一种基于循环磁场的直驱射流推进器及其水上装备的制作方法

1.本实用新型属于水下动力技术领域，更具体地，涉及一种基于循环磁场的直驱射流推进器及其水上装备。


背景技术：

2.目前推进器有螺旋桨推进、泵喷推进和磁流体推进等方式。螺旋桨推进效率较低，需要转轴带动桨叶，还会产生额外的扭矩；作动时易产生空泡，从而产生很大的噪声，影响其推力和巡航速度。泵喷推进装置的传动机构复杂、体积庞大，制造时对材料和工艺有很高的要求，且后期拆卸、检修复杂。磁流体推进器噪音较小，但功耗非常大，成本高，速度比较慢。
3.如公开号为cn205469739u，名为一种基于移动磁场的射流推进器的专利，包括电磁缸体、管路、电磁换向阀、喷管、运动线圈、活塞、加速线圈组，由环绕于缸体外的一系列固定的加速线圈与缸体内的活塞运动之间互感时产生的电磁力作为活塞的加速力，经过多级加速线圈的加速，逐级把活塞加速到高速，从而以高速推出水流，产生反向推力，从而推动水下机器人、船舶等设备行进。该推进器利用电磁感应原理推动活塞运动从而使水流挤出产生推力，但该单导管推进的原理，如果这样除非单导管做的无限长，活塞永远朝一个方向挤压导管内的水，才能产生连续不断的射流来做功推动潜航器或船舶前进。但从机械设计原理来推理，单导管做成无限长是不可能的，它一定是有长度限制的，所以当导管内的活塞压到尽头导管内活塞的前端没有存水也就没有射流推力了。因此，该专利的活塞往复运动切换需要时间，使得高速水流出现断续，不能形成连续射流，严重影响系统的工作效能。


