CN109484598A - 一种可调螺距式水空两用推进器 - Google Patents

一种可调螺距式水空两用推进器 Download PDF

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Abstract

本发明属于空间推进器技术领域，具体涉及一种可调螺距式水空两用推进器；包括空中推进模块、水下推进模块、螺距调节模块和导管；空中推进模块、水下推进模块沿中轴线前后布置，推进器外部包裹导管，导管内部安装螺距调节装置，本发明采用两个推进模块集成的方式，在水下使用时，水下推进模块以全功率工作以产生推力，螺距调节装置调节水下推进模块的桨叶螺距增加至无限大，即桨叶与来流方向平行，在空中使用时，改由空中推进模块调节至正常水平，而水下推进模块则将螺距调节至无限大，通过将两个推进模块的配合来实现水下和空中均可高效率的产生推力。

Description

一种可调螺距式水空两用推进器
技术领域
本发明属于空间推进器技术领域，具体涉及一种可调螺距式水空两用推进器。
背景技术
推进器的作用是用来产生推力，但是由于水、空气等不同介质的密度、可压缩性均存在较大的差异，故现有的推进装置主要针对的是水、或者空气单一介质，现有的跨介质水空两用螺旋桨推进装置通常采用两个独立运行的方式来实现在两种介质中均可产生推力，但是这种方式会产生额外的阻力或带来复杂的动作机构，维护不变，效率较低。对于此问题，现有的解决方案是当某一个螺旋桨不使用时即将其叶片折叠，以减少阻力，但是这种方式会导致桨叶的强度下降，使其所能产生的最大推力下降，且被折叠的螺旋桨在面对紧急入水和紧急出水等过程时需要一定的准备时间。随着海洋海洋开发的进一步深入和海上权益维护的需求增多，水空两用航行器正成为海洋装备研究的一个热点，故开发一种能够同时满足空气和水两种介质的推进装置是有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调螺距式水空两用推进器，其能够在空中和水下两种环境产生推力的前提下，通过调节空中推进模块和水下推进模块的螺距来提高推进效率。
一种可调螺距式水空两用推进器，包括空中推进模块、水下推进模块、螺距调节模块和导管；空中推进模块、水下推进模块沿中轴线前后布置，推进器外部包裹导管，导管内部安装螺距调节装置，螺距调节模块包括空中调节环、水下调节环、空中调节电磁线圈和水下调节电磁线圈，空中调节环和水下调节环上安装空中调节环磁铁和水下调节环磁铁，空中调节环磁铁与空中调节电磁线圈平行放置，水下调节环磁铁与水下调节电磁线圈平行放置，空中调节环上有空中调节环缺口，空中调节环缺口与空中螺旋桨调节柱啮合，带动空中螺旋桨调节柱绕空中螺旋桨桨叶转轴旋转，水下调节环上有水下调节环缺口，水下调节环缺口与水下螺旋桨调节柱啮合，带动水下螺旋桨调节柱绕水下螺旋桨桨叶转轴旋转，在空气中运行时，螺距调节装置调节水下推进模块的桨叶螺距增加至无限大，即桨叶与来流方向平行，在水中运行时，空中推进模块螺距调节至无限大，空中推进螺旋桨和水下推进螺旋桨的螺距调节工作相互独立。
所述一种可调螺距式水空两用推进器，空中推进模块为一单级轴流式空气螺旋桨，包括空中推进电机、空中螺旋桨桨轴、空中螺旋桨轴套、空中推进螺旋桨、空中螺旋桨调节柱和空中螺旋桨桨叶转轴；空中推进电机和空中螺旋桨桨轴相连，空中螺旋桨桨轴为一八面棱柱，每个侧面均开有孔，空中螺旋桨桨叶转轴安装在开孔中，空中螺旋桨桨轴外部嵌套空中螺旋桨轴套，通过空中螺旋桨轴套固定空中螺旋桨桨叶转轴。
所述一种可调螺距式水空两用推进器，水下推进模块为一单级轴流式空气螺旋桨，包括水下推进电机、水下螺旋桨桨轴、水下螺旋桨轴套、水下推进螺旋桨、水下螺旋桨调节柱和水下螺旋桨桨叶转轴；水下推进电机和水下螺旋桨桨轴相连，水下螺旋桨桨轴为一八面棱柱，对称的四个侧面开有孔，水下螺旋桨桨叶转轴安装在开孔中，水下螺旋桨桨轴外部嵌套水下螺旋桨轴套，通过水下螺旋桨轴套固定螺旋桨桨叶转轴。
所述一种可调螺距式水空两用推进器，空中调节电磁线圈和水下调节电磁线圈是一空心螺旋管，根据安培定则可知其通电后产生会在其周围产生磁场，且改变电流的方向可以改变磁场的方向。
所述一种可调螺距式水空两用推进器，空中调节环磁铁和水下调节环磁铁均为磁铁块，其安装方向为沿桨轴方向，即磁极朝向推进器的前端或者后端。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种不同于现有的空中推进装置或者水下推进装置的推进装置，采用两个推进模块集成的方式，在水下使用时，水下推进模块以全功率工作以产生推力，空中推进模块调整螺距至无限大，在空中使用时，改由空中推进模块调节至正常水平，而水下推进模块则将螺距调节至无限大，通过将两个推进模块的配合来实现水下和空中均可高效率的产生推力。
附图说明
图1为可调螺距式水空两用推进器示意图；
图2为可调螺距式水空两用推进器内部结构示意图；
图3为可调螺距式水空两用推进器的内部结构；
图4为可调螺距式水空两用推进器推进模块；
图5为可调螺距式水空两用推进器内部模块示意图；
图6为可调螺距式水空两用推进器的右视图和前视图；
图7为水下推进螺旋桨的桨叶放大图；
图8为空中推进螺旋桨的桨叶放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
