双联式半浸桨推进装置

技术领域

本申请涉及半浸桨水上交通运输工具技术领域，特别是涉及用于水上交通运输工具的双联式半浸桨推进装置。

背景技术

随着经济发展，对船舶运输速度的要求逐渐提高。具有半浸式螺旋桨(SurfacePiercing Propeller，SPP，简称半浸桨，又称表面桨)的推进装置被越来越多的高速船舶所采用。半浸桨是一种在高速运转时只有一半桨叶浸入水中而能正常工作的螺旋桨。传统的半浸桨推进装置一般只能单独调节螺旋桨朝向一方向运动，传统的半浸桨推进装置结构难以实现船舶的复合运动状态，且调节过程易影响船舶运动的稳定性，从而降低推进装置的工作效率。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种稳定性高、工作效率高的双联式半浸桨推进装置。

一方面，提供了一种双联式半浸桨推进装置，包括：驱动组件，包括输出驱动力的输出轴，所述输出轴绕第一轴线旋转；推进组件，与所述输出轴连接，所述推进组件至少设置为两组；每组所述推进组件包括与输出轴传动连接的连接座和与所述连接座活动连接的螺旋桨，所述螺旋桨在所述驱动组件作用下绕第二轴线旋转；调节组件，包括纵倾机构、转舵机构和联桨杆；所述联桨杆连接相邻的所述螺旋桨；所述纵倾机构和转舵机构一端连接所述螺旋桨，另一端连接尾板；所述纵倾机构能够进行伸缩运动，以调节所述螺旋桨在第一平面内相对于水面的升降角度；所述转舵机构能够进行伸缩运动，以调节所述第一平面相对于所述第一轴线的摆动角度；所述第二轴线和所述纵倾机构的中轴线相交形成所述第一平面；所述纵倾机构和转舵机构相互配合，使所述螺旋桨能够以所述螺旋桨的一端为枢转点进行转动，并定位在所需的预设位置。

在其中一个实施例中，所述升降角度的最大值小于或等于所述摆动角度的最大值。

在其中一个实施例中，所述升降角度大于或等于5°且小于或等于30°，所述摆动角度大于或等于5°且小于或等于75°。

在其中一个实施例中，所述纵倾机构和/或转舵机构包括活塞杆和油缸，所述活塞杆一端连接所述油缸，另一端连接所述水上交通运输工具或螺旋桨，所述油缸一端连接所述活塞杆，另一端连接所述水上交通运输工具或螺旋桨；所述活塞杆能够在所述油缸中进行直线往复运动，以调节所述升降角度和所述摆动角度。

在其中一个实施例中，所述纵倾机构伸缩运动的总行程小于或等于所述转舵机构伸缩运动的总行程。

在其中一个实施例中，所述纵倾机构和转舵机构通过连接组件连接所述螺旋桨，所述连接组件与所述螺旋桨具有连接位置，所述连接位置到所述尾板距离与所述推进组件总长度之比大于或等于0.5且小于或等于0.7。

在其中一个实施例中，所述纵倾机构和转舵机构通过连接组件连接所述螺旋桨，所述连接组件与所述螺旋桨具有连接位置，所述连接位置相对于所述推进组件的重心更远离所述尾板。

在其中一个实施例中，所述转舵机构与所述尾板的连接处在竖直方向上的高度低于所述纵倾机构与所述尾板的连接处。

在其中一个实施例中，所述纵倾机构的中轴线与所述第一轴线具有夹角α，所述转舵机构的中轴线在所述螺旋桨所在平面内的投影与所述第二轴线具有夹角β，所述夹角α与夹角β之比大于或等于0.9且小于或等于1.1。

在其中一个实施例中，所述螺旋桨包括螺旋桨叶和桨杆；所述桨杆一端连接所述连接座，另一端设置有所述螺旋桨叶，所述螺旋桨叶包括至少4个叶片。

上述双联式半浸桨推进装置，通过设置纵倾机构和转舵机构，可以实现半浸桨推进装置对螺旋桨朝不同方向的角度的调节，可以实现水上交通运输工具启动、转舵、加速、减速等运动状态的复合，通过纵倾机构和转舵机构的配合，水上交通运输工具运动状态的切换更加稳定，提高了推进装置的工作效率。

