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CN110816799B - 一种低速螺旋体动力推进器及无人潜航器及电能转换方法 - Google Patents

一种低速螺旋体动力推进器及无人潜航器及电能转换方法

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CN110816799B CN201911028670.3A CN201911028670A CN110816799B CN 110816799 B CN110816799 B CN 110816799B CN 201911028670 A CN201911028670 A CN 201911028670A CN 110816799 B CN110816799 B CN 110816799B
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Abstract

本发明涉及一种低速螺旋体动力推进器及无人潜航器及电能转换方法，属于水下无人潜航器技术领域，包括推进器本体、安装在推进器本体外表面的螺旋叶片和安装在推进器本体内部的动力转换装置，所述推进器本体设为截面为左端为尖部的锥形结构，所述推进器本体的右端向内设凹腔，所述螺旋叶片呈螺旋曲线状安装在推进器本体外表面，所述螺旋叶片一端始于推进器本体的右端，另一端终于推进器本体左端尖部，用以解决现有技术中水下无人潜航器长航程装备或深远海传感器电能供给不便的技术问题。

Description

一种低速螺旋体动力推进器及无人潜航器及电能转换方法
技术领域
本发明涉及一种低速螺旋体动力推进器及无人潜航器及电能转换方法，属于水下无人潜航器技术领域。
背景技术
随着无人水下科技的快速发展，在现代战争追求人员零伤亡的需求下，作为无人作战系统重要组成部分的无人潜航器，已经成为世界各国军事装备的研发热点，无人潜航器可执行反水雷、港口安全、搜救行动、水文测量、环境监视及科学取样和绘图等多种任务，将在未来战争中发挥不可低估的作用。目前，无人潜航器主要是以电池为动力来源，必须在电力耗尽前返回到就近友军港口或海上船舰充电，不仅制约了执行任务的能力，而且增加了被敌军搜获的几率，为了解决上述问题，有的国家为无人潜航器配备了燃料电池系统，还有的国家为无人潜航器在海底设立后勤站供无人机充电，同时使用宽频的传输技术供潜航器上传搜获的资料并下载新的任务指令，以此来提升无人潜航器独立行动的能力，还有的国家提出了水下滑翔艇的概念，但是上述解决方案均不成熟，取得的效果也不理想，不能更好的解决无人潜航器长航程装备或深远海传感器电能的供给问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种低速螺旋体动力推进器及无人潜航器及电能转换方法，用以解决现有技术中无人潜航器长航程装备或深远海传感器电能供给不便的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种低速螺旋体动力推进器，包括推进器本体、安装在推进器本体外表面的螺旋叶片和安装在推进器本体内部的动力转换装置，所述推进器本体设为截面为左端为尖部的锥形结构，所述推进器本体的右端向内设凹腔，所述螺旋叶片呈螺旋曲线状安装在推进器本体外表面，所述螺旋叶片一端始于推进器本体的右端，另一端终于推进器本体左端尖部。
所述动力转换装置包括联轴器、减速器、电机、固定轴和电机端盖，所述电机包括电机左壳、电机右壳、电机轴、电机盘片和印制电路板，所述电机轴通过电机轴承分别转动安装在电机左壳和电机右壳上，所述印制电路板安装在电机左壳和电机右壳之间且中心设有供电机轴穿过的通孔，所述电机盘片分别安装在印制电路板的两侧且与电机轴固定安装，所述电机端盖固定安装在推进器本体右侧端面上，所述固定轴通过端盖轴承同轴转动安装在电机端盖上，所述固定轴与电机端盖之间安装密封结构，所述固定轴的左端固定安装在电机的电机右壳上，电机的电机轴左侧与减速器同轴固定安装，所述减速器的左侧通过联轴器与安装在推进器本体内部的动力连接盘固定连接，所述印制电路板连接线缆，所述线缆通过固定轴的中心腔穿出。
