CN115092374B - 一种泵喷式水下矢量推进器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及推进器技术领域，公开了一种泵喷式水下矢量推进器，包括蜗壳泵、螺旋桨、动力驱动机构和调节驱动机构，蜗壳泵包括壳体以及安装在壳体内的扇叶，壳体设有与壳体的内部连通的进水口和出水口，进水口设于壳体的一侧，螺旋桨位于壳体的一端，动力驱动机构和调节驱动机构相对固定设置，动力驱动机构的第一输出端与扇叶连接，动力驱动机构的第二输出端与螺旋桨连接，动力驱动机构可分别驱动螺旋桨和扇叶围绕其自身的轴线转动，调节驱动机构与壳体连接，调节驱动机构可驱动壳体围绕扇叶的轴线转动。本发明结构简单，通过蜗壳泵实现偏转，能实现三自由度矢量推进。
Description
技术领域
本发明涉及推进器技术领域，特别是涉及一种泵喷式水下矢量推进器。
背景技术
为了使水下航行器在低速下可以获得足够的转向力，出现了以矢量推进器代替常规推进器加舵的控制方式。水下推进器可以任意改变推进方向，从而提高航行器在低速行驶时的机动性。
现有泵喷水下矢量推进器多靠电磁驱动、液压传动、机械传动等方式控制推进方向，其结构一般是设计各种空间机构，然后利用偏转驱动器(电磁、液压等)改变推进器的偏转方向。
现有矢量推进器除主推进电机之外，还需要配备偏转驱动装置，包括电机、液压系统、机械传动系统等，其结构复杂，占用空间大，质量过大，且所提供的偏转力矩较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单，通过蜗壳泵实现偏转，能实现三自由度矢量推进的泵喷式水下矢量推进器。
为了实现上述目的，本发明提供了一种泵喷式水下矢量推进器，包括蜗壳泵、螺旋桨、动力驱动机构和调节驱动机构，所述蜗壳泵包括壳体以及安装在所述壳体内的扇叶，所述壳体设有与所述壳体的内部连通的进水口和出水口，所述进水口设于所述壳体的一侧，所述螺旋桨位于所述壳体的一端，所述动力驱动机构和所述调节驱动机构相对固定设置，所述动力驱动机构的第一输出端与所述扇叶连接，所述动力驱动机构的第二输出端与所述螺旋桨连接，所述动力驱动机构可分别驱动所述螺旋桨和所述扇叶围绕其自身的轴线转动，所述调节驱动机构与所述壳体连接，所述调节驱动机构可驱动所述壳体围绕所述扇叶的轴线转动。
作为本发明的优选方案，所述动力驱动机构设于所述螺旋桨与所述壳体之间，所述动力驱动机构包括旋转电机、第一单向联轴器、第二单向联轴器，所述旋转电机设有输出轴，所述输出轴的一端为所述第一输出端，所述输出轴的另一端为所述第二输出端，所述第一输出端与所述第一单向联轴器连接，所述第一单向联轴器与所述螺旋桨连接，所述第二输出端与所述第二单向联轴器连接，所述第二单向联轴器与所述扇叶连接，所述第一单向联轴器的动力传递方向与所述第二单向联轴器的动力传递方向相反。
作为本发明的优选方案所述第二单向联轴器远离所述旋转电机的一端连接有连接轴，所述连接轴伸入所述壳体内与所述扇叶连接。
作为本发明的优选方案还包括位于所述第二单向联轴器与所述壳体之间的固定座，所述固定座与所述壳体转动连接，所述固定座的顶部设有吊装件，所述连接轴穿过所述固定座伸入所述壳体内。
作为本发明的优选方案所述连接轴与所述固定座可转动配合。
作为本发明的优选方案所述进水口设于所述壳体的另一端。
作为本发明的优选方案所述调节驱动机构包括步进电机，所述步进电机的转子的一端与所述进水口连接，所述步进电机的转子的另一端设有与所述进水口连通的进水孔。
作为本发明的优选方案所述调节驱动机构还包括套设在所述进水口上的转子连接件，所述步进电机的转子的一端与所述转子连接件连接。
作为本发明的优选方案所述螺旋桨与所述扇叶同轴设置。
本发明实施例一种泵喷式水下矢量推进器，与现有技术相比，其有益效果在于：本发明具有三种工作模式，推进模式：动力驱动机构驱动螺旋桨转动，从而实现向前推进的功能；偏转模式：外界的水通过进水口进入壳体内，动力驱动机构驱动扇叶转动，扇叶对进入壳体内的水夹后从出水口喷出，产生偏转力矩，从而实现偏转功能；调整模式：调节驱动机构驱动壳体围绕扇叶的轴线转动，使得进水口的位置发生改变，从而实现偏转力矩方向的调整；三种工作模式结合，实现三自由度矢量推进，通过壳体转动调节偏转方位，无需外加喷射管道，避免机构复杂以及质量和体积庞大，整体结构简单，泵喷的方式提高了同等体积和质量下偏转力矩的大小。
