CN111498110A - 一种水空一体化电动涵道动力系统 - Google Patents

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Abstract

一种水空一体化电动涵道动力系统属水空两栖飞行动力系统技术领域，本发明中空飞动力模块的导流环与电驱动模块的驱动轴Ⅰ前端固接；电驱动模块中电机保护壳外面与水推动力模块的内涵道前壳体固接；电驱动模块中驱动轴Ⅱ与水推动力模块中叶轮和导叶轮同心孔固接；水推动力模块中内涵道前壳外面固接于外涵道壳体内面中部。本发明在空中工作模式下，由风扇推动气流流过外涵道产生推力；在水下工作模式下，由叶轮驱动水流产生喷水推力，本发明的沿程阻力小，水推动力效率高，内涵道单元设计为水推动力模块，与外涵道空飞动力模块结合实现水空动力一体化，可为跨介质飞行器在干飞、入水、潜行、出水等工作模式提供动力。

Description

一种水空一体化电动涵道动力系统
技术领域
本发明属于水空两栖飞行动力系统技术领域，具体涉及一种空飞动力与水推动力融合的水空一体化电动涵道动力系统。
背景技术
跨介质航行器是一种能自由穿越水面的新概念海空两栖无人运动平台，可快速切换海空运行模式躲避敌方探测，颠覆现有作战模式实施超近距离侦察或精确打击，具有极为重要的军事应用前景。
目前，国际上跨介质飞行器的推进动力主要有以下形式：空飞与潜行共用螺旋桨动力，水下航速很小，机身较重时牵引螺旋桨无法将航行器斜拉出水；空飞和潜行分别采用两个倾转螺旋桨和水下螺旋桨作为动力，出水时水下螺旋桨将航行器推出水面后通过两个倾转动力斜拉出水，缺点是机身较重，控制困难。由于水空密度的差异，常规飞行器动力在水下推进效率很低，无法正常工作。额外加装水下推进系统，不仅会增加干飞时的负载，而且提高飞行阻力，增加气动布局设计难度。干飞与潜行模式动力高效共用是跨介质飞行器研制的重大挑战。
发明内容
本发明的目的是提供一种水空一体化电动涵道动力系统，干飞模式下通过外涵道涵道风扇推进，潜行模式下通过叶轮喷水推进，从而实现干飞与潜行模式动力高效共用，结构紧凑，可为跨介质飞行器在干飞、入水、潜行、出水四个典型工作模式下提供充足动力。
本发明由空飞动力部分A、水推动力部分B、电驱动部分C、外涵道壳体1、肋板Ⅰ2、肋板Ⅱ3和肋板Ⅲ4组成，其特征在于：空飞动力部分A的导流环8与电驱动部分C中驱动轴Ⅰ17的前端固接；电驱动部分C位于水推动力部分B的内涵道前壳体10内；电驱动部分C中电机保护壳23前端经肋板Ⅲ4与水推动力部分B中内涵道前壳体10的前部固接；电驱动部分C中电机保护壳23后端经肋板Ⅰ2与水推动力部分B中内涵道前壳体10的后部固接；电驱动部分C中驱动轴Ⅱ28的后端与水推动力部分B中叶轮11和导叶轮14的同心孔16固接；水推动力部分B中内涵道前壳体10中部经肋板Ⅱ3固接于外涵道壳体1中部靠前。