所述螺旋叶片与推进器本体的交界处设圆角。
所述固定轴上设置连接耳，所述连接耳上设置长条通孔。
所述动力连接盘与联轴器之间设置联轴器缓冲垫。
所述密封结构包括安装在电机端盖外部的外侧密封盖和安装在电机端盖内部的内侧密封盖，所述外侧密封盖和内侧密封盖与固定轴之间均安装密封环。
所述电机端盖与固定轴之间还安装密封胶圈。
一种无人潜航器，包括上述低速螺旋体动力推进器，还包括潜航器本体，所述潜航器本体与动力推进器的固定轴上的连接耳可拆卸安装，所述潜航器本体内的储能装置与动力推进器的线缆电连接。
进一步，所述无人潜航器本体外部设有平衡翼。
一种无人潜航器的电能转化方法，该方法包括发电储能方法和放电驱动方法，所述发电储能方法为利用推进器本体外部的螺旋叶片吸收海洋波浪能能量，使动力推进器与潜航器本体相对运动，将湍流的波浪能转化成机械能，带动电机的电机轴旋转将机械能转化为电能进行发电；所述放电驱动方法为利用电机发电驱动推进器本体旋转，驱动推进器本体做低转速大推力运动。
本发明的有益效果是：①将发动机和电动机的概念相结合，通过吸收海洋波动能能量，利用动力推进器与潜航器本体的相对运动，将湍流的波动能转化为机械能，进而带动电机的电机轴旋转，从而通过电机的电机盘片与印刷电路板之间的相对转动进行发电，进行电能的回收、转换和储存，给设备充电，解决续航问题，即该动力推进器具备储能功能；②当需要作为动力驱动时，电机通电驱动电机轴旋转，通过减速器使推进器本体低速旋转，结合推进器本体外表面的螺旋叶片旋转时产生的推力作用，实现动力转换装置对潜航器本体产生低转速大推力的动力驱动，由于低速旋转能够解决潜航器及水雷的噪音问题，同时低速大扭力也能解决航速问题，即该动力推进器具备动力功能；③动力适用范围广，在水中向上或向下运动均能与流体产生相对运动，锥形结构的推进器本体对流体的流速要求低，适应水的不同流速，不仅适用于海洋浅层，还可以在水下500米的深度工作，有效解决无人潜航器长航程装备或深远海传感器的电能自给问题；④虽然深海湍流流速慢且方向一致性差，但因海水密度高，所以其波动能的能量密度大，该转换器能够将这样的波动能转化成旋转的机械能，尺寸小，采用差速器、减速器和电机的单体效率高，提高了设备的整体工作效率；⑤通过设置螺旋曲线状安装的螺旋叶片，区别于传统的螺旋桨桨叶套筒连接处的根部焊接限位片，用于限制翻转叶片的翻转角度不超过45°，使得支撑杆件上的翻转叶片围绕支撑杆件径向45°范围内自由转动，且传统的螺旋桨只适用于高速旋转，而该动力推进器则能够完全适应低流速，支持螺旋叶片承受洋流对其产生的动能，摒弃了传统的只能作为放电驱动装置的技术偏见，有效解决潜航器运行过程中供电不足的问题，提高续航能力，满足潜航器在军用及民用中的供电需求，同时便于更换替代现有螺旋桨，省时省力。
附图说明
图1为本发明动力推进器的立体示意图；
图2为本发明的左视图；
图3为图2中A-A剖视结构放大示意图；
图4为本发明无人潜航器的立体结构示意图。
图中1.潜航器本体，2.动力推进器，3.平衡翼，21.螺旋叶片，22.推进器本体，23.固定轴，24.安装台，25.动力连接盘，26.联轴器缓冲垫，27.联轴器，28.减速器，29.电机左壳，210.电机轴承，211.电机盘片，212.电机轴，213.线缆，214.密封胶圈，215.端盖轴承，216.孔用弹性挡圈，217.外侧密封盖，218.轴用弹性挡圈，219.密封环，220.电机端盖，221.内侧密封盖，222.电机右壳，223.连接耳。