CN109649611B - 行星式泵喷推进器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行星式泵喷推进器，其包括筒状的壳体、行星齿轮组件和推进主轴，筒状的壳体包括出水口和进水口；行星齿轮组件，其收容于壳体内并靠近出水口；行星齿轮组件包括齿圈、太阳轮和行星齿轮，其中：齿圈设于壳体的内圆周面上；太阳轮设于齿圈内，且与齿圈同轴布置；行星齿轮设于齿圈与太阳轮之间，每个行星齿轮与太阳轮以及齿圈均啮合；推进主轴的一端与水下航行器相连，另一端与太阳轮相连，水下航行器驱动推进主轴绕自身轴线旋转，推进主轴的旋转带动太阳轮绕自身中轴线旋转，太阳轮与行星齿轮相啮合带动每个行星齿轮绕自身中轴线旋转以及绕太阳轮公转。

Description

行星式泵喷推进器

技术领域

本发明涉及水下航行器领域，具体涉及一种行星式泵喷推进器。

背景技术

水下航行器包括潜艇和鱼雷，通常采用七叶大侧斜螺旋桨、前置定子式泵喷和后置定子式泵喷，为水下航行器航行提供推进动力。水下航行器的发展主要是高速高效和隐身性能，因此在设计推进器时，需要保证其在高速时具有较高的效率，并且噪声较低。

但是，现有推进器的设计，降低流体噪声的能力有限，使得水下航行器具有明显的流体噪声特征，容易被水声装置监听侦查，引起目标暴露。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种行星式泵喷推进器，可以调和尾部流场，降低流动噪声。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种行星式泵喷推进器，其包括：

筒状的壳体，其包括出水口和进水口；

行星齿轮组件，其收容于所述壳体内并靠近所述出水口，所述行星齿轮组件包括：

-齿圈，其设于所述壳体的内圆周面上；

-太阳轮，其设于所述齿圈内，且与齿圈同轴布置；

-多个行星齿轮，多个所述行星齿轮设于所述齿圈与太阳轮之间，每个所述行星齿轮与所述太阳轮以及所述齿圈均啮合；

推进主轴，其一端用于与水下航行器相连，另一端与所述太阳轮相连，并用于驱动所述太阳轮绕自身中轴线旋转，以及驱动每个行星齿轮自转和绕所述太阳轮公转；

所述太阳轮(21)的中心开设有第一圆孔，所述第一圆孔内设有多个第一叶片(23)，多个所述第一叶片(23)沿所述推进主轴(3)的圆周方向间隔分布，且所述第一叶片(23)的两端分别与所述太阳轮(21)的内壁和所述推进主轴(3)的外壁相连；

所述行星齿轮(22)的中心开设有第二圆孔，所述第二圆孔的孔壁上设有多个指向所述行星齿轮(22)圆心的第二叶片(24)，多个所述第二叶片(24)沿所述第二圆孔的圆周方向间隔分布；

所述第一叶片(23)比所述第二叶片(24)大。

在上述技术方案的基础上，多个所述行星齿轮沿所述太阳轮的外圆周方向均匀分布。

在上述技术方案的基础上，所述太阳轮与所述行星齿轮的轴向长度相等且所述太阳轮与所述行星齿轮对齐设置，且所述行星齿轮与所述齿圈的轴向长度相等且所述行星齿轮与所述齿圈对齐设置。

在上述技术方案的基础上，所述行星齿轮的至少一端面固定有限位轮，所述限位轮与所述行星齿轮同轴设置且同步旋转；所述限位轮的半径大于行星齿轮的半径，且小于所述行星齿轮的圆心至所述推进主轴的距离，所述壳体的内壁上沿该壳体的圆周方向开设有与所述限位轮相适配的槽。

在上述技术方案的基础上，所述第二叶片包括指向所述行星齿轮圆心的自由端。

在上述技术方案的基础上，所述推进器还包括收容于所述壳体内的定子结构，所述定子结构靠近所述进水口设置，且所述定子结构包括套筒和多个第三叶片，多个所述第三叶片沿所述壳体的内圆周方向分布，所述第三叶片的一端固定于所述壳体的内壁上，另一端固定于所述套筒上。

