專利名稱：基于自重構原理的螺旋槳的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機械船舶驅動技術領域，涉及一種自重構新型節(jié)能高效螺旋槳，具體
指該螺旋槳具有自重構功能，可以根據(jù)其轉動位置周期性地自動實現(xiàn)槳葉的展開和合攏， 實現(xiàn)推進力的最大化和水的阻力的最小化。
背景技術：
隨著船舶工業(yè)的發(fā)展和社會的進步，船舶交通運輸對我國國民經濟的發(fā)展起到了 一定的促進作用。二十一世紀的造船業(yè)，必須滿足海上運輸革新的需求，集中解決船舶配套 瓶頸，降低船體阻力，提高推進效率，節(jié)約能源，降低成本，適應海上運輸高速化趨勢。船舶 螺旋槳作為現(xiàn)代船舶應用最為廣泛的推進器，是船舶最主要的輔助配套裝置之一，為船舶 提供動力。由于目前普通螺旋槳的機構設計方面并無突破性進展以及存在推進效率偏低等 缺陷，因而造成能源的極大浪費，運輸成本較高，故研究船舶螺旋槳的性能，設計性能優(yōu)良、 船體和主機配合良好的螺旋槳，對提高現(xiàn)代艦船的綜合性能和節(jié)約資源有著非常重要的意 義。

發(fā)明內容
本發(fā)明根據(jù)機構的自重構原理，提供了一種新型節(jié)能高效的螺旋槳，該螺旋槳能
夠根據(jù)自身轉動位置，自動實現(xiàn)槳葉的展開和合攏。本發(fā)明的螺旋槳主要由槳轂和槳葉機
構組成。槳轂為轉盤式，轉盤旋轉方向與船體運動方向一致。四個槳葉機構均布在槳轂周
向。槳葉機構主要由自動開閉槳葉、凸輪機構、叉形控制器、調節(jié)錘和撥叉器組成。 轉盤式的槳轂安裝在船體兩側，用于驅動船只直行或轉彎。槳葉機構均勻分布在
轉盤式槳轂的周向。其自動開閉槳葉是由兩片左右對稱的平板式槳葉通過轉動鉸鏈聯(lián)接，
可以在垂直于船體運動方向上展開或合攏。為了使槳葉在劃水方向展開后鎖緊，在槳轂平
面徑向方向上設有調節(jié)錘及其滑道。其中，調節(jié)錘可以在滑道內自由滑動。當槳葉在劃水
方向展開時，調節(jié)錘在離心力的作用下運動到滑道最外側，從而卡住槳葉的兩側，保證其完
全張開。為防止調節(jié)錘在槳葉展開后松動，在調節(jié)錘滑道最內側安裝了叉形控制器。在槳
葉從完全合攏狀態(tài)過渡到完全展開狀態(tài)過程中，為了保證槳葉的可靠展開，在需要槳葉展
開的位置處設計了一個撥叉器，當槳葉運轉到與撥叉器接觸時，合攏的槳葉將在撥叉器的
張力作用下強制將槳葉展開到一定的角度，這樣就為槳葉的完全展開提供了前提條件，接
著調節(jié)錘將在離心力的作用下運動到槳葉的表面，保證槳葉完全展開。為了保證槳葉的準
確合攏，在槳轂的內側設計了一套凸輪機構，當槳葉運轉到此位置時，叉形控制器在凸輪機
構的作用下將調節(jié)錘從促進槳葉展開的位置移動到槳轂轉盤圓周的根部，從而可順利實現(xiàn)
槳葉的完全合攏。 本發(fā)明的有益效果是 1、螺旋槳在槳葉運轉到不利于船舶航行的位置時，槳葉完全合攏實現(xiàn)槳葉與水接 觸面積最小。當槳葉處于有利于船舶推進的劃水位置時，葉片自動展開與行駛方向垂直，最大面積地與水接觸，從而產生最大的推進力。因此，具有高效、節(jié)能的特點，且對吃水深度無 嚴格要求。 2、船只周向可安裝四套此類型螺旋槳，以最大限度地提高船只行駛效率。使船只 具有改變航向方便，機動性能好的優(yōu)點，同時還可甩掉船舵。 3、安全、環(huán)保，且便于安裝拆卸、運輸和維護。由于本發(fā)明完全為機械運動裝置，以 最簡練可靠的機構部件和最少的驅動部件實現(xiàn)了推進系統(tǒng)效率的提高，對周圍環(huán)境無公害 或污染。安裝拆卸、運輸非常簡單，整體性的維護安全方便。


