1.本发明涉及一种船用设备及流体机械领域，特别涉及一种具有波形导随边叶片的高效低噪声侧推器。


背景技术：

2.随着世界经济的迅猛发展和各国贸易的不断加强，航运事业日趋繁荣，船舶向着大型化，专业化发展，港口的通航密度相对提高，水域相对变浅变窄。这对船舶的操纵性提出了更高的要求。侧推器作为船舶的辅助推进装置，能够很好的辅助船舶安全进出狭窄巷道，提高船舶的操作性能，增强了船舶的转弯能力。虽然现有的侧推器技术能够满足当前的技术需求，随着船舶技术的不断推高与应用领域的扩大，研发具有更高效率、更低振动噪声水平的侧推器具有十分重大的现实意义。
3.人们通过研究认为，侧推器的外形、位置、桨的形式等对侧推器的工作会产生一些影响，因而，就有许多研究人员在设计方面从提高侧推器效率出发，提出许多这方面的研究。taylor研究了通道开口端弧度半径、通道长度、通道扩散对静态下螺旋桨性能的影响。stuntz研究了通道开口处整流设备产生的附加阻力。pehrsson通过对可调螺距桨的侧推器进行系统的水池实验，研究了侧推器的空泡性能。美国舰船研究和发展中心通过系列实验研究了通道开口处弧度半径(在静态和有航速状态下)，螺旋桨螺距比对首侧推器效率的影响，另外还通过理论研究和实验研究对侧推器进出口附近流场进行了分析。