附图说明

图1为本申请一实施例的半浸桨推进装置安装在尾板的剖视图；

图2为本申请一实施例的半浸桨推进装置去除部分驱动组件的结构示意图；

图3为本申请一实施例的螺旋桨的局部结构示意图；

图4为本申请一实施例的图半浸桨推进装置去除部分驱动组件的的前视图；

图5为本申请一实施例的图半浸桨推进装置去除部分驱动组件的的俯视图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1，图1示出了本申请一实施例中的双联式半浸桨推进装置安装在船尾板2的剖视图，本申请一实施例提供的半浸桨推进装置1适用于水上交通运输工具，设于水上交通运输工具的尾板2处。半浸桨推进装置1包括驱动组件10、推进组件20、调节组件30以及控制组件40。驱动组件10提供给推进组件20动作的动力，推进组件20动作以驱动水上交通运输工具运动。调节组件30用于调节推进组件20的动作形态，以调节水上交通运输工具的运动速度、方向等运动状态。控制组件40与驱动组件10及调节组件30电连接，控制组件40控制驱动组件10以及调节组件30的工作并使其互相配合以使水上交通运输工具按照所需的运动方式运动。

驱动组件10包括输出驱动力的输出轴，输出轴绕第一轴线101旋转。驱动组件10包括原动机12、传动单元13以及驱动件14。原动机12用于输出驱动力，原动机12可以是柴油发动机、汽油发动机、电动机等，在此不做限制。传动单元13连接原动机12的输出轴，传动单元13用于将原动机12输出的驱动调整至所需的范围内，例如：将原动机12输出的速度、扭矩、驱动方向根据实际需要进行调整以满足使用需求。驱动件14连接在传动单元13和推进组件20之间，用于将传动单元13输出的动力传递至推进组件20，使推进组件20按照实际需求进行动作。原动机12、传动单元13和驱动件14均沿所述第一轴线依次连接，在本实施例中，驱动件的输出端作为驱动组件10的输出轴。

在其他实施例中，也可以不设置传动单元13、驱动件14中的一个或多个，将原动机12的输出轴与推进组件20直接连接，通过电子控制方式实现原动机12输出的转速、扭矩、运动方向的调整。

半浸桨推进装置1至少具有工作状态和停机状态两种状态，半浸指的是半浸桨推进装置1在工作状态时推进组件20至少部分位于水面之上。推进组件20至少包括一个在驱动组件10的驱动作用下运动的桨，桨可以具有桨叶，桨叶与水作用以产生驱动水上交通运输工具运动的推力。半浸桨推进装置与其他类型的推进装置相比，具有较高的推进效率，桨叶高速运动时，其不但可获得较高的敞水效率，而且由于桨轴等附件露出水面，从而大大减小了附体阻力，另外，桨叶的直径可以不受其他结构的限制。进一步的，桨叶在水中运行时，桨叶的叶背压力降低形成吸力面，若某处的压力降至该处水的饱和蒸气压时，由水中逸出的蒸汽及其他气体即形成气泡附着在桨叶表面，形成空泡。空泡现象是螺旋桨表面剥蚀、振动、噪音以及性能恶化的主要原因。半浸桨桨叶运转时交替入水，所产生的空泡会被桨叶出入水时吸入桨叶附近的空气腔所代替，形成“通气”状态，空泡无法顺利形成，避免了桨叶表面被空泡剥蚀的现象，减少了桨叶的水下振动和噪音，提高了桨叶的使用寿命。