圖1所示為本發(fā)明的螺旋槳的結構示意圖；
圖2是槳葉完全展開狀態(tài)示意圖；
圖3是撥叉器結構控制槳葉展開示意圖； 圖4是將本發(fā)明的螺旋槳結構安裝在船只上的分布示意圖。
圖中 1.軸套 2.主軸 3.槳轂 4.槳葉機構 401.槳
葉402凸輪機構 403.叉形控制器404.調節(jié)錘 405.撥叉器 406.滑
道 407.止動片 5.船只
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。 如圖1所示的是本發(fā)明提供的螺旋槳結構示意圖，本發(fā)明提供的螺旋槳包括槳轂 3和槳葉機構4。所述的槳轂3采用轉盤式結構，四個槳葉機構4均布在槳轂3的四周，所 述的槳轂3固定連接在主軸2上，主軸2外套有軸套1，軸套1 一端固定在船體上。工作時， 轉盤式的槳轂3安裝在船體兩側，用于驅動船只直行或轉彎，主軸2帶動槳轂3轉動從而使 四個槳葉機構4周期性工作，進而為船體運動提供推力。 如圖1、圖2所示，所述的每個槳葉機構4包括自動開閉槳葉401、凸輪機構402和 叉形控制器403、調節(jié)錘404和撥叉器405。每個槳葉機構4具有兩片左右對稱的平板式槳 葉401，如圖2所示的是兩個槳葉401完全展開的狀態(tài)圖，兩個槳葉401均固定在槳轂3圓 盤徑向方向，每個槳葉機構4中的兩片槳葉401之間通過轉動鉸鏈聯(lián)接，槳葉401可以在垂 直于船體運動方向上展開或合攏，展開范圍為0 180度，由槳葉401展開后背面的止動片 407限制槳葉401的展開最大角度。如圖2，在槳葉401安裝方向設有滑道406，滑道406內 裝可沿其自由滑動的調節(jié)錘404。為防止調節(jié)錘404在槳葉401展開后松動，在滑道406最 內側(靠近槳葉401根部位置)安裝了叉形控制器403，鉸接在槳轂3圓盤上。凸輪機構 402和撥叉器405均固接在軸套1上，凸輪機構402安裝在槳葉401合攏(完全合攏)位置 處，撥叉器405自由端槳葉401半展開狀態(tài)處，用于控制半展開位置處的槳葉401。
如圖1，螺旋槳的四個槳葉機構4在工作時，有四個工作狀態(tài)，分別是狀態(tài)A(0。) 兩片槳葉401完全合攏；狀態(tài)B(9(T ):兩片槳葉401半展開；狀態(tài)C(18(T ):兩片槳葉401完全展開；狀態(tài)D(270。)兩片槳葉401半合攏。螺旋槳工作過程中，槳轂3的旋轉帶 動槳葉機構4周期性的完成槳葉從完全合攏到半展開、再到完全展開和半合攏、再次完全 合攏的過程。當需要槳葉401由完全展開狀態(tài)C到完全合攏狀態(tài)A時，兩片槳葉401在水 的阻力作用下因為鉸鏈式聯(lián)接而旋轉成半合攏狀態(tài)D，減少水阻力；當需要槳葉401由完全 合攏狀態(tài)A到完全展開狀態(tài)C時，槳葉401將在調節(jié)錘404的離心力和槳葉401左側撥叉 器405的共同作用下經過半展開狀態(tài)B，繼續(xù)旋轉后完全展開呈狀態(tài)C，達到最大推進力。