在上述技术方案的基础上，所述套筒为喇叭状，且所述套筒的直径从靠近所述太阳轮的一端朝远离所述太阳轮的一端逐渐增大。

本发明实施例还提供一种水下航行器，其包括：

上述所述的行星式泵喷推进器；

航行器主体，其与所述壳体相连，所述航行器主体的尾部设有发动机，所述发动机的输出端与所述推进主轴相连，并用于驱动所述推进主轴绕自身轴线旋转。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的行星式泵喷推进器采用一个主动太阳轮和多个行星齿轮的结构，使得泵喷推进器的尾流具有内外两个层次，行星齿轮的外部流场包括绕自身中轴线旋转以及绕太阳轮公转的两个自由度，极大的增加了流场的耗散能力，减少振动的传播。同时，行星齿轮的外部流场侵入太阳轮的内部流场，带动太阳轮的内部流场一并耗散，使得泵喷推进器的尾流不再具备显著的线状特点，能显著降低流动噪声。

附图说明

图1为本发明实施例中行星式泵喷推进器的立体结构示意图；

图2为本发明实施例中行星式泵喷推进器的结构示意图；

图3为图2中的A-A向视图；

图4为本发明实施例中限位轮的结构示意图。

图中：1-壳体，10-出水口，11-进水口，2-行星齿轮组件，20-齿圈，21-太阳轮，22-行星齿轮，23-第一叶片，24-第二叶片，3-推进主轴，4-限位轮，5-定子结构，50-套筒，51-第三叶片。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

参见图1-3所示，本发明实施例提供一种行星式泵喷推进器，其包括筒状的壳体1、行星齿轮组件2和推进主轴3，其中：

筒状的壳体1包括出水口10和进水口11，壳体1采用减速导管，减速导管的剖面为机翼型，罩住行星齿轮组件2，它是泵喷推进器内外流场的控制面，可以屏蔽行星齿轮组件2及内流道产生的噪声。出水口10为推进器的尾部，进水口11为推进器与水下航行器的连接处；

行星齿轮组件2，其收容于壳体1内并靠近出水口10，推进器运动时，水流从进水口11到出水口，推进器通过与水流的相互作用产生推力，推动水下航行器达到要求的航速。行星齿轮组件2包括齿圈20、太阳轮21和行星齿轮22，本发明实施例1中的行星齿轮22设置为六个，其中：

齿圈20设于壳体1的内圆周面上，壳体1的内圆周面可制造成齿圈20形状；

太阳轮21设于齿圈20内，且与齿圈20同轴布置；

六个行星齿轮22设于齿圈20与太阳轮21之间，且六个行星齿轮22沿太阳轮21的外圆周方向间隔分布，每个行星齿轮22与太阳轮21以及齿圈20均啮合；

推进主轴3的一端与水下航行器相连，另一端与太阳轮21相连，水下航行器驱动推进主轴3绕自身轴线旋转，推进主轴3的旋转带动太阳轮21绕自身中轴线旋转，太阳轮21与行星齿轮22相啮合带动每个行星齿轮22绕自身中轴线旋转以及绕太阳轮21公转。

本发明实施例1的泵喷推进器采用一个主动太阳轮21和六个行星齿轮22的结构，使得泵喷推进器的尾流具有内外两个层次，行星齿轮22的外部流场包括绕自身中轴线旋转以及绕太阳轮21公转的两个自由度，极大的增加了流场的耗散能力，减少振动的传播。同时，本发明实施例1中的行星齿轮22的外部流场侵入太阳轮21的内部流场，带动太阳轮21的内部流场一并耗散，使得本发明实施例1中的泵喷推进器的尾流不再具备显著的线状特点，能显著降低流动噪声。

优选的，六个行星齿轮22沿太阳轮21的外圆周方向均匀分布。均匀分布的六个行星齿轮22结构更稳定，对泵喷推进器的尾部的流场的耗散的作用力更大。

进一步的，沿推进主轴3的轴向方向，太阳轮21与行星齿轮22的轴向长度相等，且太阳轮21与行星齿轮22的两端齐平设置，使得太阳轮21与行星齿轮22之间啮合的更好，方便太阳轮21带动行星齿轮22旋转，且旋转过程更稳定；而且沿推进主轴3的轴向方向，行星齿轮22与齿圈20的轴向长度相等，行星齿轮22与齿圈20的两端齐平设置，使得行星齿轮22与齿圈20啮合的更好，行星齿轮22更稳定的在太阳轮21与齿圈20之间运动。

