一种双向多级式水下推进器

1.本发明属于推进器技术领域，尤其涉及一种双向多级式水下推进器。
技术背景
2.我国的海洋资源丰富，是一个巨大的自然资源宝库。对于海洋资源的勘测和开发迫在眉睫。自主水下机器人是一种对海洋资源进行调查、开发的重要工具，具有很多军事和民用用途。为了使航行器在水中能保持一定的速度向前航行，必须供给一定的推力克服其所受的阻力。将能源发出的功率转换为推船前进的功率的装置或机构统称为水下推进器。
3.水下推进器广泛应用于船舶或深潜作业领域，为水下探测设备或施工设施提供动力的一种装置。我国在这一行业的技术研发还处于相对落后的状态，水下推进器通常采用螺旋桨叶，高速旋转的桨叶与水流的相互作用力产生向前或向后的推力，使设备前进或后退。现阶段所使用的水下推进器多为单向两级式，单向即推进器在航行过程中仅能提供高效的前进推力，无法提供足够且稳定的反向推力；两级推进器包含导流罩、定子及螺旋桨，两级分别为定子和螺旋桨，航行过程中导流罩可提供一部分推力，螺旋桨提供一部分推力；定子通过布置可达到平衡扭矩或是整流节能的作用。但是由于定子只占一级，无法兼顾多种作用，同时当推进器反向运行时，由于导流罩定子的结构特性将导致推进器整体无法发挥高效的推力性能或是扭矩性能。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种双向多级式水下推进器，具有能同时兼顾正反向运行的结构，采取多级定转子配合使得推进器整体扭矩低、节能性强、噪音性能低等优点，可以提高推进器以及航行体总体效率，可以保证水下作业时的多目标任务顺利进行，使用配合简单方便。
5.为解决上述技术问题，本技术实施例提供了一种双向多级式水下推进器，包括磁耦合两级推进模块、导管定子整流模块，所述的磁耦合转子推进模块包括壳体前端i、壳体中端i、水润滑轴承i、螺旋桨i、水润滑轴承ii、水润滑轴承iii、螺旋桨ii、水润滑轴承iv、壳体中端ii、壳体前端ii、角接触轴承1、轴承固定盖、电机输出轴、电机转子、电机定子、角接触轴承2、内磁极轴套、内磁极、外磁极、固定盖、短螺钉、长螺钉、长螺钉螺母、内六角小螺钉、壳体尾端连接件i，所述的导管定子整流模块包括定子i、导流罩、定子ii、定子iii。
6.所述的磁耦合两级推进模块为内部为完全对称结构，在此仅描述一侧结构及连接位置，所述螺旋桨i和螺旋桨ii为同轴镜像对称安装，所述的外磁极镶嵌在螺旋桨i内部，所述的电机定子通过特制胶固定在壳体中端ii内部，电机转子安装在电机输出轴前端，输出轴后端连接通过内磁极轴套固定的内磁极，左侧通过短螺钉连接的固定盖来固定，所述的电机输出轴通过角接触轴承1和角接触轴承2保持同轴度，所述的定子i套在壳体中端i上，右侧通过内六角小螺钉固定的壳体尾端连接件i锁定，所述的磁耦合两级推进模块通过长螺钉和长螺钉螺母连接的对称壳体尾端连接件i连接固定，在其径向位置上通过键槽固定定子ii使其不会产生转动，所述的螺旋桨i轴向固定于壳体尾端连接件i上，其中左端水润
滑轴承i通过壳体尾端连接件i上四个方向对称的凸键固定，右端水润滑轴承ii通过定子ii左端四个方向对称的凸键固定。
7.作为本方案的优选实施例，所述的磁耦合两级推进模块中的两级推进模块通过长螺钉和长螺钉螺母连接的对称的壳体尾端连接件i连接固定。
8.作为本方案的优选实施例，所述的磁耦合两级推进模块中的螺旋桨i和螺旋桨ii为同轴镜像对称布置。
9.作为本方案的优选实施例，所述的磁耦合两级推进模块中外磁极镶嵌在螺旋桨i内部，两者为一体化结构。
10.作为本方案的优选实施例，所述的的导管定子整流模块中，导流罩的结构形式从左端到右端呈现为，左端进流时为渐缩口，中端为平行稳流口，右端为渐扩口。
11.作为本方案的优选实施例，所述的导管定子整流模块中，定子i和定子iii为非对称翼型结构，且定子i倾斜角度与螺旋桨i进口角度平行，定子iii倾斜角度角度与螺旋桨ii出口角度相切。