技术实现要素：

4.针对上述存在的技术问题，本实用新型提出一种基于循环磁场的直驱射流推进器及其水上装备，它利用循环驱动与控制系统控制多级电磁线圈磁场与电磁开合阀体之间互感时产生的电磁牵引力加速电磁开合阀体往复直线运动，循环驱动与控制系统控制电磁线圈磁场多极加速逐级把电磁开合阀体牵引到高速推出水流，多套导管内的电磁开合阀体交替往复运动产生不间断的喷射水流，达到高速、高压的射流水柱可以解决消防灭火、海警水炮驱离、水刀切割和船舶驱动。
5.本实用新型采取以下具体的技术方案：
6.一种基于循环磁场的直驱射流推进器，包括基座和固定在基座上的多套导管，所述导管内部均设置有电磁开合阀体，所述导管外部均套合有多级电磁线圈，所述导管的末端由汇流喷管连接到一起，所述汇流喷管内设置切换阀板，所述基座上还设有循环驱动与控制系统，所述循环驱动与控制系统与多级电磁线圈电连接。
7.进一步的，所述导管设置两套，两导管相互平行，两导管均连接汇流喷管。
8.更进一步的，所述汇流喷管中设置一个切换阀板，可关闭不喷水的导管末端，防止反推水流。
9.进一步的，所述导管设置三套，三导管相互平行，三导管均连接汇流喷管。
10.更进一步的，所述汇流喷管中设置两个切换阀板，可关闭不喷水的导管末端，防止反推水流。
11.进一步的，所述循环驱动与控制系统包括电源、控制器及其周边电路，给某套导管上的多级电磁线圈依次通电，实现该套导管内的电磁开合阀体的加速推进或反推回原位。
12.更进一步的，所述控制器可采用单片机、dsp或fpga实现。
13.更进一步的，所述循环驱动与控制系统的元器件均匀的布置在基座上，保证推进器在水中的平衡性。
14.进一步的，所述多级电磁线圈等间隔缠绕在导管外周，通电时与电磁开合阀体产生互感。
15.一种水上装备，包含上述任一一项所述的基于循环磁场的直驱射流推进器。
16.本实用新型的有益效果为：
17.(1)本实用新型设计两个或多个导管轮流交替做工，实现了水流恒压不间断，实现循环射流的功能，达到持续推进航行器或船舶前进的目的，相对其它推进方式，可形成连续动态射流。
18.(2)本实用新型采用多级电磁推进方式，相对其它推进方式，推进效率更高，瞬间可使水流获得较大动能。
19.(3)本实用新型的电磁线圈紧密环绕在导管1道周围，相对其它推进方式，机构更简单、体积更小、维护更方便；无其它复杂传动机构，相对其它推进方式，噪音更小，更适合于对噪声要求苛刻的水下动力场合。
20.(4)本实用新型的某导管内正推时，水流将切换阀板推开；电磁开合阀体至最右侧时，另一导管的高速水流喷出时，将把该切换阀板关闭；同时降低反推速度，避免出现将水流高速反推回来。
21.(5)本实用新型实现循环射流的功能后，这个装置并不局限于水下推进器领域，还可以作为海警执法的高压水炮、消防高压水枪、长期被国外垄断高端制造的水切割设备、或特种大流量高扬程水泵。
22.(6)若将本实用新型的导管内的介质换成空气就可以做成另一种形式的往复式空压机、可调节压力的空气弹簧装置等，应用前景广泛。
附图说明
23.图1为本实用新型优选实施例的直驱射流推进器结构示意图。
24.1、导管；2、多级电磁线圈；3、汇流喷管；4、切换阀板；5、基座；6、循环驱动与控制系统。
具体实施方式
25.下面结合具体实施例进一步说明本实用新型。除非特别说明，本实用新型实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法。
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“侧向”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指
示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可视具体情况理解上述用语在本实用新型中的具体含义。
28.实施例1
29.一种基于循环磁场的直驱射流推进器，如图1所示，包括导管1、多级电磁线圈2、汇流喷管3、切换阀板4、基座5、循环驱动与控制系统6和电磁开合阀体。
30.本实施例的基座5上固定两套导管1，两导管1相互平行，两套导管1的内部均设置有电磁开合阀体，电磁开合阀体组装在导管1内，与导管1形成滑动配合体，导管1外部均套合有多级电磁线圈2，多级电磁线圈2等间隔缠绕在导管1外周，通电时能与电磁开合阀体产生互感。
31.导管1的末端由汇流喷管3连接到一起，本实施例的汇流喷管3内设置一个切换阀板4，在图1中下侧导管1内正推水流时，水流将切换阀板4推开至上侧，当正推电磁开合阀体至最右侧，轮到上侧导管1做功将高速水流喷出时，将把切换阀板4冲回下侧，将下侧导管1关闭；同时降低反推速度，避免出现将下侧导管1中的水流高速反推回来。
32.基座5上还设有循环驱动与控制系统，循环驱动与控制系统与多级电磁线圈2电连接。循环驱动与控制系统包括电源、控制器及其周边电路，当控制器控制给某套导管上的多级电磁线圈2依次通电时，可形成连续磁场，能实现该套导管1内的电磁开合阀体的加速推进或反推回原位。控制器可采用单片机、dsp或fpga实现，周边电路主要包括电容充放电电路和线圈功率放大电路。循环驱动与控制系统6的元器件均匀的布置在基座5上，保证推进器在水中的平衡性。
33.电容充放电电路包括并联的充放电电容c1与反向设置的二极管d1，升压模块的输出电压vdd给充放电电容c1充电。电容充放电电路连接线圈功率放大电路，线圈功率放大电路为四个功率开关管组成的h桥构成，h桥的输出接多级电磁线圈2，为多级电磁线圈2正向或反向通电。
34.实施例2
35.在上述实施例1的基础上，作为可选地实施方式，一种基于循环磁场的直驱射流推进器，包括导管1、多级电磁线圈2、汇流喷管3、切换阀板4、基座5、循环驱动与控制系统6和电磁开合阀体。
