[发明专利]一种仿生吊舱推进器

说明书

技术领域

本发明涉及一种推进器，尤其涉及一种仿生吊舱推进器，属于吊舱推进器领域。

背景技术

随着研究的深入，吊舱推进器的型式、种类、用途也越来越广泛，各种新产品层出不穷。进入20世纪后期以来，随着电子电力相关学科的技术以及操纵控制系统的快速发展，吊舱式推进器逐渐进入船舶领域。吊舱式推进器采用与传统的推进形式完全不同的思路，剔除了冗长繁琐的推进轴系，将螺旋桨的推进电机置于舱体内部，并通过支架与船体相连，整个舱体可以实现360度连续旋转。这种布置方式不仅省去了常规推进轴系和舵，更重要的是可以使得船体仓容的布置更加合理，船体型线的优化更加自由，同时对于提升船舶的操纵性能、稳定性能也有极大的帮助。在船舶的建造过程中，吊舱推进器可以作为单独的模块直接与船尾底部相连，简化了整个船舶建造的流程。

凹凸前缘结构的提出及其结构特点：

传统形状机翼的使用范围非常广泛，从飞机的机翼、直升机的水平旋翼，到船舵和螺旋桨。随着科技的发展，人们不再满足于传统机翼所提供的水动力性能。近年来机翼的减阻及大攻角下机翼失速问题成为流体力学领域研究的热点。

为了提高鳍的升力，人们采用过多种改变鳍型的方法，例如采用襟翼、鱼尾鳍等方法，在某些改变鳍的方案中还采用了仿生原理，利用模仿生物外形的方法来达到增加鳍的升力的目的。其中，座头鲸的胸鳍前缘突起船舵及飞机的机翼提出了一种新的设计思路。

国外已有学者通过观察座头鲸鳍后提出了一种性能十分优秀的减摇鳍鳍型，这种鳍仅仅需要改变鳍的外形就能够增加鳍的升力并减缓失速现象的发生，这种鳍型不需要附加设备和额外的能量消耗，所以受到了很多学者的关注，并在各种增升技术中被认为是很有前途的方法。

二十世纪八十年代，美国宾州西切斯特大学的生物学教授E.Fish教授对座头鲸鳍的前缘突起结构进行了大量的研究，他的研究方向主要是将这一特殊肢体结构应用在机翼上，经过二十多年的研究，Fish与美国杜克大学的流体力学工程师的E.Howle，以及美国海军科学院的S.Miklosovic和M.Murray合作，模仿座头鲸鳍状前肢制造了两个56厘米长的塑料仿制品，其中一个具有前述特征的突起，另一个则没有。在美国海军科学院的进行了风洞实验，最后实验证明：平滑鳍状肢的比例模型表现得类似于标准的飞机机翼，而座头鲸的边缘凹凸的鳍状肢仿制品却表现出明显优越的空气动力学性能。与相同大小的平滑鳍状肢相比，前缘凹凸的鳍状肢增加了8％的动力，减少了32％的阻力。并且座头鲸前缘凹凸的硕大鳍状肢，(在冲浪时)抵抗冲角的失速方面能比平滑肢增加陡峭角度40％。后续的风洞实验还证明突起改变了前缘处的流体流动情况使流体在不利的压力梯度下，更长时间地贴附着固体壁面流动。

在船舶与海洋运载器领域，目前只有荷兰昆腾公司Quantum针对零航速而设计的变面积的复合减摇鳍，其结构和外形已经不同于传统的减摇鳍。

现代飞机制造商已经开始将突起变形应用到翼型设计中，在提高升阻比的同时，通过掌握机翼展向流动提高了滚转速率。

哈尔滨工程大学的金鸿章教授等人通过建立数学模型进行理论计算初步得出了前缘突起幅值和突起个数与升力的关系，首先前缘突起个数对仿驼背鲸鳍上的升力影响不大；第二点是前缘突起幅值对仿驼背鲸鳍上的升力有显著的决定性作用。

麻省理工学院曾对前缘突起翼型做了静态和动态水动力分析，认为前缘突起类似于旋涡制造器，产生的小旋涡附着在翼表面，使机翼表面的边界层分离区相对于标准机翼明显变小，从而增大失速角。但前缘突起的几何形状与升力关系的作用机理仍是一个值得深入研究的问题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种仿生吊舱推进器。

本发明的目的是这样实现的：在推进器上方设置有仿生支柱，仿生支柱与来流方向相对的表面是呈凹凸状的表面、与来流方向相反的表面是光滑表面。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述仿生立柱满足：其中：Y仿生立柱的高度方向，X是仿生立柱的长度方向，Z是仿生立柱的厚度方向。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是一种新型仿生吊舱推进器，模仿座头鲸的壮肢鳍的突起将吊舱推进器的支柱前端设计为凹凸结构。采用这种设计的吊舱推进器能够减少船舶行进过程中的阻力，提高推进效率。当吊舱推进器需要大舵角操舵时，该结构也能够使推进器保持稳定的操纵性能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的坐标系的示意图；