CN115924048A - 一种带刹车翼板双层定子式推进器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带刹车翼板双层定子式推进器，包括外导管，其内轴向方向的前部安装双层定子组件，轴向方向的后部安装转子组件，来流从前至后流经外导管；转子组件中包括相对于外导管转动的转子毂，转子毂外壁面上沿着圆周方向间隔均匀安装多个转子叶片，位于单个转子叶片后方的转子毂上均安装消涡锥；外导管外壁面的前部沿着圆周方向间隔安装多个翼板，单个翼板转动轴向与外导管横截面的切线相平行；双层定子组件将推进器前方非均匀来流转换为均匀流体后进入转子组件，转子组件中转子叶片后方的消涡锥用于阻止毂涡的生成，还能经由翼板的翻转来有效实现推进器的刹车，使得推进器整体具有更小的非定常激励力、更高的推进效率和极速刹车功能。

Description

一种带刹车翼板双层定子式推进器

技术领域

本发明涉及水下推进器技术领域，尤其是一种带刹车翼板双层定子式推进器。

背景技术

与常规螺旋桨相比，传统泵喷推进器由于定子可以均匀来流等特点，使得在降噪、增效方面有一定的优势。

但是，由于传统泵喷推进器定子数目受定子毂尺寸的限制，因此无法布置更多的定子叶数，导致无法最大程度地均匀流场。

此外，现有泵喷推进器中的转子根部尾部会汇聚形成毂涡，对推进器非定常力和效率有不利影响。

并且，现有的泵喷推进器主要依靠转子的反向旋转来产生阻力而倒车，遇到紧急情况时，转子从正转到反转需要一定的反应时间，无法实现极速刹车。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的带刹车翼板双层定子式推进器，从而在进一步均匀流场的同时，亦使得推进器整体具有更小的非定常激励力、更高的推进效率和极速刹车功能。

本发明所采用的技术方案如下：

一种带刹车翼板双层定子式推进器，包括外导管，所述外导管内轴向方向的前部安装双层定子组件，外导管内轴向方向的后部安装转子组件，来流从前至后流经外导管；所述转子组件中包括有相对于外导管转动的转子毂，转子毂外壁面上沿着圆周方向间隔均匀安装有多个转子叶片，位于单个转子叶片后方的转子毂上均安装有消涡锥；所述外导管外壁面的前部沿着圆周方向间隔安装有多个翼板，单个翼板的转动轴向与外导管横截面的切线相平行。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述外导管上开设有与翼板一一对应的容纳腔，翼板贴合容纳于相应的容纳腔中而与外导管外壁面构成流线一致的外形，或者翼板转动而与外导管外壁面之间构成夹角。

所述翼板两侧向外延伸有同轴的转轴，转轴与容纳腔壁面转动配装，在外部动力带动下，翼板经由转轴相对于容纳腔、外导管转动。

所述翼板的数量为10-30，单个翼板的宽度(L)为转子组件直径的2％-5％，单个翼板的展长(H)为转子组件直径的2％-10％；所述翼板前端与外导管前端部之间的距离与外导管长度之间的比值为4％-10％。

所述双层定子组件包括有轴向中心处的定子毂，定子毂外部沿着圆周方向间隔围设有内导管，定子毂与内导管间隔之间沿着周向共同间隔安装有多个内层叶片，内导管与外导管之间沿着周向共同间隔安装有多个外层叶片；从内至外布设的定子毂、内层叶片、内导管、外层叶片和外导管依次衔接构成相对固定的整体；所述外层叶片的数量为内层叶片数量的2-4倍。

所述内导管沿着轴向方向的长度长于外层叶片的长度，内导管沿着轴向方向的长度长于内层叶片的长度；所述外导管为前大后小的锥形管状结构，内导管为前大后小的锥形管状结构。

单个外层叶片在外导管与内导管之间呈螺旋形式布设，单个内层叶片在内导管与定子毂之间呈螺旋形式布设。

单个转子叶片根部呈螺旋结构衔接于转子毂上，消涡锥位于相应转子叶片螺旋结构的延长线上。

所述消涡锥为类四面体结构，包括位于转子毂外壁面上的三个内顶点(B、C、D)，以及位于转子毂外壁面之外的外顶点(E)，一个内顶点(B)位于转子叶片螺旋结构的延长线上，另两个内顶点分列于后方螺旋结构延长线的两侧；由三个内顶点两两结合，分别与外顶点(E)共同构成消涡锥的三个侧面，单个侧面与转子毂外壁面之间构成锐角。

