CN112901608A - 一种双涡环相互作用力增益的高效驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，包括送风装置、阀门切换机构和涡环产生装置，送风装置的出口端与涡环产生装置的进口端对接，阀门切换机构布置于涡环产生装置的进口端，涡环产生装置包括内涡环管道和外涡环管道，内涡环管道套设于外涡环管道内，内涡环管道的进口端和外涡环管道的进口端均通过阀门切换机构与送风装置的出口端连接，阀门切换机构交替截断内外涡环管道的气流，使送风装置产生的气流交替进入内涡环管道和外涡环管道。本发明实现一个周期内产生两个相近涡环，通过两个涡环之间力的增益，实现高效推进。

Description

一种双涡环相互作用力增益的高效驱动装置

技术领域

本发明涉及流体力学技术领域，具体涉及一种双涡环相互作用力增益的高效驱动装置。

背景技术

现有的推进器主要是螺旋桨推进，其效率相对不是很高，自然界中鸟类飞翔、鱼类和水母游动过程中尾部通过脱落一系列的涡环来产生高效推进，经过国内外学者研究，当两个涡环之间距离相近的时候，会产生力的相互作用，进而实现力的增益，提高推进效率。现有涡环产生装置主要是利用涡环的远距离传播特性进行送风应用，较少有人利用双涡环之间力的增益来实现高效推进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，实现一个周期内产生两个相近涡环，通过两个涡环之间力的增益，实现高效推进。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，包括送风装置、阀门切换机构和涡环产生装置，送风装置的出口端与涡环产生装置的进口端对接，阀门切换机构布置于涡环产生装置的进口端，涡环产生装置包括内涡环管道和外涡环管道，内涡环管道套设于外涡环管道内，内涡环管道的进口端和外涡环管道的进口端均通过阀门切换机构与送风装置的出口端连接，阀门切换机构交替截断内外涡环管道的气流，使送风装置产生的气流交替进入内涡环管道和外涡环管道。

按照上述技术方案，送风装置包括风机和送风外壳，风机设置于送风外壳的进口端，送风外壳的出口端与涡环产生装置的进口端对接，内涡环管道内设有内整流板，内涡环管道与外涡环管道之间设有外整流板。

按照上述技术方案，阀门切换机构包括截断基板、截断片和阀门驱动模块，截断基板布置于送风装置的出口端和内外涡环管道的进口端之间，截断基板中部开设有内通孔，沿内通孔周向分布有外通孔，内通孔布置于内涡环管道的进口端，外通孔布置于内涡环管道和外涡环管道之间，截断片布置于内通孔和外通孔之间，截断片通过转轴与截断基板铰接，阀门驱动模块与截断片连接；阀门驱动模块带动截断片绕转轴翻转，截断片封闭内通孔或外通孔。

按照上述技术方案，内通孔为正多边形，外通孔为三角形，外通孔的个数为多个，沿内通孔周向均匀分布于截断基板上，截断片的个数与外通孔的个数一致，与外通孔一一对应布置，截断片向内侧翻转时，多个截断片相互合拢形成一个多边形，使内通孔封闭，截断片向外侧翻转时，各截断片分别封闭各自对应的外通孔。

按照上述技术方案，阀门驱动模块包括第一控制弹簧、气动活塞、气动管道、气动腔和电控模块，气动腔布置于截断片的一侧，气动活塞设置于气动管道的进口端，第一控制弹簧与气动活塞连接，第一控制弹簧与电控模块连接，气动管道的出口端与气动腔连接，截断片的转轴穿入气动腔内，截断片的转轴连接有扇叶，扇叶布置于气动腔内，将气动腔分隔两部分腔室；电控模块对第一控制弹簧通电或断电，使第一控制弹簧伸缩，带动气动活塞沿气动管道来回移动，使气动腔内扇叶两侧腔室之间形成压差，从而带动扇叶及转轴以转轴为中心转动，进而通过转轴带动截断片翻转。

