本發(fā)明涉及一種推進(jìn)器，尤其涉及一種仿生吊艙推進(jìn)器，屬于吊艙推進(jìn)器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著研究的深入，吊艙推進(jìn)器的型式、種類、用途也越來越廣泛，各種新產(chǎn)品層出不窮。進(jìn)入20世紀(jì)后期以來，隨著電子電力相關(guān)學(xué)科的技術(shù)以及操縱控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，吊艙式推進(jìn)器逐漸進(jìn)入船舶領(lǐng)域。吊艙式推進(jìn)器采用與傳統(tǒng)的推進(jìn)形式完全不同的思路，剔除了冗長繁瑣的推進(jìn)軸系，將螺旋槳的推進(jìn)電機(jī)置于艙體內(nèi)部，并通過支架與船體相連，整個(gè)艙體可以實(shí)現(xiàn)360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這種布置方式不僅省去了常規(guī)推進(jìn)軸系和舵，更重要的是可以使得船體倉容的布置更加合理，船體型線的優(yōu)化更加自由，同時(shí)對于提升船舶的操縱性能、穩(wěn)定性能也有極大的幫助。在船舶的建造過程中，吊艙推進(jìn)器可以作為單獨(dú)的模塊直接與船尾底部相連，簡化了整個(gè)船舶建造的流程。

凹凸前緣結(jié)構(gòu)的提出及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

傳統(tǒng)形狀機(jī)翼的使用范圍非常廣泛，從飛機(jī)的機(jī)翼、直升機(jī)的水平旋翼，到船舵和螺旋槳。隨著科技的發(fā)展，人們不再滿足于傳統(tǒng)機(jī)翼所提供的水動(dòng)力性能。近年來機(jī)翼的減阻及大攻角下機(jī)翼失速問題成為流體力學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

為了提高鰭的升力，人們采用過多種改變鰭型的方法，例如采用襟翼、魚尾鰭等方法，在某些改變鰭的方案中還采用了仿生原理，利用模仿生物外形的方法來達(dá)到增加鰭的升力的目的。其中，座頭鯨的胸鰭前緣突起船舵及飛機(jī)的機(jī)翼提出了一種新的設(shè)計(jì)思路。

國外已有學(xué)者通過觀察座頭鯨鰭后提出了一種性能十分優(yōu)秀的減搖鰭鰭型，這種鰭僅僅需要改變鰭的外形就能夠增加鰭的升力并減緩失速現(xiàn)象的發(fā)生，這種鰭型不需要附加設(shè)備和額外的能量消耗，所以受到了很多學(xué)者的關(guān)注，并在各種增升技術(shù)中被認(rèn)為是很有前途的方法。

二十世紀(jì)八十年代，美國賓州西切斯特大學(xué)的生物學(xué)教授E.Fish教授對座頭鯨鰭的前緣突起結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究，他的研究方向主要是將這一特殊肢體結(jié)構(gòu)應(yīng)用在機(jī)翼上，經(jīng)過二十多年的研究，F(xiàn)ish與美國杜克大學(xué)的流體力學(xué)工程師的E.Howle，以及美國海軍科學(xué)院的S.Miklosovic和M.Murray合作，模仿座頭鯨鰭狀前肢制造了兩個(gè)56厘米長的塑料仿制品，其中一個(gè)具有前述特征的突起，另一個(gè)則沒有。在美國海軍科學(xué)院的進(jìn)行了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，最后實(shí)驗(yàn)證明：平滑鰭狀肢的比例模型表現(xiàn)得類似于標(biāo)準(zhǔn)的飛機(jī)機(jī)翼，而座頭鯨的邊緣凹凸的鰭狀肢仿制品卻表現(xiàn)出明顯優(yōu)越的空氣動(dòng)力學(xué)性能。與相同大小的平滑鰭狀肢相比，前緣凹凸的鰭狀肢增加了8％的動(dòng)力，減少了32％的阻力。并且座頭鯨前緣凹凸的碩大鰭狀肢，(在沖浪時(shí))抵抗沖角的失速方面能比平滑肢增加陡峭角度40％。后續(xù)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)還證明突起改變了前緣處的流體流動(dòng)情況使流體在不利的壓力梯度下，更長時(shí)間地貼附著固體壁面流動(dòng)。

在船舶與海洋運(yùn)載器領(lǐng)域，目前只有荷蘭昆騰公司Quantum針對零航速而設(shè)計(jì)的變面積的復(fù)合減搖鰭，其結(jié)構(gòu)和外形已經(jīng)不同于傳統(tǒng)的減搖鰭。

現(xiàn)代飛機(jī)制造商已經(jīng)開始將突起變形應(yīng)用到翼型設(shè)計(jì)中，在提高升阻比的同時(shí)，通過掌握機(jī)翼展向流動(dòng)提高了滾轉(zhuǎn)速率。

哈爾濱工程大學(xué)的金鴻章教授等人通過建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論計(jì)算初步得出了前緣突起幅值和突起個(gè)數(shù)與升力的關(guān)系，首先前緣突起個(gè)數(shù)對仿駝背鯨鰭上的升力影響不大；第二點(diǎn)是前緣突起幅值對仿駝背鯨鰭上的升力有顯著的決定性作用。

