一种橹推进器

摘要

本发明提供一种橹推进器，包括橹叶、橹杆、姿态调节组件及转动轴，所述橹叶沿橹叶的长度方向设有通孔，所述橹杆穿过所述通孔与所述橹叶柱铰连接，所述橹杆的一端与转动轴连接，所述橹杆的另一端与所述姿态调节组件连接，所述橹叶与所述姿态调节组件柱铰连接，所述橹叶的外表面设有2个以上凹槽，所述凹槽的长度方向与所述橹叶的长度方向垂直。本发明的橹推进器能实现流速自适应，使橹叶与流体保持滑动，减小形状阻力，避免气穴，同时，能减少流体的粘滞性，机械效率高。

权利要求

1.一种橹推进器，其特征在于，包括橹叶、橹杆、姿态调节组件及转动轴，所述橹叶沿橹叶的长度方向设有通孔，所述橹杆穿过所述通孔与所述橹叶柱铰连接，所述橹杆的一端与转动轴固定连接，所述橹杆的另一端与所述姿态调节组件固定连接，所述橹叶与所述姿态调节组件柱铰连接，所述橹叶的外表面设有2个以上凹槽，所述凹槽的长度方向与所述橹叶的长度方向垂直；所述姿态调节组件包括圆盘、两个弹性件及两根滑杆，所述橹杆与所述圆盘固定连接，所述圆盘设有两条轨道，所述滑杆的一端与所述橹叶固定连接，所述滑杆的另一端嵌设在所述轨道内且可沿轨道滑动，所述弹性件分别与滑杆的另一端及圆盘固定连接。

2.根据权利要求1所述的橹推进器，其特征在于，两个弹性件以所述圆盘的中心轴中心对称。

3.根据权利要求1所述的橹推进器，其特征在于，所述轨道为弧形轨道，所述弧形轨道与所述圆盘的圆心构成的圆心角的角度为0-30°。

4.根据权利要求1所述的橹推进器，其特征在于，所述圆盘的横截面积大于所述通孔的横截面积。

5.根据权利要求1所述的橹推进器，其特征在于，所述橹叶的长度方向与橹杆的长度方向一致的两面分别为平面和弧面。

6.根据权利要求1所述的橹推进器，其特征在于，所述橹杆所在位置为所述橹叶的三个惯量主轴中惯量矩最小的轴的位置。

7.根据权利要求1所述的橹推进器，其特征在于，所述橹杆的数量为2以上偶数根，2以上偶数根橹杆对称设置于所述转动轴的两侧。

说明书

一种橹推进器

技术领域

[0001] 本发明涉及航运、水运领域，具体涉及一种橹推进器。

背景技术

[0002] 涡轮橹推进器是指转动的橹动力。橹作为人工推进器，在水运领域应用十分广泛。橹是中国人发明的，常州市戚墅堰圩墩的遗址表明人类使用橹已经6000多年，北宋张择端的“清明上河图”上摇橹的画面依然清晰可见。

[0003] 在空中，各种飞行器把雨燕远远地甩在后面；在地面上，猎豹跑不过一辆普通的家用汽车；唯独在水里，各种船舶行驶速度没有旗鱼快。其原因是，人类设计的在流体中的推进器主要是基于牛顿第三定律：作用力等于反作用力，这种方式在空气中十分有效，但在水中却效率低下，因为无论是哺乳动物海豚还是旗鱼采用的都是滑水而不是推水的方式。在空中，虽然涡轮螺旋桨被涡轮喷气和涡轮风扇等推进器补充，但在水中采用的几乎都是螺旋桨推进器。螺旋桨推进存在两个问题：1)气穴现象；2)机械效率低。

[0004] 由伯努利定律可知，橹的工作原理与鱼尾的功能是一致的，橹滑水时，由于曲面和平面造成两个面上的流速不一致，两个面上压力的差异，从而产生动力。几千年过去了，橹的使用依然停留在人工动力层面上。