参照图2所示，推进组件20与驱动组件10的输出轴连接，至少两个并列设置的第一推进组件201和第二推进组件202。本申请揭示的实施例中，驱动组件10设置为两个，两个驱动组件10分别与第一推进组件201和第二推进组件202对应连接设置。在本实施例中，第一推进组件201和第二推进组件202结构、尺寸对应相同，因此，下文仅以其中一个推进组件为例进行介绍，对于相同结构不过多赘述。对应的，驱动组件10可以包括独立驱动第一推进组件201运动的第一驱动组件11和独立驱动第二推进组件202运动的第二驱动组件15，第一驱动组件11、第二驱动组件15结构类似。在其他实施方式中，也可以仅设置一个驱动组件10，相应的，驱动组件10包括一个原动机12和两套互相独立的传动单元及驱动件，原动机12同时输出相同方向、功率的驱动力，两套独立的传动单元可以根据需要改变驱动力的功率和方向，并通过驱动件传递至推进组件20。

第一推进组件201包括与输出轴传动连接的连接座220和与连接座220活动连接的螺旋桨210。连接座220内设有传动结构，以传递驱动组件10的驱动力，进一步的，连接座220的中轴线可以和第一轴线101重合。螺旋桨210在驱动组件10作用下绕第二轴线203旋转，与水作用，以推动水上交通运输工具前进。同时，螺旋桨210与连接座220转动连接，螺旋桨210整体能够通过连接座220在绕第二轴线203旋转运动的同时通过调节组件30实现多自由度的转动。

螺旋桨210包括螺旋桨叶211、桨壳体212和桨杆213。螺旋桨叶211设置在桨杆213的一端，桨杆213另一端与连接座220活动连接，桨壳体212套设在桨杆213外部，一端靠近桨杆213，另一端靠近或活动连接至连接座220。螺旋桨叶211至少为4片，在本实施例中，如图所示，桨叶为5片或6片。

如图3所示，螺旋桨叶211可以与桨杆一体成型，也可以通过紧固组件214与桨杆213固定连接。进一步的，紧固组件214包括紧固座2142和紧固销2141。紧固座2142套设在桨杆213的末端，螺旋桨叶211设于紧固座2142和桨壳体212之间。紧固销2141与桨杆213固定连接，并将紧固座2142抵靠至螺旋桨叶211，以使紧固座2142限制螺旋桨叶211沿第二轴线203方向上的位置。紧固销2141能够防止紧固座2142朝远离螺旋桨叶211的方向运动。紧固座2142上设有若干紧固槽2142a，桨杆213上设有贯穿桨杆213末端的连接孔2131，若干紧固槽2142a中的两个与连接孔2131位置对应，使得紧固销2141穿设于连接孔2131和紧固槽2142a形成的路径上。紧固销2141至少一端的直径均大于连接孔2131和紧固槽2142a的直径，以防止紧固销2141脱离。通过设置紧固组件214，使得螺旋桨叶211用于桨杆之间稳定地连接，在固定螺旋桨叶211沿第二轴线203方向上的位置的同时，还能够使得调整、拆卸桨叶；他通过设置若干紧固槽2142a，可以调整紧固销2141的紧固位置，从而调整螺旋桨叶211与桨壳体212之间的紧固程度。

桨壳体212上设有加强鳍216和稳定鳍217。加强鳍216设于桨壳体212和调节组件30的连接处，即加强鳍216自第四连接头215处延伸。加强鳍216的两侧还对称地固定连接有加强筋，加强筋的材质可以选择与加强鳍216或桨壳体212不同的、强度更高的材质。稳定鳍217设于桨壳体212接触水面的一侧，在半浸桨推进装置1的工作状态，稳定鳍217部分或全部位于水中。稳定鳍217被固定或一体化到桨壳体212上，稳定鳍217能够在水上交通运输工具转弯等动作时辅助对抗螺旋桨210的动作。

