橫開式仿生雙尾槳的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種船舶驅(qū)動(dòng)裝置，具體地說是船舶的槳。
【背景技術(shù)】
[0002]目前船舶，包括水面水下船舶和運(yùn)動(dòng)載體的推進(jìn)裝置大都采用螺旋槳旋轉(zhuǎn)推進(jìn)的方式來獲得推進(jìn)動(dòng)力。這種推進(jìn)方式存在以下幾方面缺點(diǎn):一是推進(jìn)效率不高。二是螺旋槳的排水量小，要獲得更大的推進(jìn)力就需要較大的轉(zhuǎn)速，螺旋槳在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生湍流，造成能量的浪費(fèi)。三是轉(zhuǎn)速很高的螺旋槳噪聲很大，許多領(lǐng)域不得不減小螺旋槳的轉(zhuǎn)速和推進(jìn)能力以減小推進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的噪聲。
[0003]相反許多海洋生物具有高效率的游動(dòng)能力和準(zhǔn)確的定位能力，大多數(shù)海洋生物依靠尾鰭、胸鰭、等鰭類進(jìn)行推進(jìn)，另外還有一些生物以類似烏魚運(yùn)動(dòng)的方式高效地獲得推進(jìn)力。魚類高效的推進(jìn)效率給人類提高船舶推進(jìn)操控性能帶來了希望。自20世紀(jì)90年代以來，仿生技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和材料技術(shù)的發(fā)展，為仿生推進(jìn)器的動(dòng)作原理、系統(tǒng)構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)、控制算法等方面的研宄提供了有力的支持，新型仿生推進(jìn)器的研宄和應(yīng)用取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。
[0004]仿魚推進(jìn)研宄和實(shí)驗(yàn)主要是針對(duì)魚類柔性尾鰭擺動(dòng)擺動(dòng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和仿真，取得了一些研宄和實(shí)驗(yàn)成果，但實(shí)現(xiàn)起來復(fù)雜度極高，很難實(shí)用，其主要問題在于水下環(huán)境的復(fù)雜性和數(shù)學(xué)模型的局限性之間的矛盾，尤其是這方面的研宄目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)方式都以魚為參照，而目前材料和機(jī)械裝置的靈活性無法達(dá)到生物魚的水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供實(shí)現(xiàn)推力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻力的橫開式仿生雙尾槳。
[0006]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本實(shí)用新型橫開式仿生雙尾槳，其特征是:包括主軸、第一子槳、第二子槳，主軸安裝在船舶的尾部或側(cè)面，主軸的端部設(shè)置主軸齒輪，主軸齒輪與船舶內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連，第一子槳包括至少兩個(gè)槳片，槳片的軸線上安裝槳片軸，槳片軸的端部安裝槳片齒輪，主軸上設(shè)置槳片軸孔，槳片通過槳片軸和槳片軸孔的配合安裝在主軸上，主軸內(nèi)部設(shè)置液壓驅(qū)動(dòng)的鏈齒，槳片齒輪與鏈齒嚙合，第二子槳與第一子槳結(jié)構(gòu)相同，第二子槳的槳片按照與第一子槳槳片相同的方式安裝在主軸上。
[0008]本實(shí)用新型還可以包括；
[0009]1、第一子槳和第二子槳的槳片繞其槳片軸旋轉(zhuǎn)的角度為0-90度，從而使第一子槳和第二子槳處于推力產(chǎn)生狀態(tài)或槳面回復(fù)狀態(tài)兩種狀態(tài)，且第一子槳處于推力產(chǎn)生狀態(tài)時(shí)，第二子槳處于槳面回復(fù)狀態(tài)，第二子槳處于推力產(chǎn)生狀態(tài)時(shí)，第一子槳處于槳面回復(fù)狀態(tài)，同時(shí)第一子槳和第二子槳的兩種狀態(tài)交替轉(zhuǎn)換。
[0010]2、第一子槳和第二子槳之間的夾角為60度-90度。
[0011]3、主軸橫向或豎向安裝在船舶的尾部或側(cè)面。
[0012]本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于:本實(shí)用新型參考魚類尾鰭，采用往復(fù)運(yùn)動(dòng)形式，同時(shí)利用尾渦的高能區(qū)，使船舶通過旋轉(zhuǎn)尾槳槳頁(yè)獲得推力并實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的操控能力。比螺旋槳的水動(dòng)力噪聲更低、機(jī)械噪聲更低、推進(jìn)效率更高，節(jié)約能源。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2為主軸豎向安裝在船舶尾部時(shí)的示意圖；