如图1至图8所示，(1)为导管，(2)为空中推进螺旋桨，(3)为水下推进螺旋桨，(4)为空中调节环，(5)为空中调节电磁线圈，(6)为水下调节电磁线圈，(7)为水下调节环，(8)为空中推进电机，(9)为水下螺旋桨轴套，(10)为空中调节环缺口，(11)为水下调节环缺口，(12)为空中调节环磁铁，(13)为水下调节环磁铁，(14)为空中螺旋桨轴套，(15)为空中螺旋桨桨轴，(16)为水下螺旋桨桨轴，(17)为空中螺旋桨调节柱，(18)为水下螺旋桨调节柱，(19)为空中螺旋桨桨叶转轴，(20)为水下螺旋桨桨叶转轴，(21)为水下推进电机。
一种可调螺距式水空两用推进器，包括空中推进模块、水下推进模块、螺距调节模块和导管；空中推进模块、水下推进模块沿中轴线前后布置，推进器外部包裹导管，导管内部安装螺距调节装置，在空气中运行时，调节装置调节水下推进模块的桨叶螺距增加至无限大，即桨叶与来流方向平行，在水中运行时，空中推进模块螺距调节至无限大。
所述一种可调螺距式水空两用推进器，空中推进模块为一单级轴流式空气螺旋桨(8)，包括空中推进电机(8)、空中螺旋桨桨轴(15)、空中螺旋桨轴套(14)、空中推进螺旋桨(12)、空中螺旋桨调节柱(17)和空中螺旋桨桨叶转轴(19)；空中推进电机和空中螺旋桨桨轴相连，空中螺旋桨桨轴为一八面棱柱，每个侧面均开有孔，空中螺旋桨桨叶转轴安装在开孔中，空中螺旋桨桨轴外部嵌套空中螺旋桨轴套，通过空中螺旋桨轴套固定空中螺旋桨桨叶转轴，每个空中推进螺旋桨均可绕空中螺旋桨桨叶转轴自由旋转。
所述一种可调螺距式水空两用推进器，水下推进模块为一单级轴流式空气螺旋桨，包括水下推进电机(21)、水下螺旋桨桨轴(13)、水下螺旋桨轴套(9)、水下推进螺旋桨(3)、水下螺旋桨调节柱(18)和水下螺旋桨桨叶转轴(20)；水下推进电机和水下螺旋桨桨轴相连，水下螺旋桨桨轴为一八面棱柱，对称的4个侧面开有孔，水下螺旋桨桨叶转轴安装在开孔中，水下螺旋桨桨轴外部嵌套水下螺旋桨轴套，通过水下螺旋桨轴套固定螺旋桨桨叶转轴，每个水下推进螺旋桨的桨叶均可绕螺旋桨桨叶转轴中心自由旋转。
所述一种可调螺距式水空两用推进器，导管内部安装有空中调节环(4)、水下调节环(7)、空中调节电磁线圈(5)和水下调节电磁线圈(6)，空中调节环(4)和水下调节环(7)上安装空中调节环磁铁(12)和水下调节环磁铁(13)，空中调节电磁线圈和水下调节电磁线圈是一空心螺旋管，根据安培定则可知其通电后产生会在其周围产生磁场，且改变电流的方向可以改变磁场的方向，空中调节环磁铁和水下调节环磁铁均为磁铁块，其安装方向为沿桨轴方向，即磁极朝向推进器的前端或者后端；空中调节环(4)上有空中调节环缺口(10)，水下调节环(7)上有水下调节环缺口(11)，空中调节环缺口与空中螺旋桨调节柱啮合，带动空中螺旋桨调节柱绕空中螺旋桨桨叶转轴旋转，水下调节环缺口与水下螺旋桨调节柱啮合，带动水下螺旋桨调节柱绕水下螺旋桨桨叶转轴旋转。
可调螺距式水空两用推进装置的控制原理为：在空中工作模式下，水下调节电磁线圈(6)通电，在靠近水下调节环磁铁(13)的一端产生与水下调节环磁铁[13]相同的极性，从而对水下调节环(7)产生排斥的力，推动水下调节环向后方运动，水下调节环带动水下螺旋桨调节柱(18)一边进行轴向运动，一边沿水下调节环缺口(11)进行周向运动，导致水下推进螺旋桨(3)的桨叶绕水下螺旋桨桨叶转轴(20)转动，使其螺距增加直至最大值，即桨叶方向与来流方向平行，空中推进螺旋桨(2)则正常旋转工作，此时水下推进螺旋桨(3)相当于无攻角的短翼，其在推进器端面上的投影最小，阻力较小，当空中工作模式结束时，水下调节电磁线圈(6)反向通电，吸引水下调节环磁铁(13)和水下调节环(7)回到原位，水下推进螺旋桨(3)的桨叶呗带动旋转回原角度。
在水下工作模式下，空中调节电磁线圈(5)通电，在靠近空中调节环磁铁(12)的一端产生与空中调节环磁铁相反的极性，从而对空中调节环(4)产生吸引的力，推动空中调节环向后方运动，空中调节环带动空中螺旋桨调节柱(17)一边进行轴向运动，一边沿空中调节环缺口(10)进行周向运动，导致空中推进螺旋桨(2)的桨叶绕空中螺旋桨桨叶转轴(19)转动，使其螺距增加直至最大值，即桨叶方向与来流方向平行，水下推进螺旋桨(3)则正常旋转工作，此时空中推进螺旋桨(2)相当于无攻角的短翼，其在推进器端面上的投影最小，阻力较小，当水下工作模式结束时空中调节电磁线圈(5)反向通电，推动空中调节环磁铁(12)和空中调节环(4)回到原位，空中推进螺旋桨(2)的桨叶带动旋转回原角度。
当水空两用航行装置进行入水动作时，空中调节电磁线圈(5)和水下调节电磁线圈(6)同时通电，空中调节电磁线圈(5)吸引空中调节环(4)向后运动，而水下调节电磁线圈(6)则推动水下调节环(7)向后运动，从而使空中推进螺旋桨(2)和水下推进螺旋桨(3)的螺距均为无限大，其在推进器端面上的投影面积均最小，而纵向横截面积变大，能够在入水砰击的过程中承受更小的砰击力，并提供更大的抗砰击强度。
通过将两个推进螺旋桨的螺距调节，降低在空中和水下两种工作状态下的阻力，提高推进效率，搭配抗砰击设计能够有效提高可调螺距水空两用推进装置的应用范围和可靠性，为水空两栖航行装置提供机构可靠、高效率推进装置。