附图说明
图1是本发明的结构图；
图2是图1的剖视图；
图3是图1的另一角度结构图；
图中，1、蜗壳泵；11、壳体；111、进水口；112、出水口；12、扇叶；2、螺旋桨；3、动力驱动机构；31、旋转电机；311、输出轴；32、第一单向联轴器；33、第二单向联轴器；331、连接轴；4、调节驱动机构；41、步进电机；411、步进电机的转子；412、进水孔；42、转子连接件；5、固定座；51、吊装件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明采用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1～3所示，本发明优选实施例的一种泵喷式水下矢量推进器，包括蜗壳泵1、螺旋桨2、动力驱动机构3和调节驱动机构4，蜗壳泵1包括壳体11以及安装在壳体11内的扇叶12，壳体11设有与壳体11的内部连通的进水口111和出水口112，进水口111设于壳体11的一侧，螺旋桨2位于壳体11的一端，动力驱动机构3和调节驱动机4构相对固定设置，动力驱动机构3的第一输出端与扇叶12连接，动力驱动机构3的第二输出端与螺旋桨2连接，螺旋桨2的轴线和扇叶12的轴线平行或同轴设置，动力驱动机构3可分别驱动螺旋桨2和扇叶12围绕其自身的轴线转动，调节驱动机构4与壳体11连接，调节驱动机构4可驱动壳体11围绕扇叶12的轴线转动，确保壳体11在转动过程中不会与扇叶12发生碰撞。
本发明的工作原理为：本泵喷式水下矢量推进器具有三种工作模式，推进模式：动力驱动机构3驱动螺旋桨2转动，从而实现向前推进的功能；偏转模式：外界的水通过进水口111进入壳体11内，动力驱动机构3驱动扇叶12转动，扇叶12对进入壳体11内的水夹后从出水口112喷出，产生偏转力矩，从而实现偏转功能；调整模式：调节驱动机构4驱动壳体11围绕扇叶12的轴线转动，使得进水口111的位置发生改变，从而实现偏转力矩方向的调整；三种工作模式结合，实现三自由度矢量推进，通过壳体11转动调节偏转方位，无需外加喷射管道，避免机构复杂以及质量和体积庞大，整体结构简单，泵喷的方式提高了同等体积和质量下偏转力矩的大小。
示例性的，动力驱动机构3设于螺旋桨2与壳体11之间，动力驱动机构3包括旋转电机31、第一单向联轴器32、第二单向联轴器33，第一单向联轴器32，旋转电机31设有输出轴311，输出轴311的一端为第一输出端，输出轴311的另一端为第二输出端，第一输出端与第一单向联轴器32连接，第一单向联轴器32与螺旋桨2连接，第二输出端与第二单向联轴器33连接，第二单向联轴器33与扇叶12连接，即螺旋桨2、第一单向联轴器32、旋转电机31、第二单向联轴器33和扇叶12依次连接，第一单向联轴器32的动力传递方向与第二单向联轴器33的动力传递方向相反，第一单向联轴器32和第二单向联轴器33只能传递与其动力传递方向相同的力，如第一单向联轴器32的动力传递方向为顺时针，第二单向联轴器33的动力传递方向为逆时针，此时当旋转电机31的输出轴311顺时针转动时，输出轴311能带动第一单向联轴器32和螺旋桨2转动，而输出轴311不会带动第二联轴器和扇叶12转动，反之，当旋转电机31的输出轴311逆时针转动时，输出轴311能带动第二单向联轴器33和扇叶12转动，而输出轴311不会带动第一联轴器和螺旋桨2转动，即一个旋转电机31便能分别驱动螺旋桨2和扇叶12，且能保证两者正常转动而不会发生干涉，无需设置两个电机和相应的传动组件以分别驱动螺旋桨2和扇叶12，有效简化推进器的结构。
示例性的，第二单向联轴器33远离旋转电机31的一端连接有连接轴331，连接轴331伸入壳体11内与扇叶12连接，即第二单向联轴器33通过连接轴331与扇叶12连接，从而实现第二单向联轴器33带动扇叶12转动，可以理解的是，连接轴331在伸入壳体11时，连接轴331不与壳体11接触，避免连接轴331与壳体11碰触而阻碍连接轴331转动，也避免连接轴331带动壳体11转动。
