专利名称：基于自重构原理的螺旋桨的制作方法
技术领域：
本发明属于机械船舶驱动技术领域，涉及一种自重构新型节能高效螺旋桨，具体
指该螺旋桨具有自重构功能，可以根据其转动位置周期性地自动实现桨叶的展开和合拢， 实现推进力的最大化和水的阻力的最小化。
背景技术：
随着船舶工业的发展和社会的进步，船舶交通运输对我国国民经济的发展起到了 一定的促进作用。二十一世纪的造船业，必须满足海上运输革新的需求，集中解决船舶配套 瓶颈，降低船体阻力，提高推进效率，节约能源，降低成本，适应海上运输高速化趋势。船舶 螺旋桨作为现代船舶应用最为广泛的推进器，是船舶最主要的辅助配套装置之一，为船舶 提供动力。由于目前普通螺旋桨的机构设计方面并无突破性进展以及存在推进效率偏低等 缺陷，因而造成能源的极大浪费，运输成本较高，故研究船舶螺旋桨的性能，设计性能优良、 船体和主机配合良好的螺旋桨，对提高现代舰船的综合性能和节约资源有着非常重要的意 义。
发明内容
本发明根据机构的自重构原理，提供了一种新型节能高效的螺旋桨，该螺旋桨能
够根据自身转动位置，自动实现桨叶的展开和合拢。本发明的螺旋桨主要由桨毂和桨叶机
构组成。桨毂为转盘式，转盘旋转方向与船体运动方向一致。四个桨叶机构均布在桨毂周
向。桨叶机构主要由自动开闭桨叶、凸轮机构、叉形控制器、调节锤和拨叉器组成。 转盘式的桨毂安装在船体两侧，用于驱动船只直行或转弯。桨叶机构均匀分布在
转盘式桨毂的周向。其自动开闭桨叶是由两片左右对称的平板式桨叶通过转动铰链联接，
可以在垂直于船体运动方向上展开或合拢。为了使桨叶在划水方向展开后锁紧，在桨毂平
面径向方向上设有调节锤及其滑道。其中，调节锤可以在滑道内自由滑动。当桨叶在划水
方向展开时，调节锤在离心力的作用下运动到滑道最外侧，从而卡住桨叶的两侧，保证其完
全张开。为防止调节锤在桨叶展开后松动，在调节锤滑道最内侧安装了叉形控制器。在桨
叶从完全合拢状态过渡到完全展开状态过程中，为了保证桨叶的可靠展开，在需要桨叶展
开的位置处设计了一个拨叉器，当桨叶运转到与拨叉器接触时，合拢的桨叶将在拨叉器的
张力作用下强制将桨叶展开到一定的角度，这样就为桨叶的完全展开提供了前提条件，接
着调节锤将在离心力的作用下运动到桨叶的表面，保证桨叶完全展开。为了保证桨叶的准
确合拢，在桨毂的内侧设计了一套凸轮机构，当桨叶运转到此位置时，叉形控制器在凸轮机
构的作用下将调节锤从促进桨叶展开的位置移动到桨毂转盘圆周的根部，从而可顺利实现
桨叶的完全合拢。 本发明的有益效果是 1、螺旋桨在桨叶运转到不利于船舶航行的位置时，桨叶完全合拢实现桨叶与水接 触面积最小。当桨叶处于有利于船舶推进的划水位置时，叶片自动展开与行驶方向垂直，最大面积地与水接触，从而产生最大的推进力。因此，具有高效、节能的特点，且对吃水深度无 严格要求。 2、船只周向可安装四套此类型螺旋桨，以最大限度地提高船只行驶效率。使船只 具有改变航向方便，机动性能好的优点，同时还可甩掉船舵。 3、安全、环保，且便于安装拆卸、运输和维护。由于本发明完全为机械运动装置，以 最简练可靠的机构部件和最少的驱动部件实现了推进系统效率的提高，对周围环境无公害 或污染。安装拆卸、运输非常简单，整体性的维护安全方便。
图1所示为本发明的螺旋桨的结构示意图；
图2是桨叶完全展开状态示意图；
图3是拨叉器结构控制桨叶展开示意图； 图4是将本发明的螺旋桨结构安装在船只上的分布示意图。
图中 1.轴套 2.主轴 3.桨毂 4.桨叶机构 401.桨
叶402凸轮机构 403.叉形控制器404.调节锤 405.拨叉器 406.滑
道 407.止动片 5.船只