三个内顶点之间构成朝后的夹角(α)，夹角(α)的取值范围为10°-60°；位于夹角(α)两侧的消涡锥的两个侧面为曲面结构。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过双层定子组件将推进器前方非均匀来流转换为均匀流体后进入转子组件，转子组件中转子叶片后方的消涡锥用于阻止毂涡的生成，还能经由翼板相对于外导管的向外翻转来有效实现推进器的刹车，从而在进一步均匀流场的同时，亦使得推进器整体具有更小的非定常激励力、更高的推进效率和极速刹车功能；

本发明还包括如下优点：

通过双层定子组件的设置，在现有定子组件基础上增加了内导管、增加了多层的叶片排布，从而来最大限度地改善转子进流的均匀性；

通过在转子叶片根部的螺旋线后方安装消涡锥，阻止转子叶片根部因涡系汇聚而形成毂涡，从而有效降低了推进器非定常力，减小能量损失，进而降低辐射噪声、提高效率2％-5％；

通过在外导管外表面上安装可折叠式的翼板，通过翼板的翻转展开，来阻止水流，增加阻力，从而实现推进器的极速刹车功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明外导管上翼板的配装示意图(正常行驶状态下)。

图3为本发明外导管上翼板的配装示意图(急速刹车状态下)。

图4为本发明翼板的结构示意图。

图5为本发明双层定子组件的结构示意图。

图6为本发明转子组件的结构示意图。

图7为图6中A处的局部放大图。

其中：1、转子组件；2、双层定子组件；3、外导管；4、翼板；

11、转子叶片；12、消涡锥；13、转子毂；

21、外层叶片；22、内导管；23、内层叶片；24、定子毂；

31、容纳腔；

41、转轴。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本实施例的一种带刹车翼板双层定子式推进器，包括外导管3，外导管3内轴向方向的前部安装双层定子组件2，外导管3内轴向方向的后部安装转子组件1，来流从前至后流经外导管3；转子组件1中包括有相对于外导管3转动的转子毂13，转子毂13外壁面上沿着圆周方向间隔均匀安装有多个转子叶片11，位于单个转子叶片11后方的转子毂13上均安装有消涡锥12；外导管3外壁面的前部沿着圆周方向间隔安装有多个翼板4，单个翼板4的转动轴向与外导管3横截面的切线相平行。

通过双层定子组件2将推进器前方非均匀来流转换为均匀流体后进入转子组件1，转子组件1中转子叶片11后方的消涡锥12用于阻止毂涡的生成，还能经由翼板4相对于外导管3的向外翻转来有效实现推进器的刹车。

如图2和图3所示，外导管3上开设有与翼板4一一对应的容纳腔31，翼板4贴合容纳于相应的容纳腔31中而与外导管3外壁面构成流线一致的外形，或者翼板4转动而与外导管3外壁面之间构成夹角。

通过在外导管3外表面上安装可折叠式的翼板4，通过翼板4的翻转展开，来阻止水流，增加阻力，从而实现推进器的极速刹车功能。

当水下航行器正常航行或不需要紧急刹车时，翼板4处于折叠状态，其与外导管3融为一体，如图2所示；当需要紧急刹车时，则展开翼板4，使翼板4与外导管3外表近似成垂直，通过阻挡水流流动产生巨大的阻力，从而实现极速刹车功能，如图3所示。

当然，翼板4相对于外导管3的展开、转动角度，可以根据实际需求进行调整控制，在翼板4翻转至与推进器整体轴向相垂直时达到最大阻力。

如图4所示，翼板4两侧向外延伸有同轴的转轴41，转轴41与容纳腔31壁面转动配装，在外部动力带动下，翼板4经由转轴41相对于容纳腔31、外导管3转动。

本实施例中，翼板4外侧面可以设置为与外导管3外圆周面相配的外凸弧面结构，在翼板4贴合容纳于容纳腔31中时，翼板4外侧面与外导管3外圆周面构成一体式的光滑的流线外形。

翼板4的数量为10-30，单个翼板4的宽度(L)为转子组件1直径的2％-5％，单个翼板4的展长(H)为转子组件1直径的2％-10％，从而能够在不影响正常行驶的同时，能够在紧急状态下通过翼板4的翻转来实现急速刹车；翼板4前端与外导管3前端部之间的距离与外导管3长度之间的比值为4％-10％。