12.作为本方案的优选实施例，所述的导管定子整流模块中，定子ii为对称翼型结构，其左端倾斜位置与螺旋桨i出口角度相切，右端倾斜位置与螺旋桨ii进口角度平行。
13.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
14.具有能同时兼顾正反向运行的结构，采取多级定转子配合使得推进器整体扭矩低、节能性强、噪音性能低等优点，可以提高推进器以及航行体总体效率，可以保证水下作业时的多目标任务顺利进行，使用配合简单方便。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本技术实施例的磁耦合两级推进模块剖面示意图；
17.图2是本技术实施例的导管定子整流模块示意图。
18.图3是本技术实施例的左端示意图。
19.图4是本技术实施例的等轴测示意图。
20.图1-图4中：1、壳体前端i，2、壳体中端i，3、定子i，4、水润滑轴承i，5、导流罩，6、螺旋桨i，7、水润滑轴承ii，8、定子ii，9、水润滑轴承iii，10、螺旋桨ii，11、水润滑轴承iv，12、定子iii，13、壳体中端ii，14、壳体前端ii，15、角接触轴承1，16、轴承固定盖，17、电机输出轴，18、电机转子，19、电机定子，20、角接触轴承2，21、内磁极轴套，22、内磁极，23、外磁极，24、固定盖，25、短螺钉，26、长螺钉，27、长螺钉螺母，28、内六角小螺钉，29、壳体尾端连接件i。
具体实施方式
21.本发明提供了一种双向多级式水下推进器，具有能同时兼顾正反向运行的结构，采取多级定转子配合使得推进器整体扭矩低、节能性强、噪音性能低等优点，可以提高推进
器以及航行体总体效率，可以保证水下作业时的多目标任务顺利进行，使用配合简单方便。
22.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
23.如图1-图4所示，一种双向多级式水下推进器，包括磁耦合两级推进模块、导管定子整流模块，所述的磁耦合转子推进模块包括壳体前端i 1、壳体中端i 2、水润滑轴承i 4、螺旋桨i 6、水润滑轴承ii 7、水润滑轴承iii 9、螺旋桨ii 10、水润滑轴承iv 11、壳体中端ii 13、壳体前端ii 14、角接触轴承1 15、轴承固定盖16、电机输出轴17、电机转子18、电机定子19、角接触轴承2 20、内磁极轴套21、内磁极22、外磁极23、固定盖24、短螺钉25、长螺钉26、长螺钉螺母27、内六角小螺钉28、壳体尾端连接件i 29，所述的导管定子整流模块包括定子i 3、导流罩5、定子ii 8、定子iii 12。
24.所述的磁耦合两级推进模块为内部为完全对称结构，在此仅描述一侧结构及连接位置，所述螺旋桨i 6和螺旋桨ii 10为同轴镜像对称安装，所述的外磁极23镶嵌在螺旋桨i 6内部，所述的电机定子19通过特制胶固定在壳体中端ii 13内部，电机转子18安装在电机输出轴17前端，输出轴后端连接通过内磁极轴套21固定的内磁极22，左侧通过短螺钉25连接的固定盖24来固定，所述的电机输出轴17通过角接触轴承1 15和角接触轴承2 20保持同轴度，所述的定子i 3套在壳体中端i 2上，右侧通过内六角小螺钉28固定的壳体尾端连接件i 29锁定，所述的磁耦合两级推进模块通过长螺钉26和长螺钉螺母27连接的对称壳体尾端连接件i 29连接固定，在其径向位置上通过键槽固定定子ii 8使其不会产生转动，所述的螺旋桨i 6轴向固定于壳体尾端连接件i 29上，其中左端水润滑轴承i 4通过壳体尾端连接件i 29上四个方向对称的凸键固定，右端水润滑轴承ii 7通过定子ii 8左端四个方向对称的凸键固定。
25.在实际应用中，所述的导管定子整流模块中，导流罩5的结构形式从左端到右端呈现为，当推进器运行水流从左端流入时，左端进流处导流罩为渐缩口，此时流体会加速进入流道内；中端导流罩内部为平行稳流口，当螺旋桨i 6和螺旋桨ii 10配合运行时会再次加速流体的流动；右端为渐扩口，当推进器进行反向运行时，右端进口是为渐缩口。
