一种带有吸水通道的水力推进系统的制作方法

本发明涉及的一种水力推进系统，更具体地说，本发明涉及一种带有吸水通道的水力推进系统，属于水力航行器技术领域。

背景技术：

目前人类发展面临资源紧缺和环境污染，而海洋资源极其丰富，如何可持续、环保地开发海洋，是决定人类发展命运的问题。绿色推进是未来船舶发展的重要方向，船舶排放标准越来越严格，提高水力航行器的运行效能是实现绿色推进的主要途径之一。

船舶航行主要受到兴波阻力、分水阻力和船体摩擦阻力，其中，兴波阻力一般占总阻力50%以上，大型船舶受制于阻力大，速度长期以来受到限制，使得海上运输周期长，大型军船远距离投送时间长。

其次，千百年来，船舶的发展，船体材质从木质结构发展到钢结构、复合材料结构，驱动动力从依靠人力、畜力和风力(即撑篙、划桨、摇橹、拉纤和风帆)，发展到使用机器驱动。但船舶的船型设计不论是直立型首、前倾型首、飞剪型首，还是破冰型首、球鼻型首，几乎都是延续分水的楔形结构。虽然在设计上不断改进，减小阻力，但大型船舶的速度仍难以提高到理想的程度，动力绝大部分都用于克服航行阻力。因此，有必要从根本上改变这种分水的楔形结构，将兴波阻力和分水阻力降低到理想的程度，提高航行速度，降低航行能耗和排放。

再次，随着电力推进的发展，船舶动力系统的设计和布置更为灵活。外挂的吊舱式结构、全回转推进、喷水推进，以及传统的带长轴驱动是目前电力推进的几个主要结构，但从根本上没有改变分水楔形结构，仍需要克服较大的兴波阻力和分水阻力。虽然可以通过提高推进系统功率，来达到高航行速度的目的，但终究不是最经济、节能环保的方式。

综上所述，船舶、水下机器人等水力航行器的推进系统设计，亟待进行一次革命性的变化，改变千百年来几乎不变的分水楔形船首结构，从根本上大幅度降低兴波阻力和分水阻力，提高航行速度。

国家知识产权局于2004年3月31日公开了一件公开号为cn2608418y，名称为“船与潜艇的推进器”的实用新型专利，该实用新型是在船舶水线以下的底舱中设有起导流作用的通水管道,位于船艉的螺旋桨设置在该通水管道中。与现有技术比较,本实用新型在船行驶时,船头前方的水流导向螺旋桨,从而可消除螺旋桨旋转时桨叶前方产生的低压对推进带来的负作用和船航行时前方的水对船头产生的阻力,使推进器的工作效率得到明显提高,船速也显著提高,节约了能源,又不影响装货,还有助于保持船的稳定行驶。

国家知识产权局于1999年11月24日公开了一件公开号为cn2350310y，名称为“设有通水管道的增速船舶”的实用新型专利，该实用新型涉及船与潜艇的推进器。其主要是为了解决船、艇的排水阻力对其航行效率的负面影响，并将排水阻力转化为动力。其主要构造为，在船、艇前部为进水口，它通过管道与船、艇后部出水口相通。在出水口与进水口之间的管道中安装螺旋桨。螺旋桨转动时，利用与水泵相同的原理，将船、艇前部的水吸入，从后部喷出，从而消除排水阻力。

上述现有技术存在动力装置的体积较大，动力较差，且冗余度较低的问题。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术中水力航行器系统设计的不足，且存在的动力装置的体积较大，动力较差，且冗余度较低的问题，提供一种带有吸水通道的水力推进系统，可大大降低兴波阻力和分水阻力，提高船舶速度、航行平稳性，能够应用于各类船舶、水下无人机器人等水力航行器，且动力装置体积小，动力强，冗余度较高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种带有吸水通道的水力推进系统，其特征在于：包括进水口、吸水通道、螺旋桨、推进电机和出水口；所述螺旋桨位于所述推进电机内，所述螺旋桨为多级设置。

