环形可变螺旋桨及其使用方法与流程

本发明涉及螺旋桨，尤其涉及环形可变螺旋桨及其使用方法。

背景技术：

1、螺旋桨是船舶领域的重要推进形式。现有的螺旋桨设计已经趋于成熟，难以满足下一代舰船和无人潜航器不断提高的水动力性能和声学性能需求，因此需要发展新构型螺旋桨。

2、在螺旋桨作业时，桨叶前方的表面产生吸力区，后方的表面产生压力区，流体在压力差的作用下沿叶梢从压力面向吸力面运动，并与吸力面的低压流体相互作用产生旋涡，称为叶梢涡。叶梢涡周期性的脱落导致螺旋桨表面压力的急剧变化，不仅会影响推进效率，还会产生空化现象，是流噪声的主要来源之一。

3、公开号cn115892412a公开了一种环形叶片螺旋桨的设计，其两个叶片的叶梢相连接，整体形成一个环形的叶片结构。这种构型能够抑制叶梢处的流体从压力面向吸力面的运动，从而抑制叶梢涡的产生，提高螺旋桨的声学性能。然而，这种设计的问题在于低转速工况下叶梢涡较弱时，环形螺旋桨叶片的水动力性能弱于传统的螺旋桨构型。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了环形可变螺旋桨及其使用方法，用于解决低转速工况下叶梢涡较弱时，目前的环形螺旋桨叶片的水动力性能弱于传统的螺旋桨构型的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种环形可变螺旋桨，具有桨叶，桨叶包括主体部、形变部及活动部；主体部中部开设有空腔；形变部设置在空腔内，形变部中部设置有窗口，窗口由两个侧边围成，两个侧边位于桨叶根部至梢部连成的中线两侧；窗口开启时，两个侧边弯成弧形且中部相互远离，窗口封闭时，两个侧边沿其延伸方向收缩拉直并相互抵接；活动部设置在窗口内并同时与两个侧边相接触，活动部沿中线移动并使两个侧边同时从拉直状态弯成弧形。

3、在以上技术方案的基础上，优选的，形变部包括可变骨架及蒙皮；两个可变骨架设置在空腔内并对称设置在中线两侧，可变骨架两端分别沿中线延伸并与主体部相连接，两个可变骨架初始状态下拉直并相互抵接，两个可变骨架将空腔分隔为两个腔体，两个可变骨架能够沿其延伸方向延展并弯成弧形，使两个可变骨架中部相互远离并同时缩小两个腔体的面积，并使两个可变骨架之间围成窗口；两个蒙皮分别设置在两个腔体内并分别包覆住两个可变骨架，蒙皮随可变骨架的形变而弹性延展或者收缩绷紧；活动部设置在两个可变骨架之间并同时与两个可变骨架相接触，活动部沿中线移动并同时使两个可变骨架弯成弧形，并使两个可变骨架中部相互远离。

4、更进一步优选的，两个可变骨架交叉设置呈x形，两个可变骨架在交叉部位重叠抵接设置；两个可变骨架拉直时，两个蒙皮交叠紧贴接触并封闭窗口；两个可变骨架拉直时，两个可变骨架的交叉部位抵近桨叶叶梢。

5、更进一步优选的，两个可变骨架朝向桨叶叶梢一端的端部间距大于两个可变骨架朝向桨叶叶根一端的端部间距；两个可变骨架拉直时，活动部位于两个可变骨架朝向桨叶叶根的端部之间；两个可变骨架弯成弧形时，活动部位于两个可变骨架朝向桨叶叶梢的端部之间。

6、更进一步优选的，活动部包括挡板及滚轮；两个挡板对称设置在桨叶板面两侧，两个挡板之间夹设两个可变骨架；两个滚轮设置在两个挡板之间，两个滚轮轮面开设有轮槽并通过轮槽分别活动设置在两个可变骨架上，滚轮沿可变骨架移动。

7、更进一步优选的，还包括卷线机构及拉索；两个卷线机构对称设置在桨叶板面两侧并位于桨叶叶梢；拉索两端沿中线延伸，拉索一端固接在挡板上且另一端卷绕在卷线机构内。

8、更进一步优选的，可变骨架的材料断面包括碳纳米电热层及记忆合金层；可变骨架为圆柱杆体；碳纳米电热层设置在可变骨架的杆体芯部，碳纳米电热层通电放热；记忆合金层设置在碳纳米电热层外层，记忆合金层外层受热形变并沿其延伸方向延展，记忆合金层外表面敷设蒙皮。

9、更进一步优选的，可变骨架的材料断面还包括冷却管路层；冷却管路层设置在记忆合金层外层，冷却管路层内部流经冷却介质并使记忆合金层受冷形变收缩而拉直，冷却管路层外表面敷设蒙皮。