當槳葉401劃至0。 90°時，如圖1所示的狀態(tài)A和狀態(tài)B兩個位置之間，兩片 槳葉401在其自身重力克服水阻力的作用下慢慢打開，由完全合攏狀態(tài)A逐步過渡到半展 開狀態(tài)B ;當槳葉劃至90。 180°時，兩片槳葉401在其自身重力向外展開，調節(jié)錘404 受離心力作用而由槳轂3根部向槳葉401方向滾動，槳葉401接觸到撥叉器405后，撥叉器 405給槳葉401—個初始張開的作用，從而使槳葉401自動完全展開(狀態(tài)C)，此時，由于 止動片407對左右槳葉401展開的最大夾角控制在180° ，因而由調節(jié)錘404和叉形控制器 403控制槳葉401自動展開形成的平面垂直于前進方向(狀態(tài)C)，此時調節(jié)錘404位于槳葉 401根部的槳葉展開平面內，即滑道406的最遠端，從而使槳葉401最大面積地與水接觸，產 生最大的推進力；當槳葉401劃至180。 270°時，槳葉401在其自身重力和水阻力共同 作用下由完全展開狀態(tài)C逐步過渡到半合攏狀態(tài)D;當槳葉401劃至270。 360° (0° ) 時，凸輪機構402通過帶動叉形控制器403將調節(jié)錘404拉至滑道406根部，即遠離槳葉 401方向，槳葉401在水的阻力以及叉形控制器403的反作用力下將由半合攏狀態(tài)D逐步過 渡到完全合攏狀態(tài)A，此時，槳葉平面與船舶行駛方向平行，可減少船舶行駛時水的阻力，從 而提高了推進效率。至此，此對槳葉401完成了一個運動周期。 在槳葉401從完全合攏狀態(tài)A過渡到完全展開狀態(tài)C過程中，為了保證槳葉401 的可靠展開，在軸套1上安裝了一個撥叉器405，撥叉器405自由端位于半展開狀態(tài)B位置 處，如圖3，當槳葉401運轉到與撥叉器405接觸時，半合攏的槳葉401將在撥叉器405的張 力作用下強制將槳葉401展開到一定的角度，這樣就為槳葉401的完全展開提供了前提條 件，接著調節(jié)錘404將在離心力的作用下運動到槳葉401的表面，與止動片407共同作用將 槳葉401完全展開。 所述的凸輪機構402如圖4所示，為了減少水的阻力，當槳葉401運轉到不利于船 舶航行的位置時，槳葉401必須完全合攏才能實現(xiàn)槳葉401與水接觸面積最小，從而負阻力 最小。為了保證槳葉401的準確合攏，在軸套1上靠近槳轂3的一側設計了一套凸輪機構 402，當槳葉401運轉到此凸輪機構402位置時，叉形控制器403將在凸輪機構402的作用 下將調節(jié)錘404從促進槳葉401展開的位置移動到槳轂3轉盤圓周的根部，從而可順利實 現(xiàn)槳葉401的完全合攏，因此，凸輪機構402主要起到保證槳葉401完全合攏的作用。
在普通船只5上可以同時安裝有四套或六套同類本發(fā)明提供的螺旋槳裝置，如圖 4所示，在行駛過程中遇到大風大浪和急流時，船只5的穩(wěn)定性好，驅動力大，戰(zhàn)水能力強； 在轉彎和改變航向時，機動性能好、靈敏度高，通過調解決不同螺旋槳的轉速就可以調節(jié)船 只5的方向。
權利要求
