CN107878718B - 一种基于压缩空气提供动力的水下航行器 - Google Patents

一种基于压缩空气提供动力的水下航行器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于压缩空气提供动力的水下航行器，属于水下航行器设计技术领域。包括：壳体、隔板、储气罐、伺服控制阀、喷管组件、叶轮、传动轴及螺旋桨；隔板设置在壳体内部的中间部分并与壳体内壁保持密封，储气罐内的高压气体经伺服控制阀后由喷管组件分配给位于隔板另一侧且周向均布的气流喷嘴；叶轮、传动轴及螺旋桨设置位于隔板的另一侧的壳体内并浸入水中，叶轮通过支架安装在壳体上，叶轮通过传动轴与所述螺旋桨连接；叶轮周向均布设置有多个叶片，气流喷嘴与叶片相对，分支喷管内的高压气体吹拂叶片带动叶轮转动，进而带动螺旋桨转动。本实用新解决了传统式机械传动结构中密封填料密封容易磨损的问题，提高使用寿命及降低维护成本。

Description

一种基于压缩空气提供动力的水下航行器
技术领域
本发明属于水下航行器设计技术领域，具体涉及一种基于压缩空气提供动力的水下航行器。
背景技术
蛙人，担负着水下侦察，破坏和执行特殊作战任务的部队，其中，蛙人的水下运动能力是影响其任务完成效率的一个重要因素。目前，蛙人大多通过脚蹼和手臂进行水下运动，这种通过人力的运动形式不论是在运动速度还是在航程上都有很多局限。还有一些情况下蛙人使用单人航行器来提高水下运动速度。这类水下航行器呈圆柱体，内部有电池和电动机，尾部有螺旋桨，壳体上有把手，使用时潜水员拉住把手随推进器运动。
现有方案的主要问题为潜水员需要一直使用手来与推进器连接，从而会在执行任务时造成诸多不便。另外，这类设备转轴与轴承的密封形式主要为填料式或机械式。填料式密封易磨损，寿命短，使用一段时间需要进行维护。机械式密封虽然耐久性好，但是其制造装配工艺要求较高，成本较高。
发明内容
本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种基于压缩空气提供动力的水下航行器，采用压缩空气为动力，通过喷管喷嘴喷出吹动叶栅，带动螺旋桨进行转动提供推进力，只需对喷管与固定壳体之间固定密封即可，降低密封成本。
本发明的技术方案：一种基于压缩空气提供动力的水下航行器，包括：壳体、隔板、动力装置及驱动装置；
所述隔板设置在壳体内部的中间部分并与壳体内壁保持密封，将壳体内腔分成上下两个部分；
所述动力装置布置在所述壳体完全密封的空间内，所述动力装置包括：储气罐、伺服控制阀及喷管组件；
所述储气罐内的高压气体经伺服控制阀后由喷管组件分配给位于隔板另一侧且周向均布的气流喷嘴；
所述驱动装置设置位于隔板的另一侧的壳体内并浸入水中，所述驱动装置包括：叶轮、传动轴及螺旋桨；
所述叶轮通过支架安装在壳体上，可相对壳体转动，所述叶轮通过传动轴与所述螺旋桨连接；
所述叶轮周向均布设置有多个叶片，所述气流喷嘴与叶片相对，高压气体吹拂叶片带动叶轮转动，进而带动螺旋桨转动。
优选的，所述隔板与所述壳体为一体式结构。
优选的，所述壳体靠近螺旋桨的一端设置有排水口及进水口，所述带有排水口及进水口的壳体形成涵道结构。
优选的，所述叶片的安装轴线与所述气流喷嘴的中心线形成夹角。
优选的，所述支架为十字形支架，其中心位置设置有凸轴，所述凸轴与所述叶轮中心铰接。
优选的，所述螺旋桨通过安装梁安装在靠近排水口的壳体内壁上。
优选的，所述喷管组件由主喷管及分支喷管组成；
压缩空气经主喷管后分成周向均布的分支喷管，所述分支喷管与气流喷嘴连接；
所述主喷管可选择在隔板远离气流喷嘴的一侧进行分配，由分支喷管穿过隔板与气流喷嘴连接；
或者所述主喷管穿过隔板后再将压缩空气分配给分支喷管。
优选的，所述隔板设置有通孔，供所述主喷管或者分支喷管穿过；
