CN113104189A - 一种无叶片推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无叶片推进系统，包括主体、万向头和喷水组件；主体用于产生高压水流；万向头用于为喷水组件提供转向；喷水组件包括喷嘴，喷嘴包括用于接收来自所述主体的高压水流的内部通道和用于喷射水流的缝隙状出水口，且所述喷嘴具有多个相似闭合环路，以及喷嘴内壁面由柯恩达表面、翼型扩散表面和引导表面三部分构成。该无叶片推进系统具有无叶片推进，多自由度的自动化控制，噪音小、安全系数高、体积小、兼容性强等优点。

Description

一种无叶片推进系统

技术领域

本发明涉及水下推进技术领域，特别涉及一种无叶片推进系统。

背景技术

随着人类对于海洋权益的日益重视，探索海洋和发展海洋以及成为了未来科技发展的新方向，作为人类扩展海洋权益的重要工具——各种海洋运载平台及水下机器人也逐渐引起了各方重视。拥有性能良好的水下机器人是将人类对于海洋探索向纵深发展的重要工具，因而受到越来越多的重视。其中，在水下机器人的研发过程中，其内部的推进系统是非常重要的环节。

现有推进系统以带叶片装置为主，其不仅噪声大、易被杂草等缠绕，同时，一个航行体要配备多个推进器来保持行进方向的调整，因此，还需要多套电机或动力装置进行驱动，造成体积大、控制繁琐。

而对于一些水箱微型潜航器采用泵喷式推进器来提供动力，利用四个翼型来进行多自由度的控制，虽然是具有结构简单和节能环保的优点，但是也存在明显的缺点和问题：翼型壁只能控制方向，不能提供给动力；桨叶易损坏，需定期更换等。同时现有的磁流体推进器成本高、技术条件不完备、无法在淡水环境中工作。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种无叶片推进系统，通过采用无叶片喷水组件和万向头的方式，来实现水下潜航器的无叶片推进、多自由度的自动化控制，以及减小该推进系统运行时的噪声，提高其隐身效果。

本发明提供了一种无叶片推进系统，包括主体、万向头和喷水组件，万向头的一端与主体连接，万向头的另一端与喷水组件连接；

主体用于产生高压水流；

万向头用于为喷水组件提供转向；

喷水组件包括喷嘴，喷嘴包括内部通道和出水口，内部通道包括喷嘴内壁和喷嘴外壁，出水口包括喷嘴内壁的初始部分和喷嘴外壁的延伸部分；喷嘴具有多个闭合环路，喷嘴的多个闭合环路限定多个形状相似的开口，并在靠近每个开口的环路壁上都设置有出水口。