[0005] 作为改进，申请号为200410088866.9的中国发明专利公开了自动偏转橹推进器，包括：驱动装置、橹杆、橹轴和橹片，橹片是一个整体，橹片上带有橹轴，驱动装置连接橹杆，橹杆通过橹轴连接橹片，橹轴把橹片分成前后两个部分，以橹轴为界橹片前后的面积比是一比一点三。该发明虽然摆脱了人工动力摇橹，实现了机械驱动橹，实现了良好的推进性能，但水流连续变化时，推进性能下降较大，自动偏转橹推进器的环境适应性较差。

[0006] 对于流体中的推进器，使其具有对流速自动调节姿态(流速自适应)，以转动的方式保持在流体中的滑动是一项亟待突破的关键技术。随着航运、水运领域技术的发展，如何设计对流速具有自动调节姿态(流速自适应)的推进器是解决问题的关键。

[0007] 因此，有必要发明一种流速自适应的橹推进器。

发明内容

[0008] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种流速自适应的橹推进器。

[0009] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

[0010] 一种橹推进器，包括橹叶、橹杆、姿态调节组件及转动轴，所述橹叶沿橹叶的长度方向设有通孔，所述橹杆穿过所述通孔与所述橹叶柱铰连接，所述橹杆的一端与转动轴固定连接，所述橹杆的另一端与所述姿态调节组件固定连接，所述橹叶与所述姿态调节组件柱铰连接，所述橹叶的外表面设有2个以上凹槽，所述凹槽的长度方向与所述橹叶的长度方向垂直。

[0011] 进一步的，所述姿态调节组件包括圆盘、两个弹性件及两根滑杆，所述橹杆与所述圆盘固定连接，所述圆盘设有两条轨道，所述滑杆的一端与所述橹叶固定连接，所述滑杆的另一端嵌设在所述轨道内且可沿轨道滑动，所述弹性件分别与滑杆的另一端及圆盘固定连接。

[0012] 进一步的，两个弹性件以所述圆盘的中心轴中心对称。

[0013] 进一步的，所述轨道为弧形轨道，所述弧形轨道与所述圆盘的圆心构成的圆心角的角度为0-30°。

[0014] 进一步的，所述圆盘的横截面积大于所述通孔的横截面积。

[0015] 进一步的，所述橹叶的长度方向与橹杆的长度方向一致的两面分别为平面和曲面。

[0016] 进一步的，所述橹杆所在位置为所述橹叶的三个惯量主轴中惯量矩最小的轴的位置。

[0017] 进一步的，所述橹杆的数量为2以上偶数根，2以上偶数根橹杆对称设置于所述转动轴的两侧。

[0018] 本发明的有益效果在于：通过动力驱动的转动轴带动橹杆转动，橹杆带动橹叶转动，实现了人工橹变成动力驱动的橹推进器，利用了橹的滑水原理，相对人工橹，提高了效率；将橹叶与橹杆采用柱铰连接形式，使得橹叶能绕橹杆转动，在橹杆的末端设置姿态调节组件，可以防止橹叶从橹杆中滑出，同时，姿态调节组件与橹叶柱铰连接，使得橹叶实现流速自适应(根据流体的速度，自动调节姿态)，从而使橹叶与流体保持滑动，减小形状阻力，避免气穴；在橹叶的表面设置凹槽(瓦槽)，通过凹槽限制流体的流动，减少流体的粘滞性，提高机械效率。

附图说明

[0019] 图1为本发明实施例1的橹推进器的结构示意图。

[0020] 图2为图1中A的放大图。

[0021] 图3为本发明实施例1的橹推进器中姿态调节组件的主视图。

[0022] 标号说明：

[0023] 1-橹叶；2-橹杆；3-姿态调节组件；31-圆盘；32-弹性件；33-滑杆；4-转动轴；5-凹槽。

具体实施方式

[0024] 为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

[0025] 本发明最关键构思：通过橹杆与橹叶采用柱铰连接，并在橹杆末端设置姿态调节组件，使得橹叶转动起来的同时还可以根据流体速度改变姿态，确保橹叶在流体中滑动；通过在橹叶上设置凹槽(瓦槽)减少橹叶与流体之间的粘滞力。

