一种水下航行器推进装置、水下航行器及其控制方法与流程

本发明涉及船舶动力，具体涉及一种水下航行器推进装置、水下航行器及其控制方法。

背景技术：

1、目前水下航行器普遍采用螺旋桨推进方式，螺旋桨推进包括两种：1、常规有轴螺旋桨推进，该推进方式的动力主要是通过主机(主减)—轴—螺旋桨传导，或者通过发电机—电动机—轴—螺旋桨进行传导，通过能量传导将船舶自身携带燃料的内能转化为螺旋桨的机械能进而推动船舶行驶。2、常规无轴螺旋桨推进，该推进方式的动力主要通过发电机—电动机—螺旋桨进行传导的，通过发电机将燃料的内能转化成电能进而带动螺旋桨旋转，最终推动船舶行驶。

2、以上方法都有各自的缺陷：1、常规有轴螺旋桨推进方式普遍通过中间传动轴进行传动，中间传动轴占用了大量的舱室空间。2、常规无轴螺旋桨推进的电动机与螺旋桨主要通过齿轮传动，齿轮需要润滑和冷却，消耗较多资源。常规的有轴螺旋桨推进和无轴螺旋桨推进的共同缺点是推进时需要浆舵系统配合，结构比较复杂。并且，螺旋桨的整体结构与船体固定连接，螺旋桨不能矢量推进，从而造成水下航行器执行上浮、下潜等动作相应速度较慢。同时，螺旋桨作用后的水体容易出现空化现象，推进效率较低，容易造成螺旋桨的空泡腐蚀。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种水下航行器推进装置、水下航行器及其控制方法，以简化水下航行器结构并实现水下航行器的矢量推进。

2、为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种水下航行器推进装置，包括：

3、至少一对机翼结构，每对机翼结构分别一一对应地设置于水下航行器的船体主结构的两侧，且与船体主结构转动连接；每个机翼结构的外壳呈筒状结构，每个机翼结构沿外壳的内侧壁的轴向方向上依次间隔设置有两组推进单元，每组推进单元包括定子和转子，转子上间隔设置有至少两个螺旋桨叶片；

4、其中，在转子的带动下，每个机翼结构的两组推进单元的螺旋桨叶片做反向旋转运动。

5、可选地，定子环向固定套接于机翼结构的内壁上，转子环绕定子的内侧壁设置，并能够相对定子发生转动，螺旋桨叶片间隔设置于转子的内壁上，并自转子的内壁向外壳的中心方向延伸。

