[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

说明书

本申请属于水下航行器转子结构设计方法技术领域，尤其涉及一种转子叶片S型抗空化剖面结构及其应用和设计方法。本发明的转子叶片采用S型剖面设计，S型剖面关于0.5倍弦长点呈中心对称，故本实施例中的转子无论是正转还是反转，其具有基本相同的水动力性能。相较于常规对称型剖面转子，S型剖面转子在导边至0.5倍弦长段具有正的拱度，故其在正转或反转时靠近导边吸力面的低压区的压力值将大幅提高，从而抑制空化的发生，防止转子叶片被空化剥蚀，提高槽道侧推器转子叶片的抗空化性能，降低转子叶片空泡引起的辐射噪声以及结构振动噪声。

技术领域

本申请属于水下航行器转子结构设计方法技术领域，尤其涉及一种转子叶片S型抗空化剖面结构及其应用和设计方法。

背景技术

船舶进港船速逐渐降低的过程中，操舵产生的舵力转船力矩逐渐减小，控制航向的能力逐渐变差。为了解决这个问题，产生了另一种产生转船力矩的方法，即侧推器。如图1所示，常规的槽道侧推器转子在转动过程中，转子叶面压力值大，转子叶背压力值较低，转子叶面和叶背会存在压力差，从而为槽道侧推器不断的提供推力。

但另一方面由于压力面和吸力面的距离很小，转子叶面和对应位置的叶背会形成很大压力梯度，会使流体从压力面翻转到叶梢端面，再从叶梢端面翻转到吸力面，这种流动特性，会使流体在槽道侧推器转子叶背处很容易产生空化，伴随产生空化噪声。同时由于常规槽道侧推器的转子叶片剖面的叶背和叶面一般是关于弦线呈轴对称，拱度为0，这种剖面形状在叶背前缘附近压力很低，导致叶背空化加剧，不仅会使转子叶片及附近槽道内壁的脉动压力显著增加，还会造成转子叶片断裂，引发重大工程事故。空泡溃灭时产生的巨大压力冲击会造成转子叶片的汽蚀破坏，产生空化噪声，使槽道侧推器的辐射噪声急剧增加。上述因素的影响，最终导致常规船舶侧推器在工作过程中在转子叶背附近很容易产生空化，增强了转子叶片的疲劳破坏，降低了转子的使用寿命，同时使噪声显著增加，极大限制了船舶侧推器的效率以及船舶或水下航行体的隐身性能。

发明内容

本申请的目的在于，针对上述问题，提供一种具有抗空化能力的转子叶片剖面结构及其应用和设计方法，对转子叶片剖面形状进行优化设计，设计剖面形状为S型的转子叶片。该新型槽道侧推器转子剖面和传统槽道侧推器转子剖面相比，它可以有效降低转子叶背在导缘附近位置的压降，防止叶片空化，避免空化剥蚀，降低叶片激振力，提高槽道侧推器的推进效率，减小侧推器的辐射噪声。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案。

一种转子叶片S型抗空化剖面结构，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的0.5倍弦长点呈中心对称。

基于权利要求1所述的转子叶片S型抗空化剖面结构，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。

还提供一种具有前述S型抗空化剖面结构的抗空化转子，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。

还提供一种具有前述S型抗空化剖面结构的轴驱动型槽道侧推器，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。

还提供一种具有前述S型抗空化剖面结构的轮缘驱动型槽道侧推器，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；