CN103158846A

CN103158846A - 全速度域螺桨单元

Info

Publication number: CN103158846A
Application number: CN2011104080463A
Authority: CN
Inventors: 黄正利; 辛敬业; 金尚圣; 张冠凯
Original assignee: UNITED SHIP DESIGN AND DEVELOPMENT CENTER
Current assignee: UNITED SHIP DESIGN AND DEVELOPMENT CENTER
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-06-19

Abstract

一种全速度域螺桨单元，由数个连结于一螺桨毂部并呈轴对称分布的螺桨叶片所组成，该些螺桨叶片朝远离该螺桨毂部的方向划分有一第一区及一第二区，该第一区及该第二区为两个相异的翼型结构，该第二区的翼型剖面积小于该第一区的翼型剖面积，由此，该全速度域螺桨在一般船舶最常航行的速度域中，可降低因不同速度域所产生空化现象的影响，进而使该全速度域螺桨于不同速度域时，不会产生效率降低过大而能维持高效率的使用。

Description

全速度域螺桨单元

技术领域

本发明与一种船舶用螺桨结构有关。

背景技术

一般船舶推进器螺桨是以NACA系列、KCA系列或超空化(Supercavitating)等系列螺桨为主，请参阅图1所示，为公知NACA螺桨的立体图，其选用NACA系列的螺桨，通过黏性流分析与空化模块的分析，可发现NACA系列螺桨其面积比为1.0时，于速度域为20节时其效率为0.72，当速度域提升的40节时其效率却只有0.5，因此，可发现NACA系列螺桨于跨速度域时，其螺桨会因为空化现象而使其效率急速下降，并可发现NACA等公知螺桨仅在于某些速度域发挥最佳的效能，一旦超过范围时，其效能则会大幅下降，而且一般船用推进器于30节以下时，多采用NACA系列或KCA系列的螺桨，而30节以上时，则多采用超空化系列螺桨为主，但现在一般船舶最常航行的速度为20～40节为主，如采用NACA系列或KCA系列的螺桨且航速超过30节时，则螺桨的效能不仅会因为空化现象的产生而大大降低效能，同时螺桨表面也会因为空化现象产生许多破裂气泡，而造成船体的震动，因此，如何将超空化系列的螺桨设计为可适用高速度域与低速度域的螺桨，实为有待改善之处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全速度域螺桨单元，以克服公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的全速度域螺桨，由多数个连结于一螺桨毂部并呈轴对称分布的螺桨叶片所组成，每一螺桨叶片具有一上表面及一下表面，该上表面与该下表面的前半段交接处形成有一翼型前缘，同时，该上表面与该下表面的后半段交接处形成有一翼型后缘，其特征在于：

每一螺桨叶片朝远离该螺桨毂部的方向划分有一第一区及一第二区，该第一区及该第二区为相异的翼型结构沿该螺桨毂部径向方向相组合，并且该第二区的翼型剖面积小于该第一区的翼型剖面积，而形成一全速度域螺桨，由此，该全速度域螺桨在一般船舶最常航行的速度域中，可降低因不同速度域所产生空化现象的影响，进而使该全速度域螺桨于不同速度域时，不会产生效率降低过大而能维持高效率的使用。

所述的全速度域螺桨，其中，该第一区的上表面由翼型前缘朝翼型后缘方向形成有一上凸弧部，而该第一区的下表面于后半段朝翼型后缘方向形成有一下凸弧部，又，该第二区的上表面、下表面至少形成有一凹弧部。

所述的全速度域螺桨，其中，该第二区的上表面于前半段形成有一上平滑部，另于后半段朝该翼型后缘方向形成有一上凹弧部，同时，该第二区的下表面于前半段形成有一下平滑部，另于后半段朝该翼型后缘方向形成有一下凸弧部。

所述的全速度域螺桨，其中，该第二区的上表面于后半段朝该翼型后缘方向形成有一上凹弧部，该第二区的下表面于前半段朝该翼型后缘方向形成有一下凹弧部，使该第二区呈一S形翼型结构。

所述的全速度域螺桨，其中，每一螺桨叶片包含有一中心区，该中心区的上表面、下表面是以大幅度曲率变化连接在于该第一区与该第二区间。

本发明还提供一种全速度域螺桨，由多数个连结于一螺桨毂部并呈轴对称分布的螺桨叶片所组成，每一螺桨叶片具有一上表面及一下表面，该上表面与该下表面的前半段交接处形成有一翼型前缘，同时，该上表面与该下表面的后半段交接处形成有一翼型后缘，其特征在于：

每一螺桨叶片朝远离该螺桨毂部的方向划分有一第一区及一第二区，该第一区及该第二区为相异的翼型结构沿该螺桨毂部径向方向相组合，并且该第二区的翼型剖面积小于该第一区的翼型剖面积，而形成一全速度域螺桨，又，该全速度域螺桨于第一区的上表面邻近该翼型后缘处界定有一上顶点，并于第一区的下表面邻近该翼型后缘处界定有一下顶点，当该全速度域螺桨于中高速域转动时，该跨速度螺桨单元于第一区的上顶点处形成空化气泡，并于该第一区的下顶点处形成空化气泡，同时，上述空化气泡往该翼型后缘方向形成一空化气泡区，而该第二区的上表面于邻近该翼型后缘处界定有一上凹弧面并形成有空化气泡，而该第二区的下表面于邻近该翼型后缘处界定有一下凸弧面并形成有空化气泡，上述空化气泡往该翼型后缘方向形成一空化气泡区。