所述通孔与所述主喷管及分支喷管与通孔之间填充密封材料。
优选的，所述分支喷管沿隔板中心周向设置，且相邻分支喷管之间形成90度夹角。
本发明技术方案的有益效果：本发明提供了一种新型的水下航行器，采用压缩气体提供动力，解决了传统式机械传动结构中密封填料密封容易磨损的问题，增强了使用寿命及降低维护成本。
附图说明
图1为本发明一种基于压缩空气提供动力的水下航行器的一优选实施例的结构示意图；
图2为图1所示实施例的喷管布置示意图；
图3为图1所示实施例的喷嘴及叶片布置示意图；
其中，1-壳体，2-隔板，3-储气罐，4-伺服控制阀，5-叶轮，6-传动轴，7-螺旋桨，8-支架，9-叶片，10-排水口，11-进水口，12-主喷管，13-分支喷管，14-安装梁，15-气流喷嘴。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明保护范围的限制。
如图1至图3所示：一种基于压缩空气提供动力的水下航行器，包括：壳体1、隔板2、动力装置及驱动装置；
隔板2设置在壳体1内部的中间部分并与壳体1内壁保持密封；
本实施例中，隔板2与壳体1的安装方式为可拆卸安装，通过在隔板2与壳体1连接处涂抹密封胶的方式进行密封处理；
隔板2与壳体1也可以采用一体式结构，并在壳体1上设置有储气罐1的充气口，用于对储气罐1内的高压气体进行补充，避免多次拆卸隔板2，减少密封成本。
隔板2将壳体1内腔分成上下两个部分，隔板2以上的部分为动力装置的安装空间，隔板2以下的部分为驱动装置提供安装空间。
动力装置布置在壳体1完全密封的空间内，动力装置包括：储气罐3、伺服控制阀4及喷管组件；
储气罐1内的高压气体经伺服控制阀4后由喷管组件分配给位于隔板2另一侧且周向均布的气流喷嘴15，从而将高压气体的冲击力传输给驱动装置。
驱动装置设置位于隔板2的另一侧的壳体1内并浸入水中，驱动装置包括：叶轮5、传动轴6及螺旋桨7；
叶轮5通过支架8安装在壳体1上，支架8固定在壳体上，叶轮5可相对支架8转动，叶轮5周向均布设置有多个叶片9，气流喷嘴15与叶片9相对，高压气体吹拂叶片9带动叶轮5转动；
叶轮5通过传动轴6与螺旋桨7连接，将叶轮5产生的驱动力传递给螺旋桨7，使螺旋桨7产生航行器运动的推动力。
本实施例中，叶轮5贴近壳体1内壁设置，尽量增大叶轮半径，增大转动力矩。
本实施例中，壳体1靠近螺旋桨7的一端设置有排水口10及进水口11，带有排水口及进水口的壳体形成涵道结构，使得螺旋桨7能够完全浸入在水介质中从而提高推进效率。
本实施例中，叶片9的安装轴线与气流喷嘴15的中心线形成夹角，即叶片9在叶轮5倾斜布置，呈碗形；采用此种方案可以使喷出的气流对叶片的推进效率提高的同时降低水对叶片的阻力；使高压气体作用在叶片9时，产生叶轮5旋转的周向力，防止其垂直作用在叶片上，出现无法驱动叶轮5的现象发生。
可以理解是：叶轮5上叶片9的数量不能太少，要保证一个叶片9被气流喷嘴15吹过时叶轮5有足够的能量转动使得下一个叶片能到达气流喷嘴的前方。在此基础上综合考虑整体重量，推进效率，水的阻力等因素确定叶片9的布置间距和数量。
本实施例中，支架8为十字形支架，其中心位置设置有凸轴，凸轴内设置有轴承，传动轴6穿过轴承后与螺旋桨7连接。
可以理解的是：螺旋桨7通过安装梁14安装在靠近排水口10的壳体1内壁上，传动轴6穿过安装梁内置轴承与螺旋桨7连接；
支架8及安装梁14使传动轴6运动轴线保持垂直，无偏转。
本实施例中，喷管组件由主喷管12及分支喷管13组成；
压缩空气经主喷管12后分成周向均布的分支喷管13，分支喷管13与气流喷嘴15连接；
主喷管12可选择在隔板远离气流喷嘴15的一侧进行分配，由分支喷管13穿过隔板与气流喷嘴15连接；
或者主喷管12穿过隔板后再将压缩空气分配给分支喷管13。