可选的，喷嘴具有4个闭合环路，闭合环路为圆角扇形；

出水口为缝隙状，出水口为弧形翻边设置且翻边朝内设置；

初始部分设置为柯恩达表面，喷嘴内壁的表面还包括位于柯恩达表面下游的翼型扩散表面和位于扩散表面的下游的引导表面。

可选的，相邻的两个开口之间的一段公用的环路上设有两排出水口，其中的一排出水口靠近其中的一个开口，其中的另一排出水口靠近其中的另一个开口。

可选的，主体包括壳体、电机、混流泵和连接轴；

壳体为主体的表面，壳体用于各设备的固定；

电机用于通过连接轴为混流泵提供动力；

混流泵用于为进水水流提高压力。

可选的，主体还包括第一进水管路、第二进水管路和出水管路；

第一进水管路和第二进水管路对称布置，

第一进水管路和第二进水管路的进水口分别设置有第一进水口滤网和第二进水口滤网；

出水管路用于将混流泵产生的高压水流输送给喷水组件。

可选的，壳体的两侧为半球壳形状，中间为圆柱壳形状。

可选的，万向头包括电动调节传动机构；

电动调节传动机构包括电动机、蜗轮、蜗杆、轴承组、第一外水管、第一内水管、第二外水管和第二内水管；

电动机用于通过远程操作终端进行控制。

可选的，电动调节传动机构的数量为两个，两个电动调节传动机构垂直布置。可选的，轴承组包括第一轴承和第二轴承；

蜗轮位于第一轴承与第二轴承之间，第一轴承、第二轴承和蜗轮固定于内水管上。

可选的，电动调节传动机构还包括密封环和法兰；

密封环用于对第一外水管、第一内水管、第二外水管和第二内水管进行密封；法兰用于固定轴承组。

本发明提供的一种无叶片推进系统具有以下有益效果：

无叶片推进系统包括主体、万向头和喷水组件；主体用于产生高压水流；万向头用于为喷水组件提供转向；喷水组件包括喷嘴，喷嘴包括用于接收来自所述主体的高压水流的内部通道和用于喷射水流的缝隙状出水口，且所述喷嘴具有多个相似闭合环路，以及喷嘴内壁面由柯恩达表面、翼型扩散表面和引导表面三部分构成。该无叶片推进系统具有无叶片推进，多自由度的自动化控制，噪音小、安全系数高、体积小、兼容性强等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明实施例提供的一种无叶片推进系统俯视剖面结构示意图意图；

图2为本发明实施例提供的一种叶无叶片推进系统侧视剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种沿图1中B-B线截取的喷嘴的放大截面图；

图4为本发明实施例提供的一种图1中万向头的放大剖视图；

附图标记说明：

1-主体；2-电机；3-混流泵；4-万向头；5-喷水组件；6-出水管路；7-壳体；8-连接轴；9-喷嘴；10-第一进水管路；11-第二进水管路；12-第一进水口滤网；13-第二进水口滤网；14-第一外水管；15-电动调节传动机构；16-第一内水管；17-第二外水管；18-第二内水管；19-蜗杆；20-密封环；21-第一轴承；22-蜗轮；23-第二轴承；24-法兰；25-电动机；26-内部通道；27-出水口；28-喷嘴内壁；29-喷嘴外壁；30-初始部分；31-延伸部分；32-扩散表面；33-引导表面。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

关于术语“无叶片”，是用来描述水流从喷水组件中向前释放或喷出而不需要使用叶片装置。通过该定义，无叶片推进系统可以被看作是具有没有叶片或翼的输出面或发射区，水流沿喷射组件的出口的方向喷射出去。

实施例：

如图1-3所示，本发明实施例提供的一种无叶片推进系统，包括主体1、万向头4和喷水组件5；万向头4的一端与主体1连接，万向头4的另一端与喷水组件5连接；

主体1用于产生高压水流；

万向头4用于为喷水组件5提供转向；

喷水组件5包括喷嘴9，喷嘴9包括内部通道26和出水口27，内部通道26包括喷嘴内壁28和喷嘴外壁29，出水口27包括喷嘴内壁28的初始部分30和喷嘴外壁29的延伸部分31；喷嘴9具有多个闭合环路，喷嘴9的多个闭合环路限定多个形状相似的开口，并在靠近每个开口的环路壁上都设置有出水口27。

本发明实施例提供的一种无叶片推进系统，喷水组件可以设置成4个可以自动调节方向的喷嘴，实现了该推进系统不仅能提供动力还可以用来改变方向的作用；通过将喷水组件的喷嘴采用多个闭合环路即多个开口的结构，并在每个开口的环路壁上都设置有出水口，使喷嘴能提供大面积的高速水流，从整体上显著提高了喷水组件的喷射能力和效率。

本发明中喷嘴采用的闭合环路的个数越多，出口水流速度越均匀，推进系统效率也就越高，考虑到生产工艺等实际问题，其闭合环路的个数通常在2个至9个之间；对于喷嘴采用多个闭合环路即多个开口的结构，相邻的两个开口之间的一段公用的环路上设有两排出水口27，其中的一排出水口27靠近其中的一个开口，其中的另一排出水口27靠近其中的另一个开口。

