一種能降低螺旋槳空泡噪聲的方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種能降低螺旋槳空泡噪聲的技術(shù)領(lǐng)域以及職業(yè)病防治領(lǐng)域，尤其是涉及艦船用螺旋槳降低噪聲和提高螺旋槳效率的技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]技術(shù)背景艦船輻射噪聲主要由螺旋槳噪聲、機(jī)械噪聲及水動力噪聲組成，在這三大噪聲中，螺旋槳噪聲占據(jù)主要地位，艦船低速航行中，螺旋槳未發(fā)生空泡前，艦船機(jī)械噪聲最高，螺旋槳噪聲次之，但相差不是很大，一旦發(fā)生空泡，在幾千赫以上的中高頻段主要是螺旋槳空泡噪聲，隨著空泡的發(fā)展，螺旋槳空泡噪聲成為艦船總噪聲中最主要的成分；有關(guān)人員進(jìn)行了大量的實(shí)驗研究，研究表明:艦船螺旋槳低頻噪聲是由離散譜噪聲和寬帶噪聲組成，螺旋槳的低頻離散譜噪聲是由船尾伴流場和葉片的相互作用引起的，而低頻寬帶噪聲是由船尾粘性湍流場和葉片的相互作用產(chǎn)生的；流場的不均勻性會使離散譜噪聲級明顯增加，不僅會影響艦船上人員的工作和休息，造成職業(yè)病的發(fā)生，同時也是被聲吶探測發(fā)現(xiàn)的重要目標(biāo)信號。目前使用的較為先進(jìn)的導(dǎo)管螺旋槳和大側(cè)斜螺旋槳僅是被動的解決了推力面和壓力面(流場)的不均勻性，如導(dǎo)管螺旋槳的原理只是利用螺旋槳推進(jìn)的水流作用到導(dǎo)管的管壁上的反作用力，以部分的增加流場的均勻性，而大側(cè)斜螺旋槳是利用增加螺旋槳槳轂至槳葉的傾斜度，使水流通過槳葉之間的縫隙的流量增加來有限的實(shí)現(xiàn)增加流場的均勻性；兩者都是被動的部分的解決了流場的均勻性問題，并不能滿足降低螺旋槳空泡噪聲和提高螺旋槳效率的需要。
[0003]鑒于上述存在的缺陷，本設(shè)計人積極研究創(chuàng)新以期創(chuàng)設(shè)一種方法，使其能降低螺旋槳空泡噪聲和提高螺旋槳效率。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有螺旋槳設(shè)計制造中存在的缺陷，提供一種新的方法，能夠改變船尾伴流場的不均勻性，改善因螺旋槳空泡噪聲和螺旋槳旋中高轉(zhuǎn)速時而導(dǎo)致的“空推”現(xiàn)象，降低螺旋槳空泡噪聲和提高螺旋槳推進(jìn)效率，以改善艦船的噪聲環(huán)境，減少職業(yè)病的發(fā)生和降低艦船被聲吶探測發(fā)現(xiàn)的機(jī)率，提高艦船航速，具有極大的市場前景和軍事方面的用途。
[0005]本發(fā)明主要通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):工作原理是螺旋槳在中低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，繞流能夠滿足因螺旋槳推出水流而導(dǎo)致的推力面壓力降低所需要的流速、壓力、流量的水流，水流也會通過螺旋槳葉片之間的縫隙進(jìn)行補(bǔ)充，但隨著螺旋槳轉(zhuǎn)速的不斷提高，轉(zhuǎn)速越來越快，通過螺旋槳葉片之間的縫隙的水流會越來越少，繞流雖然也會隨著螺旋槳轉(zhuǎn)速和艦船速度的提高而提高流速，但水流到達(dá)螺旋槳中心部分(漿轂周圍)的越來越少，推力面和吸力面的壓力差越來越大，由流體動力學(xué)可知，當(dāng)水流繞經(jīng)槳葉時，在吸力面上它的局部速度將大于未擾動的水流速度；在槳葉推力面上其繞流速度將小于未擾動的速度，根據(jù)伯努利方程式可以導(dǎo