[0026] 请参照图1至图3，一种橹推进器，包括橹叶1、橹杆2、姿态调节组件3及由动力装置驱动的转动轴4，所述橹叶1沿橹叶1的长度方向设有通孔，所述橹杆2穿过所述通孔与所述橹叶1柱铰连接，所述橹杆2的一端与转动轴4固定连接，所述橹杆2的另一端与所述姿态调节组件3固定连接，所述橹叶1与所述姿态调节组件3柱铰连接，所述橹叶1的外表面设有2个以上凹槽5，所述凹槽5的长度方向与所述橹叶1的长度方向垂直。

[0027] 本发明的工作原理：根据伯努利定律，

[0028]

[0029] 式中P、ρ、v分别表示流体的压强、密度和速度，h表示高度(深度)，g表示重力加速度，C为常数。螺旋桨在水中效率低的主要原因是推水，由于流体变形所需的剪切力非常小，导致水被推后容易形成湍流、涡流，导致螺旋桨推水效率低。而本发明利用了橹的原理，采用滑水(伯努利定律)而非推水(牛顿第三定律)；转动轴在动力驱动下转动，橹杆一端与转动轴固定连接，橹杆绕转动主轴产生转动，橹叶与橹杆柱铰联结，橹叶随橹杆一起绕转动轴产生转动，同时，橹叶也绕橹杆产生转动，姿态调节组件安装于橹杆的末端，可以防止橹叶绕转动轴转动时从橹杆上滑落，同时，姿态调节组件通过与橹叶柱铰连接来调节橹叶的姿态，以保持橹叶在流体中滑动，减小形状阻力，避免气穴现象的出现；橹叶外面设置的凹槽(瓦槽)，利用凹槽限制流体的流动，而减少流体与橹叶之间的粘滞力，与鲨鱼皮的结构功能类似，提高机械效率。

[0030] 从上述描述可知，本发明的有益效果在于：动力驱动的转动轴带动橹杆转动，橹杆带动橹叶转动，实现了人工橹变成动力驱动的橹推进器，利用了橹的滑水原理，相对人工橹，提高了效率；将橹叶与橹杆采用柱铰连接形式，使得橹叶能绕橹杆转动，在橹杆的末端设置姿态调节组件，可以防止橹叶从橹杆中滑出，同时，姿态调节组件与橹叶柱铰连接，使得橹叶实现流速自适应(根据流体的速度，自动调节姿态)，从而使橹叶与流体保持滑动，避免气穴；在橹叶的表面设置凹槽(瓦槽)，通过凹槽限制流体的流动，减少流体的粘滞性，提高机械效率。

[0031] 进一步的，所述姿态调节组件3包括圆盘31、两个弹性件32及两根滑杆33，所述橹杆2与所述圆盘31固定连接，所述圆盘31设有两条轨道，所述滑杆33的一端与所述橹叶1固定连接，所述滑杆33的另一端嵌设在所述轨道内且可沿轨道滑动，所述弹性件32分别与滑杆33的另一端及圆盘31固定连接。

[0032] 所述弹性件32为条状，所述弹性件的一端固定在所述圆盘31内，所述弹性件32的另一端与所述滑杆33的另一端固定连接。

[0033] 由以上描述可知，圆盘与橹叶柱铰联结，圆盘与橹杆固结，由此防止橹叶从橹杆中滑落，同时允许橹叶绕橹杆转动，滑动杆与橹叶固结，滑动杆在圆盘的轨道内滑动，轨道的几何尺寸限定橹叶滑动的范围，弹性件一端与圆盘固结，另一端与嵌入轨道的滑动杆固结，弹性件具有的装配张力可使橹叶的平面与橹杆垂直，同时随着流速的改变，滑动杆可在圆盘的轨道内滑动，滑动杆带动橹叶改变姿态，使其保持在流体中的滑动。