所述的空飞动力部分A由外环5、风扇叶片组6、风扇叶片底座7、导流环8和肋板组9组成，其中风扇叶片组6由20-24个叶片组成，肋板组9由3-4个翼型肋板组成，导流环8、肋板组9、风扇叶片底座7、风扇叶片组6和风扇叶片底座5自内而外顺序排列，导流环8经肋板组9的3-4个肋板与风扇叶片底座7固接，风扇叶片组6的20-24个叶片尾端与风扇叶片底座7的外圈固接，风扇叶片组6的20-24个叶片外端与外环5固接；风扇叶片底座7和肋板组9起到固接部件的作用，同时孔环式风扇叶片底座7还作为水推动力部分B的进水口，肋板组9可减少水流进入水推动力部分B受到的阻力，提高水推动力部分B的效率。
所述的水推动力部分B由内涵道前壳体10、叶轮11、螺栓组12、内涵道后壳体13和导叶轮14组成，其中螺栓组12由5-6个螺栓组成，内涵道后壳体13后端为喷水口15；叶轮11位于内涵道前壳体10后部，且叶轮11的后端面与内涵道前壳体10的后端面平齐；螺栓组12、导叶轮14位于内涵道后壳体13前部，且导叶轮14的前端面与内涵道后壳体13的前端面平齐；叶轮11和导叶轮14上设有同心孔16，作为跨介质飞行器潜行的动力来源，在驱动轴Ⅱ的驱动下压缩水流，形成的高压高速水流在喷水口15喷出，为跨介质飞行器潜行以及出水提供动力；内涵道前壳体10和内涵道后壳体13经螺栓组12由5-6个螺栓固接；
内涵道前壳体10和内涵道后壳体13均为流线型轮廓，能减少水流进入内涵道时的沿程阻力，提高水推动力部分的效率。
所述的电驱动部分C由驱动轴Ⅰ17、轴承Ⅰ18、肋板Ⅳ19、离合器Ⅰ20、肋板Ⅴ21、双输出电机22、电机保护壳23、肋板Ⅵ24、离合器Ⅱ25、肋板Ⅶ26、轴承Ⅱ27和驱动轴Ⅱ28组成，其中驱动轴Ⅰ17、轴承Ⅰ18和离合器Ⅰ20位于双输出电机22前端；驱动轴Ⅱ28、轴承Ⅱ27和离合器Ⅱ25位于双输出电机22后端，且驱动轴Ⅰ17、轴承Ⅰ18、离合器Ⅰ20与驱动轴Ⅱ28、轴承Ⅱ27、离合器Ⅱ25关于双输出电机22前后对称设置，在保证动力输出的同时，简化电驱动部分C的结构，电机保护壳23为流线型轮廓，且与内涵道前壳体10保持同曲率流线，极大程度上减少水流受到的沿程阻力。驱动轴Ⅰ17后端穿过电机保护壳23的前孔，与轴承Ⅰ18内圈过盈连接后，与离合器Ⅰ20前端固接；驱动轴Ⅱ28前端穿过电机保护壳23的后孔，与轴承Ⅱ27内圈过盈连接后，与离合器Ⅱ25后端固接；双输出电机22的前输出端与离合器Ⅰ20后端固接，双输出电机22的后输出端与离合器Ⅱ25前端固接；轴承Ⅰ18、离合器Ⅰ20、双输出电机22、离合器Ⅱ25和轴承Ⅱ27位于电机保护壳23内。跨介质飞行器在空飞阶段，离合器Ⅰ20接合，离合器Ⅱ25断开，此时在双输出电机22的驱动下，驱动轴Ⅰ17驱动风扇叶片组6进行高速旋转，产生空飞推力；在潜行及出水阶段，离合器Ⅱ25接合，此时在双输出电机22驱动下，驱动轴Ⅱ28驱动叶轮11旋转压缩水流，产生潜行及出水动力。轴承Ⅰ18外圈经肋板Ⅳ19固接于电机保护壳23前部；双输出电机22前部经肋板Ⅴ21固接于电机保护壳23中部靠前；双输出电机22后部经肋板Ⅵ24固接于电机保护壳23中部靠后；轴承Ⅱ27外圈经肋板Ⅶ26固接于电机保护壳23后部，其中肋板Ⅳ19与肋板Ⅶ26为全封闭式肋板，防止水流进入内部。
