一种能降低螺旋桨空泡噪声的方法
【专利说明】
[0001]技术领域本发明涉及一种能降低螺旋桨空泡噪声的技术领域以及职业病防治领域，尤其是涉及舰船用螺旋桨降低噪声和提高螺旋桨效率的技术领域。
[0002]技术背景舰船辐射噪声主要由螺旋桨噪声、机械噪声及水动力噪声组成，在这三大噪声中，螺旋桨噪声占据主要地位，舰船低速航行中，螺旋桨未发生空泡前，舰船机械噪声最高，螺旋桨噪声次之，但相差不是很大，一旦发生空泡，在几千赫以上的中高频段主要是螺旋桨空泡噪声，随着空泡的发展，螺旋桨空泡噪声成为舰船总噪声中最主要的成分；有关人员进行了大量的实验研究，研究表明:舰船螺旋桨低频噪声是由离散谱噪声和宽带噪声组成，螺旋桨的低频离散谱噪声是由船尾伴流场和叶片的相互作用引起的，而低频宽带噪声是由船尾粘性湍流场和叶片的相互作用产生的；流场的不均匀性会使离散谱噪声级明显增加，不仅会影响舰船上人员的工作和休息，造成职业病的发生，同时也是被声呐探测发现的重要目标信号。目前使用的较为先进的导管螺旋桨和大侧斜螺旋桨仅是被动的解决了推力面和压力面(流场)的不均匀性，如导管螺旋桨的原理只是利用螺旋桨推进的水流作用到导管的管壁上的反作用力，以部分的增加流场的均匀性，而大侧斜螺旋桨是利用增加螺旋桨桨毂至桨叶的倾斜度，使水流通过桨叶之间的缝隙的流量增加来有限的实现增加流场的均匀性；两者都是被动的部分的解决了流场的均匀性问题，并不能满足降低螺旋桨空泡噪声和提高螺旋桨效率的需要。
[0003]鉴于上述存在的缺陷，本设计人积极研究创新以期创设一种方法，使其能降低螺旋桨空泡噪声和提高螺旋桨效率。
[0004]
【发明内容】
本发明的主要目的在于克服现有螺旋桨设计制造中存在的缺陷，提供一种新的方法，能够改变船尾伴流场的不均匀性，改善因螺旋桨空泡噪声和螺旋桨旋中高转速时而导致的“空推”现象，降低螺旋桨空泡噪声和提高螺旋桨推进效率，以改善舰船的噪声环境，减少职业病的发生和降低舰船被声呐探测发现的机率，提高舰船航速，具有极大的市场前景和军事方面的用途。
[0005]本发明主要通过以下技术方案实现:工作原理是螺旋桨在中低速运转时，绕流能够满足因螺旋桨推出水流而导致的推力面压力降低所需要的流速、压力、流量的水流，水流也会通过螺旋桨叶片之间的缝隙进行补充，但随着螺旋桨转速的不断提高，转速越来越快，通过螺旋桨叶片之间的缝隙的水流会越来越少，绕流虽然也会随着螺旋桨转速和舰船速度的提高而提高流速，但水流到达螺旋桨中心部分(浆毂周围)的越来越少，推力面和吸力面的压力差越来越大，由流体动力学可知，当水流绕经桨叶时，在吸力面上它的局部速度将大于未扰动的水流速度；在桨叶推力面上其绕流速度将小于未扰动的速度，根据伯努利方程式可以导出桨叶吸力面上的压力将小于末干扰时的水流压力，当螺旋桨的转速增加到某一定值时，桨叶的吸力面上的最大流速处的压力降到该处温度下的饱和蒸汽压力时，在吸力面上便会出现空泡，随着螺旋桨转速继续提高，空泡区域会逐渐扩大到整个桨叶吸力面，呈现“饱和蒸汽压状态”，“空泡”开始出现，直至会出现“空推”现象。如果在螺旋桨周围设置一种能平衡因随着螺旋桨转速的提高而导致螺旋桨叶片推力面和吸力面的压力差越来越大的平衡压力装置，在理论上来说，P ^ P ?时不产生空泡，而随着螺旋桨转速的提高，平衡压力装置会使螺旋桨叶片推力面和吸力面的压力一直保持在平衡状态，既一直P ^ P ?，所以不会产生空泡，螺旋桨的工作效率因为没有“空泡”的影响，亦不会出现“空推”现象，且由于平衡压力装置的设置，主螺旋桨的负荷系数变小，效率会随着转速的提高而得到提升。
[0006]本发明具有以下优点:1.可以通过整个平衡压力装置使螺旋桨周围流场的均匀性增加而降低离散谱的噪声；2.通过一定压力、流速、方向、角度的水流，改善船尾粘性湍流场和叶片的相互作用产生的升力脉动，降低低频宽带噪声；3.通过一定压力、流速、方向、角度的水流，可以以一定角度的水流直接冲击螺旋桨叶片，减少螺旋桨叶片推力面和吸力面的压力差，在舰船中高速行进时有效减少或延迟空泡的发生，以降低螺旋桨空泡噪声和职业病发病率，并能够提供一定的动力，提高旋桨工作效率；4.减少螺旋桨中高速运转时的“空推”现象。