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种低速螺旋体动力推进器，包括推进器本体22、安装在推进器本体22外表面的螺旋叶片21和安装在推进器本体22内部的动力转换装置，所述推进器本体22设为截面为左端为尖部的锥形结构，所述推进器本体22的右端向内设凹腔，所述螺旋叶片21呈螺旋曲线状安装在推进器本体22外表面，所述螺旋叶片21一端始于推进器本体22的右端，另一端终于推进器本体22左端尖部，所述螺旋叶片21与推进器本体22的交界处设圆角，通过设置圆角能够有效减少螺旋叶片21在旋转时与水流之间的阻力，从而提高工作效率。
所述动力转换装置包括联轴器27、减速器28、电机、固定轴23和电机端盖220，所述电机包括电机左壳29、电机右壳222、电机轴212、电机盘片211和印制电路板，所述电机轴212通过电机轴承210分别转动安装在电机左壳29和电机右壳222上，所述印制电路板安装在电机左壳29和电机右壳222之间且中心设有供电机轴212穿过的通孔，所述电机盘片211分别安装在印制电路板的两侧且与电机轴212固定安装，所述电机端盖220固定安装在推进器本体22右侧端面上，所述电机端盖220与固定轴23之间还安装密封胶圈214，所述固定轴23通过端盖轴承215同轴转动安装在电机端盖220上，所述电机端盖220内孔上安装孔用弹性挡圈216，所述固定轴23上安装轴用弹性挡圈218，通过孔用弹性挡圈216和轴用弹性挡圈218提高端盖轴承215的稳定性，所述固定轴23与电机端盖220之间安装密封结构，所述密封结构包括安装在电机端盖220外部的外侧密封盖217和安装在电机端盖220内部的内侧密封盖221，所述外侧密封盖217和内侧密封盖221与固定轴23之间均安装密封环219，通过设置密封结构，提高装置的密封性和防水性。所述固定轴23的左端固定安装在电机的电机右壳222上，电机的电机轴212左侧与减速器28同轴固定安装，所述减速器28的左侧通过联轴器27与安装在推进器本体22内部的动力连接盘25固定连接，所述动力连接盘25安装在推进器本体22内部的安装台24上，所述动力连接盘25与联轴器27之间设置联轴器缓冲垫26，通过设置联轴器缓冲垫26，有效缓冲联轴器与动力连接盘25之间的扭力，延长设备的使用寿命。所述印制电路板连接线缆213，所述线缆213通过固定轴23的中心腔穿出，所述固定轴23上设置连接耳223，所述连接耳223上设置长条通孔。
一种无人潜航器，包括上述低速螺旋体动力推进器2，还包括潜航器本体1，所述潜航器本体1与动力推进器2的固定轴23上的连接耳223可拆卸安装，所述潜航器本体1内的储能装置与动力推进器2的线缆213电连接，所述无人潜航器本体1外部设有平衡翼3，通过设置平衡翼3，提高潜航器本体1航行时的稳定性。
一种无人潜航器的电能转化方法，该方法包括发电储能方法和放电驱动方法，所述发电储能方法为利用推进器本体22外部的螺旋叶片21吸收海洋波浪能能量，使动力推进器2与潜航器本体1相对运动，将湍流的波浪能转化成机械能，带动电机的电机轴212旋转将机械能转化为电能进行发电；所述放电驱动方法为利用电机发电驱动推进器本体22旋转，驱动推进器本体22做低转速大推力运动。
①将发动机和电动机的概念相结合，通过吸收海洋波动能能量，利用动力推进器2与潜航器本体1的相对运动，将湍流的波动能转化为机械能，进而带动电机的电机轴212旋转，从而通过电机的电机盘片211与印刷电路板之间的相对转动进行发电，进行电能的回收、转换和储存，给设备充电，解决续航问题，即该动力推进器具备储能功能；②当需要作为动力驱动时，电机通电驱动电机轴旋转，通过减速器28使推进器本体22低速旋转，结合推进器本体22外表面的螺旋叶片21旋转时产生的推力作用，实现动力转换装置对潜航器本体1产生低转速大推力的动力驱动，由于低速旋转能够解决潜航器及水雷的噪音问题，同时低速大扭力也能解决航速问题，即该动力推进器具备动力功能；③适用范