凹槽的形状与猫头鹰翅膀下表面相邻两根主要羽毛之间形成的凹处相同。本技术方案改变的螺旋桨桨叶的摩阻特性，更加符合流体动力学，使水流顺着浆面的流线型结构以及沟槽的引导，从而减小阻力，降低震动。

技术领域

本实用新型属于船用螺旋桨工程领域，具体是一种具有旗鱼外形与猫头鹰羽毛特征的仿生螺旋桨。

背景技术

猫头鹰具有静音飞行的独特本领。即使在万籁俱静的夜空背景声场下，猫头鹰高速飞行时的噪声也难以被其猎物察觉。猫头鹰的静音飞行特性，是猫头鹰体表羽毛的微观结构特征和体表皮肤及皮下结构的微观结构特征及其吸声特性多个降噪因素综合产生的总体效应。猫头鹰翅膀主要羽毛紧密扣覆，排列有序，翅膀下表面相邻两根主要羽毛之间形成类似凹槽的结构，从截面看，下表面尾缘的羽毛排列近似波折线状。猫头鹰翅膀下表面的这种特征对其优秀的飞行能力有很大作用。

船舶螺旋桨所处的非均匀流场使其产生空泡、振动、噪声及剥蚀等现象，这也一直是螺旋桨性能优化研究的重要课题。因此，螺旋桨设计过程中统筹考虑螺旋桨的敞水性能、空泡性能、振动噪声等方面的要求，这将成为螺旋桨设计研究的重要目标。而且螺旋桨噪声是船舶的主要噪声源之一，设计一款水动力性能优良，振动噪声小的螺旋桨具有重要的实践应用价值。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的是通过仿生学设计一款水动力性能优良，振动噪声小的螺旋桨。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种具有旗鱼外形与猫头鹰羽毛特征的仿生螺旋桨，包括连接输出轴的螺旋桨轴心和围绕轴心周向设置的桨叶，所述桨叶的外形与旗鱼的轮廓相同，桨叶表面设立有凹槽，凹槽沿桨叶的大厚度线为起点至桨叶随边处等间距排列，凹槽的形状与猫头鹰翅膀下表面相邻两根主要羽毛之间形成的凹处相同。

进一步，桨叶的截面厚度从叶根到叶稍逐渐减少，桨叶截面的最大厚度位置趋向于导边，叶面拱度从导边与随边两侧向最大厚度线处逐渐减小。

进一步，凹槽从最大厚度线到随边的深度逐渐变深，凹槽的最深处为h1＝0.1H,H为当前圆弧面上桨叶的最大厚度，桨叶的最大半径为r＝13R，从叶根(3R)到4R处为整个螺旋桨的过渡段，凹槽的宽度为0.4R～0.7R。

进一步，桨叶的导边部分采用类似旗鱼嘴部前端的突起结构，突起结构的高度为h2＝0.2H～0.4H,宽度为l＝0.1L～0.3L,L为当前圆弧面上桨叶的最大宽度。

进一步，凹槽等间距排布于桨叶表面的6R到11R处。

进一步，凹槽的截面形状为以凹槽最深处为中心的类似于正弦函数的曲线y＝a|sinx|。

进一步，所述螺旋桨轴心处设有若干桨叶，桨叶以螺旋桨轴心的中轴线为基础沿螺旋桨轴心排列为等间距的圆形矩阵。

采用上述方案后实现了以下有益效果：1、相对于采用常规结构的螺旋桨，本技术方案采用仿生学构造，改变的螺旋桨桨叶的摩阻特性，更加符合流体动力学，使水流顺着浆面的流线型结构以及沟槽的引导，从而减小阻力，降低震动。

2、通过旗鱼的鱼嘴设计这种结构可以有效改善翼型的效率，减少流动诱导振动，此外可以抑制音调噪声。

3、通过猫头鹰羽翼下端的凹槽结构在一定程度上阻碍了桨叶叶片上表面水流的径向流动，同时这种表面凹槽结构会对流过其桨叶尾缘的水流产生加速效果，从而产生桨叶上方的水流流速大于原桨叶。

4、桨叶的轮廓结构仿照旗鱼身体的截面结构，流线形的表面可以很好的减少水的阻力。