CN114313184A - 一种轮缘推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮缘推进装置，包括导管框架、轮缘推进器和支撑连接结构，轮缘推进器包括集成于导管框架内部的定子和与定子连接的转子，定子和转子由水润滑推力轴承和水润滑支撑轴进行支撑配合，转子内部安装永磁体，通过定子产生的旋转磁场驱动转子，转子的叶片随转子旋转产生推力，所述的导管框架外形为导管形式，内设置有容纳转子的流道。本发明轮缘推进装置不仅具备现有轮缘推进器的基本结构，可以实现推进功能，而且实现了推进装置的推进操舵一体化，解决了舵的布置问题，取消了推进装置的轴系，同时可以满足潜航器对推进性能和操纵性能的要求，实现轮缘推进器矢量控制推进。

Description

一种轮缘推进装置

技术领域

本发明属于船舶与海洋工程技术领域，具体涉及一种轮缘推进装置。

背景技术

传统的推进装置具有轴系和舵，这使得潜航器需要考虑轴系和舵系的安装布置和驱动控制等问题，降低了舱容利用率，限制了潜航器尾部的设计。

特别是轴系的存在降低了传动效率，也增加了推进器系统的噪声。推进装置在推进操舵一体以及减振降噪方面的性能有待提升。

发明内容

为提高推进装置在推进操舵一体与减振降噪方面的性能，本发明提出一种轮缘推进装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轮缘推进装置，包括通过支撑连接结构连接在航器尾部上的圆形导管框架和设置在导管框架内的多个轮缘推进器，所述轮缘推进器包括集成于导管框架内部的定子和与定子连接的转子，电缆亦可从支撑连接结构进入潜航器，定子和转子由水润滑推力轴承和水润滑支撑轴进行支撑配合，转子内部安装永磁体，通过定子产生的旋转磁场驱动转子，转子的叶片随转子旋转产生推力，所述的导管框架外形为导管形式，内设置有容纳转子的流道。

所述的一种轮缘推进装置，其轮缘推进器有四个，呈X形分布。通过多个轮缘推进器的转速可以实现推进装置的推进操舵一体，解决了舵的布置问题，取消了轴系。多个轮缘推进器具冗余性设计，单个推进器故障，其余推进器也可完成推进和操舵。

所述的一种轮缘推进装置，其导管框架为筋板结构，以减小导管框架的重量，所述的流道有四个，呈X形分布且沿导管框架中心对称。

所述的一种轮缘推进装置，其支撑连接结构有四个，呈十字形分布，不影响轮缘推进器的进流，其剖面为翼型。

所述的一种轮缘推进装置，其导管框架内左上流道的轴向出口端向右下偏移，左下流道的轴向出口端向右上偏移，右上流道的轴向出口端向左下偏移，右下流道的轴向出口端向左上偏移，偏移后四个流道仍呈中心对称。

所述的一种轮缘推进装置，任意相邻两个流道的轴线夹角α推荐控制在60°～120°，角度据操舵要求而确定。

所述的一种轮缘推进装置，其转子的叶片为有毂的七叶大侧斜螺旋桨。

本发明的有益效果是：本发明轮缘推进装置不仅具备现有轮缘推进器的基本结构，可以实现推进功能，而且实现了推进装置的推进操舵一体化，解决了舵的布置问题，取消了推进装置的轴系，同时可以满足潜航器对推进性能和操纵性能的要求，实现轮缘推进装置的矢量推进。

本发明在同等功率要求下采用四个子轮缘推进器，即可降低轮缘电机的功率，减小轮缘桨叶的直径，提高其空化临界速度，进而降低轮缘推进装置的噪声。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明轮缘推进装置的结构示意图；

图5～图7为流道方向示意图；

图8为流道内力的方向示意图；

图9～图11为本发明轮缘推进器与导管框架的连接示意图。

各附图标记为：1—导管框架，2—轮缘推进器，3—支撑连接结构，4—潜航器尾部。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管附图中的各个构件以特定比例绘制，但是这些比例关系仅仅是示例性的，本领域技术人员可以根据需要对其做出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示方向或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连接。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

按照本发明的一个示例，本发明公开的轮缘推进装置包括导管框架1、轮缘推进器2和支撑连接结构3，所述轮缘推进器2包括定子和转子。典型应用案例为四个子轮缘推进器，将四个X形分布的子轮缘电机都集成在导管框架里，四个前置的支撑连接结构3可与潜航器尾部4（附图中画出尾部）进行固定连接，线缆亦可从支撑连接结构进入潜航器尾部4。前置的支撑连接结构3可与潜航器进行固定连接，电缆亦可从支撑连接结构3进入潜航器。