按照上述技术方案，截断片包括两个翻转板，两个翻转板呈一定角度与转轴连接，一个翻转板用于封闭内通孔，另一个翻转板用于封闭对应的外通孔。

按照上述技术方案，内涡环管道包括由下至上依次连接的内渐缩喷口、内底部送风管、内弹性软管和内变送风管，内变送风管的上端与阀门切换机构连接。

按照上述技术方案，外涡环管道包括由下至上依次连接的外渐缩喷口、外底部送风管道、外弹性软管和外变送风管，外变送风管的上端与送风装置连接。

按照上述技术方案，内涡环管道和外涡环管道均为伸缩管道，内涡环管道和外涡环管道之间设有管道伸缩机构，管道伸缩机构包括抱箍、多个固定连杆支架和多个伸缩套管，抱箍套设于内涡环管道上端，多个固定连杆支架沿内送风管周向布置，固定连杆支架的上端与抱箍连接，固定连杆支架与伸缩套管一一对应布置，固定连杆支架的下端与伸缩套管外壁铰接，伸缩套管的两端分别与内涡环管道下端和外涡环管道下端铰接，固定连杆支架与伸缩套管之间连接有第二控制弹簧，第二控制弹簧连接有电控模块。

按照上述技术方案，伸缩套管包括两个伸缩块和定位管道，两个伸缩块分别套设于定位管道两端，伸缩块可沿定位管道长度方向来回移动，两个伸缩块分别通过转轴与内底部送风管的外壁和外底部送风管道的内壁铰接。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过阀门切换机构交替截断内外涡环管道的气流，使送风装置产生的气流交替进入内涡环管道和外涡环管道，在同一周期内产生大小两个涡环，通过两个涡环之间相互作用获得力的增益，进而提高推进器的效率。

2、本发明通过管道伸缩机构，使内涡环在产生时，内外涡环管道出风口相互错开，有效防止内涡环在产生后因为触碰到外涡环喷口而导致破裂；且外涡环在产生时，喷口处于同一平面；将控制弹簧作为驱动装置，控制弹簧通电收缩进而驱动装置运动，可以降低整机噪音，提高舒适性，且通过设置电控模块的不同电信号实现控制记忆弹簧收缩频率和幅度，相比实现相同功能时步进电机及其控制器、驱动器、开关电源的体积更小，提高装置空间利用率。

附图说明

图1是本发明实施例中双涡环相互作用力增益的高效驱动装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中双涡环相互作用力增益的高效驱动装置的主视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图2的仰视图；

图5是图2的俯视图；

图6是本发明实施例中阀门切换机构的结构示意图；

图7是本发明实施例中管道伸缩机构的结构示意图；

图8是本发明实施例中内底部送风管道的结构示意图；

图9是本发明实施例中外方圆异变管道的结构示意图；

图10是本发明实施例中内方圆异变管道的结构示意图；

图11是本发明实施例中外整流板的结构示意图；

图12是本发明实施例中内整流板的结构示意图；

图13是本发明实施例中外底部送风管的结构示意图；

图14是本发明实施例中气动管道的结构示意图；

图15是本发明实施例中无前面板的气动腔的结构示意图；

图16是本发明实施例中截断基板的结构示意图；

图17是本发明实施例中气动截断片的结构示意图；

图18是本发明实施例中送风外壳的结构示意图；

图中，1-送风外壳，2-轴流风机，3-截断基板，4-气动管道，5-截断片，6-第一控制弹簧，7-电控模块，8-外方圆异变送风管，9-内方圆异变送风管，10-固定连杆支架，11-内整流板，12-内弹性软管，13-气动腔，14-定位管道，15-伸缩块，16-第二控制弹簧，17-内底部送风管，18-外弹性软管，19-外整流板，20-外底部送风管，21-外渐缩喷口，22-内渐缩喷口，23-气动活塞，24-扇叶，25-内通孔，26-外通孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图18所示，本发明提供的一个实施例中的双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，包括送风装置、阀门切换机构和涡环产生装置，送风装置的出口端与涡环产生装置的进口端对接，阀门切换机构布置于涡环产生装置的进口端，涡环产生装置包括内涡环管道和外涡环管道，外涡环管道的进口端与送风装置的出口端对接，阀门切换机构设置于送风装置的出口端和外涡环管道的进口端之间，内涡环管道套设于外涡环管道内，内涡环管道的进口端和外涡环管道的进口端均通过阀门切换机构与送风装置的出口端连接，阀门切换机构交替截断内外涡环管道的气流，使送风装置产生的气流交替进入内涡环管道和外涡环管道，同一周期内产生大小两个涡环。

