一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器

 本发明涉及船舶与海洋工程，具体涉及一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器。

背景技术：

1、在全球贸易日益密集的今天，海上运输承担了世界大部分货物和资源的流通任务。船舶作为海上运输的核心工具，其推进系统的效率直接关联到能源消耗与运营成本。面对日益严峻的能源与环境挑战，船舶行业正在迫切寻求更加高效、节能的推进系统设计。

2、传统的船舶推进器设计在提高推进效率方面遇到了瓶颈。阻力、推进器效率不足以及能量损失是主要问题。现有技术中，虽然通过优化船型设计、改进节能附体等手段取得了一定的进步，但对于进一步减少阻力、优化能量利用仍有较大的提升空间。

3、现有无轴轮缘推进器技术主要集中在传统螺旋桨的节能改造上，但在实现全方位的能量管理和动力控制方面仍不足。尤其是在船舶操控性能要求更高的情况下，传统推进器难以同时满足效率和操控性的双重要求。

4、因此，开发一种能够在保持或提升推进效率的同时，实现能量的有效回收和高精度操控的新型推进器，对于提升船舶推进系统的性能和降低能源消耗至关重要。本发明正是在此背景下，提出一种创新的无轴轮缘矢量推进器，以期在船舶推进系统的设计和应用中实现新的突破。

技术实现思路

1、 发明目的：本发明提供了一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器，以解决现有技术中无轴轮缘推进器推进效率不高及转向困难的问题。

2、 本发明提供了一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器，包括：可变预旋导板组、无轴螺旋桨、可调角度能量回收助推叶轮、矢量推进组、环形导管；

3、 技术方案：本发明的一种具备矢量推进器的无轴轮缘推进器，包括可变预旋导板组、无轴螺旋桨、可调角度能量回收助推叶轮、矢量推进组、环形导管；

4、 所述可变预旋导板组包括数个剖面为机翼形的导板及附加襟翼，所述导板位于可变预旋导板组中附加襟翼前侧，其一端与所述圆轴连接器的径向轴连接，可围绕径向轴发生偏转；所述附加襟翼位于可变预旋导板组中导板后侧，其一端与所述圆轴连接器的径向轴连接，可围绕径向轴发生偏转。

5、 进一步地，所述可变预旋导板组的导板的攻角偏转范围为4°～12°；所述可变预旋导板组的附加襟翼的攻角偏转范围为8°～16°。

6、 进一步地，所述可变预旋导板组包括八个导板及八个附加襟翼；所述八个导板沿圆周均匀设置在轮缘内壁上；所述八个导板可同时控制偏转；所述八个附加襟翼位于所述导板后侧，并沿圆周均匀设置在轮缘内壁上；所述八个附加襟翼可在导板偏转的基础上进一步地增加偏转角度。

7、 所述无轴螺旋桨安装于所述环形导管驱动环槽内，与环形导管同轴；所述可变预旋导板组安装于无轴螺旋桨桨前的环形导管上；所述可调角度能量回收助推叶轮安装于无轴螺旋桨桨后的所述无轴螺旋桨的轮缘上。

8、 进一步地，所述可调角度能量回收助推叶轮包括数个助推叶片及轮缘基座，所述助推叶片沿径向均匀分布在所述轮缘基座径向连接杆上，其一端与所述轮缘基座径向连接杆径向连接，可围绕径向轴发生偏转。

9、 进一步地，所述可调角度能量回收助推叶轮的助推叶片的攻角偏转范围为6°～14°。

10、 进一步地，所述可调角度能量回收助推叶轮的轮缘基座安置在所述环形导管内侧的轮缘驱动环槽上，受无轴螺旋桨后旋转水流作用沿环形导管内测驱动环槽进行周向旋转并完成尾流能量回收及助推。

11、 进一步地，所述矢量推进组包括导流喷管、喷口鳞片、液压双节传动推杆、万向环、万向联轴器。所述导流喷管内部构造平直顺滑，可有效避免因导管形状的剧烈变化而导致导管流场的水动力性能恶化。

