专利名称：仿鱼形吊舱推进器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种船舶结构技术领域的构件，具体地说，是一种仿鱼形吊舱推进器。
背景技术：
吊舱式推进器的概念源于破冰船，最早是在19世纪八十年代末期提出来的。当时，芬兰海事局试图寻求在冰区航行具有更高性能的破冰船的解决方案，初步设想是推进电机能够提供任意方位的推进力。随后，ABB便提出了Azipod的原型方案，并提交给Kvaerner Masa船厂制造。该推进器主要包括吊舱和螺旋桨两部分。吊舱由支架悬挂在船体的下面，可以全方位地旋转。电机置于吊舱里面，电机的定子固定在吊舱的壳体上，电机的转子就是螺旋桨的轴，并直接驱动螺旋桨。船舶的推进系统和转舵装置集成为一体，节省了船舱内的空间。由于吊舱可360度全方位旋转，并在任何需要的方向产生推进力，因而省去了传统推进器的舵和侧推装置，使得船舶的机动性有所提高。在吊舱式推进器实际应用过程中，出现了一些问题，主要集中在轴承磨损和密封破损两个方面。对吊舱采用的轴承和密封技术都是久经考验的，当前出现的问题不在吊舱本身，而在水动力学问题。分析其具体原因，在吊舱的实际操作中，需要比较大的操舵角来保持航向，进入螺旋桨的水流的不均匀性会不断增加，从而产生空化现象，导致轴承过早磨损、密封破损。
经对现有技术的文献检索发现，美国专利公开号5947779，
公开日为1999年9月7日，专利名称为PROPULSION DEVICE(推进装置)。该专利描述了一种由ABB公司提出的船舶用吊舱推进器，该推进器包括一个可旋转的水下推进吊舱、一个定距螺旋桨和一个旋转轴。推进吊舱内部安装有推进电机，电机转子轴与螺旋桨轴相连，螺旋桨由止推轴承固定在推进吊舱内，旋转轴的一端连接推进吊舱，一端由止推轴承安装在船体上。旋转轴的上部末端可以调整以使旋转轴和螺旋桨轴垂直。如上所述的吊舱式推进器，其不足之处是在实际应用过程中曾出现漏水、螺旋桨轴承过度磨损等现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种仿鱼形吊舱推进器，使其对单一流线形的吊舱外形进行优化，有效地改善尾流场，改善吊舱水动力性能，提高整个推进器的推进效率。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括吊舱体、支架、电机轴承、联轴器、螺旋桨、螺旋桨轴承、推进电机定子、推进电机转子、尾鳍、两个侧鳍，吊舱体与支架固连，螺旋桨的一端通过螺旋桨轴承固设在吊舱体内，推进电机定子通过电机轴承和支架设在吊舱体内，推进电机转子的轴与螺旋桨的轴通过联轴器连接在一起，尾鳍和侧鳍分别与吊舱体光滑过渡连接，以降低产生空化现象的可能性。
所述的吊舱体，其外形为鱼形。
所述的吊舱体，其截面为椭圆形，其椭圆度≤3％。
从理论上讲，吊舱体的最大截面处的直径越小，越有利于推进性能的改善，但受到电机尺寸的限制，有一个最小值。而螺旋桨的直径是根据推进电机的功率，螺旋桨的直径越大，推进功率越高，但受到结构的限制，有一个最大直径。因此，所述的吊舱体，其最大截面处的直径与螺旋桨直径比值的范围为0.4～0.5。
所述的支架的截面形状为椭圆形或者翼形，以加强吊舱体的推进性能。
所述的螺旋桨，其桨毂与吊舱体连接的锥度角为15～20°。
所述的螺旋桨为导管式螺旋桨。
所述的尾鳍为单尾鳍或者双尾鳍。
所述的侧鳍为翼形。
本发明的安装包括两种方式推式吊舱体安装和拖式吊舱体安装。推式安装时，螺旋桨的一侧朝下方倾斜；拖式安装时，螺旋桨的一侧朝上方倾斜。对于以上两种安装方式而言，推进电机转子的轴线和船体的平面之间的角度为5～8°，以增加吊舱体的稳定性。
本发明的工作过程和工作原理是整个吊舱推进器可以实现船舶的推进及转向功能，即集成了普通船舶的螺旋桨和舵。在船舶前进过程中，推进电机转子通过联轴器带动螺旋桨旋转，为船舶提供动力。当推式吊舱安装时，尾鳍和侧鳍可以改善螺旋桨的进流，从而可以改善螺旋桨的水动力性能，改善螺旋桨轴承和电机轴承的受力环境，提高轴承的寿命；当拖式吊舱安装时，尾鳍和侧鳍可以改善吊舱的尾流场，从而提高整个推进器的推进效率。当船舶需要改变航向时，由支架带动吊舱体旋转一定的角度，在预定方向产生推进力，使船舶按预定方向行驶，此时尾鳍和侧鳍可以有效改善吊舱回转时的流场，提高吊舱的回转性能。推进电机的定子直接靠近吊舱体壁，可以借助吊舱外部流体的流动散热。