10、更进一步优选的，还包括电源和切换开关，电源设置在螺旋桨内，电源同时与两个碳纳米电热层串联，电源为碳纳米电热层通电放热供电；切换开关与电源电性连接，切换开关切断或者接通电源。

11、另一方面，本发明还提供了一种环形可变螺旋桨的使用方法，采用上述的环形可变螺旋桨，包括以下步骤，步骤一，初始状态下，两个可变骨架拉直并使蒙皮弹性延展，两个可变骨架相互抵接并使两个蒙皮相互紧贴以封闭窗口，活动部设置在两个可变骨架朝向桨叶叶根的端部之间；步骤二，活动部沿中线移动至两个可变骨架朝向桨叶叶梢的端部之间，并使两个可变骨架弯成弧形并围成窗口，两个可变骨架中部相互远离，并使两个蒙皮从可变骨架端部向中部梯次收缩绷紧；步骤三，两个可变骨架沿其延伸方向收缩并再次拉直，活动部沿中线复位移动至两个可变骨架朝向桨叶叶根的端部之间，并使窗口再次封闭。

12、本发明的环形可变螺旋桨及其使用方法相对于现有技术具有以下有益效果：

13、(1)本发明通过螺旋桨叶梢的环形结构，抑制高转速工况下流体从螺旋桨的压力面向吸力面的运动，从而抑制叶梢涡，提高螺旋桨的推进效率和声学性能；同时通过活动部控制可变骨架弯成弧形或者拉直，使桨叶中部的窗口打开或闭合，使螺旋桨在高转速和低转速工况下都达到最佳的水动力状态。

14、(2)本发明设置两个形变部的可变骨架交叉设置且蒙皮交叠设置，给活动部的设置让出了一定的安装空间，同时使活动部移动时能够更有效的引导可变骨架弯成弧形而围成窗口。

15、(3)本发明设置可变骨架主要由记忆合金材料构成，并通过碳纳米电热层及冷却管路层进行加热和冷却来使记忆合金层产生形变，能够更快速且准确的控制可变骨架弯成弧形的弧度，进而控制窗口开闭的面积大小。

技术特征：

1.一种环形可变螺旋桨，具有桨叶(10)，其特征在于：所述桨叶(10)包括主体部(1)、形变部(2)及活动部(3)；

2.根据权利要求1所述的一种环形可变螺旋桨，其特征在于：所述形变部(2)包括可变骨架(21)及蒙皮(22)；

3.根据权利要求2所述的一种环形可变螺旋桨，其特征在于：两个所述可变骨架(21)交叉设置呈x形，两个所述可变骨架(21)在交叉部位重叠抵接设置；

4.根据权利要求3所述的一种环形可变螺旋桨，其特征在于：两个所述可变骨架(21)朝向桨叶(10)叶梢一端的端部间距大于两个可变骨架(21)朝向桨叶(10)叶根一端的端部间距；

5.根据权利要求2所述的一种环形可变螺旋桨，其特征在于：所述活动部(3)包括挡板(31)及滚轮(32)；

6.根据权利要求5所述的一种环形可变螺旋桨，其特征在于：还包括卷线机构(4)及拉索(5)；

7.根据权利要求2所述的一种环形可变螺旋桨，其特征在于：所述可变骨架(21)的材料断面包括碳纳米电热层(211)及记忆合金层(212)；

8.根据权利要求7所述的一种环形可变螺旋桨，其特征在于：所述可变骨架(21)的材料断面还包括冷却管路层(213)；

9.根据权利要求8所述的一种环形可变螺旋桨，其特征在于：还包括电源(6)和切换开关(7)，

10.一种环形可变螺旋桨的使用方法，采用权利要求2至9任意一项所述的环形可变螺旋桨，其特征在于：包括以下步骤，

技术总结本发明提出了环形可变螺旋桨及其使用方法，属于螺旋桨领域，桨叶包括主体部、形变部及活动部；形变部设置在空腔内，形变部中部设置有窗口，窗口由两个侧边围成，两个侧边位于桨叶中线两侧；窗口开启时两个侧边弯成弧形，窗口封闭时两个侧边沿其延伸方向收缩拉直并相互抵接；活动部设置在窗口内并同时与两个侧边相接触，活动部沿中线移动并使两个侧边同时从拉直状态弯成弧形；通过螺旋桨叶梢的环形结构，抑制高转速工况下流体从螺旋桨的压力面向吸力面的运动，从而抑制叶梢涡，提高螺旋桨的推进效率和声学性能；同时通过活动部控制可变骨架弯成弧形或者拉直，使桨叶中部的窗口打开或闭合，使螺旋桨在高转速和低转速工况下都达到最佳的水动力状态。技术研发人员：吴佳峰,刘冰,胡旭,陈伟,夏兴隆,张满弓,李巧娇,吴恒亮受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一九研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/11