本发明的水力推进系统指的是船舶或水下航行器的推进系统，吸水通道位于船舶或水下航行器底部。螺旋桨选用多级空心无轴螺旋桨，位于吸水通道中，螺旋桨直接与空心无轴推进电机的转子连接，无传动轴。

本发明优选的，所述的进水口和出水口处都设置有滤网。

本发明优选的，所述的进水口为喇叭形。

本发明优选的，所述的出水口外设置有一个圆台体筒状部件，所述圆台体筒状部件中设置有鱼尾舵。

本发明优选的，多级设置的所述螺旋桨在所述吸水通道内等距均匀排布。

本发明优选的，所述的螺旋桨的级数为3-5级。

本发明优选的，所述的螺旋桨的浆叶数量为4个、5个或者7个。

本发明优选的，所述的推进电机前后各设置有一个过渡结构部件，所述过渡结构部件的外部为圆筒状，且外壁与所述吸水通道的内壁贴合；所述过渡结构部件靠近所述螺旋桨的一侧的内径与所述螺旋桨的直径相当，并小于另一侧的内径，使所述过渡结构部件的内部为碗状。

本发明带来的有益技术效果：

1、本发明采用多级设置的螺旋桨，且螺旋桨设置在推进电机中，为无轴结构，采用多级设置可以在保证满足总推进功率的要求下，减小单个推进电机的外径和体积，避免吸水通道放置电机处的尺寸过大。同时，采用多级设置，起到提高冗余度的能力，在一级或两级推进电机故障的情况下，还能保证至少有一级继续工作。

2、本发明在使用时，航行前方的水由喇叭形的进水口吸入，经吸水通道中的多级螺旋桨导流加速，由船尾高速排出；相比分水楔形结构将水挤向两边，需要克服的阻力更小，能有效提高航行速度，有效节能，实现减排环保。

3、本发明优选的，所述的进水口和出水口处都设置有滤网。滤网具有自清洁功能，保持吸水通道内的清洁。

4、吸水通道中的推进电机分多级设计，单个推进电机发生故障，其他正常推进电机可继续运行提供动力；

5、本发明优选的，所述的推进电机前后各设置有一个过渡结构部件，所述过渡结构部件的外部为圆筒状，且外壁与所述吸水通道的内壁贴合；靠近所述螺旋桨的一侧的内径与所述螺旋桨的直径相当，并小于另一侧的内径，使所述过渡结构部件的内部为碗状。过渡结构部件内为碗状结构，过渡结构部件的外侧与吸水通道内壁贴合，在推进电机前后均装有过渡结构，更加有效地减小水的流阻。