)出槳葉吸力面上的壓力將小于末干擾時的水流壓力，當(dāng)螺旋槳的轉(zhuǎn)速增加到某一定值時，槳葉的吸力面上的最大流速處的壓力降到該處溫度下的飽和蒸汽壓力時，在吸力面上便會出現(xiàn)空泡，隨著螺旋槳轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高，空泡區(qū)域會逐漸擴(kuò)大到整個槳葉吸力面，呈現(xiàn)“飽和蒸汽壓狀態(tài)”，“空泡”開始出現(xiàn)，直至?xí)霈F(xiàn)“空推”現(xiàn)象。如果在螺旋槳周圍設(shè)置一種能平衡因隨著螺旋槳轉(zhuǎn)速的提高而導(dǎo)致螺旋槳葉片推力面和吸力面的壓力差越來越大的平衡壓力裝置，在理論上來說，P ^ P ?時不產(chǎn)生空泡，而隨著螺旋槳轉(zhuǎn)速的提高，平衡壓力裝置會使螺旋槳葉片推力面和吸力面的壓力一直保持在平衡狀態(tài)，既一直P ^ P ?，所以不會產(chǎn)生空泡，螺旋槳的工作效率因為沒有“空泡”的影響，亦不會出現(xiàn)“空推”現(xiàn)象，且由于平衡壓力裝置的設(shè)置，主螺旋槳的負(fù)荷系數(shù)變小，效率會隨著轉(zhuǎn)速的提高而得到提升。
[0006]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):1.可以通過整個平衡壓力裝置使螺旋槳周圍流場的均勻性增加而降低離散譜的噪聲；2.通過一定壓力、流速、方向、角度的水流，改善船尾粘性湍流場和葉片的相互作用產(chǎn)生的升力脈動，降低低頻寬帶噪聲；3.通過一定壓力、流速、方向、角度的水流，可以以一定角度的水流直接沖擊螺旋槳葉片，減少螺旋槳葉片推力面和吸力面的壓力差，在艦船中高速行進(jìn)時有效減少或延遲空泡的發(fā)生，以降低螺旋槳空泡噪聲和職業(yè)病發(fā)病率，并能夠提供一定的動力，提高旋槳工作效率；4.減少螺旋槳中高速運(yùn)轉(zhuǎn)時的“空推”現(xiàn)象。
[0007]具體實(shí)施實(shí)例:設(shè)置一種能平衡因隨著螺旋槳轉(zhuǎn)速的提高而導(dǎo)致螺旋槳葉片推力面和吸力面的壓力差越來越大的平衡壓力裝置。裝置包括:用于控制平衡壓力裝置的轉(zhuǎn)速與主螺旋槳轉(zhuǎn)速匹配的控制裝置；用于提供平衡壓力裝置的動力裝置；用于平衡壓力裝置的輸出裝置。平衡壓力裝置有被動式、主動式和主被動混合式等方式。1.被動式平衡壓力裝置是在艦船的底部設(shè)置兩條圓滑的管道。進(jìn)水口設(shè)置在艦船的中前部并設(shè)置進(jìn)水開合裝置，出水口設(shè)置在螺旋槳兩側(cè)；2.主動式平衡壓力裝置是在主螺旋槳兩側(cè)設(shè)置“反推”螺旋槳。3.主被動混合式是在被動式平衡壓力裝置的管道內(nèi)設(shè)置增壓裝置。平衡壓力裝置的輸出裝置設(shè)置在主螺旋槳漿轂中心水平線兩側(cè)，在主螺旋槳的槳葉至槳根的延伸線上，并垂直于延伸線，在主螺旋槳葉梢外側(cè)漩渦影響變小的位置，輸出方向可以設(shè)置成順著主螺旋槳的轉(zhuǎn)向(以減少“空泡”噪聲為主)，也可以跟主螺旋槳的轉(zhuǎn)向相反(側(cè)重于提高螺旋槳推進(jìn)效率)。主動式平衡壓力裝置的輸出裝置的數(shù)量、功率、大小等根據(jù)設(shè)計能力與主螺旋槳相匹配并隨著主螺旋槳的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)匹配，可以設(shè)計成固定式或隱藏式，動力獨(dú)立提供。