Claims (5)

1.一种可调螺距式水空两用推进器，包括空中推进模块、水下推进模块、螺距调节模块和导管，其特征在于：空中推进模块、水下推进模块沿中轴线前后布置，推进器外部包裹导管，导管内部安装螺距调节模块，螺距调节模块包括空中调节环、水下调节环、空中调节电磁线圈和水下调节电磁线圈，空中调节环和水下调节环上分别安装空中调节环磁铁和水下调节环磁铁，空中调节环磁铁与空中调节电磁线圈平行放置，水下调节环磁铁与水下调节电磁线圈平行放置，空中调节环上有空中调节环缺口，空中调节环缺口与空中螺旋桨调节柱啮合，带动空中螺旋桨调节柱绕空中螺旋桨桨叶转轴旋转，水下调节环上有水下调节环缺口，水下调节环缺口与水下螺旋桨调节柱啮合，带动水下螺旋桨调节柱绕水下螺旋桨桨叶转轴旋转，在空气中运行时，螺距调节装置调节水下推进模块的桨叶螺距增加至无限大，即桨叶与来流方向平行，在水中运行时，空中推进模块螺距调节至无限大，空中推进螺旋桨和水下推进螺旋桨的螺距调节工作相互独立。
2.根据权利要求1所述一种可调螺距式水空两用推进器，其特征在于：所述空中推进模块为一单级轴流式空气螺旋桨，包括空中推进电机、空中螺旋桨桨轴、空中螺旋桨轴套、空中推进螺旋桨、空中螺旋桨调节柱和空中螺旋桨桨叶转轴；空中推进电机和空中螺旋桨桨轴相连，空中螺旋桨桨轴为一八面棱柱，每个侧面均开有孔，空中螺旋桨桨叶转轴安装在开孔中，空中螺旋桨桨轴外部嵌套空中螺旋桨轴套。
3.根据权利要求1所述一种可调螺距式水空两用推进器，其特征在于：所述水下推进模块为一单级轴流式空气螺旋桨，包括水下推进电机、水下螺旋桨桨轴、水下螺旋桨轴套、水下推进螺旋桨、水下螺旋桨调节柱和水下螺旋桨桨叶转轴；水下推进电机和水下螺旋桨桨轴相连，水下螺旋桨桨轴为一八面棱柱，对称的四个侧面开有孔，水下螺旋桨桨叶转轴安装在开孔中，水下螺旋桨桨轴外部嵌套水下螺旋桨轴套。
4.根据权利要求1所述一种可调螺距式水空两用推进器，其特征在于：所述空中调节电磁线圈和水下调节电磁线圈是一空心螺旋管。
5.根据权利要求1所述一种可调螺距式水空两用推进器，其特征在于：所述空中调节环磁铁和水下调节环磁铁均为磁铁块，其安装方向为沿桨轴方向，即磁极朝向推进器的前端或者后端。
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