26.所述的导管定子整流模块中，定子i 3和定子iii 12为非对称翼型结构，且定子i 3倾斜角度与螺旋桨i 6进口角度相同，定子iii 12倾斜角度与螺旋桨ii 10出口角度相切。
27.所述的导管定子整流模块中，定子ii 8为对称翼型结构，其左端倾斜位置与螺旋桨i 6出口角度相切，右端倾斜位置与螺旋桨ii 10进口角度平行。
28.在实际应用中，此推进器在正反向运动时以及发生正反向运动时三级定子和两级螺旋桨的配合将会产生多级变化，假定推进器正进行正向运动，螺旋桨i 6从左视图看逆时针转动为正方向转动，则螺旋桨ii 10顺时针转动为正方向转动；假定推进器正进行反向运动，螺旋桨i 6从左视图看顺时针转动为正方向转动，则螺旋桨ii 10逆时针转动为正方向转动。
29.在实际应用中，以推进器正方向运动为例，此时所述螺旋桨i 6从左视图看逆时针转动，螺旋桨ii 10顺时针转动，流体进入导流罩5流入流道将进行五级变化，第一级变化是流体流过所述定子i 3结构，由于定子i 3为不对称翼型致使两侧产生不等压力变化，相对平缓一侧将对曲面大的一侧产生力的作用，由于定子i结构为围绕轴周期性布置，此力将变成与螺旋桨i 6作用产生的相反的力矩，达到平衡力矩的作用，同时由于此定子i 3倾斜角
度与螺旋桨i 6进口角度平行，将使流体产生一定的预旋，达到降低噪音的作用。
30.在实际应用中，第二级变化是所述的螺旋桨i 6逆时针旋转，产生主要的推力，第三级变化是流体流出螺旋桨i 6进入定子ii 8，由于定子ii 8进口位置倾斜角度与螺旋桨i 6出口角度相切，流体流入时定子ii 8将对其产生整流作用，使通过螺旋桨i 6后方产生周向作用的水流归于平缓，此过程使推进器效率提升更加节能；又由于定子ii 8出口位置倾斜位角度与螺旋桨ii 10进口角度平行，使得流体进入螺旋桨ii 10之前产生预旋，能够降低噪音延迟空化。
31.在实际应用中，第四级变化是所述的螺旋桨ii 10与螺旋桨i 6进行相反方向的转动，即顺时针方向转动，将会产生和螺旋桨i 6同量级同方向的推力和同量级反方向的扭矩，达到提高整体推力平衡整体扭矩的作用。第五级变化是流体流出螺旋桨ii 10进入定子iii 12，由于定子iii 12进口位置倾斜角度与螺旋桨ii 10出口位置倾斜角度相切，定子iii 12会对流出的流体产生整流的作用，提高能量利用率。
32.总结，在推进器正向运动所有定子转子在流体流入过程中的产生的作用和效果，定子i 3使流体发生预旋降低噪音同时提供与螺旋桨i 6相反的扭矩消减整体扭矩；螺旋桨i 6产生主要的推力提供推进器动力；定子ii 8整流螺旋桨i 6流出的流体使推进器具有更高的能量利用率同时预旋进入螺旋桨ii 10的流体达到再次降低噪音的作用；螺旋桨ii 10产生主要的推力提供推进器的动力同时由于与螺旋桨i 6旋转方向相反产生同量级相反的扭矩，是主要的消减推进器整体扭矩的部件；定子iii 12对螺旋桨ii 10流出的流体进行整流，提高能量利用率。
33.总结，在推进器反向运动所有定子转子在流体流入过程中的产生的作用和效果，定子iii 12对流入螺旋桨ii 10的流体进行逆向预旋，能提供给螺旋桨ii 10更大的冲击角度使推力更大；螺旋桨ii 10产生主要的推力提供推进器的动力；定子ii 8整流螺旋桨ii 10流出的流体使其逆向预旋进入螺旋桨i 6再次提供更大的冲击角度使推力更大；螺旋桨i 6产生主要的推力提供推进器动力同时与螺旋桨ii 10旋转方向相反产生同量级相反的扭矩，是主要的消减推进器整体扭矩的部件；定子i 3提供与螺旋桨ii 12相反的扭矩消减整体扭矩。
34.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。