示例性的，泵喷式水下矢量推进器还包括位于第二单向联轴器33与壳体11之间的固定座5，固定座5与壳体11转动连接，旋转电机31和固定座5相对固定设置，使得整个推进器的连接结构更为稳固，固定座5的顶部设有吊装件51，连接轴331穿过固定座5伸入壳体11内，通过吊装件51将便能实现整个推进器与航行器固定连接。
示例性的，为了避免连接轴331穿过固定座5时，固定座5阻碍连接轴331转动，因此本实施例中的连接轴331与固定座5可转动配合，如固定座5设有通孔，通孔内设有轴承，连接轴331穿过轴承，即不影响连接轴331的转动又具有一定的密封性。
示例性的，进水口111设于壳体11的另一端，布置合理，有助于简化结构，同时能避免进水口111设于壳体11的侧部时，水流入进水口111的水流影响推进器的偏转。
示例性的，调节驱动机构4包括步进电机41，步进电机的转子411的一端与进水口111连接，步进电机的转子411的轴线与扇叶12的轴线同轴设置，从而带动壳体11转动，步进电机的转子411的另一端设有与进水口111连通的进水孔412，既保证壳体11的顺利进水，又能实现步进电机41驱动壳体11转动。
示例性的，调节驱动机构4还包括套设在进水口111上的转子连接件42，确保转子连接件42与进水口111连接的密封性，步进电机的转子411的一端与转子连接件42连接，以便步进电机41驱动壳体11转动。
示例性的，螺旋桨2与扇叶12同轴设置，避免扇叶12转动时产生与螺旋桨2相对偏转的力，同时使得壳体11围绕螺旋桨2的轴线转动，以便确定出水口112与螺旋桨2的相对位置，从而更准确地调节推进器的偏转方向。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种泵喷式水下矢量推进器，其特征在于：包括蜗壳泵、螺旋桨、动力驱动机构和调节驱动机构，所述蜗壳泵包括壳体以及安装在所述壳体内的扇叶，所述壳体设有与所述壳体的内部连通的进水口和出水口，所述进水口设于所述壳体的一侧，所述螺旋桨位于所述壳体的一端，所述动力驱动机构和所述调节驱动机构相对固定设置，所述动力驱动机构的第一输出端与所述扇叶连接，所述动力驱动机构的第二输出端与所述螺旋桨连接，所述动力驱动机构可分别驱动所述螺旋桨和所述扇叶围绕其自身的轴线转动，所述动力驱动机构设于所述螺旋桨与所述壳体之间，所述动力驱动机构包括旋转电机、第一单向联轴器、第二单向联轴器，所述旋转电机设有输出轴，所述输出轴的一端为所述第一输出端，所述输出轴的另一端为所述第二输出端，所述第一输出端与所述第一单向联轴器连接，所述第一单向联轴器与所述螺旋桨连接，所述第二输出端与所述第二单向联轴器连接，所述第二单向联轴器与所述扇叶连接，所述第一单向联轴器的动力传递方向与所述第二单向联轴器的动力传递方向相反，所述调节驱动机构与所述壳体连接，所述调节驱动机构可驱动所述壳体围绕所述扇叶的轴线转动。
2.根据权利要求1所述的泵喷式水下矢量推进器，其特征在于：所述第二单向联轴器远离所述旋转电机的一端连接有连接轴，所述连接轴伸入所述壳体内与所述扇叶连接。
3.根据权利要求2所述的泵喷式水下矢量推进器，其特征在于：还包括位于所述第二单向联轴器与所述壳体之间的固定座，所述固定座与所述壳体转动连接，所述固定座的顶部设有吊装件，所述连接轴穿过所述固定座伸入所述壳体内。
4.根据权利要求3所述的泵喷式水下矢量推进器，其特征在于：所述连接轴与所述固定座可转动配合。
5.根据权利要求1所述的泵喷式水下矢量推进器，其特征在于：所述进水口设于所述壳体的另一端。
6.根据权利要求5所述的泵喷式水下矢量推进器，其特征在于：所述调节驱动机构包括步进电机，所述步进电机的转子的一端与所述进水口连接，所述步进电机的转子的另一端设有与所述进水口连通的进水孔。
7.根据权利要求6所述的泵喷式水下矢量推进器，其特征在于：所述调节驱动机构还包括套设在所述进水口上的转子连接件，所述步进电机的转子的一端与所述转子连接件连接。
8.根据权利要求1所述的泵喷式水下矢量推进器，其特征在于：所述螺旋桨与所述扇叶同轴设置。
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