进一步地，管道伸缩机构调节大小涡环出风口的位置，保证小涡环产生后不会因为触碰到大涡环出风口而破裂，且保证大小涡环的产生位置相同；本装置可以实现在一个脉冲周期内，通过记忆合金弹簧驱动依次产生两个近距离涡环，通过两个涡环之间力相互作用获得的增益，提高推进装置的推进效率。

送风装置包括风机和送风外壳1，风机设置于送风外壳1的进口端，送风外壳1的出口端与涡环产生装置的进口端对接，内涡环管道内设有内整流板11，内涡环管道与外涡环管道之间设有外整流板19。

进一步地，风机为轴流风机2。

进一步地，内涡环管道和外涡环管道同轴心布置。

进一步地，阀门切换机构包括截断基板3、气动截断片5和阀门驱动模块，截断基板3布置于送风装置的出口端和内外涡环管道的进口端之间，截断基板3中部开设有内通孔25，沿内通孔25周向分布有外通孔26，内通孔25布置于内涡环管道的进口端，外通孔26布置于内涡环管道和外涡环管道之间的范围，截断片5布置于内通孔25和外通孔26之间，截断片5通过转轴与截断基板3铰接，阀门驱动模块与截断片5连接；阀门驱动模块带动截断片5绕转轴翻转，截断片5封闭内通孔25或外通孔26。

进一步地，内通孔25为正多边形，外通孔26为三角形，外通孔26的个数为多个，沿内通孔25周向均匀分布于截断基板3上，截断片5的个数与外通孔26的个数一致，与外通孔26一一对应布置，截断片5向内侧翻转时，多个截断片5相互合拢形成一个多边形，使内通孔25封闭，截断片5向外侧翻转时，各截断片5分别封闭各自对应的外通孔26。

进一步地，外通孔26的个数为4个，内通孔25为正方形。

进一步地，阀门驱动模块包括第一控制弹簧6、气动活塞23、气动管道4、气动腔13和电控模块7，气动腔13布置于截断片5的一侧，气动活塞23设置于气动管道4的进口端，第一控制弹簧6与气动活塞23连接，第一控制弹簧6与电控模块7连接，气动管道4的出口端与多个气动腔13连接，气动腔13的内腔为扇形，截断片5的转轴穿入气动腔13内，截断片5的转轴连接有扇叶24，扇叶24布置于气动腔13内，将气动腔分隔两部分腔室，一个腔室与气动管道4的出口连接，另一个腔室上排气孔；电控模块7对第一控制弹簧6通电或断电，使第一控制弹簧6伸缩，带动气动活塞23沿气动管道4来回移动，使气动腔13内扇叶24两侧腔室之间形成压差，从而带动气动腔13内的扇叶24及转轴以转轴为中心转动，进而通过转轴带动截断片5翻转。

进一步地，气动腔13的个数与截断片5的个数一致，并一一对应布置，气动管道4的多个出口分别与多个气动腔13连接，气动管道4的出口个数与气动腔13的个数一致。

上端面设置有转轴，下端面设置有螺纹孔，截断片5通过转轴与截断基板3相连，气动管道4、气动腔13、电控模块7均安装于截断基板3上端面。

进一步地，截断片包括两个翻转板，两个翻转板呈一定角度与转轴连接，一个翻转板用于和其他截断片的翻转板组合封闭内通孔25，另一个翻转板用于封闭对应的外通孔26；两个翻转板对内外通孔26分别封闭，使转轴转动更小的角度即可形成封闭，内外通孔封闭的切换时间更快和更迅速。

进一步地，翻转板为三角形，与外通孔26形状相同。

进一步地，内涡环管道包括由下至上依次首尾连接的内渐缩喷口22、内底部送风管17、内弹性软管12和内变送风管，内变送风管的上端与阀门切换机构的截断基板3连接，并与内通孔25对接，内底部送风管17内设有内整流板11，内底部送风管17与外涡环管道之间套设有外整流板19。

进一步地，内变送风管为内方圆异变送风管9；内渐缩喷口22和内弹性软管12的内径略大于内底部送风管17和内方圆异变送风管9的外径，四者均通过嵌套相连，自下而上依次安装为内渐缩喷口22、内底部送风管17、内弹性软管12和内方圆异变送风管9。

内底部送风管17底端内侧设置有定位内整流板11的凸起，上端外侧设置有四个转轴。内整流板11外径小于内底部送风管17内径，内整流板11一端面与底端内侧定位凸起接触，另一端面与内渐缩喷口22接触，两者共同固定内整流板11。内方圆异变送风管9底端外侧设置有一圈定位凹槽。