本发明实施例中，喷嘴9具有4个闭合环路，闭合环路为圆角扇形；出水口27为缝隙状，出水口27为弧形翻边设置且翻边朝内设置；初始部分30设置为柯恩达表面，喷嘴内壁28的表面还包括位于柯恩达表面下游的翼型扩散表面32和位于扩散表面32的下游的引导表面33。通过将喷嘴内壁的初始部分设置为柯恩达表面表面会产生柯恩达效应以引导水流，柯恩达表面下游为翼型扩散表面以及位于扩散表面的下游为引导表面，这种喷嘴内壁表面的设置，减弱了水流在喷嘴内壁表面上的扰动和旋涡的产生，使得水流在该表面的噪声和摩擦损失最小化，提高了喷嘴水流的效率以及装置的隐身效果。

需要说明的是，开口的形状可以是圆形、椭圆形、圆角矩形，也可以是部分环形，还可以是其它形状；出水口，可以是孔形出水口，也可以是缝隙状出水口，还可以是其它形状的出水口。

可选的，主体1包括壳体7、电机2、混流泵3和连接轴8；

壳体7为主体1的表面，壳体7用于各设备的固定；

电机2用于通过连接轴8为混流泵3提供动力；

混流泵3用于为进水水流提高压力。

进一步地，主体1还包括第一进水管路10、第二进水管路11和出水管路6；

第一进水管路10和第二进水管路11对称布置；本发明通过将进水管路分为第一进水管路和第二进水管路，在进水管道直径不变的情况下，相对增大了进水管路的流通截面积，减小了进水管路的阻力损失；

第一进水管路10和第二进水管路11的进水口分别设置有第一进水口滤网12和第二进水口滤网13；本发明通过在进水管路的进水口设置有滤网，从而对于从进水口进入的液体进行过滤，避免堵塞管道以及水草等杂物对混流泵的缠绕，保证混流泵中的叶片或桨叶在旋转过程中，不易损坏，提高了混流泵的使用寿命；

出水管路6用于将混流泵3产生的高压水流输送给喷水组件5。

可选的，壳体7的两侧为半球壳形状，中间为圆柱壳形状。

如图4所示，本发明实施例提供的一种万向头4，是为喷水组件5提供转向的功能，从而实现该推进系统多自由度的控制，

万向头4包括电动调节传动机构15，可选的，电动调节传动机构15的数量为两个，两个电动调节传动机构15相互垂直布置；

电动调节传动机构15包括电动机25、蜗轮22、蜗杆19、轴承组、第一外水管14、第一内水管16、第二外水管17和第二内水管18；本发明通过远程操作终端以无线传输控制电动机25的运行，从而驱动蜗杆19旋转，进而带动固定在内水管18上的蜗轮22一起转动，实现了管路方向的调节。

可选的，轴承组包括第一轴承21和第二轴承23，与蜗轮22一起固定在内水管18上，蜗轮22位于第一轴承21和第二轴承23之间。

进一步地，电动调节传动机构15还包括密封环20和法兰；密封环20用于对第一外水管14、第一内水管16、第二外水管17和第二内水管18进行密封；法兰用于固定轴承组。如此，可以提高万向头结构之间的密封性和万向头调节的稳定性。

本发明通过将万向头分解为两个活动方位进行调节，且这两个活动方位为相互垂直布置的电动蜗轮蜗杆调节传动机构，同时远程操作终端以无线传输的方式控制电动机的运行，来进行对喷水组件的方向的灵敏性和准确性的调节，实现了对水下设备全方位的自动化控制。

工作原理：当人们使用该无叶片推进系统时，将该系统浸没在水中，启动电机2，电机2通过连接轴8驱动混流泵3旋转，第一进水管路10与第二进水管路11中会产生负压，水体便通过第一进水口滤网12与第二进水口滤网13进入，进而在混流泵3进行水体的压缩、增压，压力升高后的水流通过出水管路6、万向头4进入喷水组件5，再从出水口27处表面会产生柯恩达效应喷出，最后经扩散表面32和引导表面33的导流喷向外部流场，从而产生推力，致使推进器能够携带机体前进。同时通过远程操作终端以无线传输控制万向头4的运行，进行对喷水组件5的方向调节，从而对该无叶片推进系统实现全方位自动化控制。