12、 进一步地，所述液压双节传动推杆、万向环、万向联轴器构成三维可偏转矢量执行机构，四个万向环径向固定于前置固定导管，四个液压双节传动推杆一端通过四个万向联轴器与四个万向环并联；四个液压双节传动推杆另一端通过四个万向联轴器与四个万向环并联，此侧四个万向环径向固定于后置活动导管；通过四个液压双节传动推杆的行程改变来调节万向环任意方向偏转和沿导流喷管轴线方向移动，可使导流喷口端实现六自由度偏转；后置活动导管内侧等间距的分布两排滑槽，喷口鳞片通过传动连杆在滑槽内移动，通过实现喷口鳞片发生不同的偏转角度实现导管尾端出流方向的改变。本发明采用双排滑槽轨道滑动式传动方法控制喷口鳞片，通过双排异步滑动的方式可有效实现矢量推进，且控制简单，传动执行结构少，可靠性高。

13、 进一步地，所述环形导管包括可变预旋导板安装槽、无轴螺旋桨驱动环槽、可调角度能量回收助推叶轮驱动环槽、矢量推进组安装槽；导管内部结构紧凑，外部线型呈流线型，避免了推进系统对船舶流线型的破坏。

14、 本发明的有益效果：

15、 本发明的一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器不仅在推进效率上有显著的提升，其可变预旋导板组和助推叶轮的设计也使得推进器能够在转向时更加灵活和精确。此外，能量回收助推叶轮的加入进一步提高了能量的利用率，有助于节能降耗。矢量推进机构通过液压双节传动推杆、万向环、万向联轴器等组件，实现了推进器喷口的三维空间偏转，从而为船舶提供了六自由度的动态控制能力。这种矢量推进系统使船舶能够在保持高速直行的同时，实现高效转向和定位，特别适用于对操控性能要求极高的海洋工程和特殊环境下的船舶操作。矢量推进机构的设计也考虑了流体力学的优化，使得推进喷口在偏转时能够维持一个与导管平滑过渡的椭圆形状，有效地减少了因喷口形状变化导致的能量损失和流体动力性能恶化，进而提升了推进效率和降低了噪声。这种设计使得本发明的推进器在实现矢量推进的同时，也大大提升了能量利用效率和环境适应性。整体而言，本发明的推进器提供了一种高效、节能且操作简便的船舶推进解决方案，符合现代船舶推进技术的发展趋势。

技术特征：

1.一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器，其特征在于：一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器，包括可变预旋导板组、无轴螺旋桨、可调角度能量回收助推叶轮、矢量推进组及环形导管，其中所述无轴螺旋桨安装于环形导管内部，与环形导管同轴。

2.根据权利要求1所述的一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器，其特征在于，其中所述可变预旋导板组包括多个机翼型导板及附加襟翼，所述导板及附加襟翼均可围绕与圆轴连接器的径向轴发生偏转，以调整水流进入无轴螺旋桨前的旋转方向。

3.根据权利要求2所述的一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器，其特征在于，其中所述导板的攻角偏转范围为4°至12°。

4.根据权利要求1所述的一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器，其中所述可调角度能量回收助推叶轮安装于无轴螺旋桨的轮缘上，用以回收螺旋桨后方的旋转水流能量，并辅助推进。

5.根据权利要求4所述的一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器，其特征在于，其中所述能量回收助推叶轮的攻角偏转范围为6°至14°。

6.根据权利要求1所述的一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器，其特征在于，其中所述矢量推进组包括导流喷管、喷口鳞片、液压双节传动推杆、万向环和万向联轴器，该矢量推进组配置以实现潜航器的全矢量推力控制。

7.根据权利要求6所述的一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器，其特征在于，其中所述喷口鳞片通过双节传动连杆与万向环连接，并可通过万向环沿不同方向偏转以改变出水流方向。

技术总结
本发明公开了一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器本发明涉及一种船舶推进装置，尤其是一种具备可调预旋来流及能量回收的无轴轮缘矢量推进器。该推进器包括可变预旋导板组、无轴螺旋桨、可调角度能量回收助推叶轮、矢量推进组、环形导管以及船舶连接件。无轴螺旋桨位于环形导管内，同轴配合；可变预旋导板组位于无轴螺旋桨前侧特定位置，能够调整来流角度；而能量回收助推叶轮则位于无轴螺旋桨后侧，旨在收集尾流能量并提供额外推力。本发明的特点在于，通过可调节的导板组和助推叶轮，能够根据水动力环境调整来流角度及回收尾流能量，优化推进效率；通过矢量推进组实现对推力方向的精确控制，增强船舶的机动性能。此外，推进器的设计简化了结构，提高了操作效率和可靠性。

技术研发人员：李冬琴,杨恒旭,李钰璇,张帅,吴洋,刘港,陆凌锋,杨昆
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31