CN114655403A - 推进系统及航行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种推进系统及航行器，包括主轴、叶轮组件、导流鼻锥、导流罩、若干个喷口以及若干个导流滑板，叶轮组件转动连接于主轴的外周；导流罩套设于叶轮组件的外部、并与叶轮组件形成水流腔；喷口分别设置于航行器本体和导流罩的相接处；若干个导流滑板分别滑动连接于喷口内。本发明提供的推进系统设置在航行器本体的前端，水流从导流鼻锥和导流罩之间的入流口进入，经叶轮组件的导送作用向喷口输送，通过控制导流滑板在喷口处的前后位置，控制水流向外后方或是外前方喷出，利用水流喷出力的反力推动航行器本体前行或后退，通过控制不同喷口的水流喷出状况控制航行器本体的转向以及上下浮动动作，提高了航行器本体的转向灵活性。

Description

推进系统及航行器

技术领域

本发明属于航行器推进技术领域，更具体地说，是涉及一种推进系统及航行器。

背景技术

在海洋探测以及海底打捞作业中，常会用到水下航行器，航行器具有活动范围广、潜水深度深、智能化程度高等优点，在诸多领域均中均有广泛的应用。推进系统是航行器的核心系统，其性能决定了航行器的整体性能。

航行器在水下需要进行前进、后退以及转向等操作，对应不同的操作方式，需要设置复杂的结构以对应支持，不仅占用了航行器的结构空间，还存在控制效率低下、转向以及后退操作迟缓的问题，难以及时切换多种不同的作业模式，影响操作的便利性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种推进系统及航行器，能够方便地进行航行器的转向以及后退，提高了操作效率，减少了航行器自身的空间占用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种推进系统，适于安装于航行器本体的前端，用于推动航行器本体行进，包括：

主轴，设置于航行器本体的前端，且向前延伸；

叶轮组件，转动连接于主轴的外周，用于向外后方推动水流；

导流鼻锥，连接于主轴的前端，用于引导水流进入叶轮组件内；

导流罩，套设于叶轮组件的外部、并与叶轮组件形成水流腔，导流罩的前端逐渐向轴心收拢、并与导流鼻锥之间形成入流口，入流口与水流腔连通；

若干个喷口，分别设置于航行器本体和导流罩的相接处、且与水流腔连通，喷口用于自水流腔向外喷射水流；

若干个导流滑板，分别滑动连接于若干个喷口内，导流滑板连接有第一伸缩件，第一伸缩件能够带动导流滑板前后滑动以封堵喷口的前部或后部。

在一种可能的实现方式中，推进系统还包括设置于水流腔内的导流块以及转动连接于航行器本体上的分流板，导流块位于相邻两个喷口之间，分流板位于导流块的前侧、且连接有摆动驱动件，分流板能够沿航行器本体的切向摆动以配合导流块引导水流至与其相邻的其中一个喷口内。

在一种可能的实现方式中，喷口自前向后宽度逐渐变大，导流滑板为适配于喷口的扇形板，导流滑板的两侧分别设有向外延伸以封堵喷口的补偿板，补偿板的外板面向航行器本体的轴心一侧凹陷于导流滑板设置。

一些实施例中，喷口的两侧壁上分别设有与补偿板的两侧边缘滑动配合的滑槽，喷口的两侧壁上还分别设有用于嵌装第一伸缩件的嵌装腔，嵌装腔位于滑槽靠近航行器本体的轴心的一侧。

一些实施例中，导流滑板的前后两侧分别设有向外延伸的封盖部，封盖部的延伸端的厚度逐渐变薄；

喷口的前后两侧分别设有向靠近导流滑板一侧延伸的承托部，承托部的延伸端的厚度逐渐变薄、且与封盖部接触配合。

在一种可能的实现方式中，喷口设有四个，四个喷口分别对应航行器本体的四个正交方向，导流滑板也设有四个，且分别与四个喷口一一对应设置。

在一种可能的实现方式中，导流鼻锥为开口向后的壳体构件，导流鼻锥沿前后方向滑动连接于主轴的前端，导流鼻锥的前侧设有向前凸起的尖端，导流鼻锥的内部设有与尖端内外对应的受力块，主轴的前端设有用于顶推受力块以带动导流鼻锥向前伸出的第二伸缩件。

