CN108482629A - 一种用于自主式水下航行器的导流罩 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于自主式水下航行器的导流罩，属于自主式水下航行器装备领域，具体涉及自主式水下航行器推进系统中的导流罩。现有技术公开了申请号为200620055186.1的电动水下推进器实用新型，其将导流罩轴向剖面设计成翼型实现了高效、低功耗的目标，但并没有具体指出采用何种翼型且存在结构通用性差、应用范围有限的缺点。本发明采用NACA6721翼型及3D打印技术，设计了一种结构简单、应用范围广泛的导流罩，加快了来流速度、增加了螺旋桨推力、提高了推进系统效率、降低了推进系统尾部振动，并且对螺旋桨起到了良好的保护作用。本发明构造特征包括：外罩轴向剖面为NACA6721翼型、攻角为10°、采用轮辐式结构保证强度且方便拆装。
Description
技术领域
本发明涉及自主式水下航行器（AUV）装备领域，特别是涉及自主式水下航行器（AUV）推进系统中的导流罩，适用于解决自主式水下航行器(AUV)导流罩的设计问题及推进系统的效率问题。
背景技术
随着陆地上的资源日益减少，人们将目光投向了广阔的海洋，海洋中蕴藏着可燃冰等丰富的清洁能源，我国在2017年成功开采可燃冰，开采技术领跑全球。不久的将来，海洋将成为人们主要的发展利用区域，自主式水下航行器会成为开发过程中的重要辅助工具。
自主式水下航行器（AUV）与传统的水下勘探工具相比具有安全、高效、探测深度大、抗干扰能力强等优点。一个高效率的推进系统有助于节约能源、提高续航能力、扩大搜索范围，而性能优越的导流罩则会明显提升螺旋桨推力从而提高推进系统的效率。因此，设计高性能导流罩是有必要的。
申请号为200620055186.1的电动水下推进器实用新型专利公开了一种导流罩的设计结构，其将导流罩轴向剖面设计成翼型实现了高效、低功耗的目标，但并没有具体指出采用何种翼型且存在结构通用性差、应用范围有限的不足。顾名思义导流罩主要有两大作用：一是导流；二是保护螺旋桨。现有技术中普通导流罩是仅作为外壳起保护作用，申请号为201510004138.3的新型导流罩能兼顾导流的作用，却存在零部件数量多、结构复杂等缺陷。
发明内容
为了弥补上述背景技术中提到的翼型不明确、结构复杂通用性差、零部件数量多的缺陷，本发明明确采用NACA6721翼型、椭圆曲线及先进的3D打印技术，设计了一种结构简单、应用范围广泛、零部件少的自主式水下航行器导流罩，既能改变来流速度和尾流方向提升螺旋桨推进效率，又能降低尾部振幅，同时还能有效保护螺旋桨避免碰撞、防止海草鱼网缠绕。
为了实现上述目标，本发明所采用的技术方案包括：
一种用于自主式水下航行器（AUV）的导流罩，包括外罩（1-1）、螺钉孔（1-2）、连接体（1-3）、内支撑（1-4）；所述四部分其实是属于一个整体，在三维软件建模完成后用3D打印技术打印而成，为方便介绍本发明按功能将其具体划分为四部分。
上述用于自主式水下航行器(AUV)的导流罩，外罩是截面形状为NACA6721翼型的回转体，NACA6721翼型曲线由NACA应用程序生成，NACA6721所表示的意思是：最大相对弯度为6%，最大相对弯度出现在弦长的70%处，最大厚度为弦长的21%；攻角设计为10°，也就是在导流罩轴向剖面内弦与导流罩中心轴的夹角为10°，使导流罩进水口截面面积大于出水口截面面积，更有效的提高来流速度；导流罩的直径要根据螺旋桨的旋转直径确定，以应用到324AUV的导流罩为例：螺旋桨的旋转直径为205mm，考虑到螺旋桨桨叶末梢与导流罩内壁面的距离及导流罩的壁厚，导流罩回转直径确定为240mm，装配时使螺旋桨位于导流罩弦长前部的70%处，装配后螺旋桨桨叶末梢距导流罩内壁面5.6mm；导流罩长径比的变化实际是直径保持不变，仅弦长发生变化，长径比的变化对效率并无影响，因此根据自主式水下航行器（AUV）的实际尺寸并遵循方便计算、加工的原则，确定弦长为100mm、长径比为5:12。
上述用于自主式水下航行器(AUV)的导流罩，内支撑总体布局采用轮辐式结构，3根支撑周向均布连接着外罩与连接体，保证外罩有足够的强度；内支撑的截面形状为椭圆，其长轴为30mm、短轴为10mm。
上述用于自主式水下航行器(AUV)的导流罩，连接体内部是直径为50mm的通孔，外部是与舱体曲面保持衔接的曲面，连接体轴向长度为46mm，自主式水下航行器舱体后部设计成与孔公称尺寸相等的空心轴，导流罩通孔与舱体按基孔制8级精度配合，装配后的效果是既完成了导流罩的嵌套安装，又保持了舱体的流线型，最大程度的降低阻力。