如图5所示，双层定子组件2包括有轴向中心处的定子毂24，定子毂24外部沿着圆周方向间隔围设有内导管22，定子毂24与内导管22间隔之间沿着周向共同间隔安装有多个内层叶片23，内导管22与外导管3之间沿着周向共同间隔安装有多个外层叶片21；从内至外布设的定子毂24、内层叶片23、内导管22、外层叶片21和外导管3依次衔接构成相对固定的整体；外层叶片21的数量为内层叶片23数量的2-4倍，内层叶片23的数量为7-30。

本实施例中，外层叶片21梢部与外导管3固定相连，外层叶片21根部与内导管22外表面固定相连；内层叶片23梢部与内导管22内表面固定相连，内层叶片23根部与定子毂24固定相连，从而构成相对固定的整体结构。

通过双层定子组件2的设置，在现有定子组件基础上增加了内导管22、增加了多层的叶片排布，比如外层中外层叶片21的增设，从而来最大限度地改善转子进流的均匀性。

本实施例中，增加外层叶片21可以减小传统泵喷推进器定子叶片数受定子毂尺寸限制的问题，从而最大程度地利用定子均匀流场的作用改善非均匀来流的均匀性；内导管22的设置可以起到固定外层叶片21的作用，还可以利用内导管22起到加速流体的作用，来提高转子组件1的效率。

内导管22沿着轴向方向的长度长于外层叶片21的长度，内导管22沿着轴向方向的长度长于内层叶片23的长度，从而由外层叶片21、内层叶片23对流经外导管3的流场进行均匀化；外导管3为前大后小的锥形管状结构，内导管22为前大后小的锥形管状结构。

本实施例中，内导管22、外导管3均为轴对称回转体结构，其同心布设。

单个外层叶片21在外导管3与内导管22之间呈螺旋形式布设，单个内层叶片23在内导管22与定子毂24之间呈螺旋形式布设。

如图6所示，转子叶片11沿周向均匀地布置在转子毂13上，转子叶片11梢部与外导管3内壁面周向的间隙相同，转子叶片11根部与转子毂13固定连接；单个转子叶片11根部呈螺旋结构衔接于转子毂13上，消涡锥12位于相应转子叶片11螺旋结构的延长线上。

通过在转子叶片11根部的螺旋线后方安装消涡锥，阻止转子叶片11根部因涡系汇聚而形成毂涡，从而有效降低了推进器非定常力，减小能量损失，进而降低辐射噪声、提高效率2％-5％。

如图7所示，消涡锥12为类四面体结构，包括位于转子毂13外壁面上的三个内顶点(B、C、D)，以及位于转子毂13外壁面之外的外顶点(E)，一个内顶点(B)位于转子叶片11螺旋结构的延长线上，另两个内顶点分列于后方螺旋结构延长线的两侧；由三个内顶点两两结合，分别与外顶点(E)共同构成消涡锥12的三个侧面，单个侧面与转子毂13外壁面之间构成锐角；外顶点(E)与转子毂13外壁面之间的距离为转子叶片11半径的1％-4％。

三个内顶点之间构成朝后的夹角(α)，夹角(α)的取值范围为10°-60°；位于夹角(α)两侧的消涡锥12的两个侧面为曲面结构。

在实际行驶过程中，形成于转子叶片11根部的涡系，在经过消涡锥12时，由夹角(α)处的两个侧面共同作用，而使得水流向外扩散，从而有效防止涡系的汇聚，从源头上减弱甚至消除了毂涡，实现转子的无毂涡，有效助力于提升推进器效率。