本发明的有益效果是根据仿生学原理改进吊舱体的外形，把整个吊舱体设计成鱼形，加装尾鳍和侧鳍。与普通吊舱推进器相比，在船舶前进时，该仿鱼形吊舱推进器可以改善螺旋桨的进流及吊舱的尾流场，从而改善螺旋桨的水动力性能，提高整个推进器的效率约2％到3％；在船舶转向时，可以改善吊舱的回转流场，从而改善吊舱的回转性能，提高吊舱的操纵性能。优化的水动力性能可以改善螺旋桨轴承及密封部件的受力，延缓磨损及破损，提高电机轴承及螺旋桨轴承的使用寿命。
图1是本发明结构示意2是吊舱体外形俯视3是本发明的安装示意图其中，(a)为推式吊舱安装，(b)为拖式吊舱安装。
具体实施例方式
如图1、2所示，本发明包括吊舱体1、支架2、电机轴承3、联轴器4、螺旋桨5、螺旋桨轴承6、推进电机定子7、推进电机转子8、尾鳍9、两个侧鳍10，吊舱体1与支架2固连，螺旋桨5的一端通过螺旋桨轴承6固设在吊舱体1内，推进电机定子7通过电机轴承3和支架设在吊舱体1内，推进电机转子8的轴与螺旋桨5的轴通过联轴器4连接在一起，尾鳍9和侧鳍10分别与吊舱体1光滑过渡连接。
所述的吊舱体1，其外形为鱼形。
所述的吊舱体1，其截面为椭圆形，其椭圆度≤3％。
所述的吊舱体1，其最大截面处的直径与螺旋桨直径比值的范围为0.4～0.5。
所述的支架2的截面形状为椭圆形或者翼形。
所述的螺旋桨5，其桨毂与吊舱体1连接的锥度角为15～20°。
所述的螺旋桨5为导管式螺旋桨。
所述的尾鳍9为单尾鳍或者双尾鳍。
所述的侧鳍10为翼形。
本发明的安装包括两种方式推式吊舱体安装和拖式吊舱体安装。如图3(a)所示，推式安装时，螺旋桨5的一侧朝下方倾斜；如图3(b)所示，拖式安装时，螺旋桨5的一侧朝上方倾斜。对于以上两种安装方式而言，推进电机转子8的轴线和船体11的平面之间的角度为5～8°。
权利要求
1.一种仿鱼形吊舱推进器，包括吊舱体(1)、支架(2)、电机轴承(3)、联轴器(4)、螺旋桨(5)、螺旋桨轴承(6)、推进电机定子(7)、推进电机转子(8)，其特征在于，还包括尾鳍(9)、两个侧鳍(10)，吊舱体(1)与支架(2)固连，螺旋桨(5)的一端通过螺旋桨轴承(6)固设在吊舱体(1)内，推进电机定子(7)通过电机轴承(3)和支架设在吊舱体(1)内，推进电机转子(8)的轴与螺旋桨(5)的轴通过联轴器(4)连接在一起，尾鳍(9)和侧鳍(10)分别与吊舱体(1)光滑过渡连接。
2.根据权利要求1所述的仿鱼形吊舱推进器，其特征是，所述的吊舱体(1)，其外形为鱼形。
3.根据权利要求1所述的仿鱼形吊舱推进器，其特征是，所述的吊舱体(1)，其截面为椭圆度≤3％的椭圆形。
4.根据权利要求3所述的仿鱼形吊舱推进器，其特征是，所述的吊舱体(1)，其最大截面处的直径与螺旋桨直径比值的范围为0.4～0.5。
5.根据权利要求1所述的仿鱼形吊舱推进器，其特征是，所述的支架(2)的截面形状为椭圆形或者翼形。
6.根据权利要求1所述的仿鱼形吊舱推进器，其特征是，所述的螺旋桨(5)，其桨毂与吊舱体(1)连接的锥度角为15～20°。
7.根据权利要求6所述的仿鱼形吊舱推进器，其特征是，所述的螺旋桨(5)为导管式螺旋桨。
8.根据权利要求1所述的仿鱼形吊舱推进器，其特征是，所述的推进电机转子(8)，其轴线和船体(11)的平面之间的角度为5～8°。
9.根据权利要求1所述的仿鱼形吊舱推进器，其特征是，所述的尾鳍(9)为单尾鳍或者双尾鳍。
10.根据权利要求1所述的仿鱼形吊舱推进器，其特征是，所述的侧鳍(10)为翼形。
全文摘要
一种仿鱼形吊舱推进器，属于船舶推进领域。本发明包括吊舱体、支架、电机轴承、联轴器、螺旋桨、螺旋桨轴承、推进电机定子、推进电机转子、尾鳍、两个侧鳍，吊舱体与支架固连，螺旋桨的一端通过螺旋桨轴承固设在吊舱体内，推进电机定子通过电机轴承和支架设在吊舱体内，推进电机转子的轴与螺旋桨的轴通过联轴器连接在一起，尾鳍和侧鳍分别与吊舱体光滑过渡连接。本发明对单一流线形的吊舱外形进行优化，有效地改善尾流场，改善吊舱水动力性能，提高整个推进器的推进效率。
文档编号B63H5/00GK1749104SQ200510030439
公开日2006年3月22日 申请日期2005年10月13日 优先权日2005年10月13日
发明者董涛, 王志新 申请人:上海交通大学