调节组件30包括纵倾机构310、转舵机构320以及联桨杆330。第一推进组件201和第二推进组件202的一端在水上交通运输工具尾板2的固定位置，第一推进组件201和第二推进组件202的另一端通过联桨杆330连接。进一步的，联桨杆330连接第一推进组件201和第二推进组件202的螺旋桨，联桨杆330使得相邻的螺旋桨210可以同时被调节。相邻的螺旋桨210可以基本平行设置，联桨杆330与螺旋桨210垂直或异面设置。调节组件30至少包括分别对应第一推进组件201和第二推进组件202设置的两个纵倾机构310和两个转舵机构320，在此只描述其中之一。纵倾机构310一端活动连接尾板2，一端活动连接螺旋桨210。转舵机构320一端活动连接尾板2，一端活动连接螺旋桨210。纵倾机构310能够进行伸缩运动，以用于调节螺旋桨210相对于水面所在平面的升降角度，即纵倾机构310用于调节螺旋桨210在第一平面内的升降角度，第二轴线203和纵倾机构310的中轴线相交形成第一平面。应当知道的是，第二推进组件202也具有相应的第一平面，在此不进行赘述。第二纵倾机构310通过控制螺旋桨210的升降，进而控制螺旋桨210浸入水中部分的体积从而控制阻力和推力。转舵机构320进行伸缩运动，以用于调节第二轴线203与第一轴线101在水平方向上的摆动角度，即调节第一平面相对于第一轴线101的摆动角度。转舵机构320通过控制螺旋桨210的摆动来控制螺旋桨210相对于水上交通运输工具前进方向的夹角，进而使半浸桨推进装置1产生偏斜与前进方向的推力以使水上交通运输工具转向。

纵倾机构310和转舵机构320的伸缩运动相互配合，使螺旋桨210能够以螺旋桨210的一端为枢转点转动，并使螺旋桨210定位在所需的预设位置。当需要螺旋桨210定位在所需的预设位置，即需要固定摆动角度和升降角度时，纵倾机构310和转舵机构320的伸缩运动过程能够固定在相对应的伸缩行程处。具体的，升降角度的最大值小于或等于摆动角度的最大值，螺旋桨210与连接座220的连接的一端作为枢转点，使得螺旋桨210的另一端即自由端在椭圆形路径所限定的区域范围内绕第一轴线101转动，以调整到所需的位置。纵倾机构伸缩运动的总行程小于或等于所述转舵机构伸缩运动的总行程，以使升降角度的最大值小于或等于摆动角度的最大值。升降角度的最大值小于或等于摆动角度的最大值，可以使得调节组件30在对推进组件20的调节更加稳定，即使是在工作状态中，纵倾机构310和转舵机构320需要同时进行调节以完成水上交通运输工具不同运动状态的调整，例如偏转航线的同时需要提升推力加速，也可以保证水上交通运输工具运动过程稳定，改善失控、运动不准确等问题。升降角度大于或等于5°且小于或等于30°，所述摆动角度大于或等于5°且小于或等于75°。进一步的，升降角度大于或等于10°且小于或等于20°，所述摆动角度大于或等于15°且小于或等于60°。在上述角度范围内，调节组件30的纵倾机构310和转舵机构320可以同时完成调节，且使得水上交通运输工具运动状态的切换更加稳定，克服阻力小，受力稳定，调节效率高。

纵倾机构310和/或转舵机构320包括活塞杆和油缸，活塞杆一端连接油缸，另一端连接水上交通运输工具的尾板2或螺旋桨210，油缸一端连接活塞杆，另一端连接水上交通运输工具的尾板2或螺旋桨210，活塞杆能够在油缸中进行直线往复运动，以调节升降角度和摆动角度。在本实施例中，纵倾机构310和转舵机构320为液压装置，通过活塞杆在液压缸中的往复运动带动螺旋桨210的运动。液压装置还包括泵、电源、储液器等，均设置在水上交通运输工具内部，即设置在尾板2远离螺旋桨210的对侧，液压装置还包括流体导管，流体导管穿过尾板2连接至液压缸。