基于自重構原理的螺旋槳，其特征在于所述的螺旋槳主要由槳轂和槳葉機構組成，槳轂與主軸聯(lián)接，主軸外有固定在船體上的軸套；所述的槳轂采用轉盤式結構，槳葉機構均布在槳轂的四周；所述的槳葉機構主要由自動開閉槳葉、凸輪機構、叉形控制器、調節(jié)錘和撥叉器組成；所述的自動開閉槳葉是由兩片左右對稱的平板式槳葉通過轉動鉸鏈聯(lián)接，在槳轂平面徑向方向上設有調節(jié)錘及其滑道，其中，調節(jié)錘可以在滑道內滑動；所述的凸輪機構設置在槳轂內側的軸套上，與槳葉完全合攏的位置相對應；所述的叉形控制器設置在滑道最內側，鉸接在槳轂圓盤上；所述的撥叉器設置在軸套上，撥叉器的自由端位于需要槳葉展開的位置處。
2. 根據(jù)權要求l所述的基于自重構原理的螺旋槳，其特征在于在螺旋槳轉動過程中， 沿槳轂圓周分布的四個槳葉機構按劃水要求周期性順序開閉，有四個工作狀態(tài)，分別是狀 態(tài)A :槳葉完全合攏；狀態(tài)槳葉半展開；狀態(tài)C :槳葉完全展開；狀態(tài)D :槳葉半合攏。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的基于自重構原理的螺旋槳，其特征在于當槳葉運轉到 不劃水方向的狀態(tài)A時，槳葉完全合攏實現(xiàn)槳葉與水接觸面積最小，從而阻力最小；當槳葉 處于劃水方向的狀態(tài)C時，槳葉自動完全展開與行駛方向垂直，最大面積地與水接觸，從而 產生最大的推力，達到節(jié)能高效的目的，對船體吃水深度無要求。
4. 根據(jù)權利要求1或2所述的基于自重構原理的螺旋槳，其特征在于當槳葉運轉到 凸輪機構所在位置時，叉形控制器將在凸輪機構的作用下將調節(jié)錘從促進槳葉展開的位置 滑動到槳轂圓周的根部，從而實現(xiàn)槳葉的完全合攏。
5. 根據(jù)權利要求1或2所述的基于自重構原理的螺旋槳，其特征在于在槳葉從完全 合攏狀態(tài)過渡到完全展開狀態(tài)過程中，當槳葉運轉到與撥叉器接觸時，合攏的槳葉將在撥 叉器的張力作用下強制將槳葉展開到一定的角度，為其完全展開提供了前提條件，接著調 節(jié)錘將在離心力的作用下運動到槳葉的表面，將槳葉完全展開。
6. 根據(jù)權利要求1所述的基于自重構原理的螺旋槳，其特征在于在每艘船只上安裝 四套或六套同類型螺旋槳，以最大限度地提高船只行駛效率，控制船只轉彎，船只甩掉船舵 實現(xiàn)轉彎。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于自重構原理的螺旋槳，該螺旋槳主要由槳轂和槳葉機構組成，槳葉機構又包括自動開閉槳葉、凸輪機構、叉形控制器、調節(jié)錘和撥叉器，其中槳葉在運轉過程中通過自重構實現(xiàn)自身自動開閉來達到減少水阻力，增大驅動力，從而實現(xiàn)高效推進。當其處于有利于船舶推進的劃水位置時，葉片自動在垂直于船只行駛方向的平面內完全展開，產生強勁的推力，而當其處于阻礙船舶推進的劃水位置時，葉片自動合攏，變成與行駛方向平行，不給行駛帶來阻力，可大幅度地降低一般船舶推進時的無功損耗，提高船舶推進效率與平均行駛速度，最終達到節(jié)約能源與提高運輸效率的目的。
文檔編號B63H1/24GK101792018SQ20091024421
公開日2010年8月4日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權日2009年12月29日
發(fā)明者丁希侖, 張武翔, 李進宇, 王爭榮 申請人:北京航空航天大學