参考图1、图2和图3所示，本实施例中，圆形导管框架1的流道设计为四个加速型导管形式，四个子轮缘推进器2呈X形分布。通过多个轮缘推进器2的转速可以实现推进装置的推进操舵一体，解决了舵的布置问题，取消了轴系。四个轮缘推进器2具冗余性设计，单个推进器故障，其余推进器也可完成推进和操舵；同时也实现了推进装置的推进操舵一体，解决了舵的布置问题。

本实施例中，流道的轴线发生偏移，参考图4至图7所示，LD1为左上方流道，LD2为左下方流道，LD3为右上方流道，LD4为右下方流道，ZX1为左上方流道轴线，ZX2为左下方流道轴线，ZX3为右上方流道轴线，ZX4为右下方流道轴线，将左上流道的轴线（ZX1）的出口端向右下偏移，将左下流道的轴线（ZX2）的出口端向右上偏移，将右上流道的轴线（ZX4）的出口端向左下偏移，将右下流道的轴线（ZX3）的出口端向左上偏移，偏移后四个流道（LD1、LD2、LD3、LD4）仍呈中心对称，偏移后两相邻轴线的角度α推荐控制在60°～120°，如图8所示。以左上流道的轮缘推进器2为例，未经轴线偏移时，力的方向为F12，使潜航器向右偏航；经过轴线偏移后总力为F1方向，有F11的分力使潜航器向右偏航，使子轮缘推进器2在操舵方向的分力更大，其操舵性能更好。

轮缘推进器由定子和转子组成，定子和转子由水润滑推力轴承和水润滑支撑轴进行支撑配合。定子集成于导管框架内部，转子至于上述的流道内，为推进装置提供用于推进和转舵的力。转子内部安装永磁体，通过定子产生的旋转磁场驱动转子，转子的叶片随转子旋转产生推力。本实施例中，转子设计为有轮毂形式，叶片采用七叶大侧斜螺旋桨，以降低推进装置的噪声。

参考图9、图10和图11所示，四个支撑连接结构呈“十”形分布，其剖面为翼型，对流道的来流进行整流。轮缘推进装置通过支撑连接结构3与潜航器连接，轮缘电机的动力电缆和信号线缆也可通过此结构进入潜航器。支撑连接结构3不影响轮缘推进器2的进流，其剖面为翼型。

所述的导管框架1为筋板结构，以减小导管框架的重量，所述的流道四个，呈X形分布且沿导管框架1中心对称。

任意相邻两个流道的轴线夹角α推荐控制在60°～120°，角度据操舵要求而确定。以左上轮缘推进器为例，其为潜航器提供潜航器质心左上方向的力，经过轴线偏移后，力的方向也为潜航器质心左上方向，因此子轮缘推进器在操舵方向的分力更大，其操舵性能更好。

上述实施案例中，导管框架1流道为加速型流道，其也可设计为圆柱形或减速型。流道的轴线有一定的偏移，目的是提高推进装置的操纵性，如果操纵性要求较低可以取消流道轴线的偏移。转子叶片为有毂的七叶大侧斜螺旋桨，其他实施案例也可以设计为无毂和其他形式的桨叶。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种轮缘推进装置，其特征在于：包括通过支撑连接结构（3）连接在航器尾部（4）上的圆形导管框架（1）和设置在导管框架（1）内的多个轮缘推进器（2），所述轮缘推进器（2）包括集成于导管框架（1）内部的定子和与定子连接的转子，定子和转子由水润滑推力轴承和水润滑支撑轴进行支撑配合，转子内部安装永磁体，通过定子产生的旋转磁场驱动转子，转子的叶片随转子旋转产生推力，所述的导管框架（1）内设置有容纳转子的流道。

2.根据权利要求1所述的一种轮缘推进装置，其特征在于，所述的轮缘推进器（2）有四个，呈X形分布。

3.根据权利要求2所述的一种轮缘推进装置，其特征在于，所述的导管框架（1）为筋板结构，所述的流道有四个，呈X形分布且沿导管框架（1）中心对称。

4.根据权利要求3所述的一种轮缘推进装置，其特征在于，所述的支撑连接结构（3）有四个，呈十字形分布。

5.根据权利要求4所述的一种轮缘推进装置，其特征在于，所述的导管框架（1）内左上流道的轴向出口端向右下偏移，左下流道的轴向出口端向右上偏移，右上流道的轴向出口端向左下偏移，右下流道的轴向出口端向左上偏移。

6.根据权利要求5所述的一种轮缘推进装置，其特征在于，任意相邻两个流道的轴线夹角为60°～120°。

7.根据权利要求6所述的一种轮缘推进装置，其特征在于，所述的叶片为有毂的七叶大侧斜螺旋桨。

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