CN103786853A - 水下航行体的扭矩自平衡组合推进器 - Google Patents

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周斌
辛公正
刘登成
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Abstract

本发明涉及一种水下航行体的扭矩自平衡组合推进器，包括位于航行体艉段与推进器艉帽间的转子，转子包括浆毂及桨叶；还包括套置于所述航行体艉段、转子及推进器艉帽上的导管；所述航行体艉段的外壁上带有前置支撑，所述推进器艉帽的外壁上带有后置导叶，所述前置支撑的外端部及后置导叶的外端部共同固接于所述导管的内壁。本发明具有结构紧凑、驱动机构简单、推进效率高及低噪音的特点，还能实现扭矩自平衡，其适用范围广。

Description

水下航行体的扭矩自平衡组合推进器
技术领域
本发明涉及船舶工程技术领域，尤其涉及推进装置。
背景技术
 水下航行体推进装置的研究一直是推进装置研究的前沿和重点。高推进效率推进器的开发有助于提高水下航行体的航程和航速，低噪声推进器的应用能够增强水下航行体的隐蔽性暨提升其生存能力。
 现有的水下航行体推进装置一般为螺旋桨推进器或者对转桨推进器；常规的螺旋桨推进器由于无法充分回收螺旋桨后方的尾流，因此推进效率一般不超过70%，并且螺旋桨在工作时会产生与螺旋桨旋转方向相反的扭矩，影响航行体航行姿态，为了平衡这个扭矩需要在正常航行状态下也要舵机参与调节才能保持航行稳定。
    在对于小型水下航行体或者对扭矩平衡和效率要求比较高的水下航行体，由于螺旋桨具有上述不足，往往采用对转桨推进装置。对转桨推进装置通过前后两个旋转方向相反的螺旋桨同时运行平衡了推进器本身产生的扭矩，后桨工作在前桨的尾流区，能够吸收前桨的尾流能量，因此具有较高的推进效率。但是对转桨推进装置需要两套转动驱动装置，通常采用的内外轴的旋转机构，而内外轴驱动较单轴驱动的能耗大，并且推进器噪声较大；对转桨推进装置由于缺少保护结构，易与外界物碰撞而损坏，其使用寿命较短。
发明内容
本申请人针对现有船用推进器的上述缺点，提供一种水下航行体的扭矩自平衡组合推进器，其具有结构紧凑、驱动简单、推进效率高及使用寿命长的特点。
本发明所采用的技术方案如下：
    一种水下航行体的扭矩自平衡组合推进器，包括位于航行体艉段与推进器艉帽间的转子，转子包括浆毂及桨叶；还包括套置于所述航行体艉段、转子及推进器艉帽上的导管；所述航行体艉段的外壁上带有前置支撑，所述推进器艉帽的外壁上带有后置导叶，所述前置支撑的外端部及后置导叶的外端部共同固接于所述导管的内壁。
进一步的技术方案在于：
所述导管的内壁装置有吸音材料；
所述桨叶对称布置于转子的外壁，桨叶的数目≥2；
所述前置支撑对称布置于航行体艉段的外壁，前置支撑的数目≥2；
所述后置导叶对称布置于推进器艉帽的外壁，后置导叶的数目≥2；
所述导管带有锥形管状结构，其小径端与后置导叶的外端部固接。
本发明的有益效果如下：
1）后置导叶充分回收转子尾流的旋转能量从而使产生一定的推力；导管控制推进器内部流场流动，可以使得导管产生向前的推力，提高了推进效率。
2）后置导叶在转子的尾流区域内工作，后置导叶充分吸收转子的尾流能量产生与转子相反的扭矩，并且反向扭矩的大小变化与转子吸收扭矩的大小同步变化，使得推进器扭矩的相互抵消，具有良好的扭矩自平衡能力。
3）由于该组合推进器有导管覆盖其表面，导管可以起控制推进器运行流道和声屏蔽的作用，并且在导管内壁填充吸音材料，大大降低了推进器噪声。
4）采用单轴驱动结构，比较内外轴反向旋转的电机可以缩小主机尺寸，简化电机结构，同时减小噪音。
5）外置的导管可以对转子起到保护作用，并减小主要部件与异物磕碰的情况发生。
本发明具有结构紧凑、驱动机构简单、推进效率高及低噪音的特点，还能实现扭矩自平衡，其适用范围广。
附图说明
图1为本发明的立体结构图。
图2为本发明的主视图。
图3为本发明未安装导管4的结构图。
图中：1、航行体艉段；2、前置支撑；3、吸音材料；4、导管；5、后置导叶；6、推进器艉帽；7、转子；71、浆毂；72、桨叶。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
见图1至图3，本发明包括位于航行体艉段1与推进器艉帽间6的转子7，航行体艉段1带有锥形结构，航行体艉段1与推进器艉帽6分别固定于航行体上（未画出），转子7包括装置于传动轴（未画出）上的浆毂71，浆毂71的外壁对称布置有桨叶72；航行体艉段1、转子7及推进器艉帽6上套置有导管4；航行体艉段1的外壁上带有前置支撑2，推进器艉帽6的外壁上带有后置导叶5，前置支撑2的外端部及后置导叶5的外端部共同固接于导管4的内壁。
本发明航行体艉段1的外壁上装置前置支撑2，前置支撑2的数目根据经验设定，一般设置为2个或2个以上；航行体艉段1的结构上起到承担整个组合推进器重量和扭矩的作用，同时前置支撑2的存在对于位于水下的航行体艉段1的流场具有整流作用，使进入推进器装置的周向流场更加均匀；
转子7的作用通过桨叶72的旋转吸收传动轴的能量产生推力从而推动航行体前进，转子7的桨叶72的形状根据流道内流体的流动情况设计得出；由于转子7采用单轴驱动，比较内外轴的旋转机构，降低功耗较低，减小了噪音；
导管4将整个推进器罩住，在导管4内部布置吸音材料3，在一定程度上可以降低推进器的噪声，导管4的形状根据航行体艉段1形状和运行工况匹配得出，一般设置成锥形管状结构，其小径端与后置导叶5的外端部固接；导管4内壁和航行体艉段1外形共同构成了适合该组合推进器运行的特定流道，此流道可以起到改善推进器空泡性能、减小推进器能量损失的效果；
后置导叶5工作于转子7后方，与导管4的内壁连接，起回收转子7尾流能量以及平衡转子7扭矩的作用；后置导叶5的形状需要根据流道内流体的流动情况、扭矩平衡要求以及转子7后方流场的分布情况经适伴流设计方法得出；
本发明中，转子7和后置导叶5的主要设计参数根据设计目标以及经验确定。转子7的桨叶72数目与航行体艉段1的流场相关，至少包括2叶，一般设置成5~9叶；后置导叶5的叶数同样至少包括2叶，并在桨叶叶数选择的基础上±2个桨叶数；转子7和后置导叶5的几何外形根据推进器内部流场的数值计算结果，结合桨叶72的升力面进行耦合迭代设计得出。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。 