[0007]具体实施实例:设置一种能平衡因随着螺旋桨转速的提高而导致螺旋桨叶片推力面和吸力面的压力差越来越大的平衡压力装置。装置包括:用于控制平衡压力装置的转速与主螺旋桨转速匹配的控制装置；用于提供平衡压力装置的动力装置；用于平衡压力装置的输出装置。平衡压力装置有被动式、主动式和主被动混合式等方式。1.被动式平衡压力装置是在舰船的底部设置两条圆滑的管道。进水口设置在舰船的中前部并设置进水开合装置，出水口设置在螺旋桨两侧；2.主动式平衡压力装置是在主螺旋桨两侧设置“反推”螺旋桨。3.主被动混合式是在被动式平衡压力装置的管道内设置增压装置。平衡压力装置的输出装置设置在主螺旋桨浆毂中心水平线两侧，在主螺旋桨的桨叶至桨根的延伸线上，并垂直于延伸线，在主螺旋桨叶梢外侧漩涡影响变小的位置，输出方向可以设置成顺着主螺旋桨的转向(以减少“空泡”噪声为主)，也可以跟主螺旋桨的转向相反(侧重于提高螺旋桨推进效率)。主动式平衡压力装置的输出装置的数量、功率、大小等根据设计能力与主螺旋桨相匹配并随着主螺旋桨的转速调节匹配，可以设计成固定式或隐藏式，动力独立提供。
[0008]舰船中低速行进时，平衡压力装置有水流向主螺旋桨喷出，水流按一定的角度和速度喷向螺旋桨，使螺旋桨周围流场的均匀性增加并能改善船尾粘性湍流场和叶片的相互作用产生的升力脉动，而降低离散谱和低频宽带噪声；舰船中高速行进时，水流的速度也相应增加，通过主控室的控制器，控制平衡压力装置的水流流速，水流流向主螺旋桨，能平衡螺旋桨叶片推力面和吸力面的压力差，推力面和吸力面的压力差减少，会有效地减少或延迟“空泡”的发生，螺旋桨因空泡化产生的噪声就会降低，而所产生的推力会随着螺旋桨转速的提高而增加；在尾部两侧设置防紊流板可以在高速行进以及存在着其他紊流时，减少紊流对螺旋桨和船舵的影响；使舰船可以安静、平稳、高效地行进。
[0009]以上所述，仅是本发明的较佳实例，并非对本发明做任何形式上的限制，任何人员，在上述揭示的本发明方案内，所做的任何变化、修饰、修改，均属本发明的技术方案内。
[0010]参考文献及术语解释
苏玉民，黄胜等，船舶螺旋桨理论，哈尔滨工程大学出版社，2013，1，ISBN978-7-5661-0531-8。
[0011][2] P某点的压力。
[0012][3] P 某点的饱和蒸汽压。
【主权项】
1.一种能降低螺旋桨空泡噪声的方法，其特征是，在螺旋桨的周围设置一种能平衡螺旋桨吸力面和推力面压力的平衡压力装置，装置包括: 用于控制平衡压力装置的转速与主螺旋桨转速匹配的控制装置； 用于提供平衡压力装置的动力装置； 用于平衡压力装置的输出装置。
2.根据权利I的要求，其特征是，平衡压力装置是一种被动平衡螺旋桨吸力面和推力面压力的装置。
3.根据权利I的要求，其特征是，平衡压力装置是一种主动平衡螺旋桨吸力面和推力面压力的装置。
4.根据权利I的要求，其特征是，平衡压力装置是一种被动、主动混合平衡螺旋桨吸力面和推力面压力的装置。
5.根据权利I的要求，平衡压力装置是折叠隐藏式。
6.根据权利I的要求，平衡压力装置不是折叠隐藏式。
【专利摘要】本发明公开了一种能降低螺旋桨空泡噪声的方法，设置一种能平衡随着螺旋桨转速的提高而导致螺旋桨叶片推力面和吸力面的压力差越来越大的平衡压力装置。装置包括：用于控制平衡压力装置的转速与主螺旋桨转速匹配的控制装置；用于提供平衡压力装置的动力装置；用于平衡压力装置的输出装置。能够改变舰船船尾伴流场的不均匀性，改善因螺旋桨空泡噪声和螺旋桨中高转速时而导致的“空推”现象，降低螺旋桨空泡噪声和提高螺旋桨推进效率，以改善舰船的噪声环境，减少职业病的发生和降低舰船被声呐探测发现的机率，提高舰船航速，具有极大的市场前景和军事方面的用途。
【IPC分类】B63H1-18
【公开号】CN104670448
【申请号】CN201510005828
【发明人】王东文, 王东武
【申请人】王东武
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月7日