上述用于自主式水下航行器(AUV)的导流罩，螺钉孔是用来安装M6内六角螺钉的，为方便外部安装，沉孔直径设计为11.5mm、通孔直径确定为7mm，3个螺钉孔周向均布且与3个内支撑交叉分布。
上述用于自主式水下航行器(AUV)的导流罩，采用3D打印技术打印成实体，材料为尼龙。
本发明主要技术特征总结如下：
选用NACA6721翼型，最大相对弯度为6%且出现在距弦长前端70mm处，最大厚度为21mm，攻角为10°，回转直径为240mm，3根内支撑是截面形状为椭圆的拉伸体，椭圆长轴30mm、短轴10mm，连接体内通孔直径50mm，3个螺钉孔是直径为7mm的通孔与直径11.5mm的沉头孔，安装完成后导流罩外罩位于螺旋桨外围且螺旋桨中心位于距导流罩前端70mm处，螺旋桨桨叶末梢距导流罩内壁面5.6mm。本发明的有益效果是技术参数符合流体力学设计要求，仿真结果表明水动力性能良好，有效提升螺旋桨效率10%，同时对螺旋桨起到了保护作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，后文结合具体实施例附图对本发明技术特征作了进一步阐释。所采用的具体实施例附图一是能够帮助其他领域人员理解本发明，二是可以为本领域内的设计人员、技术人员提供直观参考。本部分是对所采用的附图的简要说明：
图1是本发明所述导流罩的轴向剖面图；
图2是本发明所述导流罩所采用的NACA6721翼型图；
图3是本发明所述导流罩的整体结构图；
图4是本发明所述导流罩的后视图；
图5是本发明实施例中导流罩安装三维结构图；
图6是自主式水下航行器实施例艉部装配轴向剖面图；
图中：1.导流罩，进一步地划分为四部分分别为1-1外罩、1-2螺钉孔、1-3连接体、1-4内支撑；2.螺旋桨；3.自主式水下航行器艉舱后部舱体；4.M6内六角螺钉；5.M8螺帽；6.螺旋桨连接轴。
具体实施方式
下面结合本发明优选的实施例及附图细致、完整地描述本发明的设计制造过程。
首先，需要说明的是所优选的实施例是自主式水下航行器中的一种型号——324AUV，324表示AUV的最大外径为324mm。本发明的目的是增加螺旋桨的推力从而提升螺旋桨的推进效率，所采用的技术是利用NACA应用程序生成曲线坐标，根据324AUV螺旋桨的直径大小确定导流罩回转直径为240mm，根据螺旋桨的安装位置、与导流罩的相对位置确定导流罩的弦长是100mm，通过比较不同攻角对阻力和效率的影响，采用10°攻角确保优异的水动力性能，显然长径比为5:12。根据导流罩直接嵌套于舱体艉部的装配要求及舱体的配合尺寸直径50mm，确定连接体内部通孔直径为50mm，连接体外部曲面依据舱体曲面确定，保证二者可以衔接尽可能降低对艉部舱体流线型的影响，连接体轴向长度46mm；内支撑截面设计为椭圆，长轴30mm、短轴10mm，可以进一步地提高来流速度，内支撑体积不会太大且能保证强度，在所有参数确定好后，利用三维软件完成建模，最后确定螺钉孔位置，使之周向均布且与3个内支撑交叉分布，沉孔直径11.5mm、通孔直径7mm。选用M6×12的内六角螺钉完成装配，需要说明的是本发明所述导流罩外罩位于螺旋桨外围，装配完成后螺旋桨中心距导流罩前端70mm，此外还有一种前置导流罩布置方式（导流罩位于螺旋桨前端）与本发明无关，在此不再赘述。
Claims (4)
1.一种用于自主式水下航行器（AUV）的导流罩，由外罩（1-1）、螺钉孔（1-2）、连接体（1-3）、内支撑（1-4）四部分组成，采用翼型曲线与椭圆曲线设计成轮辐式结构，其特征是：选用NACA6721翼型，攻角为10°，内支撑截面形状为椭圆，采用3D打印技术整体打印制造。
2.根据权利要求1所述的一种用于自主式水下航行器（AUV）的导流罩，其特征是：外罩（1-1）轴向剖面形状为NACA6721翼型，攻角（在剖面内翼型曲线的弦与外罩中心轴的夹角）为10°。
3.根据权利要求1所述的一种用于自主式水下航行器（AUV）的导流罩，其特征是：外罩（1-1）与连接体（1-3）之间靠3根内支撑（1-4）连接，内支撑的截面形状是长轴为30mm、短轴为10mm的椭圆。
4.根据权利要求1所述的一种用于自主式水下航行器（AUV）的导流罩，其特征是：导流罩整体由3D打印制成，材料为尼龙。
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