麻省理工學(xué)院曾對前緣突起翼型做了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)水動(dòng)力分析，認(rèn)為前緣突起類似于旋渦制造器，產(chǎn)生的小旋渦附著在翼表面，使機(jī)翼表面的邊界層分離區(qū)相對于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)翼明顯變小，從而增大失速角。但前緣突起的幾何形狀與升力關(guān)系的作用機(jī)理仍是一個(gè)值得深入研究的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種仿生吊艙推進(jìn)器。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：在推進(jìn)器上方設(shè)置有仿生支柱，仿生支柱與來流方向相對的表面是呈凹凸?fàn)畹谋砻?、與來流方向相反的表面是光滑表面。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.所述仿生立柱滿足：其中：Y仿生立柱的高度方向，X是仿生立柱的長度方向，Z是仿生立柱的厚度方向。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明是一種新型仿生吊艙推進(jìn)器，模仿座頭鯨的壯肢鰭的突起將吊艙推進(jìn)器的支柱前端設(shè)計(jì)為凹凸結(jié)構(gòu)。采用這種設(shè)計(jì)的吊艙推進(jìn)器能夠減少船舶行進(jìn)過程中的阻力，提高推進(jìn)效率。當(dāng)?shù)跖撏七M(jìn)器需要大舵角操舵時(shí)，該結(jié)構(gòu)也能夠使推進(jìn)器保持穩(wěn)定的操縱性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的坐標(biāo)系的示意圖；

圖3是本發(fā)明的側(cè)視方向的示意圖；

圖4是本發(fā)明的俯視方向的示意圖。

圖中：仿生支柱1、螺旋槳2、永磁電機(jī)3、吊艙推進(jìn)器艙體4、V是來流方向。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

結(jié)合圖1至圖4，本發(fā)明在推進(jìn)器艙體4上方設(shè)置有仿生支柱1，在來流方向的支柱是由凹凸結(jié)構(gòu)構(gòu)成，艙體內(nèi)設(shè)置有永磁電機(jī)3，艙體上設(shè)置有螺旋槳2。也即本發(fā)明是一種在支柱來流方向帶有凹凸結(jié)構(gòu)構(gòu)成的新型吊艙推進(jìn)器。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)能夠改變來流，并且能夠改變螺旋槳的尾流，干擾邊界層中的漩渦狀態(tài)，從而減少阻力，達(dá)到減阻增效的目的，并且能夠使船舶具有好的操縱性。

支柱前端的突起能夠針對于來流，向液流中注入動(dòng)力，使液流緊貼表面，延緩了槳葉高沖角時(shí)的失速；同時(shí)也改變了支柱邊界層的厚度并干擾邊界層中的漩渦狀態(tài)，形成的流向渦有利于減少阻力，從而達(dá)到減阻增效的目的。減少了常規(guī)推進(jìn)器主機(jī)功率的浪費(fèi)，針對于常規(guī)的吊艙推進(jìn)器也有所提高，提高了船舶能源利用的效率。

本發(fā)明的吊艙推進(jìn)器的支柱只有前端是凹凸?fàn)?，后面的部分仍然是光滑的翼型。本發(fā)明前端的翼型的函數(shù)表達(dá)式為Y＝44.5sin(X*18π/900)，最大厚度處的函數(shù)表達(dá)式為Z＝4.45sin(X*18π/900)。

綜上，本發(fā)明涉及的是一種新型仿生吊艙推進(jìn)器。該新型吊艙推進(jìn)器的支柱迎流的一側(cè)不是普通的翼型，而是仿座頭鯨的狀肢鰭的凹凸?fàn)?。本發(fā)明的凹凸形式是按一定的函數(shù)形式設(shè)計(jì)的。該項(xiàng)技術(shù)有助于提高吊艙推進(jìn)器大操舵角度時(shí)的性能，并且當(dāng)船舶在直航時(shí)，使船舶的推進(jìn)系統(tǒng)的阻力得到降低，對新型吊艙推進(jìn)器的開發(fā)以及設(shè)計(jì)提出了一種全新的理念，并且能夠提高航行器的操縱性能。該技術(shù)能夠提高吊艙推進(jìn)器的水動(dòng)力性能的機(jī)理在于：凹凸機(jī)翼前緣兩邊的突起產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)的旋渦，向液流中注入動(dòng)力，使液流緊貼表面，而不是像平滑機(jī)翼那樣液流與表面分開，使得凹凸機(jī)翼延緩了高沖角時(shí)的失速；凹凸結(jié)節(jié)改變了機(jī)翼邊界層的厚度并在邊界層中產(chǎn)生有利旋向渦，進(jìn)而得到減阻增升的效果。操舵角在失速前區(qū)時(shí)，前緣在不平滑結(jié)節(jié)影響下，在凸起兩側(cè)形成兩個(gè)對向渦旋，隨著流動(dòng)進(jìn)入凹谷匯合。渦的干擾下來流變得不再平穩(wěn)，由于凹谷處逆壓梯度更大，使得凹谷處流動(dòng)率先分離，使得仿生鰭的整體升力系數(shù)下降；而此渦旋在大攻角時(shí)體現(xiàn)了更大的影響范圍，且伴隨著互相融合，尾部的渦旋變得更大，起到了對邊界層內(nèi)流體和外來流的混合作用，邊界層能流體從外來流中獲得更多的流向動(dòng)量，使得逆壓梯度快速下降，并伴隨旋轉(zhuǎn)帶走物面流體，使得物面壓力降低，產(chǎn)生吸力，吸附渦旋貼服于物面之上，延緩了邊界層分離，并使得邊界層分離不全翼段同時(shí)發(fā)生。該新型吊艙推進(jìn)器具有較高的推進(jìn)效率；其獨(dú)特的支柱形式可以達(dá)到減阻，良好的操縱性能以及大舵角情況下的穩(wěn)定性，故對船舶推進(jìn)器的研制有著重要意義，具有發(fā)展前景。