在一种可能的实现方式中，叶轮组件包括：

离心叶轮，转动连接于主轴的后部，主轴的外周套设有用于驱动离心叶轮的第一外转子电机，离心叶轮用于向外周导送水流；

轴流叶轮，转动连接于主轴的前部、且位于离心叶轮的前侧，主轴的外周套设有用于驱动轴流叶轮的第二外转子电机，轴流叶轮用于沿航行器本体的轴向向离心叶轮一侧导送水流。

一些实施例中，离心叶轮包括第一轮体和位于第一轮体外周的第一叶片，离心叶轮包括第二轮体和第二叶片，第一轮体和第二轮体相邻设置、且第一叶片和第二叶片的旋向相反。

本申请实施例所示的方案，与现有技术相比，本申请实施例提供的推进系统本实施例提供的推进系统设置在航行器本体的前端，水流从导流鼻锥和导流罩之间的入流口进入，经叶轮组件的导送作用向喷口输送，通过控制导流滑板在喷口处的前后位置，控制水流向外后方或是外前方喷出，利用水流喷出力的反力推动航行器本体前行或后退，通过控制不同喷口的水流喷出状况控制航行器本体的转向以及上下浮动动作，上述推进系统的结构简单，不仅提高了航行器本体的转向灵活性，还提高了航行器本体的桨效。

本发明还提供了一种航行器，航行器包括航行器本体以及推进系统，推进系统设置于航行器本体的前端。设有上述推进结构的航行器，利用推进系统前置的结构提高了桨效，避免了航行器后部空间的占用，具有结构简单、行动灵活等优点，具有良好的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的设有推进系统的航行器的局部结构示意图；

图2为本发明实施例图1去掉导流罩后的结构示意图；

图3为本发明实施例图1中航行器的爆炸结构示意图；

图4为本发明实施例图1中导流罩的结构示意图；

图5为本发明实施例图1中航行器的主视剖视结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1、主轴；2、叶轮组件；21、离心叶轮；211、第一轮体；212、第一叶片；22、轴流叶轮；221、第二轮体；222、第二叶片；23、第一外转子电机；24、第二外转子电机；3、导流鼻锥；31、尖端；32、受力块；33、第二伸缩件；4、导流罩；41、水流腔；42、入流口；43、承托部；5、喷口；51、滑槽；52、嵌装腔；6、导流滑板；61、第一伸缩件；62、补偿板；63、封盖部；71、导流块；72、分流板；73、摆动驱动件；8、航行器本体。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者若干个该特征。在本发明的描述中，“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图5，现对本发明提供的推进系统及航行器进行说明。推进系统，适于安装于航行器本体8的前端，用于推动航行器本体8行进，包括主轴1、叶轮组件2、导流鼻锥3、导流罩4、若干个喷口5以及若干个导流滑板6，主轴1设置于航行器本体8的前端，且向前延伸；叶轮组件2转动连接于主轴1的外周，用于向外后方推动水流；导流鼻锥3连接于主轴1的前端，用于引导水流进入叶轮组件2内；导流罩4套设于叶轮组件2的外部、并与叶轮组件2形成水流腔41，导流罩4的前端逐渐向轴心收拢、并与导流鼻锥3之间形成入流口42，入流口42与水流腔41连通；若干个喷口5分别设置于航行器本体8和导流罩4的相接处、且与水流腔41连通，喷口5用于自水流腔41向外喷射水流；若干个导流滑板6分别滑动连接于若干个喷口5内，导流滑板6连接有第一伸缩件61，第一伸缩件61能够带动导流滑板6前后滑动以封堵喷口5的前部或后部。