本发明的有益效果在于：
1)本发明中内涵道单元设计为水推动力部分，与外涵道空飞动力部分结合实现水空动力一体化，整个动力系统结构紧凑，适合为跨介质飞行器等新概念飞行器提供动力。
2)本发明中内涵道采用收缩流道结构，可促进喷口处喷射高压高速水流，提高潜行及出水速度。
3)本发明中内涵道壳体，电机保护壳，翼型肋板等均为流线型结构，有效减少沿程阻力，提高水推动力部分效率。
4)本发明在出水的情况下，水推动力部分可以给予飞行器强大的动力，克服出水的阻力，使跨介质飞行器实现快速潜行与出水，减少潜行到空飞的转换时间。
附图说明
图1为水空一体化电动涵道动力系统的结构示意图
图2为空飞动力部分A的主视图
图3为电驱动部分B的主视图
图4为水推动力部分C的主剖视图
其中：A.空飞动力部分 B.电驱动部分 C.水推动力部分 1.外涵道壳体 2.肋板Ⅰ3.肋板Ⅱ 4.肋板Ⅲ 5.外环 6.风扇叶片组 7.风扇叶片底座 8.导流环 9.肋板组 10.内涵道前壳体 11.叶轮 12.螺栓组 13.内涵道后壳体 14.导叶轮 15.喷水口 16.同心孔17.驱动轴Ⅰ 18.轴承Ⅰ 19.肋板Ⅳ 20.离合器Ⅰ 21.肋板Ⅴ 22.双输出电机 23.电机保护壳 24.肋板Ⅵ 25.离合器Ⅱ 26.肋板Ⅶ 27.轴承Ⅱ 28.驱动轴Ⅱ
具体实施方式
下面结合附图描述本发明。
如图1所示，本发明由空飞动力部分A、水推动力部分B、电驱动部分C、外涵道壳体1、肋板Ⅰ2、肋板Ⅱ3和肋板Ⅲ4组成，其特征在于：空飞动力部分A的导流环8与电驱动部分C中驱动轴Ⅰ17的前端固接；电驱动部分C位于水推动力部分B的内涵道前壳体10内；电驱动部分C中电机保护壳23前端经肋板Ⅲ4与水推动力部分B中内涵道前壳体10的前部固接；电驱动部分C中电机保护壳23后端经肋板Ⅰ2与水推动力部分B中内涵道前壳体10的后部固接；电驱动部分C中驱动轴Ⅱ28的后端与水推动力部分B中叶轮11和导叶轮14的同心孔16固接；水推动力部分B中内涵道前壳体10中部经肋板Ⅱ3固接于外涵道壳体1中部靠前。
如图2所示，所述的空飞动力部分A由外环5、风扇叶片组6、风扇叶片底座7、导流环8和肋板组9组成，其中风扇叶片组6由20-24个叶片组成，肋板组9由3-4个翼型肋板组成，导流环8、肋板组9、风扇叶片底座7、风扇叶片组6和风扇叶片底座5自内而外顺序排列，导流环8经肋板组9的3-4个肋板与风扇叶片底座7固接，风扇叶片组6的20-24个叶片尾端与风扇叶片底座7的外圈固接，风扇叶片组6的20-24个叶片外端与外环5固接。
如图3所示，所述的水推动力部分B由内涵道前壳体10、叶轮11、螺栓组12、内涵道后壳体13和导叶轮14组成，其中螺栓组12由5-6个螺栓组成，内涵道后壳体13后端为喷水口15；叶轮11位于内涵道前壳体10后部，且叶轮11的后端面与内涵道前壳体10的后端面平齐；螺栓组12、导叶轮14位于内涵道后壳体13前部，且导叶轮14的前端面与内涵道后壳体13的前端面平齐；叶轮11和导叶轮14上设有同心孔16；内涵道前壳体10和内涵道后壳体13经螺栓组12由5-6个螺栓固接。
