橫開式仿生雙尾槳的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種船舶驅動裝置，具體地說是船舶的槳。
【背景技術】
[0002]目前船舶，包括水面水下船舶和運動載體的推進裝置大都采用螺旋槳旋轉推進的方式來獲得推進動力。這種推進方式存在以下幾方面缺點:一是推進效率不高。二是螺旋槳的排水量小，要獲得更大的推進力就需要較大的轉速，螺旋槳在高速旋轉時會產生湍流，造成能量的浪費。三是轉速很高的螺旋槳噪聲很大，許多領域不得不減小螺旋槳的轉速和推進能力以減小推進時產生的噪聲。
[0003]相反許多海洋生物具有高效率的游動能力和準確的定位能力，大多數海洋生物依靠尾鰭、胸鰭、等鰭類進行推進，另外還有一些生物以類似烏魚運動的方式高效地獲得推進力。魚類高效的推進效率給人類提高船舶推進操控性能帶來了希望。自20世紀90年代以來，仿生技術、計算機技術、控制技術和材料技術的發展，為仿生推進器的動作原理、系統構成和實現、控制算法等方面的研宄提供了有力的支持，新型仿生推進器的研宄和應用取得了長足進展。
[0004]仿魚推進研宄和實驗主要是針對魚類柔性尾鰭擺動擺動進行數學建模和仿真，取得了一些研宄和實驗成果，但實現起來復雜度極高，很難實用，其主要問題在于水下環境的復雜性和數學模型的局限性之間的矛盾，尤其是這方面的研宄目標和實現方式都以魚為參照，而目前材料和機械裝置的靈活性無法達到生物魚的水平。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的在于提供實現推力遠遠大于阻力的橫開式仿生雙尾槳。
[0006]本實用新型的目的是這樣實現的:
[0007]本實用新型橫開式仿生雙尾槳，其特征是:包括主軸、第一子槳、第二子槳，主軸安裝在船舶的尾部或側面，主軸的端部設置主軸齒輪，主軸齒輪與船舶內部的驅動系統相連，第一子槳包括至少兩個槳片，槳片的軸線上安裝槳片軸，槳片軸的端部安裝槳片齒輪，主軸上設置槳片軸孔，槳片通過槳片軸和槳片軸孔的配合安裝在主軸上，主軸內部設置液壓驅動的鏈齒，槳片齒輪與鏈齒嚙合，第二子槳與第一子槳結構相同，第二子槳的槳片按照與第一子槳槳片相同的方式安裝在主軸上。
[0008]本實用新型還可以包括；
[0009]1、第一子槳和第二子槳的槳片繞其槳片軸旋轉的角度為0-90度，從而使第一子槳和第二子槳處于推力產生狀態或槳面回復狀態兩種狀態，且第一子槳處于推力產生狀態時，第二子槳處于槳面回復狀態，第二子槳處于推力產生狀態時，第一子槳處于槳面回復狀態，同時第一子槳和第二子槳的兩種狀態交替轉換。
[0010]2、第一子槳和第二子槳之間的夾角為60度-90度。
[0011]3、主軸橫向或豎向安裝在船舶的尾部或側面。
[0012]本實用新型的優勢在于:本實用新型參考魚類尾鰭，采用往復運動形式，同時利用尾渦的高能區，使船舶通過旋轉尾槳槳頁獲得推力并實現對船舶的操控能力。比螺旋槳的水動力噪聲更低、機械噪聲更低、推進效率更高，節約能源。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的總體結構圖；
[0014]圖2為主軸豎向安裝在船舶尾部時的示意圖；
[0015]圖3為主軸橫向安裝在船舶尾部時的示意圖；
[0016]圖4為第一子槳打開、第二子槳關閉時的示意圖；
[0017]圖5為第一子槳關閉、第二子槳打開時的示意圖；
[0018]圖6為本實用新型結構分解示意圖；
[0019]圖7為主軸結構示意圖；
[0020]圖8為槳片結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述:
[0022]結合圖1?8，本實用新型由兩個子槳組成，分別為第一子槳2和第二子槳4，二者相對位置固定，夾角Θ保持在60至90度，以如圖1中點劃線為對稱軸分布在主軸I兩側，每個子槳上平行裝有若干槳片3，通過槳片軸6與主軸I連接，槳片軸6頂端為齒輪結構，與主軸I內鏈齒結構連接，以實現槳片從O度到90度的自由轉動。主軸I兩端均為齒輪結構，與船體5連接，在船體5內液壓傳動系統帶動下往復作擺動動作。主軸和各個槳片可受一液壓傳動系統驅動，結合各個轉動部件上的角度傳感器及控制單元構成一個多輸入多輸出閉環控制系統。