围广，在水中向上或向下运动均能与流体产生相对运动，锥形结构的推进器本体对流体的流速要求低，适应水的不同流速，不仅适用于海洋浅层，还可以在水下500米的深度工作，有效解决无人潜航器长航程装备或深远海传感器的电能自给问题；④虽然深海湍流流速慢且方向一致性差，但因海水密度高，所以其波动能的能量密度大，该转换器能够将这样的波动能转化成旋转的机械能，尺寸小，采用差速器、减速器和电机的单体效率高，提高了设备的整体工作效率；⑤通过设置螺旋曲线状安装的螺旋叶片21，区别于传统的螺旋桨桨叶套筒连接处的根部焊接限位片，用于限制翻转叶片的翻转角度不超过45°，使得支撑杆件上的翻转叶片围绕支撑杆件径向45°范围内自由转动，且传统的螺旋桨只适用于高速旋转，而该动力推进器2则能够完全适应低流速，支持螺旋叶片21承受洋流对其产生的动能，摒弃了传统的只能作为放电驱动装置的技术偏见，有效解决潜航器运行过程中供电不足的问题，提高续航能力，满足潜航器在军用及民用中的供电需求，同时便于更换替代现有螺旋桨，省时省力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低速螺旋体动力推进器，其特征在于：包括推进器本体、安装在推进器本体外表面的螺旋叶片和安装在推进器本体内部的动力转换装置，所述推进器本体设为截面为左端为尖部的锥形结构，所述推进器本体的右端向内设凹腔，所述螺旋叶片呈螺旋曲线状安装在推进器本体外表面，所述螺旋叶片一端始于推进器本体的右端，另一端终于推进器本体左端尖部，所述螺旋叶片与推进器本体的交界处设圆角;
所述动力转换装置包括联轴器、减速器、电机、固定轴和电机端盖，所述电机包括电机左壳、电机右壳、电机轴、电机盘片和印制电路板，所述电机轴通过电机轴承分别转动安装在电机左壳和电机右壳上，所述印制电路板安装在电机左壳和电机右壳之间且中心设有供电机轴穿过的通孔，所述电机盘片分别安装在印制电路板的两侧且与电机轴固定安装，所述电机端盖固定安装在推进器本体右侧端面上，所述固定轴通过端盖轴承同轴转动安装在电机端盖上，所述固定轴与电机端盖之间安装密封结构，所述固定轴的左端固定安装在电机的电机右壳上，电机的电机轴左侧与减速器同轴固定安装，所述减速器的左侧通过联轴器与安装在推进器本体内部的动力连接盘固定连接，所述印制电路板连接线缆，所述线缆通过固定轴的中心腔穿出。
2.根据权利要求1所述的一种低速螺旋体动力推进器，其特征在于：所述固定轴上设置连接耳，所述连接耳上设置长条通孔。
3.根据权利要求1所述的一种低速螺旋体动力推进器，其特征在于：所述动力连接盘与联轴器之间设置联轴器缓冲垫。
4.根据权利要求1所述的一种低速螺旋体动力推进器，其特征在于：所述密封结构包括安装在电机端盖外部的外侧密封盖和安装在电机端盖内部的内侧密封盖，所述外侧密封盖和内侧密封盖与固定轴之间均安装密封环。
5.根据权利要求1所述的一种低速螺旋体动力推进器，其特征在于：所述电机端盖与固定轴之间还安装密封胶圈。
6.一种无人潜航器，包括上述权利要求1-5任一所述的一种低速螺旋体动力推进器，其特征在于：还包括潜航器本体，所述潜航器本体与动力推进器的固定轴上的连接耳可拆卸安装，所述潜航器本体内的储能装置与动力推进器的线缆电连接。
7.根据权利要求6所述的一种无人潜航器，其特征在于：所述潜航器本体外部设有平衡翼。
8.一种无人潜航器的电能转换方法，基于权利要求7所述的一种无人潜航器，其特征在于：该方法包括发电储能方法和放电驱动方法，所述发电储能方法为利用推进器本体外部的螺旋叶片吸收海洋波浪能能量，使动力推进器与潜航器本体相对运动，将湍流的波浪能转化成机械能，带动电机的电机轴旋转将机械能转化为电能进行发电；所述放电驱动方法为利用电机发电驱动推进器本体旋转，驱动推进器本体做低转速大推力运动。
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