本实施例提供的推进系统，与现有技术相比，本实施例提供的推进系统设置在航行器本体8的前端，水流从导流鼻锥3和导流罩4之间的入流口42进入，经叶轮组件2的导送作用向喷口5输送，通过控制导流滑板6在喷口5处的前后位置，控制水流向外后方或是外前方喷出，利用水流喷出力的反力推动航行器本体8前行或后退，通过控制不同喷口5的水流喷出状况控制航行器本体8的转向以及上下浮动动作，上述推进系统的结构简单，不仅提高了航行器本体8的转向灵活性，还提高了航行器本体8的桨效。

本实施例中，导流罩4和航行器本体8之间顺滑过渡，形成流线型整体，同时借助导流罩4前端收拢的结构降低了航行器本体8前行过程中的阻力，入流口42的水流进入水流腔41并在叶轮组件2的推动作用下从喷口5中喷出。

当导流滑板6滑动至封堵于喷口5的前部时，水流从喷口5的后端喷出，借助水流的反作用力航行器本体8向前运动，以上描述为正向推动模式；当导流滑板6滑动至封堵于喷口5的后部时，水流从喷口5的前端喷出，借助水流的反作用力航行器本体8向后运动，以上描述为反向推动模式。

当航行器本体8需要进行较小转向半径或原地直接转向时，则转向内侧的喷口5使用反推模式，以便形成反向力矩，使航行器本体8的航向迅速改变，实现快速转向的效果。综上，该推进系统适合于不同的航行模式，具有结构简单、实用性强的特点。

另外，上述推进系统对航行器本体8外部的空间占用小，不容易被水中的杂物缠绕，适用于复杂水域中，具有良好的适用性。

在上述结构的基础上，参见图2和图3，推进系统还包括设置于水流腔41内的导流块71以及转动连接于航行器本体8上的分流板72，导流块71位于相邻两个喷口5之间，分流板72位于导流块71的前侧、且连接有摆动驱动件73，分流板72能够沿航行器本体8的切向摆动以配合导流块71引导水流至与其相邻的其中一个喷口5内。

在利用导流滑板6对喷口5进行不同部位的封堵的同时，还借助分流板72辅助导流滑板6实现航行器本体8的行进和转向。导流块71为自前向后截面积逐渐变大的三角形结构，可通过其两侧壁对水流进行导送，结合分流板72的分流作用，可使各个喷口5内的水流流量大小不同，进而配合导流滑板6对航行器本体8进行上下浮动以及转向等操作的控制。

摆动驱动件73采用舵机，利用舵机对分流板72进行驱动，分流板72绕铰接点的摆动可将水流导送至不同的喷口5内。当航行器本体8需要上浮时，此时控制位于上方喷口5内的导流滑板6位于喷口5的后部，利用上部喷口5的反推作用使航行器本体8向上方转向上浮。

在此基础上，位于下方的喷口5两侧的分流板72将水流腔41内的水流大量导入下部的喷口5中，此时下部的喷口5内的导流滑板6位于喷口5的前部，大量水流从下部喷口5的后部喷出，增强了航行器本体8向上转向(也就是上浮)的效果，因此，分流板72与导流滑板6的结合，有效的提高了航行器本体8转向的灵活性，具有良好的使用效果。

同样的，当航行器本体8需要下沉或左右转向时，也通过分流板72与导流滑板6的结合作用实现，提高了转向效率，降低了动能损耗。

一些可能的实现方式中，上述特征喷口5采用如图1和图2所示结构。参见图1和图2，喷口5自前向后宽度逐渐变大，导流滑板6为适配于喷口5的扇形板，导流滑板6的两侧分别设有向外延伸以封堵喷口5的补偿板62，补偿板62的外板面向航行器本体8的轴心一侧凹陷于导流滑板6设置。