本发行量还提供一种全速度域螺桨，由多数个连结于一螺桨毂部并呈轴对称分布的螺桨叶片所组成，每一螺桨叶片具有一上表面及一下表面，该上表面与该下表面的前半段交接处形成有一翼型前缘，同时，该上表面与该下表面的后半段交接处形成有一翼型后缘，其特征在于：

每一螺桨叶片朝远离该螺桨毂部的方向划分有一第一区及一第二区，该第一区及该第二区为相异的翼型结构沿该螺桨毂部径向方向相组合，并且该第二区的翼型剖面积小于该第一区的翼型剖面积，而形成一全速度域螺桨，由此，当该全速度域螺桨于低中速域转动时，因每一螺桨叶片的单位面积升力系数大，可进而减少每一螺桨叶片的面积。

本发明的每一螺桨叶片包含有两种翼型结构，而形成一全速度域螺桨，使该全速度域螺桨在一般船舶最常航行的速度域中，该全速度域螺桨能降低因不同速度域所产生空化现象的影响，进而使该全速度域螺桨于不同速度域时，不会产生效率降低过大且能维持高效率的使用。

附图说明

图1为公知NACA螺桨的立体图。

图2为本发明较佳实施例的主视图。

图3为本发明较佳实施例图2中的B-B端面剖视图。

图4为本发明较佳实施例图2中的A-A端面剖视图。

图5为本发明另一较佳实施例图2中的A-A端面剖视图。

图6为本发明的全速度域螺桨的扭力(KQ)分布图。

图7为本发明的全速度域螺桨的推力(KT)分布图。

图8为本发明的全速度域螺桨的压力(-CP)分布图。

附图中主要组件符号说明：

100全速度域螺桨；

10螺桨叶片；

11上表面；

12下表面；

13翼型前缘；

14翼型后缘；

15第一区；151上凸弧部；152第一下凸弧部；153上顶点；154下顶点；

16第二区；161上平滑部；162第一上凹弧部；163下平滑部；164第二下凸弧部；165第二上凹弧部；166下凹弧部；

17中心区；

200螺桨毂部。

具体实施方式

本发明提供了一种可适用于高、低速域的全速度域螺桨，是由数个连结于一螺桨毂部并呈轴对称分布的螺桨叶片所组成，该些螺桨叶片包含有一上表面及一下表面，该上表面与该下表面的前半段交接处形成有一翼型前缘，同时，该上表面与该下表面的后半段交接处形成有一翼型后缘，其中，每一螺桨叶片朝远离该螺桨毂部的方向划分有一第一区及一第二区，该第一区及该第二区为相异的翼型结构沿该螺桨毂部径向方向相组合，并且该第二区的翼型剖面积小于该第一区的翼型剖面积。

以下结合附图对本发明作更详细地描述。

请参阅图2、图3及图4所示，为本发明较佳实施例的主视图、图2的A-A端面剖视图以及图2的B-B端面剖视图，其显示一全速度域螺桨100，全速度域螺桨100是由多数个连结于一螺桨毂部200并呈轴对称分布的螺桨叶片10所组成，于本实施例中，该全速度域螺桨100具有四个螺桨叶片10，每一螺桨叶片10具有一上表面11及一下表面12，该上表面11与该下表面12的前半段交接处形成有一翼型前缘13，该上表面11与该下表面12的后半段交接处形成有一翼型后缘14，其中，每一螺桨叶片10朝远离该螺桨毂部200的方向划分有一第一区15及一第二区16，该第一区15及该第二区16为相异的翼型结构，并沿该螺桨毂部200径向方向相组合，并且该第二区16的翼型剖面积小于该第一区15的翼型剖面积，而形成一全速度域螺桨100。如图3所示，于本实施例中，该第一区15的上表面由翼型前缘13朝翼型后缘14方向形成有一上凸弧部151，而该第一区15的下表面于后半段朝翼型后缘14方向形成有一第一下凸弧部152，又，该第二区16的上表面及下表面至少形成有一凹弧部，如图4所示。于本实施例中，该第二区16的上表面于前半段形成有一上平滑部161，另于后半段朝该翼型后缘14方向形成有一第一上凹弧部162，同时，该第二区16的下表面于前半段形成有一下平滑部163，并于该后半段朝该翼型后缘14形成有一第二下凸弧部164。请再参阅图5所示，为本发明另一较佳实施例图2的A-A端面剖视图，于本实施例中，该第二区16的上表面于后半段朝该翼型后缘14方向形成有一第二上凹弧部165，该第二区16的下表面于前半段朝该翼型后缘14方向形成有一下凹弧部166，使该第二区16概呈一S形翼型结构。