进一步地，外涡环管道包括由下至上依次首尾连接的外渐缩喷口21、外底部送风管20、外弹性软管18和外变送风管，外变送风管的上端与送风装置的送风外壳1连接。

进一步地，外变送风管为外方圆异变送风管8，外渐缩喷口21和外弹性软管18的内径略大于外底部送风管和外方圆异变送风管8的外径，四者均通过嵌套相连，自下而上依次安装为外渐缩喷口21、外底部送风管20、外弹性软管18和外方圆异变送风管8。送风外壳1底端内侧设置有定位涡环产生装置的凸起，外方圆异变送风管8与送风外壳1通过过盈配合相连。

进一步地，内涡环管道和外涡环管道均为伸缩管道，内涡环管道和外涡环管道之间设有管道伸缩机构，当气流进入外涡环管道产生外涡环时，通过管道伸缩机构使内涡环管道和外涡环管道的喷口处于同一平面，当气流进入内涡环管道产生内涡环时，通过管道伸缩机构使内涡环管道的喷口从外涡环管道的喷口伸出；内外涡环管道出风口相互错开，有效防止内涡环在产生后因为触碰到外涡环喷口而导致破裂。

管道伸缩机构包括抱箍、多个固定连杆支架10和多个伸缩套管，抱箍套设于内涡环管道上端的内底部送风管17，多个固定连杆支架10沿内送风管周向布置，固定连杆支架10的上端与抱箍连接，固定连杆支架10与伸缩套管一一对应布置，固定连杆支架10的下端与伸缩套管外壁铰接，伸缩套管的两端分别与内涡环管道下端的内底部送风管17和外涡环管道下端的外底部送风管20铰接，固定连杆支架10与伸缩套管的内端之间连接有第二控制弹簧16，第二控制弹簧16连接有电控模块7；电控模块7对第二控制弹簧16通电，使第二控制弹簧16伸长带动伸缩套管内端向下倾斜，带动内涡环管道伸长，外涡环管道收缩。

进一步地，伸缩套管包括两个伸缩块15和定位管道14，两个伸缩块15分别套设于定位管道14两端，伸缩块15可沿定位管道14长度方向来回移动，两个伸缩块15分别通过转轴与内底部送风管17的外壁和外底部送风管20的内壁铰接。

进一步地，定位管道14两端均安装有伸缩块15，伸缩块15可以在定位管道14内相对运动，伸缩块15一端平面、一端设置有转轴，分别与内底部送风管17外侧管壁和外底部送风管20内侧管壁的旋转轴相连。

进一步地，第一控制弹簧6和第二控制弹簧16均为记忆合金弹簧，记忆合金弹簧通电后伸缩。

本发明的工作原理：参照图1所示，本发明提供的一种双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，初始，轴流风机2将外界气体泵入装置内部，此时第一控制弹簧6未通电，处于原长状态，气动截断片5将截断基面3中央的正方形流道关闭，四周三角形流道开启，气流由三角形流道流入进入外涡环管道，经过外整流板19后由外渐缩喷口21处流出，此时电控模块7给予第一弹簧6通电，使得弹簧6收缩，带动气压管道4内气动活塞23运动，进而产生负压，负压传递到气动截断片5转轴的风扇叶24上，进而驱动风扇叶24运转，进而驱动气动截断片5绕转轴旋转，进而使得中央正方形流道开启，气流进入内涡环管道，且同时四周四个三角形流道关闭，外涡环管道闭合，截断外涡环管道内的气流，使得气流经过外涡环管道卷曲产生涡环；且同时第二控制弹簧16通电，使得定位管道14绕轴发生转动，进而通过伸缩块15带动内底部送风管17下降，外底部送风管20上升，此时内渐缩喷口22伸出于外渐缩喷口21截面，避免了由内涡环流道产生的涡环在产生后触碰到外渐缩喷口21破裂。此后电控模块7断电，第一控制弹簧6回复原长，气动截断片5重新将截断基面3中央内涡环管道流道关闭，开启外涡环流道，被截断的内涡环流道气体在经过内整流板11，在内渐缩喷口22处卷曲形成涡环，此为一个产生周期下涡环的产生过程。此过程产生的内涡环与外涡环距离较近，会相互作用进而产生力的增益，实现高效推进的目的。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，其特征在于，包括送风装置、阀门切换机构和涡环产生装置，送风装置的出口端与涡环产生装置的进口端对接，阀门切换机构布置于涡环产生装置的进口端，涡环产生装置包括内涡环管道和外涡环管道，内涡环管道套设于外涡环管道内，内涡环管道的进口端和外涡环管道的进口端均通过阀门切换机构与送风装置的出口端连接，阀门切换机构交替截断内外涡环管道的气流，使送风装置产生的气流交替进入内涡环管道和外涡环管道。