[0023]具體工作狀態如圖4、5所示，船槳通過往復擺動產生推進力，第一子槳2在推進過程中其槳片閉合，向后轉動以產生推力，在推進過程的后期，快速打開槳片，利用尾渦進一步產生推力，第一子槳2推進時第二子槳4處于回復過程，其槳片一直處于打開狀態以減小水中回復阻力；第一子槳2推進過程結束后雙尾槳改變擺動方向，第二子槳4進入推進過程而第一子槳2進入回復過程，此時第二子槳4的槳片閉合以產生推力，第一子槳2的槳片保持上一階段的打開狀態，以減小水中回復阻力，與第一子槳2推進過程相似，第二子槳4在推進過程的后期槳片對船運動方向產生推力分量很小，此時快速打開第二子槳4槳片，并利用尾渦進一步產生推力。至此，雙尾槳運動完成一個周期，后續按照此種方式往復擺動。在往復擺動過程中，兩個子槳分別處于推進和回復過程，二者狀態以一定的相位節拍相互交替變化，使雙尾槳始終有推力產生。另外，在雙尾槳擺動過程中，調整雙尾槳中間線與船舶軸線夾角，如圖2中所示，此時雙尾槳的擺動將產生矢量推進效果，進而控制船舶運動方向和姿態，實現高效舵的功能。
[0024]本實用新型所采用的技術方案是:雙尾槳由兩個子槳組成，如圖1所示，分別為第一子槳和第二子槳，雙尾槳主軸上帶有齒輪，安裝于船舶的尾部或側面，船舶內部的液壓系統帶動齒輪組轉動而使雙尾槳作周期性擺動。圖2為船舶尾部豎直安裝方式，圖3船舶尾部水平安裝方式，具體工作狀態如圖4、5所示。雙尾槳通過往復擺動產生推進力，某一槳面產生推力時槳片閉合并在推進過程的后期快速打開槳片，以利用尾渦進一步產生推力，然后雙尾槳改變擺動方向，產生推力的槳面隨即轉入回復狀態，以備該槳面下一次推動。在上述過程中，另一槳面同樣完成推力產生和槳面回復過程，只是兩個槳面相差一個節拍，即一個槳面處于推力產生階段的時候另一個槳面處于回復階段。由于槳面回復階段槳片是打開的，所以回復過程受到阻力遠遠小于推力產生階段所產生的推力。另外，通過調整雙尾槳中間線與船舶首尾軸線的夾角，產生矢量推進效果，使雙尾槳起到控制方向和姿態的作用，實現尚效航的功能。
[0025]本實用新型兩個子槳分別由若干并行排列、垂直于槳軸且可旋轉的槳片構成，兩子槳間的固定夾角小于90度，槳軸可豎直或水平安裝在船舶的尾部，如圖2、3所示；
[0026]船槳通過往復擺動產生推進力，當槳面產生推力時槳片閉合，當槳面回復到初始位置時槳片打開；
[0027]可以通過控制槳片打開的時機和速度，利用尾渦的反作用進一步產生推力；
[0028]槳片的剖面翼型為流線型；
[0029]調整槳的中間線與船舶首尾軸線的夾角，可產生矢量推進效果，使槳起到控制方向和姿態的作用；
[0030]尾槳可以只具有一個子槳，單獨工作。
[0031]槳片剖面的形狀可以是三角形、梯形、矩形、半月形等魚尾形狀。
【主權項】
1.橫開式仿生雙尾槳，其特征是:包括主軸、第一子槳、第二子槳，主軸安裝在船舶的尾部或側面，主軸的端部設置主軸齒輪，主軸齒輪與船舶內部的驅動系統相連，第一子槳包括至少兩個槳片，槳片的軸線上安裝槳片軸，槳片軸的端部安裝槳片齒輪，主軸上設置槳片軸孔，槳片通過槳片軸和槳片軸孔的配合安裝在主軸上，主軸內部設置液壓驅動的鏈齒，槳片齒輪與鏈齒嚙合，第二子槳與第一子槳結構相同，第二子槳的槳片按照與第一子槳槳片相同的方式安裝在主軸上。
2.根據權利要求1所述的橫開式仿生雙尾槳，其特征是:第一子槳和第二子槳的槳片繞其槳片軸旋轉的角度為0-90度，從而使第一子槳和第二子槳處于推力產生狀態或槳面回復狀態兩種狀態，且第一子槳處于推力產生狀態時，第二子槳處于槳面回復狀態，第二子槳處于推力產生狀態時，第一子槳處于槳面回復狀態，同時第一子槳和第二子槳的兩種狀態交替轉換。
3.根據權利要求1或2所述的橫開式仿生雙尾槳，其特征是:第一子槳和第二子槳之間的夾角為60度-90度。
4.根據權利要求1或2所述的橫開式仿生雙尾槳，其特征是:主軸橫向或豎向安裝在船舶的尾部或側面。
5.根據權利要求3所述的橫開式仿生雙尾槳，其特征是:主軸橫向或豎向安裝在船舶的尾部或側面。
【專利摘要】本實用新型的目的在于提供橫開式仿生雙尾槳，包括主軸、第一子槳、第二子槳，主軸安裝在船舶的尾部或側面，主軸的端部設置主軸齒輪，主軸齒輪與船舶內部的驅動系統相連，第一子槳包括至少兩個槳片，槳片的軸線上安裝槳片軸，槳片軸的端部安裝槳片齒輪，主軸上設置槳片軸孔，槳片通過槳片軸和槳片軸孔的配合安裝在主軸上，主軸內部設置液壓驅動的鏈齒，槳片齒輪與鏈齒嚙合，第二子槳與第一子槳結構相同，第二子槳的槳片按照與第一子槳槳片相同的方式安裝在主軸上。本實用新型參考魚類尾鰭，利用尾渦的高能區，使船舶通過旋轉尾槳槳頁獲得推力并實現對船舶的操控能力。比螺旋槳的水動力噪聲更低、機械噪聲更低、推進效率更高，節約能源。
【IPC分類】B63H1-36
【公開號】CN204548459
【申請號】CN201520073619
【發明人】溫強, 李文超, 盆曉敏, 李翠翠
【申請人】哈爾濱工程大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年1月30日