值得一提的是，每一螺桨叶片10中段位置还包含有一中心区17，该中心区17的上表面、下表面是以大幅度曲率变化连接在于该第一区15与该第二区16间，使该第一区15与该第二区16相连接处表面具有圆滑的曲线，避免其连接处形成不规则的表面，让该全速度域螺桨100外观较为美观，同时，该中心区17为极小的区域连接于该第一区15及该第二区16之间，可减少对该全速度域螺桨100作动时产生影响，让该全速度域螺桨100可达到最佳化作动效益。

如图3、图4及图5所示，每一螺桨叶片10的第二区16的厚度与第一区15相比明显皆较为轻薄，可有效减低每一螺桨叶片10的整体重量，进而降低每一螺桨叶片10至该螺桨毂部200的转动力矩，因此当该螺桨毂部200开始转动时，每一螺桨叶片10是以较快于公知螺桨的速度进行转动。

此外，请继续参阅图3及图4所示，该全速度域螺桨100于第一区15的上表面邻近该翼型后缘14处另界定有一上顶点153，并于第一区15的下表面邻近该翼型后缘14处界定有一下顶点154，当该全速度域螺桨100于中高速域的转动时，该跨速度螺桨单元100于第一区15的上顶点153处形成空化气泡，并于该第一区15的下顶点154处形成空化气泡，同时，上述空化气泡往该翼型后缘14方向形成一空化气泡区，同时，该第二区16的上表面于该第一上凹弧部162形成有空化气泡，而该第二区16的下表面于第二下凸弧部164形成有空化气泡，上述空化气泡往该翼型后缘14方向形成一空化气泡区。

另，当该全速度域螺桨100于低中速域转动时，因每一螺桨叶片10的单位面积升力系数大，可进而减少每一螺桨叶片10的面积，相较于一般螺桨(NACA)亦可达到相同效率，同时可节省材料成本。

请再配合参阅图6、图7及图8所示，为本发明的全速度域螺桨的扭力(KQ)、推力(KT)及其压力(-CP)分布图，由图6与图7可知，本发明的全速度域螺桨于空化后速度30、40节左右其扭力及推力曲线皆高于未空化时速度20节的扭力及推力，可得知其在空化前后皆有一良好的推力及扭力表现，可适用于全速度域中使用，另外，请配合参阅图8所示，在半径为0.7R区段的压力分布面积图，在20节未空化前的压力分布面积在螺旋桨的末端会有一压力反转的状态，导致整体压力面积会受到消减，与空化后30节的压力分布面积相比，空化后的螺旋桨末端压力并不会产生反转的现象，相较之下，螺旋桨在30节空化后压力分布面积大于20节空化前的压力分布面积，而压力面积的大小可对应到推力的表面，由图8的压力分布面积可与图7的推力图相互对应。

Claims

1.一种全速度域螺桨，由多数个连结于一螺桨毂部并呈轴对称分布的螺桨叶片所组成，每一螺桨叶片具有一上表面及一下表面，该上表面与该下表面的前半段交接处形成有一翼型前缘，同时，该上表面与该下表面的后半段交接处形成有一翼型后缘，其特征在于：

每一螺桨叶片朝远离该螺桨毂部的方向划分有一第一区及一第二区，该第一区及该第二区为相异的翼型结构沿该螺桨毂部径向方向相组合，并且该第二区的翼型剖面积小于该第一区的翼型剖面积，而形成一全速度域螺桨。

2.根据权利要求1所述的全速度域螺桨，其中，该第一区的上表面由翼型前缘朝翼型后缘方向形成有一上凸弧部，而该第一区的下表面于后半段朝翼型后缘方向形成有一下凸弧部，又，该第二区的上表面、下表面至少形成有一凹弧部。

3.根据权利要求2所述的全速度域螺桨，其中，该第二区的上表面于前半段形成有一上平滑部，另于后半段朝该翼型后缘方向形成有一上凹弧部，同时，该第二区的下表面于前半段形成有一下平滑部，另于后半段朝该翼型后缘方向形成有一下凸弧部。

4.根据权利要求2所述的全速度域螺桨，其中，该第二区的上表面于后半段朝该翼型后缘方向形成有一上凹弧部，该第二区的下表面于前半段朝该翼型后缘方向形成有一下凹弧部，使该第二区呈一S形翼型结构。

5.根据权利要求1所述的全速度域螺桨，其中，每一螺桨叶片包含有一中心区，该中心区的上表面、下表面是以大幅度曲率变化连接在于该第一区与该第二区间。

6.一种全速度域螺桨，由多数个连结于一螺桨毂部并呈轴对称分布的螺桨叶片所组成，每一螺桨叶片具有一上表面及一下表面，该上表面与该下表面的前半段交接处形成有一翼型前缘，同时，该上表面与该下表面的后半段交接处形成有一翼型后缘，其特征在于：

7.一种全速度域螺桨，由多数个连结于一螺桨毂部并呈轴对称分布的螺桨叶片所组成，每一螺桨叶片具有一上表面及一下表面，该上表面与该下表面的前半段交接处形成有一翼型前缘，同时，该上表面与该下表面的后半段交接处形成有一翼型后缘，其特征在于：