参见图4所示，进一步的，行星齿轮22的至少一端面固定有限位轮4，限位轮4与行星齿轮22之间通过螺钉连接，螺钉沿限位轮4的圆周方向固定，且限位轮4边缘处开设有孔，减轻限位轮4的重量，限位轮4与行星齿轮22同轴设置且同步旋转；限位轮4的半径大于行星齿轮22的半径，且小于行星齿轮22的圆心至推进主轴3的距离，限位轮4的边缘覆盖于太阳轮21上，且不阻碍推进主轴3的旋转，限位轮4的边缘延伸至壳体1的内壁内，壳体1的内壁上沿该壳体1的圆周方向开设有与限位轮4相适配的槽，使得限位轮4能沿槽与行星齿轮22同步旋转，避免泵喷推进器在流场周期性作用下太阳轮21与行星齿轮22之间的位移，提高传动可靠性。

可选的，太阳轮21的中心开设有第一圆孔，第一圆孔内设有多个第一叶片23，多个第一叶片23沿推进主轴3的圆周方向间隔分布，且第一叶片23的两端分别与太阳轮21的内壁和推进主轴3的外壁相连。推进主轴3的旋转带动太阳轮21的旋转，通过第一叶片23与水流的相互作用产生推力，推动水下航行器达到要求的航速。

可选的，行星齿轮22的中心开设有第二圆孔，第二圆孔的孔壁上设有多个指向行星齿轮22圆心的第二叶片24，多个第二叶片24沿第二圆孔的圆周方向间隔分布。

优选的，第二叶片24包括指向行星齿轮22圆心的自由端。行星齿轮22采用无轴叶片，减少了轴系影响，使得流场周向流速更均匀，改善空泡噪声性能。

可选的，推进器还包括收容于壳体1内的定子结构5，定子结构5靠近进水口11设置，定子结构5布置在行星齿轮组件2的前面称为“前置定子式”，“前置定子式”泵喷推进器的定子结构5可以使从进水口11流入行星齿轮组件2的太阳轮21和行星齿轮22的水流产生预旋，起到均匀来流的作用、改善转子的进流条件，从而提高潜艇的推进效率、降低推进装置的噪声。

其中定子结构5包括套筒50和多个第三叶片51，多个第三叶片51沿壳体1的内圆周方向分布，第三叶片40的一端固定于壳体1的内壁上，另一端固定于套筒50上，多个第三叶片51与尾部来流成一定角度，使行星齿轮组件2的太阳轮21和行星齿轮22产生预旋或吸收太阳轮21和行星齿轮22尾流的旋转能量，同时用于固定导管壳体1。

进一步的，套筒50为喇叭状，且套筒50的直径从靠近太阳轮21的一端朝远离太阳轮21的一端逐渐增大。远离太阳轮21的一端与水下航行器相连，能更好的与水下航行器连接固定。

实施例2：

本发明实施例2提供了一种水下航行器，其包括：

上述实施例1的行星式泵喷推进器和航行器主体，行星式泵喷推进器包括筒状的壳体1、行星齿轮组件2和推进主轴3，其中：

筒状的壳体1包括出水口10和进水口11，壳体1采用减速导管，减速导管的剖面为机翼型，罩住行星齿轮组件2，它是泵喷推进器内外流场的控制面，可以屏蔽行星齿轮组件2及内流道产生的噪声。出水口10为推进器的尾部，进水口11为推进器与水下航行器的连接处；且壳体1与水下航行器相连进行固定。

行星齿轮组件2，其收容于壳体1内并靠近出水口10，推进器运动时，水流从进水口11到出水口，推进器通过与水流的相互作用产生推力，推动水下航行器达到要求的航速。行星齿轮组件2包括齿圈20、太阳轮21和行星齿轮22，本发明实施例2中的行星齿轮22设置为六个，其中：

齿圈20设于壳体1的内圆周面上，壳体1的内圆周面可制造成齿圈20形状；

太阳轮21设于齿圈20内，且与齿圈20同轴布置；

六个行星齿轮22设于齿圈20与太阳轮21之间，且六个行星齿轮22沿太阳轮21的外圆周方向间隔分布，每个行星齿轮22与太阳轮21以及齿圈20均啮合；

航行器主体的尾部设有发动机，发动机的输出端与推进主轴3相连，推进主轴3的一端与水下航行器相连，另一端与太阳轮21相连，并用于驱动推进主轴3绕自身轴线旋转，推进主轴3的旋转带动太阳轮21绕自身中轴线旋转，太阳轮21与行星齿轮22相啮合带动每个行星齿轮22绕自身中轴线旋转以及绕太阳轮21公转。