附图说明

图1为本发明带有吸水通道的水力推进系统的结构示意图；

图2为本发明带有吸水通道的水力推进系统的立体结构示意图；

图3为本发明螺旋桨和推进电机的组装结构示意图；

图4为本发明螺旋桨和推进电机的组装剖面结构示意图；

图5为本发明螺旋桨和推进电机的组装立体结构示意图；

图6为本发明圆台体筒状部件和鱼尾舵的组装结构示意图；

图7为本发明圆台体筒状部件和鱼尾舵的组装剖面结构示意图；

图8为本发明圆台体筒状部件和鱼尾舵的组装立体结构示意图；

图9为本发明过渡结构部件的立体结构示意图；

图10为本发明过渡结构部件、螺旋桨和推进电机的组装结构示意图；

图11为本发明过渡结构部件、螺旋桨和推进电机的组装剖面结构示意图；

图12为本发明过渡结构部件、螺旋桨和推进电机的组装立体结构示意图。

附图标记：1为进水口、2为吸水通道、3为螺旋桨、4为推进电机、5为出水口、6为滤网、7为圆台体筒状部件、8为鱼尾舵、9为过渡结构部件。

具体实施方式

实施例1

一种带有吸水通道的水力推进系统，包括进水口1、吸水通道2、螺旋桨3、推进电机4和出水口5；所述螺旋桨3位于所述推进电机4内，所述螺旋桨3为多级设置。

本发明所述的吸水通道2可以贯穿船体下部，前方吸入的水经吸水通道2由船尾出水口排出。本发明所述的吸水通道2可设置多个吸水通道2平行相对独立的结构，也可设计为多个进水口1，共用一个出水口5的结构。本发明所述的吸水通道2为圆管型或非圆形。所述的水力推进系统，进水口1将船舶、水下机器人等水力航行器航行前方的水吸入管道2，并通过吸水通道2中的螺旋桨3和管道压缩加速，由尾部排出。所述的水力航行器水下部分可以设计得更宽，船体更加平稳。

实施例2

一种带有吸水通道的水力推进系统，包括进水口1、吸水通道2、螺旋桨3、推进电机4和出水口5；所述螺旋桨3位于所述推进电机4内，所述螺旋桨3为多级设置。

优选的，所述的进水口1和出水口5处都设置有滤网6。

优选的或者进一步的，所述的进水口1为喇叭形。

优选的或者进一步的，所述的出水口5外设置有一个圆台体筒状部件7，所述圆台体筒状部件7中设置有鱼尾舵8。

实施例3

一种带有吸水通道的水力推进系统，包括进水口1、吸水通道2、螺旋桨3、推进电机4和出水口5；所述螺旋桨3位于所述推进电机4内，所述螺旋桨3为多级设置。

优选的，多级设置的所述螺旋桨3在所述吸水通道2内等距均匀排布。

优选的或者进一步的，所述的螺旋桨3的级数为3-5级。

优选的或者进一步的，所述的螺旋桨3的浆叶数量为4个、5个或者7个。

实施例4

一种带有吸水通道的水力推进系统，包括进水口1、吸水通道2、螺旋桨3、推进电机4和出水口5；所述螺旋桨3位于所述推进电机4内，所述螺旋桨3为多级设置。

优选的，所述的推进电机4前后各设置有一个过渡结构部件9，所述过渡结构部件9的外部为圆筒状，且外壁与所述吸水通道2的内壁贴合；所述过渡结构部件9靠近所述螺旋桨3的一侧的内径与所述螺旋桨3的直径相当，并小于另一侧的内径，使所述过渡结构部件9的内部为碗状。

实施例5

本发明的推进系统包括吸水通道2、推进电机4、螺旋桨3、出水口5、滤网6。所述的吸水通道2贯穿水力航行器的下部。所述螺旋桨3位于吸水通道2中。所述吸水通道2中的螺旋桨为多级。所述吸水通道2的进水口1和出水口5均安装有可自清理附着物的滤网6。

吸水通道2的进水口1呈喇叭形，便于船舶航行前方的水吸入至吸水通道2中。沿吸水通道2轴向布置多级螺旋桨3，由推进电机4驱动螺旋桨3，逐级将吸水通道2中的水加速，由可变向（圆台体筒状部件7和鱼尾舵8）出水口5排出。

与传统船舶推进系统不同，本外语学校采用的吸水通道2起到导流的作用，将航行前方的水通过吸水通道导引、加速，从而反推水力航行器前进。这样避免了航行中将水向两边分开，从而大大降低兴波阻力和分水阻力。

实施例6

两个吸水通道2分别位于水力航行器左右两侧下部，贯穿水力航行器。吸水通道2的进水口1为喇叭形，吸水通道2为圆形或非圆型。吸水通道2中安装多级螺旋桨3。吸水通道2的进水口1和出水口5安装有过滤保护网6。

实施例7

两个以上吸水通道2分布于水力航行器下部，贯穿水力航行器。吸水通道2的进水口1为喇叭形，吸水通道2为圆形或非圆型。吸水通道2中安装多级螺旋桨3。吸水通道2的进水口1和出水口5安装有过滤保护网6。