[0008]艦船中低速行進(jìn)時，平衡壓力裝置有水流向主螺旋槳噴出，水流按一定的角度和速度噴向螺旋槳，使螺旋槳周圍流場的均勻性增加并能改善船尾粘性湍流場和葉片的相互作用產(chǎn)生的升力脈動，而降低離散譜和低頻寬帶噪聲；艦船中高速行進(jìn)時，水流的速度也相應(yīng)增加，通過主控室的控制器，控制平衡壓力裝置的水流流速，水流流向主螺旋槳，能平衡螺旋槳葉片推力面和吸力面的壓力差，推力面和吸力面的壓力差減少，會有效地減少或延遲“空泡”的發(fā)生，螺旋槳因空泡化產(chǎn)生的噪聲就會降低，而所產(chǎn)生的推力會隨著螺旋槳轉(zhuǎn)速的提高而增加；在尾部兩側(cè)設(shè)置防紊流板可以在高速行進(jìn)以及存在著其他紊流時，減少紊流對螺旋槳和船舵的影響；使艦船可以安靜、平穩(wěn)、高效地行進(jìn)。
[0009]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，任何人員，在上述揭示的本發(fā)明方案內(nèi)，所做的任何變化、修飾、修改，均屬本發(fā)明的技術(shù)方案內(nèi)。
[0010]參考文獻(xiàn)及術(shù)語解釋
蘇玉民，黃勝等，船舶螺旋槳理論，哈爾濱工程大學(xué)出版社，2013，1，ISBN978-7-5661-0531-8。
[0011][2] P某點(diǎn)的壓力。
[0012][3] P 某點(diǎn)的飽和蒸汽壓。
【主權(quán)項】
1.一種能降低螺旋槳空泡噪聲的方法，其特征是，在螺旋槳的周圍設(shè)置一種能平衡螺旋槳吸力面和推力面壓力的平衡壓力裝置，裝置包括: 用于控制平衡壓力裝置的轉(zhuǎn)速與主螺旋槳轉(zhuǎn)速匹配的控制裝置； 用于提供平衡壓力裝置的動力裝置； 用于平衡壓力裝置的輸出裝置。
2.根據(jù)權(quán)利I的要求，其特征是，平衡壓力裝置是一種被動平衡螺旋槳吸力面和推力面壓力的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利I的要求，其特征是，平衡壓力裝置是一種主動平衡螺旋槳吸力面和推力面壓力的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利I的要求，其特征是，平衡壓力裝置是一種被動、主動混合平衡螺旋槳吸力面和推力面壓力的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利I的要求，平衡壓力裝置是折疊隱藏式。
6.根據(jù)權(quán)利I的要求，平衡壓力裝置不是折疊隱藏式。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能降低螺旋槳空泡噪聲的方法，設(shè)置一種能平衡隨著螺旋槳轉(zhuǎn)速的提高而導(dǎo)致螺旋槳葉片推力面和吸力面的壓力差越來越大的平衡壓力裝置。裝置包括：用于控制平衡壓力裝置的轉(zhuǎn)速與主螺旋槳轉(zhuǎn)速匹配的控制裝置；用于提供平衡壓力裝置的動力裝置；用于平衡壓力裝置的輸出裝置。能夠改變艦船船尾伴流場的不均勻性，改善因螺旋槳空泡噪聲和螺旋槳中高轉(zhuǎn)速時而導(dǎo)致的“空推”現(xiàn)象，降低螺旋槳空泡噪聲和提高螺旋槳推進(jìn)效率，以改善艦船的噪聲環(huán)境，減少職業(yè)病的發(fā)生和降低艦船被聲吶探測發(fā)現(xiàn)的機(jī)率，提高艦船航速，具有極大的市場前景和軍事方面的用途。
【IPC分類】B63H1-18
【公開號】CN104670448
【申請?zhí)枴緾N201510005828
【發(fā)明人】王東文, 王東武
【申請人】王東武
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月7日