[0034] 进一步的，两个弹性件32以所述圆盘31的中心轴中心对称。

[0035] 由以上描述可知，两个弹性件以所述圆盘的中心轴中心对称，使得一个弹性件可以牵制橹叶转动，调节橹叶转动。

[0036] 进一步的，所述轨道为弧形轨道，所述弧形轨道与所述圆盘31的圆心构成的圆心角的角度为0-30°。

[0037] 由上述描述可知，控制弧形轨道与圆盘的圆心构成的圆心角的角度，可以使橹叶更加有效转动。

[0038] 进一步的，所述圆盘31的横截面积大于所述通孔的横截面积。

[0039] 由上述描述可知，圆盘的横截面积大于通孔的横截面积可以防止橹叶从橹杆上滑落。

[0040] 进一步的，所述橹叶1的长度方向与橹杆2的长度方向一致的两面分别为平面和弧面。

[0041] 由上述描述可知，橹叶与橹杆长度方向一致两面分别为直面和弧面，使得橹叶的直面与弧面的流速不同而产生动力。

[0042] 进一步的，所述橹杆2所在位置为所述橹叶1的三个惯量主轴中惯量矩最小的轴的位置。

[0043] 进一步的，所述橹杆2的数量为2以上偶数根，2以上偶数根橹杆2对称设置于所述转动轴4的两侧。

[0044] 实施1

[0045] 请参照图1至图3，一种橹推进器，包括橹叶1、橹杆2、姿态调节组件3及有动力装置驱动的转动轴4，所述橹叶1沿橹叶1的长度方向设有通孔，所述橹杆2穿过所述通孔与所述橹叶1柱铰连接，所述橹杆2的一端与转动轴4固定连接，所述橹杆2的另一端与所述姿态调节组件3固定连接，所述橹叶1与所述姿态调节组件3柱铰连接，所述橹叶1的外表面设有2个以上凹槽5，所述凹槽5的长度方向与所述橹叶1的长度方向垂直。

[0046] 所述姿态调节组件3包括圆盘31、两个弹性件32及两根滑杆33，所述橹杆2与所述圆盘31固定连接，所述圆盘31设有两条轨道，所述滑杆33的一端与所述橹叶1固定连接，所述滑杆33的另一端嵌设在所述轨道内且可沿轨道滑动，所述弹性件32的一端固定在所述圆盘31内，所述弹性件为条状，所述弹性件32的另一端与所述滑杆33的另一端固定连接；两个弹性件32以所述圆盘31的中心轴中心对称；所述轨道为弧形轨道，所述弧形轨道与所述圆盘31的圆心构成的圆心角的角度为0-30°，可根据需要设计；所述橹叶1的长度方向与橹杆2的长度方向一致的两面分别为平面和弧面；所述橹杆2所在位置为所述橹叶1的三个惯量主轴中惯量矩最小的轴的位置；所述橹杆2的数量为2以上偶数根，2以上偶数根橹杆2对称设置于所述转动轴4的两侧。

[0047] 当然同一平面上可设计一对或多对橹杆2在转动轴4上，橹杆2与橹叶1柱铰连接，同一转动轴上也可设计多层橹杆2，橹杆2与橹叶1柱铰连接，橹推进器顺时针或逆时针成对装配。

[0048] 当用于航运时，在空气中，橹叶1的凹槽5会形成以转动轴4为圆心的同心圆，两对橹推进器可以实现垂直升降，且起飞时不会出现尘土飞扬，成对的橹推进器可无需直升机的尾桨，配对的橹推进器相向转动，还可以形成“力矩陀螺”提高整个飞行器的稳定性，改变转动轴的姿态，实现流速自适应，即可实现飞行；当用于水运时，橹叶1上的凹槽5垂直于橹杆2，橹叶1通过改变姿态始终保持滑水状态，提高橹推进器效率。

[0049] 综上所述，本发明提供的橹推进器，通过动力驱动的转动轴带动橹杆转动，橹杆带动橹叶转动，实现了人工橹变成动力驱动的橹推进器，利用了橹的滑水原理，相对人工橹，提高了效率；将橹叶与橹杆采用柱铰连接形式，使得橹叶能绕橹杆转动，在橹杆的末端设置姿态调节组件，可以防止橹叶从橹杆中滑出，同时，姿态调节组件与橹叶柱铰连接，姿态调节组件对橹叶形成一对力偶，使得橹叶实现流速自适应(根据流体的速度，自动调节姿态)，从而使橹叶与流体保持滑动，避免气穴；在橹叶的表面设置凹槽(瓦槽)，通过凹槽限制流体的流动，减少流体的粘滞性，提高机械效率；橹叶的一面为直面，另一面为弧面，使得橹叶的直面与弧面的流速不同而产生动力。

[0050] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。