6、可选地，转子包括：

7、套筒，与定子的内侧壁对应设置；

8、上环形挡板，设置于套筒的一端，上环形挡板的外沿与外壳的内侧壁相对；

9、下环形挡板，设置于套筒的另一端，上环形挡板的外沿与外壳的内侧壁相对。

10、可选地，定子为绕组线圈，上环形挡板与下环形挡板上分别沿环向方向上间隔布置有磁铁，每两个相邻磁铁的之间所产生的磁场方向相同。

11、可选地，水下航行器推进装置还包括控制模块，控制模块包括：

12、传感器，用于检测转子的转动位置；

13、plc控制器，与传感器信号连接。

14、可选地，机翼结构包括艏部和艉部，艏部位于机翼结构的一端，艉部位于机翼结构的另一端，艏端通过转轴与船体主结构转动连接。

15、可选地，外壳的内侧壁上设置有突出结构，突出结构分别设置于每个转子的两端，用于对上环形挡板、下环形挡板限位。

16、根据本发明的一个方面，本发明提供一种水下航行器，包括：

17、船体主结构，包括船艏端和船艉端，船体主结构自船艏端至船艏端的方向上延伸；

18、推进装置，推进装置为上述的水下航行器推进装置。

19、根据本发明的一个方面，本发明提供一种水下航行器的控制方法，水下航行器为上述的水下航行器，该控制方法包括：

20、控制转轴转动，使机翼结构的艏部的位置高于艉部的位置，每个机翼结构的两组推进单元的螺旋桨叶片发生反向旋转运动，水下航行器进行前进及上浮运动；

21、控制转轴转动，使机翼结构的艏部的位置低于艉部的位置，每个机翼结构的两组推进单元的螺旋桨叶片发生反向旋转运动，水下航行器进行前进及下潜运动。

22、可选地，控制方法还包括：

23、控制位于船体主结构的左舷侧的机翼结构内两组推进单元进行反向旋转运动，使经其作用后的水的水速为v1；

24、控制位于船体主结构的右舷侧的机翼结构内两组推进单元进行反向旋转运动，使经其作用后的水的水速为v2；

25、控制v1等于v2，使水下航行器处于前进状态；

26、控制v1大于v2，水下航行器处于右转弯状态；

27、控制v1小于v2，水下航行器处于左转弯状态。

28、与现有技术相比，本发明所述的水下航行器推进装置、水下航行器及其控制方法至少具备如下有益效果：

29、本发明所述的水下航行器推进装置包括至少一对机翼结构，每对对机翼结构分别一一对应地设置于水下航行器的船体主结构的两侧，且与船体主结构转动连接。每个机翼结构的外壳呈筒状结构，每个所述机翼结构沿所述外壳的内侧壁的轴向方向上依次间隔设置有两组推进单元，每组所述推进单元包括定子和转子，所述转子上间隔设置有至少两个螺旋桨叶片。其中，在转子的带动下，每个机翼结构的两组推进单元的螺旋桨叶片做反向旋转运动。

30、由此，本发明通过与船体主结构转动连接的机翼结构配合每个机翼结构内的两组推进单元螺旋桨叶片的反向旋转运动，实现水下航行器的矢量推进。具体地，当水下航行器进行前进和上浮时，控制机翼结构的艏部抬高，每个机翼结构的两组推进单元的螺旋桨叶片发生反向旋转运动。当水下航行器进行前进及下潜运动时，控制机翼结构的艏部降低，每个机翼结构的两组推进单元的螺旋桨叶片发生反向旋转运动。同时，可以通过分别控制位于船体主结构的左舷侧和右舷侧的两组推进单元的螺旋桨的旋转速度差，实现水下航行器的左右转弯。进而，本发明中的水下航行器推进装置的结构简单，能够不借助桨舵系统实现方向的转换，同时将两对相反旋转方向的螺旋桨设置，这样位于艉部的螺旋桨叶片可以利用位于艏部螺旋桨叶片产生的涡流能量，大幅度增加推进效率；并且，这样也使得螺旋桨叶片的负荷小，推进装置作用过后的水体空化减少，有利于推进效率。

31、本发明所述的水下航行器及其控制方法包括上述水下航行器推进装置，同样地具备上述技术效果。

技术特征：

1.一种水下航行器推进装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的水下航行器推进装置，其特征在于，所述定子环向固定套接于所述机翼结构的内壁上，所述转子环绕所述定子的内侧壁设置，并能够相对所述定子发生转动，所述螺旋桨叶片间隔设置于所述转子的内壁上，并自所述转子的内壁向所述外壳的中心方向延伸。

3.根据权利要求2所述的水下航行器推进装置，其特征在于，所述转子包括：

4.根据权利要求3所述的水下航行器推进装置，其特征在于，所述定子为绕组线圈，所述上环形挡板与所述下环形挡板上分别沿环向方向上间隔布置有磁铁，每两个相邻磁铁的之间所产生的磁场方向相同。

5.根据权利要求3所述的水下航行器推进装置，其特征在于，所述水下航行器推进装置还包括控制模块，所述控制模块包括：

6.根据权利要求3所述的水下航行器推进装置，其特征在于，所述机翼结构包括艏部和艉部，所述艏部位于所述机翼结构的一端，所述艉部位于所述机翼结构的另一端，所述艏部通过转轴与所述船体主结构转动连接。

7.根据权利要求3所述的水下航行器推进装置，其特征在于，所述外壳的内侧壁上设置有突出结构，所述突出结构分别设置于每个所述转子的两端，用于对所述上环形挡板、所述下环形挡板限位。

8.一种水下航行器，其特征在于，包括：

9.一种水下航行器的控制方法，其特征在于，所述水下航行器为权利要求8中所述的水下航行器，所述控制方法包括：

10.根据权利要求9所述的水下航行器的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

技术总结本发明公开了一种水下航行器推进装置、水下航行器及其控制方法，其中水下航行器推进装置包括至少一对机翼结构，每对对机翼结构分别一一对应地设置于水下航行器的船体主结构的两侧，且与船体主结构转动连接。每个机翼结构的外壳呈筒状结构，每个所述机翼结构沿所述外壳的内侧壁的轴向方向上依次间隔设置有两组推进单元，每组所述推进单元包括定子和转子，所述转子上设置有螺旋桨叶片。其中，在转子的带动下，每个机翼结构的两组推进单元的螺旋桨叶片做反向旋转运动。本发明的推进装置具有矢量推进功能，同时其结构简单、推进效率高，有利于解决螺旋桨空化问题。技术研发人员：张政,邹超,张晋豪受保护的技术使用者：江南造船（集团）有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29