本发明实施例2的泵喷推进器能方便的与航行器主体连接使用，且采用一个主动太阳轮21和六个行星齿轮22的结构，使得泵喷推进器的尾流具有内外两个层次，行星齿轮22的外部流场包括绕自身中轴线旋转以及绕太阳轮21公转的两个自由度，极大的增加了流场的耗散能力，减少振动的传播。同时，本发明实施例2中的行星齿轮22的外部流场侵入太阳轮21的内部流场，带动太阳轮21的内部流场一并耗散，使得本发明实施例2中的泵喷推进器的尾流不再具备显著的线状特点，能显著降低流动噪声。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种行星式泵喷推进器，其特征在于，其包括：

筒状的壳体(1)，其包括出水口(10)和进水口(11)；

行星齿轮组件(2)，其收容于所述壳体(1)内并靠近所述出水口(10)，所述行星齿轮组件(2)包括：

-齿圈(20)，其设于所述壳体(1)的内圆周面上；

-太阳轮(21)，其设于所述齿圈(20)内，且与齿圈(20)同轴布置；

-多个行星齿轮(22)，多个所述行星齿轮(22)设于所述齿圈(20)与太阳轮(21)之间，每个所述行星齿轮(22)与所述太阳轮(21)以及所述齿圈(20)均啮合；

推进主轴(3)，其一端用于与水下航行器相连，另一端与所述太阳轮(21)相连，并用于驱动所述太阳轮(21)绕自身中轴线旋转，以及驱动每个行星齿轮(22)自转和绕所述太阳轮(21)公转；

所述太阳轮(21)的中心开设有第一圆孔，所述第一圆孔内设有多个第一叶片(23)，多个所述第一叶片(23)沿所述推进主轴(3)的圆周方向间隔分布，且所述第一叶片(23)的两端分别与所述太阳轮(21)的内壁和所述推进主轴(3)的外壁相连；

所述行星齿轮(22)的中心开设有第二圆孔，所述第二圆孔的孔壁上设有多个指向所述行星齿轮(22)圆心的第二叶片(24)，多个所述第二叶片(24)沿所述第二圆孔的圆周方向间隔分布；

所述第一叶片(23)比所述第二叶片(24)大。

2.如权利要求1所述的行星式泵喷推进器，其特征在于，多个所述行星齿轮(22)沿所述太阳轮(21)的外圆周方向均匀分布。

3.如权利要求1所述的行星式泵喷推进器，其特征在于，所述太阳轮(21)与所述行星齿轮(22)的轴向长度相等且所述太阳轮(21)与所述行星齿轮(22)对齐设置，且所述行星齿轮(22)与所述齿圈(20)的轴向长度相等且所述行星齿轮(22)与所述齿圈(20)对齐设置。

4.如权利要求3所述的行星式泵喷推进器，其特征在于，所述行星齿轮(22)的至少一端面固定有限位轮(4)，所述限位轮(4)与所述行星齿轮(22)同轴设置且同步旋转；所述限位轮(4)的半径大于行星齿轮(22)的半径，且小于所述行星齿轮(22)的圆心至所述推进主轴(3)的距离，所述壳体(1)的内壁上沿该壳体(1)的圆周方向开设有与所述限位轮(4)相适配的槽。

5.如权利要求1所述的行星式泵喷推进器，其特征在于，所述第二叶片(24)包括指向所述行星齿轮(22)圆心的自由端。

6.如权利要求1所述的行星式泵喷推进器，其特征在于，所述推进器还包括收容于所述壳体(1)内的定子结构(5)，所述定子结构(5)靠近所述进水口(11)设置，且所述定子结构(5)包括套筒(50)和多个第三叶片(51)，多个所述第三叶片(51)沿所述壳体(1)的内圆周方向分布，所述第三叶片(40)的一端固定于所述壳体(1)的内壁上，另一端固定于所述套筒(50)上。

7.如权利要求6所述的行星式泵喷推进器，其特征在于，所述套筒(50)为喇叭状，且所述套筒(50)的直径从靠近所述太阳轮(21)的一端朝远离所述太阳轮(21)的一端逐渐增大。

8.一种水下航行器，其特征在于，其包括：

如权利要求1所述的行星式泵喷推进器；

航行器主体，其与所述壳体(1)相连，所述航行器主体的尾部设有发动机，所述发动机的输出端与所述推进主轴(3)相连，并用于驱动所述推进主轴(3)绕自身轴线旋转。