转舵机构320与尾板2的连接处在竖直方向上的高度低于纵倾机构310与尾板2的连接处的高度。进一步的，纵倾机构310与尾板2连接处设有第一连接座311，第一连接座311提供给纵倾机构310多自由度的连接结构，例如第一连接座311可设有球形关节、枢接结构等。转舵机构320与尾板2连接处设有第二连接座321，与第一连接座311类似，第二连接座321提供给纵倾机构310多自由度的连接结构。第二连接座321在竖直方向上的高度低于第一连接座311在竖直方向上的高度。第二连接座321在竖直方向上的高度高于停机状态下推进组件20的位置。由于摆动角度的范围大于升降角度的范围，所以当第二连接座321位置更低时，能够保证调节过程的稳定性更高，转舵机构320、纵倾机构310与螺旋桨的连接处受力方向、大小更均衡。

如图5所示，在停机状态时，纵倾机构310与螺旋桨210设置在同一竖直平面内，即此时第一平面为一竖直平面，此时第一轴线与第二轴线平行或重合。纵倾机构310的中轴线与第一轴线101具有夹角α。转舵机构320设置在螺旋桨210远离联桨杆330的一侧。转舵机构320的中轴线在螺旋桨210所在平面内的投影与第一轴线101具有夹角β。夹角α与夹角β之比大于或等于0.9且小于或等于1.1。在夹角α与夹角β的比值范围内，纵倾机构310、转舵机构320与螺旋桨210三者延伸方向形成相对对称结构，调节过程中，各结构连接处受力更加稳定。结合上述第二连接座321的高度，也节省了转舵机构320伸缩结构的行程设置，以较短的行程实现较大的角度范围。

如图4所示，纵倾机构310、转舵机构320和联桨杆330中的一个或多个通过连接组件340与螺旋桨210连接在同一位置。在本实施例中，纵倾机构310、转舵机构320和联桨杆330共同通过连接组件340连接至螺旋桨210的连接位置。连接位置与尾板2的距离为L1，推进组件200总长度(也可以为推进组件200位于尾板2外部的长度)为L。L1与L之比大于或等于0.5且小于或等于0.7，使得连接位置位于推进组件200的中部，进一步的，连接位置位于推进组件200的中部偏远离尾板2的部分。连接位置构成调节组件30调节过程中螺旋桨210动作的支点，支点位于中部偏后位置可以使调节过程中纵倾机构310和转舵机构320的动作更加省力，延长了纵倾机构310、转舵机构320以及连接组件340的寿命，增加了推进装置的结构稳定性。

连接组件340包括第一连接头341、第二连接头342和第三连接头343。第一连接头341连接纵倾机构310的一端，桨壳体212上还形成有第四连接头215，第一连接头341与第四连接头215活动连接，以使螺旋桨210和纵倾机构310活动连接。第一连接头341上还设有若干连接耳3411，第二连接头342和第三连接头343与连接耳3411活动连接，以使转舵机构320和联桨杆330最终与螺旋桨210活动连接。连接第二连接头342和第三连接头343的若干连接耳3411对称设置，以使调节过程中螺旋桨210的受力均衡。在其他实施例中，连接耳3411也可以设置在第四连接头215上。

第二连接头342和第三连接头343结构相似，以第二连接头342为例，第二连接头342包括连接头本体3420、第一贯穿孔3421、第二贯穿孔3422和连接销3424。第一贯穿孔3421和第二贯穿孔3422形成于连接头本体3420的两端，第一贯穿孔3421和第二贯穿孔3422的延伸方向相互异面。连接销3424连接第二贯穿孔3422和连接耳3411。第一贯穿孔3421连接转舵机构320的一端。第一贯穿孔3421中部朝不同于其延伸方向的方向形成开口3423，开口3423与第一贯穿孔3421的截面呈T形。转舵机构320与第一贯穿孔3421连接的一端呈T形，T形的横向段与第一贯穿孔3421配合，竖向段连接活塞杆并从开口3423中伸出。通过设置T形的连接头结构，使得螺旋桨转动时，T形的横向段部分可以承担并分散螺旋桨转动带来的扭力，既能实现连接头的活动连接，又比传统的连接结构更加稳固。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。