一种切向进水的水下无桨推进器

本发明涉及水下推进，具体为一种切向进水的水下无桨推进器。

背景技术：

1、水下航行器是海洋资源开发的重要装备，推进装置是决定航行器性能优良的关键。目前，水下航行器的推进方式有螺旋桨推进、喷水推进和仿生推进等，因为螺旋桨能够直接将流体的动能转化为机械能，且具有高效能，维护成本低等特点，使得螺旋桨依然是水下航行器的主流推进方式，但是会产生桨叶易被杂物缠绕、易产生自旋、产生较大的噪音、会在尖端产生真空气泡气蚀螺旋桨表面等问题，并且高速旋转的螺旋桨会有触底损坏的风险，为此提供了一种切向进水的水下无桨推进器。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种切向进水的水下无桨推进器，以解决上述背景技术提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种切向进水的水下无桨推进器，包括驱动电机、容积式柱塞泵、支撑盘、切向进水喷头和机体，所述机体的内部安装有驱动电机，所述驱动电机的一侧连接有容积式柱塞泵，所述容积式柱塞泵的两侧均设有入口软管，所述容积式柱塞泵上连接有出口软管，所述出口软管与切向进水喷头相连，所述切向进水喷头固定在喷头嵌套上，所述喷头嵌套安装在液压伸缩机构上，所述液压伸缩机构安装在支撑盘上，所述支撑盘安装在支撑架上。

3、作为本发明的一种优选技术方案，所述液压伸缩机构与支撑盘和喷头嵌套均活动相连。

4、作为本发明的一种优选技术方案，所述液压伸缩机构的内部空腔设有活塞，所述活塞上连接有液压杆，所述液压杆的一端连接有连接固定板端，所述液压伸缩机构的另一端设有连接喷头套端，所述液压伸缩机构的内部空腔还设有活塞限位环，所述活塞限位环的顶部一侧设有第一油路进出口，所述活塞限位环的底部一侧设有第二油路进出口。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述活塞和液压杆均通过密封环与液压伸缩机构的空腔内壁密封，所述连接固定板端和连接喷头套端均为球形，所述活塞限位环的中部设有与液压杆直径相匹配的活动孔。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述液压伸缩机构上的第一油路进出口和第二油路进出口均通过液压油管与液压驱动箱内的液压油泵以及液压油箱相连，所述液压驱动箱安装在机体的内部，所述液压油管上安装有电磁阀门。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述驱动电机为3650直流无刷电机，外形尺寸为直径36mm的圆形，额定转速为2000-10000r/min，额定转矩为0.05n/m。

8、作为本发明的一种优选技术方案，所述切向进水喷头的喷头高度为47mm，喷头外径为100mm，喷头下径为70mm。

9、作为本发明的一种优选技术方案，所述切向进水喷头涵道的内壁倾角为10°，所述切向进水喷头的环形出口间隙1mm，所述切向进水喷头的水流通道与圆环空腔的通道切向角为12°。

10、作为本发明的一种优选技术方案，所述入口软管的进水口处设有两层孔洞由粗到细的滤网。

11、作为本发明的一种优选技术方案，所述机体的内部设有中央控制器，所述中央控制器与驱动电机、电磁阀门和液压油泵电性连接。

12、与相有技术相比，本发明的有益效果是：与传统的螺旋桨相比，无桨推进不需要外置的旋转部件来产生推进力，这意味着可以减少与旋转机械部件相关的噪音、振动和机械故障等问题，更低的噪声与振动也会减少对周围水生生物的惊扰，有助于进行无损伤的水下观测和研究，因此无桨推进器能够在一定程度上避免螺旋桨所产生的问题，

13、1、无桨推进不需要外置的旋转部件来产生推进力，这意味着可以减少与旋转机械部件相关的噪音、振动和机械故障等问题，更低的噪声与振动也会减少对周围水生生物的惊扰，有助于进行无损伤的水下观测和研究，因此无桨推进器能够在一定程度上避免螺旋桨所产生的问题。

14、2、相较于垂直进水道，切向进水道的好处在于：当水流从通道进入空腔时由于存在切向角，避免了水流垂直冲击空腔内壁时产生的巨大压力造成壁面应力集中导致机构损坏的问题。

15、3、采用双水流通道在大幅提高推进力的同时又能均匀的分配水流的压力和动能，减小推进器在工作过程中的振动和不稳定性。

16、4、减少了在喷头空腔上弯曲面上形成的漩涡，以达到降低噪音和增大推进效率的效果。

17、5、中空形式的喷头合理运用柯恩达效应和伯努利原理，从中空喷头狭小细缝射出的高速水流引射周围的水流，从而一同向后方喷出给航行器提供更大的反推力，经仿真分析可知当通道入口速度达到10m/s时，喷头可提供325n的反推力。