喷口5设置在导流罩4和航行器本体8相互连接的位置，喷口5的一部分位于导流罩4的后端，一部分位于航行器本体8的前端。由于导流罩4自后向前具有收拢的趋势，对应的，喷口5在航行器本体8切向上的宽度也呈现出自前向后宽度逐渐变大的趋势，在导流滑板6的滑动过程中，会产生在喷口5前部封堵不严或在喷口5后部脱落的问题。

本实施例中，在导流滑板6的两侧设置了补偿板62，当导流滑板6滑动至喷口5的前部时，补偿板62可贴合于导流罩4的内壁上，利用导流滑板6便可将喷口5的前部封堵完全，避免水流的泄露。

当导流滑板6滑动至喷口5的后部时，补偿板62则配合导流滑板6共同封堵于喷口5的后部，保证喷口5在宽度方向上能够被封堵完全，避免水流的泄露，该结构使水流从喷口5的对应位置排出，便于实现正反推进以及转向等多重作用。

在一些实施例中，上述特征喷口5可以采用如图5所示结构。参见图5，喷口5的两侧壁上分别设有与补偿板62的两侧边缘滑动配合的滑槽51，喷口5的两侧壁上还分别设有用于嵌装第一伸缩件61的嵌装腔52，嵌装腔52位于滑槽51靠近航行器本体8的轴心的一侧。

为了避免导流滑板6在喷口5内滑动时出现向导流罩4内凹陷或向外导流罩4凸出等故障，在喷口5的两侧壁上分别设置了滑槽51，两个滑槽51的开口侧相对设置，补偿板62滑动连接于滑槽51中。

具体的，补偿板62自前至后在航行器本体8切向上的宽度逐渐变小，对应于导流滑板6的扇形结构，位于后侧的补偿板62的宽度适当减小，也可以配合导流滑板6实现可靠的封堵效果。

另外，自后向前的方向上，滑槽51向喷口5侧壁内侧深入的深度逐渐变大，当导流滑板6与补偿板62同步滑动至喷口5的前部时，为了适应喷口5宽度的变窄，补偿板62逐渐伸入滑槽51内，最后只通过导流滑板6即可完成喷口5前部的封堵，实现航行器本体8运行模式的切换。

导流滑板6沿滑槽51进行前后滑动，第一伸缩件61安装在嵌装腔52，通过铰接在嵌装腔52内，第一伸缩件61的外伸端可对导流滑板6进行伸缩驱动，第一伸缩件61可以采用液压缸、气缸或电动推杆等不同构件。

在一些实施例中，上述特征导流滑板6可以采用如图5所示结构。参见图5，导流滑板6的前后两侧分别设有向外延伸的封盖部63，封盖部63的延伸端的厚度逐渐变薄；

喷口5的前后两侧分别设有向靠近导流滑板6一侧延伸的承托部43，承托部43的延伸端的厚度逐渐变薄、且与封盖部63接触配合。

在利用导流滑板6封堵喷口5时，为了避免硬性接触造成的封堵不严的问题，进而避免水流在压力作用下从缝隙处溢出，在导流滑板6的前后侧边缘位置分别设置了封盖部63，封盖部63的外伸端的厚度逐渐变薄，且封盖部63的外周壁与航行器本体8以及导流罩4的外壁平滑过渡。

对应的，喷口5的前后两侧边缘位置分别设置了承托部43，承托部43靠近导流滑板6一侧的厚度逐渐变薄，能够与封盖部63的厚度结合得到与导流罩4厚度一致的厚度，使导流滑板6与喷口5前侧边或后侧边位置的顺畅衔接，保证该区域对水流的承压效果，避免水流的大量渗漏。

一些可能的实现方式中，上述特征喷口5采用如图1至图4所示结构。参见图1至图4，喷口5设有四个，四个喷口5分别对应航行器本体8的四个正交方向，导流滑板6也设有四个，且分别与四个喷口5一一对应设置。