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 如图1所示的是本发明提供的螺旋桨结构示意图，本发明提供的螺旋桨包括桨毂 3和桨叶机构4。所述的桨毂3采用转盘式结构，四个桨叶机构4均布在桨毂3的四周，所 述的桨毂3固定连接在主轴2上，主轴2外套有轴套1，轴套1 一端固定在船体上。工作时， 转盘式的桨毂3安装在船体两侧，用于驱动船只直行或转弯，主轴2带动桨毂3转动从而使 四个桨叶机构4周期性工作，进而为船体运动提供推力。 如图1、图2所示，所述的每个桨叶机构4包括自动开闭桨叶401、凸轮机构402和 叉形控制器403、调节锤404和拨叉器405。每个桨叶机构4具有两片左右对称的平板式桨 叶401，如图2所示的是两个桨叶401完全展开的状态图，两个桨叶401均固定在桨毂3圆 盘径向方向，每个桨叶机构4中的两片桨叶401之间通过转动铰链联接，桨叶401可以在垂 直于船体运动方向上展开或合拢，展开范围为0 180度，由桨叶401展开后背面的止动片 407限制桨叶401的展开最大角度。如图2，在桨叶401安装方向设有滑道406，滑道406内 装可沿其自由滑动的调节锤404。为防止调节锤404在桨叶401展开后松动，在滑道406最 内侧(靠近桨叶401根部位置)安装了叉形控制器403，铰接在桨毂3圆盘上。凸轮机构 402和拨叉器405均固接在轴套1上，凸轮机构402安装在桨叶401合拢(完全合拢)位置 处，拨叉器405自由端桨叶401半展开状态处，用于控制半展开位置处的桨叶401。
如图1，螺旋桨的四个桨叶机构4在工作时，有四个工作状态，分别是状态A(0。) 两片桨叶401完全合拢；状态B(9(T ):两片桨叶401半展开；状态C(18(T ):两片桨叶401完全展开；状态D(270。)两片桨叶401半合拢。螺旋桨工作过程中，桨毂3的旋转带 动桨叶机构4周期性的完成桨叶从完全合拢到半展开、再到完全展开和半合拢、再次完全 合拢的过程。当需要桨叶401由完全展开状态C到完全合拢状态A时，两片桨叶401在水 的阻力作用下因为铰链式联接而旋转成半合拢状态D，减少水阻力；当需要桨叶401由完全 合拢状态A到完全展开状态C时，桨叶401将在调节锤404的离心力和桨叶401左侧拨叉 器405的共同作用下经过半展开状态B，继续旋转后完全展开呈状态C，达到最大推进力。
当桨叶401划至0。 90°时，如图1所示的状态A和状态B两个位置之间，两片 桨叶401在其自身重力克服水阻力的作用下慢慢打开，由完全合拢状态A逐步过渡到半展 开状态B ;当桨叶划至90。 180°时，两片桨叶401在其自身重力向外展开，调节锤404 受离心力作用而由桨毂3根部向桨叶401方向滚动，桨叶401接触到拨叉器405后，拨叉器 405给桨叶401—个初始张开的作用，从而使桨叶401自动完全展开(状态C)，此时，由于 止动片407对左右桨叶401展开的最大夹角控制在180° ，因而由调节锤404和叉形控制器 403控制桨叶401自动展开形成的平面垂直于前进方向(状态C)，此时调节锤404位于桨叶 401根部的桨叶展开平面内，即滑道406的最远端，从而使桨叶401最大面积地与水接触，产 生最大的推进力；当桨叶401划至180。 270°时，桨叶401在其自身重力和水阻力共同 作用下由完全展开状态C逐步过渡到半合拢状态D;当桨叶401划至270。 360° (0° ) 时，凸轮机构402通过带动叉形控制器403将调节锤404拉至滑道406根部，即远离桨叶 401方向，桨叶401在水的阻力以及叉形控制器403的反作用力下将由半合拢状态D逐步过 渡到完全合拢状态A，此时，桨叶平面与船舶行驶方向平行，可减少船舶行驶时水的阻力，从 而提高了推进效率。至此，此对桨叶401完成了一个运动周期。 在桨叶401从完全合拢状态A过渡到完全展开状态C过程中，为了保证桨叶401 的可靠展开，在轴套1上安装了一个拨叉器405，拨叉器405自由端位于半展开状态B位置 处，如图3，当桨叶401运转到与拨叉器405接触时，半合拢的桨叶401将在拨叉器405的张 力作用下强制将桨叶401展开到一定的角度，这样就为桨叶401的完全展开提供了前提条 件，接着调节锤404将在离心力的作用下运动到桨叶401的表面，与止动片407共同作用将 桨叶401完全展开。 