技术实现要素：

4.提高侧推器叶片的整流能力，提升侧推器叶片上流体的均匀性，打破传统的直线型叶片前缘与叶片后缘的设计方法，提出一种具有波形导随边叶片的侧推器，从而实现提高侧推器的工作效率，并降低压力脉动的目的。
5.本发明的技术方案为：一种具有波形导随边叶片的侧推器，包括数个叶片、桨毂和最外的圆筒形壳体；数个叶片安装在桨毂上，叶片导边与叶片随边为沿着桨毂径向方向延伸的波状导边和波状随边。
6.优选的，所述叶片导边与叶片随边形状沿桨毂径向方向按照三角函数关系设计成波形，形成具有对流体进行整流能力的叶片导、随边。
7.优选的，所述叶片数量为4～6片，沿桨毂圆周方向均匀布置。
8.优选的，所述波状导边和波状随边适用于可调螺距式侧推器、轮缘侧推器与槽道式侧推器。
9.优选的，所述叶片导边与叶片随边包括并不仅限于三角函数所形成的波形边界，同样适用于其他函数所形成的的波形导随边。
10.一种所述具有波形导随边叶片的侧推器的叶片导、随边波形设计方法，以桨毂中心为坐标中心，垂直向上为x轴，水平向右为y轴，叶片导边在叶根处的起始点和桨毂中心之连线与x轴的夹角为α1，波状导边的波状型线中间线与x轴的夹角为β1；叶片随边在叶根处的
起始点和桨毂中心之连线与x轴的夹角为α2，波状随边的波状型线中间线与x轴的夹角为β2，桨毂半径为r，桨叶半径为r，波状导边上的坐标点(x
i
，y
i
)满足公式(1)，波状随边上的坐标点(x
j
，y
j
)满足公式(2)；
11.y
i
cosβ1＝gsin[x
i
cosβ1‑
y
i
sinβ1‑
rcos(α1‑
β1)]
‑
rsin(α1‑
β1)
‑
x
i
sinβ1ꢀꢀ
(1)
[0012]
y
j
cosβ2＝
‑
gsin[x
j
cosβ2+y
j
sinβ2‑
rcos(α2‑
β2)]+rsin(α2‑
β2)+x
j
sinβ2ꢀꢀ
(2)
[0013]
其中g为系数，x
i
为在rcosα1与r之间的任意坐标值，x
j
为在rcosα2与r之间的任意坐标值。
[0014]
本发明的有益效果在于：本发明具有波形导随边叶片的侧推器，将叶片导边与随边形状沿径向方向按照三角函数关系设计成波形，形成具有对流体进行整流能力的叶片导随边。利用波状叶片对边界层及尾迹涡的抑制原理，提高叶片上流体的流动均匀性，减少非定常流动结构的产生与流体能量的消耗，同时降低导随边流体脱落诱发的流场脉动能量，进而降低侧推器的振动噪声水平，从而达到提高侧推器工作效率的目的，并达到降低噪声的目的。
附图说明
[0015]
图1为传统的直边形导随边叶片的侧推器结构示意图；
[0016]
图2为本发明具有波形导随边叶片的侧推器结构示意图；
[0017]
图3为本发明具有波形导随边叶片的侧推器三维模型正视图；
[0018]
图4为本发明具有波形导随边叶片的侧推器三维模型侧视图；
[0019]
图5为传统直边形导随边叶片侧推器压力脉动能量仿真曲线图；
[0020]
图6为本发明具有波形导随边叶片的侧推器压力脉动能量仿真曲线图。
具体实施方式
[0021]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0022]
如图1、2所示侧推器结构示意图，该侧推器包括数个叶片1，桨毂2和最外的圆筒形壳体3。数个叶片安装在桨毂上，传统叶片的叶片两侧的导边为直边，本发明改进叶片导边与叶片随边设计为沿着桨毂径向方向延伸的波状导边和波状随边。
[0023]
如图2所示具有波形导随边叶片的侧推器结构示意图，以桨毂中心为坐标中心，垂直向上为x轴，水平向右为y轴，叶片导边在叶根处的起始点和桨毂中心之连线与x轴的夹角为α1，波状导边的波状型线中间线与x轴的夹角为β1，波状随边在叶根处的起始点和桨毂中心之连线与x轴的夹角为α2，波状随边的波状型线中间线与x轴的夹角为β2，根据船舶螺旋桨理论及相关设计资料与经验设计得到角度α1、β1、α2、β2的值。
[0024]
如图1所示传统侧推器叶片的直边形导随边叶片示意图，根据船舶螺旋桨理论及相关设计资料与经验，以桨毂中心为坐标中心，设计得到直线导边在叶根处的起始点和桨毂中心之连线与x轴的夹角为35
°
，直线导边与x轴的夹角为26
°
；直线随边在叶根处的起始点和桨毂中心之连线与x轴的夹角为33
°
，直线随边与x轴的夹角为21
°
，桨毂半径r＝750mm，桨叶半径r＝2550mm。在此基础上，设计角度和半径不变，α1＝35
°
，β1＝26
°
，α2＝33
°
，β2＝
21
°
。
[0025]
如图2所示具有波形导随边叶片的侧推器结构示意图，将叶片导边与随边形状沿桨毂径向方向按照三角函数关系设计成波形，形成具有对流体进行整流能力的叶片导随边。在rcosα1与r之间取一定数量的x坐标值，根据公式(1)可以获得对应的y坐标值，由所有的(x
i
，y
i
)坐标建立波状导边曲线。同理，在rcosα2与r之间取一定数量的x坐标值，根据公式(2)可以获得对应的y坐标值，由所有的(x
j
，y
j
)坐标建立波状随边曲线。以桨毂中心为圆点，在波状导边和波状随边之间均匀间隔画圆弧，各个圆弧中心对应的半径处作旋长，然后以此弦长设计螺旋桨的各叶切面形状，最后根据各半径叶切面通过蒙皮放样等方法得到螺旋桨实体如图3、4所示。
[0026]
y
i
cosβ1＝gsin[x
i
cosβ1‑
y
i
sinβ1‑
rcos(α1‑
β1)]
‑
rsin(α1‑
β1)
‑
x
i
sinβ1ꢀꢀ
(1)
[0027]
y
j
cosβ2＝
‑
gsin[x
j
cosβ2+y
j
sinβ2‑
rcos(α2‑
β2)]+rsin(α2‑
β2)+x
j
sinβ2ꢀꢀ
(2)
[0028]
其中g为系数。
[0029]
如图5、6所示直边形导随边叶片和本发明具有波形导随边叶片的侧推器压力脉动能量仿真曲线图，明显改进后具有波形导随边叶片的侧推器压力脉动弱，过流更均匀。
[0030]
通过改变侧推器叶片的导边与随边形状，重构叶片的过流能力，对流经叶片的流体进行整流，减少了流体的非均匀流动结构与流体能量的消耗，提高了叶片上流体的均匀性，使叶片导随边流体脱落所诱发的压力脉动能量得到降低，最终使侧推器的工作效率得到提高，且达到降噪设计的目的。
[0031]
叶片数量为4～6片，沿圆周方向均匀布置。该波形导随边叶片适用于可调螺距式侧推器，轮缘侧推器与槽道式侧推器。
[0032]
该波形导随边叶片包括并不仅限于三角函数所形成的波形边界，同样适用于其他函数所形成的的波形导随边。
[0033]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。