在进行航行器本体8的转向操作时，一般包括左转、右转、上浮以及下沉四个动作过程。为了便于控制水流，将喷口5设置为四个以对应上下左右方向，同时导流滑板6也对应设置四个，便于在转向过程中进行方向的控制，提高转向的便利性，保证转向的灵活性。

一些可能的实现方式中，上述特征导流鼻锥3采用如图5所示结构。参见图5，导流鼻锥3为开口向后的壳体构件，导流鼻锥3沿前后方向滑动连接于主轴1的前端，导流鼻锥3的前侧设有向前凸起的尖端31，导流鼻锥3的内部设有与尖端31内外对应的受力块32，主轴1的前端设有用于顶推受力块32以带动导流鼻锥3向前伸出的第二伸缩件33。

本实施例中，导流鼻锥3滑动连接于主轴1上，可通过第二伸缩件33的带动作用调节其前后位置，以使导流鼻锥3与导流罩4之间的入流口42的截面积，以使入流状态与叶轮组件2的工况对应。根据入流压力以及流量的需求改变入流口42的截面积，有助于提升推进系统的工作效率。

具体的，导流鼻锥3为壳体构件，通过其后部与主轴1滑动配合。导流鼻锥3的前端中心位置设有尖端31，可将水流向导流鼻锥3的外周导送，对应的，在导流鼻锥3的内部与尖端31对应的位置设置了受力块32，利用第二伸缩件33驱动受力块32，带动导流鼻锥3向前外伸或向后回缩。

一些可能的实现方式中，上述特征叶轮组件2采用如图3所示结构。参见图3，叶轮组件2包括离心叶轮21以及轴流叶轮22，离心叶轮21转动连接于主轴1的后部，主轴1的外周套设有用于驱动离心叶轮21的第一外转子电机23，离心叶轮21用于向外周导送水流；轴流叶轮22转动连接于主轴1的前部、且位于离心叶轮21的前侧，主轴1的外周套设有用于驱动轴流叶轮22的第二外转子电机24，轴流叶轮22用于沿航行器本体8的轴向向离心叶轮21一侧导送水流。

轴流叶轮22和离心叶轮21二者结合使用，分工相对明确，轴流叶轮22主要用来增大流量而离心叶轮21主要能够增加动压，二者结合使用对水流的推动作用更前，推进效率更高。

轴流叶轮22使水流流动过程中一方面沿轴前进，另一方面还跟着轴流叶轮22旋转。离心叶轮21是指轴向进水，径向出水，利用离心力做功，使水流提高流动性能的结构。

离心叶轮21和轴流叶轮22分别通过第一外转子电机23和第二外转子电机24两个驱动部件进行分别驱动，降低了驱动部件单向转动带来的反向力矩，同时提高了系统的故障冗余度。第一外转子电机23和第二外转子电机24有利于定子绕组的防水设计，保证二者使用过程中具有良好的防水性能。

在一些实施例中，上述特征离心叶轮21和轴流叶轮22可以采用如图3和图5所示结构。参见图3和图5，离心叶轮21包括第一轮体211和位于第一轮体211外周的第一叶片212，离心叶轮21包括第二轮体221和第二叶片222，第一轮体211和第二轮体221相邻设置、且第一叶片212和第二叶片222的旋向相反。

第二轮体221外周的第二叶片222具有向离心叶轮21的轴心处导送水流的作用，第一轮体211外周的第一叶片212可将轴流叶轮22送来的水流导送至喷口5处喷出，将第一叶片212和第二叶片222的选项设置为相反的形式，可有效提高叶轮组件2对水流的扰动能力，增大水流从喷口5向外的喷射力，提高而航行器本体8的桨效。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种航行器，航行器包括航行器本体8以及推进系统，推进系统设置于航行器本体8的前端。设有上述推进结构的航行器，利用推进系统前置的结构提高了桨效，避免了航行器后部空间的占用，具有结构简单、行动灵活等优点，具有良好的实用性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.推进系统，适于安装于航行器本体的前端，用于推动航行器本体行进，其特征在于，包括：