18、6、液压杆具有精确性、灵活性、可靠性等优点，在喷嘴工作时可精确的控制进出油量来调节活塞运动的位置。通过三支液压杆的相互配合以达到喷头的矢量调节效果。

19、7、将喷头置于尾部，可以减少对航行器前部流场的干扰，从而减小阻力，有助于提高航行器的速度和效率。推进力的施加点距离航行器的中心越远，对航向的调整越敏感，使得航行器更容易实现转向和转弯，有助于提高航行器的机动性和灵活性。

技术特征：

1.一种切向进水的水下无桨推进器，包括驱动电机(1)、容积式柱塞泵(2)、支撑盘(4)、切向进水喷头(5)和机体(6)，其特征在于：所述机体(6)的内部安装有驱动电机(1)，所述驱动电机(1)的一侧连接有容积式柱塞泵(2)，所述容积式柱塞泵(2)的两侧均设有入口软管(7)，所述容积式柱塞泵(2)上连接有出口软管(3)，所述出口软管(3)与切向进水喷头(5)相连，所述切向进水喷头(5)固定在喷头嵌套(10)上，所述喷头嵌套(10)安装在液压伸缩机构(9)上，所述液压伸缩机构(9)安装在支撑盘(4)上，所述支撑盘(4)安装在支撑架(8)上。

2.根据权利要求1所述的一种切向进水的水下无桨推进器，其特征在于：所述液压伸缩机构(9)与支撑盘(4)和喷头嵌套(10)均活动相连。

3.根据权利要求2所述的一种切向进水的水下无桨推进器，其特征在于：所述液压伸缩机构(9)的内部空腔设有活塞(22)，所述活塞(22)上连接有液压杆(19)，所述液压杆(19)的一端连接有连接固定板端(18)，所述液压伸缩机构(9)的另一端设有连接喷头套端(24)，所述液压伸缩机构(9)的内部空腔还设有活塞限位环(21)，所述活塞限位环(21)的顶部一侧设有第一油路进出口(20)，所述活塞限位环(21)的底部一侧设有第二油路进出口(23)。

4.根据权利要求3所述的一种切向进水的水下无桨推进器，其特征在于：所述活塞(22)和液压杆(19)均通过密封环(25)与液压伸缩机构(9)的空腔内壁密封，所述连接固定板端(18)和连接喷头套端(24)均为球形，所述活塞限位环(21)的中部设有与液压杆(19)直径相匹配的活动孔。

5.根据权利要求3所述的一种切向进水的水下无桨推进器，其特征在于：所述液压伸缩机构(9)上的第一油路进出口(20)和第二油路进出口(23)均通过液压油管与液压驱动箱(26)内的液压油泵以及液压油箱相连，所述液压驱动箱(26)安装在机体(6)的内部，所述液压油管上安装有电磁阀门。

6.根据权利要求1所述的一种切向进水的水下无桨推进器，其特征在于：所述驱动电机(1)为3650直流无刷电机，外形尺寸为直径36mm的圆形，额定转速为2000-10000r/min，额定转矩为0.05n/m。

7.根据权利要求1所述的一种切向进水的水下无桨推进器，其特征在于：所述切向进水喷头(5)的喷头高度(13)为47mm，喷头外径(11)为100mm，喷头下径(17)为70mm。

8.根据权利要求1所述的一种切向进水的水下无桨推进器，其特征在于：所述切向进水喷头(5)涵道的内壁倾角(15)为10°，所述切向进水喷头(5)的环形出口间隙(14)为1mm，所述切向进水喷头(5)的水流通道与圆环空腔的通道切向角(12)为12°。

9.根据权利要求1所述的一种切向进水的水下无桨推进器，其特征在于：所述入口软管(7)的进水口处设有两层孔洞由粗到细的滤网。

10.根据权利要求1所述的一种切向进水的水下无桨推进器，其特征在于：所述机体(6)的内部设有中央控制器，所述中央控制器与驱动电机(1)、电磁阀门和液压油泵电性连接。

技术总结本发明公开了一种切向进水的水下无桨推进器，包括驱动电机、容积式柱塞泵、支撑盘、切向进水喷头和机体，机体的内部安装有驱动电机，驱动电机的一侧连接有容积式柱塞泵，容积式柱塞泵的两侧均设有入口软管，容积式柱塞泵上连接有出口软管，出口软管与切向进水喷头相连，切向进水喷头固定在喷头嵌套上，喷头嵌套安装在液压伸缩机构上，与传统的螺旋桨相比，无桨推进不需要外置的旋转部件来产生推进力，这意味着可以减少与旋转机械部件相关的噪音、振动和机械故障等问题，更低的噪声与振动也会减少对周围水生生物的惊扰，有助于进行无损伤的水下观测和研究，因此无桨推进器能够在一定程度上避免螺旋桨所产生的问题。技术研发人员：吴加虎,缪泉明,刘海棠,李汶烨,蒋孙炜,刘淑璇受保护的技术使用者：江苏海洋大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23