36.与实施例1不同的是，本实施例的基座5上固定三套导管1，三导管相互平行，尾端均连接汇流喷管3；导管1的末端由汇流喷管3连接到一起，本实施例的汇流喷管3内设置两个切换阀板4。三套导管1依次正推其内部的电磁开合阀体，某导管1中正推形成告诉水流将切换阀板4冲开，而关闭其他两套导管1的末端；从右至左反推时，其导管1尾端的切换阀板4被其他正推导管1的水流关闭，同时降低反推速度，避免出现将该导管1中的水流高速反推回来。
37.三套导管1的内部均设置有一个电磁开合阀体，与导管1形成滑动配合体，导管1外
部均套合有多级电磁线圈2，多级电磁线圈2等间隔缠绕在导管1外周，通电时能与电磁开合阀体产生互感。
38.基座5上还设有循环驱动与控制系统6，循环驱动与控制系统6与多级电磁线圈2电连接。循环驱动与控制系统6包括电源、控制器及其周边电路，当控制器控制给某套导管上的多级电磁线圈2依次通电时，可形成连续磁场，能实现该套导管1内的电磁开合阀体的加速推进或反推回原位。控制器可采用单片机、dsp或fpga实现，周边电路主要包括电容充放电电路和线圈功率放大电路。循环驱动与控制系统6的元器件均匀的布置在基座5上，保证推进器在水中的平衡性。
39.电容充放电电路包括并联的充放电电容c1与反向设置的二极管d1，升压模块的输出电压vdd给充放电电容c1充电。电容充放电电路连接线圈功率放大电路，线圈功率放大电路为四个功率开关管组成的h桥构成，h桥的输出接多级电磁线圈2，为多级电磁线圈2正向或反向通电。
40.实施例3
41.一种基于实施例1的直驱射流推进器的控制方法，包括以下步骤：
42.s0：设两套电磁开合阀体起始时均位于两根导管1的最左侧；
43.s1：先将一根导管1中的电磁开合阀体由左至右输送，使水流推开切换阀板4从汇流喷管3喷出：
44.s1.1：循环驱动与控制系统6发送指令对该导管1最左侧多级电磁线圈2正向通电，电磁开合阀体从左至右穿过最左侧多级电磁线圈2；
45.s1.2：电磁开合阀体从左至右穿过最左侧多级电磁线圈2后，立即对s1.1中的多级电磁线圈2断电；
46.s1.3：按照从左至右的顺序依次对该导管1外的多级电磁线圈2重复s1.1—s1.2中通电/断电的操作，直至电磁开合阀体到达该导管1的右端；
47.s2：再将另一根导管1中的电磁开合阀体由左至右输送，使水流推开切换阀板从汇流喷管喷出，重复上述s1.1—s1.3的操作；
48.s3：当s1中的电磁开合阀体到达导管1的右端时，将该导管1的电磁开合阀体由右至左反推：
49.s3.1：循环驱动与控制系统6发送指令对该导管1最右侧多级电磁线圈2反向通电，电磁开合阀体从右至左穿过最右侧多级电磁线圈2；
50.s3.2：电磁开合阀体从右至左穿过最右侧多级电磁线圈2后，立即对s3.1中的多级电磁线圈2断电；
51.s3.3：按照从右至左的顺序依次对该导管1外的多级电磁线圈2重复s3.1—s3.2中反向通电/断电的操作，直至电磁开合阀体到达该导管1的左端；
52.s4：当s2中的电磁开合阀体到达导管1的右端时，将该导管1的电磁开合阀体由右至左反推，重复上述s3.1—s3.3的操作；
53.s5：循环上述s1—s4的操作，直至控制系统暂停或关闭。
54.正向通电为打开多级电磁线圈2对应的线圈功率放大电路中相应h桥的两对角功率开关管，向该多级电磁线圈2施加正向电流；反向通电为打开多级电磁线圈2对应的线圈功率放大电路中相应h桥的另外两对角功率开关管，向该多级电磁线圈2施加反向电流。
55.实施例4
56.一种基于实施例2的直驱射流推进器的控制方法，包括以下步骤：
57.s0：设三套电磁开合阀体起始时均位于三根导管1的最左侧；
58.s1：先将第一根导管1中的电磁开合阀体由左至右输送，使水流推开切换阀4板从汇流喷管3喷出：
59.s1.1：循环驱动与控制系统6发送指令对该导管1最左侧电磁线圈正向通电，电磁开合阀体从左至右穿过最左侧电磁线圈；
60.s1.2：电磁开合阀体从左至右穿过最左侧电磁线圈后，立即对s1.1中的多级电磁线圈2断电；
61.s1.3：按照从左至右的顺序依次对该导管1外的多级电磁线圈2重复s1.1—s1.2中通电/断电的操作，直至电磁开合阀体到达该导管1的右端；
62.s2：将第二根导管1中的电磁开合阀体由左至右输送，使水流推开切换阀板从汇流喷管喷出，重复上述s1.1—s1.3的操作；
63.s3：再将第三根导管1中的电磁开合阀体由左至右输送，使水流推开切换阀板从汇流喷管喷出，重复上述s1.1—s1.3的操作；
64.s4：当s1中的电磁开合阀体到达导管1的右端时，将该导管1的电磁开合阀体由右至左反推：
65.s4.1：循环驱动与控制系统6发送指令对该导管1最右侧多级电磁线圈2反向通电，电磁开合阀体从右至左穿过最右侧多级电磁线圈2；
66.s4.2：电磁开合阀体从右至左穿过最右侧多级电磁线圈2后，立即对s4.1中的多级电磁线圈2断电；
67.s4.3：按照从右至左的顺序依次对该导管1外的多级电磁线圈2重复s4.1—s4.2中反向通电/断电的操作，直至电磁开合阀体到达该导管1的左端；
68.s5：当s2中的电磁开合阀体到达导管1的右端时，将该导管1的电磁开合阀体由右至左反推，重复上述s4.1—s4.3的操作；
69.s6：当s3中的电磁开合阀体到达导管1的右端时，将该导管1的电磁开合阀体由右至左反推，重复上述s4.1—s4.3的操作；
70.s7：循环上述s1—s6的操作，直至控制系统暂停或关闭。
71.正向通电为打开多级电磁线圈2对应的线圈功率放大模块中相应h桥的两对角功率开关管，向该多级电磁线圈2施加正向电流；反向通电为打开多级电磁线圈2对应的线圈功率放大模块中相应h桥的另外两对角功率开关管，向该多级电磁线圈2施加反向电流。
72.利用循环驱动与控制系统6控制多级电磁线圈2磁场与电磁开合阀体之间互感时产生的电磁牵引力加速电磁开合阀体往复直线运动，循环驱动与控制系统6控制电磁线圈磁场多极加速逐级把电磁开合阀体牵引到高速推出水流，多套导管1内的电磁开合阀体交替往复运动产生不间断的喷射水流，达到高速、高压的射流水柱可以解决消防灭火、海警水炮驱离、水刀切割和船舶驱动。
73.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。