综上，本发明提供的一种无叶片推进系统具有无叶片推进，多自由度的自动化控制，噪音小、安全系数高结构紧凑、体积小、重量轻、适应水下恶劣环境、兼容性强等优点。

以上所揭露的仅为本发明的几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种无叶片推进系统，其特征在于，包括主体(1)、万向头(4)和喷水组件(5)，所述万向头(4)的一端与所述主体(1)连接，所述万向头(4)的另一端与所述喷水组件(5)连接；

所述主体(1)用于产生高压水流；

所述万向头(4)用于为所述喷水组件(5)提供转向；

所述喷水组件(5)包括喷嘴(9)，所述喷嘴(9)包括内部通道(26)和出水口(27)，所述内部通道(26)包括喷嘴内壁(28)和喷嘴外壁(29)，所述出水口(27)包括所述喷嘴内壁(28)的初始部分(30)和所述喷嘴外壁(29)的延伸部分(31)；所述喷嘴(9)具有多个闭合环路，所述喷嘴(9)的多个闭合环路限定多个形状相似的开口，并在靠近每个开口的环路壁上都设置有出水口(27)。

2.根据权利要求1所述的无叶片推进系统，其特征在于，所述喷嘴(9)具有(4)个闭合环路，所述闭合环路为圆角扇形；

所述出水口(27)为缝隙状，所述出水口(27)为弧形翻边设置且翻边朝内设置；

所述初始部分(30)设置为柯恩达表面，所述喷嘴内壁(28)的表面还包括位于所述柯恩达表面下游的翼型扩散表面(32)和位于扩散表面(32)的下游的引导表面(33)。

3.根据权利要求1所述的无叶片推进系统，其特征在于，相邻的两个所述开口之间的一段公用的环路上设有两排出水口(27)，其中的一排出水口(27)靠近其中的一个开口，其中的另一排出水口(27)靠近其中的另一个开口。

4.根据权利要求1所述的无叶片推进系统，其特征在于，所述主体(1)包括壳体(7)、电机(2)、混流泵(3)和连接轴(8)；

所述壳体(7)为所述主体(1)的表面，所述壳体(7)用于各设备的固定；

所述电机(2)用于通过所述连接轴(8)为所述混流泵(3)提供动力；

所述混流泵(3)用于为进水水流提高压力。

5.根据权利要求4所述的无叶片推进系统，其特征在于，所述主体(1)还包括第一进水管路(10)、第二进水管路(11)和出水管路(6)；

所述第一进水管路(10)和所述第二进水管路(11)对称布置，

所述第一进水管路(10)和所述第二进水管路(11)的进水口分别设置有第一进水口滤网(12)和第二进水口滤网(13)；

所述出水管路(6)用于将所述混流泵3产生的高压水流输送给所述喷水组件5。

6.根据权利要求4所述的无叶片推进系统，其特征在于，所述壳体(7)的两侧为半球壳形状，中间为圆柱壳形状。

7.根据权利要求1所述的无叶片推进系统，其特征在于，所述万向头(4)包括电动调节传动机构(15)；

所述电动调节传动机构(15)包括电动机(25)、蜗轮(22)、蜗杆(19)、轴承组、第一外水管(14)和第一内水管(16)、第二外水管(17)和第二内水管(18)；

所述电动机(25)用于通过远程操作终端进行控制。

8.根据权利要求7所述的无叶片推进系统，其特征在于，所述电动调节传动机构(15)的数量为两个，两个电动调节传动机构(15)垂直布置。

9.根据权利要求7所述的无叶片推进系统，其特征在于，所述轴承组包括第一轴承(21)和第二轴承(23)；

所述蜗轮(22)位于所述第一轴承(21)与所述第二轴承(23)之间，所述第一轴承(21)、所述第二轴承(23)和所述蜗轮(22)固定于所述内水管(18)上。

10.根据权利要求7所述的无叶片推进系统，其特征在于，所述电动调节传动机构(15)还包括密封环(20)和法兰；

所述密封环(20)用于对所述第一外水管(14)、第一内水管(16)、所述第二外水管(17)和所述第二内水管(18)进行密封；

所述法兰用于固定所述轴承组。

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