2.根据权利要求1所述的双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，其特征在于，送风装置包括风机和送风外壳，风机设置于送风外壳的进口端，送风外壳的出口端与涡环产生装置的进口端对接，内涡环管道内设有内整流板，内涡环管道与外涡环管道之间设有外整流板。

3.根据权利要求1所述的双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，其特征在于，阀门切换机构包括截断基板、截断片和阀门驱动模块，截断基板布置于送风装置的出口端和内外涡环管道的进口端之间，截断基板中部开设有内通孔，沿内通孔周向分布有外通孔，内通孔布置于内涡环管道的进口端，外通孔26布置于内涡环管道和外涡环管道之间，截断片布置于内通孔和外通孔之间，截断片通过转轴与截断基板铰接，阀门驱动模块与截断片连接；阀门驱动模块带动截断片绕转轴翻转，截断片封闭内通孔或外通孔。

4.根据权利要求3所述的双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，其特征在于，内通孔为正多边形，外通孔为三角形，外通孔的个数为多个，沿内通孔周向均匀分布于截断基板上，截断片的个数与外通孔的个数一致，与外通孔一一对应布置，截断片向内侧翻转时，多个截断片相互合拢形成一个多边形，使内通孔封闭，截断片向外侧翻转时，各截断片分别封闭各自对应的外通孔。

5.根据权利要求3所述的双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，其特征在于，阀门驱动模块包括第一控制弹簧、气动活塞、气动管道、气动腔和电控模块，气动腔布置于截断片的一侧，气动活塞设置于气动管道的进口端，第一控制弹簧与气动活塞连接，第一控制弹簧与电控模块连接，气动管道的出口端与气动腔连接，截断片的转轴穿入气动腔内，截断片的转轴连接有扇叶，扇叶布置于气动腔内，将气动腔分隔两部分腔室；电控模块对第一控制弹簧通电或断电，使第一控制弹簧伸缩，带动气动活塞沿气动管道来回移动，使气动腔内扇叶两侧腔室之间形成压差，从而带动扇叶及转轴以转轴为中心转动，进而通过转轴带动截断片翻转。

6.根据权利要求3所述的双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，其特征在于，截断片包括两个翻转板，两个翻转板呈一定角度与转轴连接，一个翻转板用于封闭内通孔，另一个翻转板用于封闭对应的外通孔。

7.根据权利要求1所述的双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，其特征在于，内涡环管道包括由下至上依次连接的内渐缩喷口、内底部送风管、内弹性软管和内变送风管，内变送风管的上端与阀门切换机构连接；

外涡环管道包括由下至上依次连接的外渐缩喷口、外底部送风管、外弹性软管和外变送风管，外变送风管的上端与送风装置连接。

8.根据权利要求1所述的双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，其特征在于，内涡环管道和外涡环管道均为伸缩管道，内涡环管道和外涡环管道之间连接有管道伸缩机构。

9.根据权利要求8所述的双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，其特征在于，管道伸缩机构包括抱箍、多个固定连杆支架和多个伸缩套管，抱箍套设于内涡环管道上端，多个固定连杆支架沿内送风管周向布置，固定连杆支架的上端与抱箍连接，固定连杆支架与伸缩套管一一对应布置，固定连杆支架的下端与伸缩套管外壁铰接，伸缩套管的两端分别与内涡环管道下端和外涡环管道下端铰接，固定连杆支架与伸缩套管之间连接有第二控制弹簧，第二控制弹簧连接有电控模块。

10.根据权利要求9所述的双涡环相互作用力增益的高效驱动装置，其特征在于，伸缩套管包括两个伸缩块和定位管道，两个伸缩块分别套设于定位管道两端，伸缩块可沿定位管道长度方向来回移动，两个伸缩块分别通过转轴与内底部送风管的外壁和外底部送风管的内壁铰接。

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