如图4所示，所述的电驱动部分C由驱动轴Ⅰ17、轴承Ⅰ18、肋板Ⅳ19、离合器Ⅰ20、肋板Ⅴ21、双输出电机22、电机保护壳23、肋板Ⅵ24、离合器Ⅱ25、肋板Ⅶ26、轴承Ⅱ27和驱动轴Ⅱ28组成，其中驱动轴Ⅰ17、轴承Ⅰ18和离合器Ⅰ20位于双输出电机22前端；驱动轴Ⅱ28、轴承Ⅱ27和离合器Ⅱ25位于双输出电机22后端，且驱动轴Ⅰ17、轴承Ⅰ18、离合器Ⅰ20与驱动轴Ⅱ28、轴承Ⅱ27、离合器Ⅱ25关于双输出电机22前后对称设置；驱动轴Ⅰ17后端穿过电机保护壳23的前孔，与轴承Ⅰ18内圈过盈连接后，与离合器Ⅰ20前端固接；驱动轴Ⅱ28前端穿过电机保护壳23的后孔，与轴承Ⅱ27内圈过盈连接后，与离合器Ⅱ25后端固接；双输出电机22的前输出端与离合器Ⅰ20后端固接，双输出电机22的后输出端与离合器Ⅱ25前端固接；轴承Ⅰ18、离合器Ⅰ20、双输出电机22、离合器Ⅱ25和轴承Ⅱ27位于电机保护壳23内；轴承Ⅰ18外圈经肋板Ⅳ19固接于电机保护壳23前部；双输出电机22前部经肋板Ⅴ21固接于电机保护壳23中部靠前；双输出电机22后部经肋板Ⅵ24固接于电机保护壳23中部靠后；轴承Ⅱ27外圈经肋板Ⅶ26固接于电机保护壳23后部。
本发明在实际使用过程中可单一安装也可以成对安装于飞行器机翼两端，通过远端调控离合器工作状态，实现动力部分的快速转换。本发明在两栖飞行器飞行阶段的工作过程：
1)飞行器在空飞阶段，此时双输出电机22前离合器Ⅰ20处于接合状态，后离合器Ⅱ处于断开状态，在双输出电机22驱动下，驱动轴Ⅰ17驱动风扇叶片组6高速旋转，风扇叶片旋转产生的强大推力推动跨介质飞行器的进行空飞过程。
2)飞行器在入水阶段，此时远程控制双输出电机22后端离合器Ⅱ25由断开状态转为接合状态，达到空飞和潜行时动力转换。
3)飞行器在水中潜行阶段，此时双输出电机22后端离合器Ⅱ25处于接合状态，在双输出电机22驱动下，驱动轴Ⅱ28驱动叶轮11转动，在喷水口15产生高压高速水流，反作用推动飞行器实现水中快速潜行。
4)特殊的，在飞行器出水阶段，水推动力部分通过压缩水流，在短时间内压缩水流成为激流，使飞行器能够快速完成出水动作。

Claims (4)

1.一种水空一体化电动涵道动力系统，由空飞动力部分(A)、水推动力部分(B)、电驱动部分(C)、外涵道壳体(1)、肋板Ⅰ(2)、肋板Ⅱ(3)和肋板Ⅲ(4)组成，其特征在于：空飞动力部分(A)的导流环(8)与电驱动部分(C)中驱动轴Ⅰ(17)的前端固接；电驱动部分(C)位于水推动力部分(B)的内涵道前壳体(10)内；电驱动部分(C)中电机保护壳(23)前端经肋板Ⅲ(4)与水推动力部分(B)中内涵道前壳体(10)的前部固接；电驱动部分(C)中电机保护壳(23)后端经肋板Ⅰ(2)与水推动力部分(B)中内涵道前壳体(10)的后部固接；电驱动部分(C)中驱动轴Ⅱ(28)的后端与水推动力部分(B)中叶轮(11)和导叶轮(14)的同心孔(16)固接；水推动力部分(B)中内涵道前壳体(10)中部经肋板Ⅱ(3)固接于外涵道壳体(1)中部靠前。