Claims (6)

1.一种水下航行体的扭矩自平衡组合推进器，包括位于航行体艉段1与推进器艉帽（6）间的转子（7），转子（7）包括浆毂（71）及桨叶（72），其特征在于：还包括套置于所述航行体艉段（1）、转子（7）及推进器艉帽（6）上的导管（4）；所述航行体艉段（1）的外壁上带有前置支撑（2），所述推进器艉帽（6）的外壁上带有后置导叶（5），所述前置支撑（2）的外端部及后置导叶（5）的外端部共同固接于所述导管（4）的内壁。
2.如权利要求1所述的水下航行体的扭矩自平衡组合推进器，其特征在于：所述导管（4）的内壁装置有吸音材料（3）。
3.如权利要求1所述的水下航行体的扭矩自平衡组合推进器，其特征在于：所述桨叶（72）对称布置于转子（7）的外壁，桨叶（72）的数目≥2。
4.如权利要求1所述的水下航行体的扭矩自平衡组合推进器，其特征在于：所述前置支撑（2）对称布置于航行体艉段（1）的外壁，前置支撑（2）的数目≥2。
5.如权利要求1所述的水下航行体的扭矩自平衡组合推进器，其特征在于：所述后置导叶（5）对称布置于推进器艉帽（6）的外壁，后置导叶（5）的数目≥2。
6.如权利要求1所述的水下航行体的扭矩自平衡组合推进器，其特征在于：所述导管（4）带有锥形管状结构，其小径端与后置导叶（5）的外端部固接。
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