所述的凸轮机构402如图4所示，为了减少水的阻力，当桨叶401运转到不利于船 舶航行的位置时，桨叶401必须完全合拢才能实现桨叶401与水接触面积最小，从而负阻力 最小。为了保证桨叶401的准确合拢，在轴套1上靠近桨毂3的一侧设计了一套凸轮机构 402，当桨叶401运转到此凸轮机构402位置时，叉形控制器403将在凸轮机构402的作用 下将调节锤404从促进桨叶401展开的位置移动到桨毂3转盘圆周的根部，从而可顺利实 现桨叶401的完全合拢，因此，凸轮机构402主要起到保证桨叶401完全合拢的作用。
在普通船只5上可以同时安装有四套或六套同类本发明提供的螺旋桨装置，如图 4所示，在行驶过程中遇到大风大浪和急流时，船只5的稳定性好，驱动力大，战水能力强； 在转弯和改变航向时，机动性能好、灵敏度高，通过调解决不同螺旋桨的转速就可以调节船 只5的方向。
权利要求
基于自重构原理的螺旋桨，其特征在于所述的螺旋桨主要由桨毂和桨叶机构组成，桨毂与主轴联接，主轴外有固定在船体上的轴套；所述的桨毂采用转盘式结构，桨叶机构均布在桨毂的四周；所述的桨叶机构主要由自动开闭桨叶、凸轮机构、叉形控制器、调节锤和拨叉器组成；所述的自动开闭桨叶是由两片左右对称的平板式桨叶通过转动铰链联接，在桨毂平面径向方向上设有调节锤及其滑道，其中，调节锤可以在滑道内滑动；所述的凸轮机构设置在桨毂内侧的轴套上，与桨叶完全合拢的位置相对应；所述的叉形控制器设置在滑道最内侧，铰接在桨毂圆盘上；所述的拨叉器设置在轴套上，拨叉器的自由端位于需要桨叶展开的位置处。
2. 根据权要求l所述的基于自重构原理的螺旋桨，其特征在于在螺旋桨转动过程中， 沿桨毂圆周分布的四个桨叶机构按划水要求周期性顺序开闭，有四个工作状态，分别是状 态A :桨叶完全合拢；状态桨叶半展开；状态C :桨叶完全展开；状态D :桨叶半合拢。
3. 根据权利要求1或2所述的基于自重构原理的螺旋桨，其特征在于当桨叶运转到 不划水方向的状态A时，桨叶完全合拢实现桨叶与水接触面积最小，从而阻力最小；当桨叶 处于划水方向的状态C时，桨叶自动完全展开与行驶方向垂直，最大面积地与水接触，从而 产生最大的推力，达到节能高效的目的，对船体吃水深度无要求。
4. 根据权利要求1或2所述的基于自重构原理的螺旋桨，其特征在于当桨叶运转到 凸轮机构所在位置时，叉形控制器将在凸轮机构的作用下将调节锤从促进桨叶展开的位置 滑动到桨毂圆周的根部，从而实现桨叶的完全合拢。
5. 根据权利要求1或2所述的基于自重构原理的螺旋桨，其特征在于在桨叶从完全 合拢状态过渡到完全展开状态过程中，当桨叶运转到与拨叉器接触时，合拢的桨叶将在拨 叉器的张力作用下强制将桨叶展开到一定的角度，为其完全展开提供了前提条件，接着调 节锤将在离心力的作用下运动到桨叶的表面，将桨叶完全展开。
6. 根据权利要求1所述的基于自重构原理的螺旋桨，其特征在于在每艘船只上安装 四套或六套同类型螺旋桨，以最大限度地提高船只行驶效率，控制船只转弯，船只甩掉船舵 实现转弯。
全文摘要
本发明公开了一种基于自重构原理的螺旋桨，该螺旋桨主要由桨毂和桨叶机构组成，桨叶机构又包括自动开闭桨叶、凸轮机构、叉形控制器、调节锤和拨叉器，其中桨叶在运转过程中通过自重构实现自身自动开闭来达到减少水阻力，增大驱动力，从而实现高效推进。当其处于有利于船舶推进的划水位置时，叶片自动在垂直于船只行驶方向的平面内完全展开，产生强劲的推力，而当其处于阻碍船舶推进的划水位置时，叶片自动合拢，变成与行驶方向平行，不给行驶带来阻力，可大幅度地降低一般船舶推进时的无功损耗，提高船舶推进效率与平均行驶速度，最终达到节约能源与提高运输效率的目的。
文档编号B63H1/24GK101792018SQ20091024421
公开日2010年8月4日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者丁希仑, 张武翔, 李进宇, 王争荣 申请人:北京航空航天大学