2.按权利要求1所述的水空一体化电动涵道动力系统，其特征在于：所述的空飞动力部分(A)由外环(5)、风扇叶片组(6)、风扇叶片底座(7)、导流环(8)和肋板组(9)组成，其中风扇叶片组(6)由20-24个叶片组成，肋板组(9)由3-4个翼型肋板组成，导流环(8)、肋板组(9)、风扇叶片底座(7)、风扇叶片组(6)和风扇叶片底座(5)自内而外顺序排列，导流环(8)经肋板组(9)的3-4个肋板与风扇叶片底座(7)固接，风扇叶片组(6)的20-24个叶片尾端与风扇叶片底座(7)的外圈固接，风扇叶片组(6)的20-24个叶片外端与外环(5)固接。
3.按权利要求1所述的水空一体化电动涵道动力系统，其特征在于：所述的水推动力部分(B)由内涵道前壳体(10)、叶轮(11)、螺栓组(12)、内涵道后壳体(13)和导叶轮(14)组成，其中螺栓组(12)由5-6个螺栓组成，内涵道后壳体(13)后端为喷水口(15)；叶轮(11)位于内涵道前壳体(10)后部，且叶轮(11)的后端面与内涵道前壳体(10)的后端面平齐；螺栓组(12)、导叶轮(14)位于内涵道后壳体(13)前部，且导叶轮(14)的前端面与内涵道后壳体(13)的前端面平齐；叶轮(11)和导叶轮(14)上设有同心孔(16)；内涵道前壳体(10)和内涵道后壳体(13)经螺栓组(12)由5-6个螺栓固接。
4.按权利要求1所述的水空一体化电动涵道动力系统，其特征在于：所述的电驱动部分(C)由驱动轴Ⅰ(17)、轴承Ⅰ(18)、肋板Ⅳ(19)、离合器Ⅰ(20)、肋板Ⅴ(21)、双输出电机(22)、电机保护壳(23)、肋板Ⅵ(24)、离合器Ⅱ(25)、肋板Ⅶ(26)、轴承Ⅱ(27)和驱动轴Ⅱ(28)组成，其中驱动轴Ⅰ(17)、轴承Ⅰ(18)和离合器Ⅰ(20)位于双输出电机(22)前端；驱动轴Ⅱ(28)、轴承Ⅱ(27)和离合器Ⅱ(25)位于双输出电机(22)后端，且驱动轴Ⅰ(17)、轴承Ⅰ(18)、离合器Ⅰ(20)与驱动轴Ⅱ(28)、轴承Ⅱ(27)、离合器Ⅱ(25)关于双输出电机(22)前后对称设置；驱动轴Ⅰ(17)后端穿过电机保护壳(23)的前孔，与轴承Ⅰ(18)内圈过盈连接后，与离合器Ⅰ(20)前端固接；驱动轴Ⅱ(28)前端穿过电机保护壳(23)的后孔，与轴承Ⅱ(27)内圈过盈连接后，与离合器Ⅱ(25)后端固接；双输出电机(22)的前输出端与离合器Ⅰ(20)后端固接，双输出电机(22)的后输出端与离合器Ⅱ(25)前端固接；轴承Ⅰ(18)、离合器Ⅰ(20)、双输出电机(22)、离合器Ⅱ(25)和轴承Ⅱ(27)位于电机保护壳(23)内；轴承Ⅰ(18)外圈经肋板Ⅳ(19)固接于电机保护壳(23)前部；双输出电机(22)前部经肋板Ⅴ(21)固接于电机保护壳(23)中部靠前；双输出电机(22)后部经肋板Ⅵ(24)固接于电机保护壳(23)中部靠后；轴承Ⅱ(27)外圈经肋板Ⅶ(26)固接于电机保护壳(23)后部。
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