一种仿生吊舱推进器制造技术

本发明专利技术提供一种仿生吊舱推进器，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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生吊舱推进器
本专利技术涉及一种推进器，尤其涉及一种仿生吊舱推进器，属于吊舱推进器领域。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种仿生吊舱推进器。本专利技术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。本专利技术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，本专利技术的有益效果是：本专利技术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是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的坐标系的示意图；图3是本专利技术的侧视方向的示意图；图4是本专利技术的俯视方向的示意图。图中：仿生支柱1、螺旋桨2、永磁电机3、吊舱推进器舱体4、V是来流方向。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。结合图1至图4，本专利技术在推进器舱体4上方设置有仿生支柱1，在来流方向的支柱是由凹凸结构构成，舱体内设置有永磁电机3，舱体上设置有螺旋桨2。也即本专利技术是一种在支柱来流方向带有凹凸结构构成的新型吊舱推进器。其独特的结构能够改变来流，并且能够改变螺旋桨的尾流，干扰边界层中的漩涡状态，从而减少阻力，达到减阻增效的目的，并且能够使船舶具有好的操纵性。支柱前端的突起能够针对于来流，向液流中注入动力，使液流紧贴表面，延缓了桨叶高冲角时的失速；同时也改变了支柱边界层的厚度并干扰边界层中的漩涡状态，形成的流向涡有利于减少阻力，从而达到减阻增效的目的。减少了常规推进器主机功率的浪费，针对于常规的吊舱推进器也有所提高，提高了船舶能源利用的效率。本专利技术的吊舱推进器的支柱只有前端是凹凸状，后面的部分仍然是光滑的翼型。本专利技术前端的翼型的函数表达式为Y＝44.5sin(X*18π/900)，最大厚度处的函数表达式为Z＝4.45sin(X*18π/900)。综上，本专利技术涉及的是一种新型仿生吊舱推进器。该新型吊舱推进器的支柱迎流的一侧不是普通的翼型，而是仿座头鲸的状肢鳍的凹凸状。本专利技术的凹凸形式是按一定的函数形式设计的。该项技术有助于提高吊舱推进器大操舵角度时的性能，并且当船舶在直航时，使船舶的推进系统的阻力得到降低，对新型吊舱推进器的开发以及设计提出了一种全新的理念，并且能够提高航行器的操纵性能。该技术能够提高吊舱推进器的水动力性能的机理在于：凹凸机翼前缘两边的突起产生反向旋转的旋涡，向液流中注入动力，使液流紧贴表面，而不是像平滑机翼那样液流与表面分开，使得凹凸机翼延缓了高冲角时的失速；凹凸结节改变了机翼边界层的厚度并在边界层中产生有利旋向涡，进而得到减阻增升的效果。操舵角在失速前区时，前缘在不平滑结节影响下，在凸起两侧形成两个对向涡旋，随着流动进入凹谷汇合。涡的干扰下来流变得不再平稳，由于凹谷处逆压梯度更大，使得凹谷处流动率先分离，使得仿生鳍的整体升力系数下降；而此涡旋在大攻角时体现了更大的影响范围，且伴随着互相融合，尾部的涡旋变得更大，起到了对边界层内流体和外来流的混合作用，边界层能流体从外来流中获得更多的流向动量，使得逆压梯度快速下降，并伴随旋转带走物面流体，使得物面压力降低，产生吸力，吸附涡旋贴服于物面之上，延缓了边界层分离，并使得边界层分离不全翼段同时发生。该新型吊舱推进器具有较高的推进效率；其独特的支柱形式可以达到减阻，良好的操纵性能以及大舵角情况下的稳定性，故对船舶推进器的研制有着重要意义，具有发展前景。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生吊舱推进器，其特征在于：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。

【技术特征摘要】
1.一种仿生吊舱推进器，其特征在于：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。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：郭春雨，景涛，张佐天，赵大刚，魏少鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23