[发明专利]转子叶片S型抗空化剖面结构及其应用和设计方法

权利要求书

1.一种转子叶片S型抗空化剖面结构，其特征在于，所述转子叶片具有S型剖面结构，所述S型剖面结构关于转子叶片剖面的0.5倍弦长点呈中心对称。

2.基于权利要求1所述的转子叶片S型抗空化剖面结构，其特征在于，所述S型剖面结构在前缘至0.5倍弦长位置部分，拱度均为正值，且沿弦线方向先增大，达到最大值后逐渐减小，在0.5倍弦长位置拱度降为0；所述S型剖面结构在0.5倍弦长位置至后缘部分，拱度均为负值，拱度的绝对值沿弦线方向先增大，在达到最大值后逐渐减小，拱度在后缘处收缩为0。

3.具有权利要求1或2所述的S型抗空化剖面结构的抗空化转子，其特征在于，所述抗空化转子主体采用铜合金材料加工，转子上多个与转子毂的外周连接的叶片，所述叶片具有S型剖面结构，叶片以转子毂的中心轴为中心呈放射状设置。

4.具有权利要求1或2所述的S型抗空化剖面结构的轴驱动型槽道侧推器，其特征在于，包括转子、原动机、轴系；

所述转子的叶片具有S型剖面结构；

原动机安装在槽道内中心轴处或槽道外部，当原动机位于槽道内中心轴时，原动机驱动轴系，轴系带动抗空化转子旋转；

当原动机位于槽道外部时，原动机通过Z型传动装置驱动轴系，轴系带动抗空化转子旋转。

5.具有权利要求1或2所述的S型抗空化剖面结构的轮缘驱动型槽道侧推器，其特征在于，包括轮缘电机、磁极环转子、转子、轴承

所述转子的叶片具有S型剖面结构；

轮缘电机安装在船体内部，轮缘电机的电机定子和磁极环转子通过轴承连接，磁极环转子和抗空化转子固定连接；当轮缘电机工作时，磁极环转子带动抗空化转子相对电机定子旋转。

6.用于权利要求1所述的转子叶片S型抗空化剖面结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据水下航行体的设计条件和设计要求对槽道侧推器的几何参数进行分析和选型，确定槽道、定子和转子的初步几何形状；

(2)从槽道内壁压力、槽道入口压力、船体表面压力三个方面考虑，对步骤(1)中的槽道形状进行优化设计，以提高槽道内壁、槽道入口、船体表面的最低压力为设计目标；通过数值计算方法计算槽道的流场，若求解得到的槽道水动力性能参数满足设计要求，则确定最终槽道的几何形状并进入下一步；否则对槽道的几何形状进行重新优化设计，直至满足设计要求；

(3)从定子的水动力性能、强度两个方面考虑，对步骤(1)中的定子形状进行优化设计，以提高定子的强度以及最低压力为设计目标；通过数值计算方法计算定子的流场，若求解得到的定子水动力性能参数和强度满足设计要求，则确定最终定子的几何形状并进入下一步；否则对定子的几何形状进行重新优化设计，直至满足设要求；

(4)对步骤(1)中槽道侧推器转子形状进行优化设计，优化设计步骤如下：

4a)以原始对称翼形剖面为基础剖面，对槽道侧推器转子的各个径向位置剖面尺寸参数进行优化设计，以提高转子的推力、推进效率、最低压力为设计目标，所述尺寸参数包括弦长分布、厚度分布、螺距分布；

4b)以步骤(a)中设计的各个径向位置剖面为基础，对各径向位置剖面在前缘至0.5倍弦长段的形状进行设计；先对转子各个径向位置剖面的最大拱度进行初步设计，以提高叶背在前缘附近的压降为设计目标，然后在前缘至0.5倍弦长段，对此段的拱度在弦向的分布形式进行初步设计，以提高吸力面的低压区的压力值为设计目标，这样就得到各个径向位置剖面在前缘至0.5倍弦长段的形状，以0.5倍弦长点为对称中心对此段的剖面形状进行中心对称，就得到各个径向位置处整个剖面的形状；

4c)以步骤(b)中转子各个径向位置剖面的参数为基础，对S型剖面转子进行三维建模；以转子推力、收到功率、推进效率、最低压力为衡量基准，采用CFD方法对S型剖面转子的三维流场进行求解，若求解得到的转子推力、收到功率、推进效率、最低压力均满足设计要求，则确定最终槽道侧推器转子剖面的几何形状；否则继续对转子各个径向位置剖面的形状进行优化设计，直至满足设计要求。