[0015]圖3為主軸橫向安裝在船舶尾部時(shí)的示意圖；
[0016]圖4為第一子槳打開、第二子槳關(guān)閉時(shí)的示意圖；
[0017]圖5為第一子槳關(guān)閉、第二子槳打開時(shí)的示意圖；
[0018]圖6為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0019]圖7為主軸結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖8為槳片結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型做更詳細(xì)地描述:
[0022]結(jié)合圖1?8，本實(shí)用新型由兩個(gè)子槳組成，分別為第一子槳2和第二子槳4，二者相對(duì)位置固定，夾角Θ保持在60至90度，以如圖1中點(diǎn)劃線為對(duì)稱軸分布在主軸I兩側(cè)，每個(gè)子槳上平行裝有若干槳片3，通過槳片軸6與主軸I連接，槳片軸6頂端為齒輪結(jié)構(gòu)，與主軸I內(nèi)鏈齒結(jié)構(gòu)連接，以實(shí)現(xiàn)槳片從O度到90度的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸I兩端均為齒輪結(jié)構(gòu)，與船體5連接，在船體5內(nèi)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)下往復(fù)作擺動(dòng)動(dòng)作。主軸和各個(gè)槳片可受一液壓傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，結(jié)合各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件上的角度傳感器及控制單元構(gòu)成一個(gè)多輸入多輸出閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0023]具體工作狀態(tài)如圖4、5所示，船槳通過往復(fù)擺動(dòng)產(chǎn)生推進(jìn)力，第一子槳2在推進(jìn)過程中其槳片閉合，向后轉(zhuǎn)動(dòng)以產(chǎn)生推力，在推進(jìn)過程的后期，快速打開槳片，利用尾渦進(jìn)一步產(chǎn)生推力，第一子槳2推進(jìn)時(shí)第二子槳4處于回復(fù)過程，其槳片一直處于打開狀態(tài)以減小水中回復(fù)阻力；第一子槳2推進(jìn)過程結(jié)束后雙尾槳改變擺動(dòng)方向，第二子槳4進(jìn)入推進(jìn)過程而第一子槳2進(jìn)入回復(fù)過程，此時(shí)第二子槳4的槳片閉合以產(chǎn)生推力，第一子槳2的槳片保持上一階段的打開狀態(tài)，以減小水中回復(fù)阻力，與第一子槳2推進(jìn)過程相似，第二子槳4在推進(jìn)過程的后期槳片對(duì)船運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生推力分量很小，此時(shí)快速打開第二子槳4槳片，并利用尾渦進(jìn)一步產(chǎn)生推力。至此，雙尾槳運(yùn)動(dòng)完成一個(gè)周期，后續(xù)按照此種方式往復(fù)擺動(dòng)。在往復(fù)擺動(dòng)過程中，兩個(gè)子槳分別處于推進(jìn)和回復(fù)過程，二者狀態(tài)以一定的相位節(jié)拍相互交替變化，使雙尾槳始終有推力產(chǎn)生。另外，在雙尾槳擺動(dòng)過程中，調(diào)整雙尾槳中間線與船舶軸線夾角，如圖2中所示，此時(shí)雙尾槳的擺動(dòng)將產(chǎn)生矢量推進(jìn)效果，進(jìn)而控制船舶運(yùn)動(dòng)方向和姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)高效舵的功能。
[0024]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:雙尾槳由兩個(gè)子槳組成，如圖1所示，分別為第一子槳和第二子槳，雙尾槳主軸上帶有齒輪，安裝于船舶的尾部或側(cè)面，船舶內(nèi)部的液壓系統(tǒng)帶動(dòng)齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)而使雙尾槳作周期性擺動(dòng)。圖2為船舶尾部豎直安裝方式，圖3船舶尾部水平安裝方式，具體工作狀態(tài)如圖4、5所示。雙尾槳通過往復(fù)擺動(dòng)產(chǎn)生推進(jìn)力，某一槳面產(chǎn)生推力時(shí)槳片閉合并在推進(jìn)過程的后期快速打開槳片，以利用尾渦進(jìn)一步產(chǎn)生推力，然后雙尾槳改變擺動(dòng)方向，產(chǎn)生推力的槳面隨即轉(zhuǎn)入回復(fù)狀態(tài)，以備該槳面下一次推動(dòng)。在上述過程中，另一槳面同樣完成推力產(chǎn)生和槳面回復(fù)過程，只是兩個(gè)槳面相差一個(gè)節(jié)拍，即一個(gè)槳面處于推力產(chǎn)生階段的時(shí)候另一個(gè)槳面處于回復(fù)階段。由于槳面回復(fù)階段槳片是打開的，所以回復(fù)過程受到阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于推力產(chǎn)生階段所產(chǎn)生的推力。另外，通過調(diào)整雙尾槳中間線與船舶首尾軸線的夾角，產(chǎn)生矢量推進(jìn)效果，使雙尾槳起到控制方向和姿態(tài)的作用，實(shí)現(xiàn)尚效航的功能。