主轴，设置于航行器本体的前端，且向前延伸；

叶轮组件，转动连接于所述主轴的外周，用于向外后方推动水流；

导流鼻锥，连接于所述主轴的前端，用于引导水流进入所述叶轮组件内；

导流罩，套设于所述叶轮组件的外部、并与所述叶轮组件形成水流腔，所述导流罩的前端逐渐向轴心收拢、并与所述导流鼻锥之间形成入流口，所述入流口与所述水流腔连通；

若干个喷口，分别设置于航行器本体和所述导流罩的相接处、且与所述水流腔连通，所述喷口用于自所述水流腔向外喷射水流；

若干个导流滑板，分别滑动连接于若干个所述喷口内，所述导流滑板连接有第一伸缩件，所述第一伸缩件能够带动所述导流滑板前后滑动以封堵所述喷口的前部或后部。

2.如权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述推进系统还包括设置于所述水流腔内的导流块以及转动连接于航行器本体上的分流板，所述导流块位于相邻两个所述喷口之间，所述分流板位于所述导流块的前侧、且连接有摆动驱动件，所述分流板能够沿航行器本体的切向摆动以配合所述导流块引导水流至与其相邻的其中一个所述喷口内。

3.如权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述喷口自前向后宽度逐渐变大，所述导流滑板为适配于所述喷口的扇形板，所述导流滑板的两侧分别设有向外延伸以封堵所述喷口的补偿板，所述补偿板的外板面向航行器本体的轴心一侧凹陷于所述导流滑板设置。

4.如权利要求3所述的推进系统，其特征在于，所述喷口的两侧壁上分别设有与所述补偿板的两侧边缘滑动配合的滑槽，所述喷口的两侧壁上还分别设有用于嵌装所述第一伸缩件的嵌装腔，所述嵌装腔位于所述滑槽靠近航行器本体的轴心的一侧。

5.如权利要求3所述的推进系统，其特征在于，所述导流滑板的前后两侧分别设有向外延伸的封盖部，所述封盖部的延伸端的厚度逐渐变薄；

所述喷口的前后两侧分别设有向靠近所述导流滑板一侧延伸的承托部，所述承托部的延伸端的厚度逐渐变薄、且与所述封盖部接触配合。

6.如权利要求1-5中任一项所述的推进系统，其特征在于，所述喷口设有四个，四个所述喷口分别对应航行器本体的四个正交方向，所述导流滑板也设有四个，且分别与四个所述喷口一一对应设置。

7.如权利要求1-5中任一项所述的推进系统，其特征在于，所述导流鼻锥为开口向后的壳体构件，所述导流鼻锥沿前后方向滑动连接于所述主轴的前端，所述导流鼻锥的前侧设有向前凸起的尖端，所述导流鼻锥的内部设有与所述尖端内外对应的受力块，所述主轴的前端设有用于顶推所述受力块以带动所述导流鼻锥向前伸出的第二伸缩件。

8.如权利要求1-5中任一项所述的推进系统，其特征在于，所述叶轮组件包括：

离心叶轮，转动连接于所述主轴的后部，所述主轴的外周套设有用于驱动所述离心叶轮的第一外转子电机，所述离心叶轮用于向外周导送水流；

轴流叶轮，转动连接于所述主轴的前部、且位于所述离心叶轮的前侧，所述主轴的外周套设有用于驱动所述轴流叶轮的第二外转子电机，所述轴流叶轮用于沿航行器本体的轴向向所述离心叶轮一侧导送水流。

9.如权利要求8所述的推进系统，其特征在于，所述离心叶轮包括第一轮体和位于所述第一轮体外周的第一叶片，所述离心叶轮包括第二轮体和第二叶片，所述第一轮体和所述第二轮体相邻设置、且所述第一叶片和所述第二叶片的旋向相反。

10.一种航行器，其特征在于，所述航行器包括航行器本体以及权利要求1-9中任一项所述的推进系统，所述推进系统设置于航行器本体的前端。

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