本实施例中，隔板2设置有通孔，供主喷管12或者分支喷管13穿过；
通孔与主喷管12及分支喷管13与通孔之间填充密封材料；由于主喷管12或者分支喷管13从隔板穿出，由于他们之间没有相对运动，使用简单的密封即可，如涂胶，从而大大降低了密封成本。
本实施例中，分支喷管13沿隔板中心周向设置，且相邻分支喷管13之间形成90度夹角，即布置4根互成90度的分支喷管；若分支喷管过少，则推动叶轮达到制定转速需要较大气压，若分支喷管过多，则需要较多气体，因此分支喷管的数量要适当。
本发明一种基于压缩空气提供动力的水下航行器，能够较大的提高蛙人的水下运动速度和航程，使用不需拆卸不需维护的密封方式，降低推进器使用维护成本，使其更易推广。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于压缩空气提供动力的水下航行器，其特征在于：包括：壳体(1)、隔板(2)、动力装置及驱动装置；
所述隔板(2)设置在壳体(1)内部的中间部分并与壳体(1)内壁保持密封，将壳体(1)内腔分成上下两个部分；
所述动力装置布置在所述壳体(1)完全密封的空间内，所述动力装置包括：储气罐(3)、伺服控制阀(4)及喷管组件；
所述储气罐(3)内的高压气体经伺服控制阀(4)后由喷管组件分配给位于隔板另一侧且周向均布的气流喷嘴(15)；
所述驱动装置设置位于隔板(2)的另一侧的壳体(1)内并浸入水中，所述驱动装置包括：叶轮(5)、传动轴(6)及螺旋桨(7)；
所述叶轮(5)通过支架(8)安装在壳体(1)上，可相对壳体转动，所述叶轮(5)通过传动轴(6)与所述螺旋桨(7)连接；
所述叶轮(5)周向均布设置有多个叶片(9)，所述气流喷嘴(15)与叶片(9)相对，高压气体吹拂叶片(9)带动叶轮(5)转动，进而带动螺旋桨(7)转动。
2.根据权利要求1所述的基于压缩空气提供动力的水下航行器，其特征在于：所述隔板(2)与所述壳体(1)为一体式结构。
3.根据权利要求1所述的基于压缩空气提供动力的水下航行器，其特征在于：所述壳体(1)靠近螺旋桨(7)的一端设置有排水口(10)及进水口(11)，带有排水口及进水口的所述壳体形成涵道结构。
4.根据权利要求1所述的基于压缩空气提供动力的水下航行器，其特征在于：所述叶片(9)的安装轴线与所述气流喷嘴(15)的中心线形成夹角。
5.根据权利要求1所述的基于压缩空气提供动力的水下航行器，其特征在于：所述支架(8)为十字形支架，其中心位置设置有凸轴，所述凸轴与所述叶轮中心铰接。
6.根据权利要求1所述的基于压缩空气提供动力的水下航行器，其特征在于：所述螺旋桨(7)通过安装梁(14)安装在靠近排水口(10)的壳体(1)内壁上。
7.根据权利要求1所述的基于压缩空气提供动力的水下航行器，其特征在于：所述喷管组件由主喷管(12)及分支喷管(13)组成；
压缩空气经主喷管(12)后分成周向均布的分支喷管(13)，所述分支喷管(13)与气流喷嘴(15)连接；
所述主喷管(12)可选择在隔板远离气流喷嘴(15)的一侧进行分配，由分支喷管(13)穿过隔板与气流喷嘴(15)连接；
或者所述主喷管(12)穿过隔板后再将压缩空气分配给分支喷管(13)。
8.根据权利要求7所述的基于压缩空气提供动力的水下航行器，其特征在于：所述隔板(2)设置有通孔，供所述主喷管(12)或者分支喷管(13)穿过；
所述通孔与所述主喷管(12)及分支喷管(13)与通孔之间填充密封材料。
9.根据权利要求7所述的基于压缩空气提供动力的水下航行器，其特征在于：所述分支喷管(13)沿隔板中心周向设置，且相邻分支喷管(13)之间形成90度夹角。
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