[0025]本實(shí)用新型兩個(gè)子槳分別由若干并行排列、垂直于槳軸且可旋轉(zhuǎn)的槳片構(gòu)成，兩子槳間的固定夾角小于90度，槳軸可豎直或水平安裝在船舶的尾部，如圖2、3所示；
[0026]船槳通過往復(fù)擺動(dòng)產(chǎn)生推進(jìn)力，當(dāng)槳面產(chǎn)生推力時(shí)槳片閉合，當(dāng)槳面回復(fù)到初始位置時(shí)槳片打開；
[0027]可以通過控制槳片打開的時(shí)機(jī)和速度，利用尾渦的反作用進(jìn)一步產(chǎn)生推力；
[0028]槳片的剖面翼型為流線型；
[0029]調(diào)整槳的中間線與船舶首尾軸線的夾角，可產(chǎn)生矢量推進(jìn)效果，使槳起到控制方向和姿態(tài)的作用；
[0030]尾槳可以只具有一個(gè)子槳，單獨(dú)工作。
[0031]槳片剖面的形狀可以是三角形、梯形、矩形、半月形等魚尾形狀。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.橫開式仿生雙尾槳，其特征是:包括主軸、第一子槳、第二子槳，主軸安裝在船舶的尾部或側(cè)面，主軸的端部設(shè)置主軸齒輪，主軸齒輪與船舶內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連，第一子槳包括至少兩個(gè)槳片，槳片的軸線上安裝槳片軸，槳片軸的端部安裝槳片齒輪，主軸上設(shè)置槳片軸孔，槳片通過槳片軸和槳片軸孔的配合安裝在主軸上，主軸內(nèi)部設(shè)置液壓驅(qū)動(dòng)的鏈齒，槳片齒輪與鏈齒嚙合，第二子槳與第一子槳結(jié)構(gòu)相同，第二子槳的槳片按照與第一子槳槳片相同的方式安裝在主軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫開式仿生雙尾槳，其特征是:第一子槳和第二子槳的槳片繞其槳片軸旋轉(zhuǎn)的角度為0-90度，從而使第一子槳和第二子槳處于推力產(chǎn)生狀態(tài)或槳面回復(fù)狀態(tài)兩種狀態(tài)，且第一子槳處于推力產(chǎn)生狀態(tài)時(shí)，第二子槳處于槳面回復(fù)狀態(tài)，第二子槳處于推力產(chǎn)生狀態(tài)時(shí)，第一子槳處于槳面回復(fù)狀態(tài)，同時(shí)第一子槳和第二子槳的兩種狀態(tài)交替轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的橫開式仿生雙尾槳，其特征是:第一子槳和第二子槳之間的夾角為60度-90度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的橫開式仿生雙尾槳，其特征是:主軸橫向或豎向安裝在船舶的尾部或側(cè)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的橫開式仿生雙尾槳，其特征是:主軸橫向或豎向安裝在船舶的尾部或側(cè)面。
【專利摘要】本實(shí)用新型的目的在于提供橫開式仿生雙尾槳，包括主軸、第一子槳、第二子槳，主軸安裝在船舶的尾部或側(cè)面，主軸的端部設(shè)置主軸齒輪，主軸齒輪與船舶內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連，第一子槳包括至少兩個(gè)槳片，槳片的軸線上安裝槳片軸，槳片軸的端部安裝槳片齒輪，主軸上設(shè)置槳片軸孔，槳片通過槳片軸和槳片軸孔的配合安裝在主軸上，主軸內(nèi)部設(shè)置液壓驅(qū)動(dòng)的鏈齒，槳片齒輪與鏈齒嚙合，第二子槳與第一子槳結(jié)構(gòu)相同，第二子槳的槳片按照與第一子槳槳片相同的方式安裝在主軸上。本實(shí)用新型參考魚類尾鰭，利用尾渦的高能區(qū)，使船舶通過旋轉(zhuǎn)尾槳槳頁(yè)獲得推力并實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的操控能力。比螺旋槳的水動(dòng)力噪聲更低、機(jī)械噪聲更低、推進(jìn)效率更高，節(jié)約能源。
【IPC分類】B63H1-36
【公開號(hào)】CN204548459
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520073619
【發(fā)明人】溫強(qiáng), 李文超, 盆曉敏, 李翠翠
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日