本发明的工作原理为：

外导管3相对于航行器固定不动，转子组件1则以轴向为圆心转动。

在行驶过程中，流体由外导管3前端进入，流体在流经双层定子组件2时被外层叶片21、内导管22、内层叶片23分流均匀化，而后流至转子组件1处并向后流出推进器；

通过增加内导管22和外层叶片21最大限度地改善转子组件1进流的均匀性，通过在转子组件1根部螺旋线后方安装消涡锥12，阻止转子叶片11根部因涡系汇聚而形成毂涡，从而降低推进器非定常力，减小能量损失，进而降低辐射噪声、提高效率2％～5％；同时，通过在外导管3外表面安装可折叠式的翼板4，在紧急情况下，经由翼板4的侧向翻转，来阻止水流，增加阻力，从而实现推进器极速刹车功能。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种带刹车翼板双层定子式推进器，包括外导管(3)，其特征在于：所述外导管(3)内轴向方向的前部安装双层定子组件(2)，外导管(3)内轴向方向的后部安装转子组件(1)，来流从前至后流经外导管(3)；所述转子组件(1)中包括有相对于外导管(3)转动的转子毂(13)，转子毂(13)外壁面上沿着圆周方向间隔均匀安装有多个转子叶片(11)，位于单个转子叶片(11)后方的转子毂(13)上均安装有消涡锥(12)；所述外导管(3)外壁面的前部沿着圆周方向间隔安装有多个翼板(4)，单个翼板(4)的转动轴向与外导管(3)横截面的切线相平行。

2.如权利要求1所述的一种带刹车翼板双层定子式推进器，其特征在于：所述外导管(3)上开设有与翼板(4)一一对应的容纳腔(31)，翼板(4)贴合容纳于相应的容纳腔(31)中而与外导管(3)外壁面构成流线一致的外形，或者翼板(4)转动而与外导管(3)外壁面之间构成夹角。

3.如权利要求2所述的一种带刹车翼板双层定子式推进器，其特征在于：所述翼板(4)两侧向外延伸有同轴的转轴(41)，转轴(41)与容纳腔(31)壁面转动配装，在外部动力带动下，翼板(4)经由转轴(41)相对于容纳腔(31)、外导管(3)转动。

4.如权利要求1所述的一种带刹车翼板双层定子式推进器，其特征在于：所述翼板(4)的数量为10-30，单个翼板(4)的宽度(L)为转子组件(1)直径的2％-5％，单个翼板(4)的展长(H)为转子组件(1)直径的2％-10％；所述翼板(4)前端与外导管(3)前端部之间的距离与外导管(3)长度之间的比值为4％-10％。

5.如权利要求1所述的一种带刹车翼板双层定子式推进器，其特征在于：所述双层定子组件(2)包括有轴向中心处的定子毂(24)，定子毂(24)外部沿着圆周方向间隔围设有内导管(22)，定子毂(24)与内导管(22)间隔之间沿着周向共同间隔安装有多个内层叶片(23)，内导管(22)与外导管(3)之间沿着周向共同间隔安装有多个外层叶片(21)；从内至外布设的定子毂(24)、内层叶片(23)、内导管(22)、外层叶片(21)和外导管(3)依次衔接构成相对固定的整体；所述外层叶片(21)的数量为内层叶片(23)数量的2-4倍。

6.如权利要求5所述的一种带刹车翼板双层定子式推进器，其特征在于：所述内导管(22)沿着轴向方向的长度长于外层叶片(21)的长度，内导管(22)沿着轴向方向的长度长于内层叶片(23)的长度；所述外导管(3)为前大后小的锥形管状结构，内导管(22)为前大后小的锥形管状结构。

7.如权利要求5所述的一种带刹车翼板双层定子式推进器，其特征在于：单个外层叶片(21)在外导管(3)与内导管(22)之间呈螺旋形式布设，单个内层叶片(23)在内导管(22)与定子毂(24)之间呈螺旋形式布设。

8.如权利要求1所述的一种带刹车翼板双层定子式推进器，其特征在于：单个转子叶片(11)根部呈螺旋结构衔接于转子毂(13)上，消涡锥(12)位于相应转子叶片(11)螺旋结构的延长线上。

9.如权利要求8所述的一种带刹车翼板双层定子式推进器，其特征在于：所述消涡锥(12)为类四面体结构，包括位于转子毂(13)外壁面上的三个内顶点(B、C、D)，以及位于转子毂(13)外壁面之外的外顶点(E)，一个内顶点(B)位于转子叶片(11)螺旋结构的延长线上，另两个内顶点分列于后方螺旋结构延长线的两侧；由三个内顶点两两结合，分别与外顶点(E)共同构成消涡锥(12)的三个侧面，单个侧面与转子毂(13)外壁面之间构成锐角。

10.如权利要求9所述的一种带刹车翼板双层定子式推进器，其特征在于：三个内顶点之间构成朝后的夹角(α)，夹角(α)的取值范围为10°-60°；位于夹角(α)两侧的消涡锥(12)的两个侧面为曲面结构。

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