一种双流道双级高效低噪水下推进器

1.本发明涉及水下航行体推进器技术领域，特别是涉及一种双流道双级高效低噪水下推进器。


背景技术：

2.推进系统的发展使海洋装备特别是水下航行器在应用范围和性能上取得了巨大的进步。随着航行器水下任务的多样化和海洋探测技术的发展，水下航行器在航行性能和隐蔽性方面面临着严峻的挑战。然而,当前技术的限制因素有进行任务的持续时间及隐蔽性，也就是对应推进系统的高效率及低噪声。由于水下航行器等装备的工作环境、高性能要求以及隐蔽性等需求，开始逐渐采用泵喷推进器等。虽然这类推进形式是近年兴起的推进形式，具有高效、低噪声等优势，但其同时受到的扭矩也增加，需要较大的功率才能使其旋转工作，会有一定效率的损失。另外，由于出口处流体速度较快，会形成巨大噪声，隐蔽性较差，同时存在传动轴结构，因此仍有传动轴系引起的振动和噪声。所以其推进效率及噪声性能仍然有提高的空间，且运行成本高。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了实现推进器在水下运行时的更高效率和更低噪声，保持较高稳定性，在原有泵喷水力模型的基础上进行改进，提供一种双流道双级高效低噪水下推进器，能够更好地适应复杂海况，提高其稳定性以及水动力性能和低噪性能。
4.为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案为：一种双流道双级高效低噪水下推进器，包括驱动轴、旋转轴、外导管、外流道定子和内流道导管，所述驱动轴驱动第一转子和行星齿轮加速器的输入轴，所述行星齿轮加速器的输出轴与所述旋转轴动力连接，第一转子位于所述外导管的进口处，所述外流道定子位于所述外导管的出口处，且所述外流道定子固定在所述外导管和所述内流道导管之间，所述旋转轴依次穿过内流道支撑架轮毂、第二转子和定子轮毂，所述旋转轴与所述内流道支撑架轮毂和所述定子轮毂转动副连接，所述旋转轴与所述第二转子键连接，所述内流道导管的进口位于所述第一转子的出口，所述内流道导管和所述内流道支撑架轮毂之间安装有内流道支撑架，所述内流道导管和所述定子轮毂之间安装有内流道定子。
5.上述方案中，所述行星齿轮加速器安装在所述第一转子与所述内流道支撑架之间，且位于所述内流道支撑架轮毂内部。
6.上述方案中，所述行星齿轮加速器包括行星架、行星轮、齿圈和太阳轮，所述行星架所在的轴为所述行星齿轮加速器的输入轴，所述太阳轮所在的轴为所述行星齿轮加速器的输出轴。
7.上述方案中，所述太阳轮同轴固定连接于所述旋转轴上，且所述太阳轮输出端与旋转轴一体成型；所述行星架与第一转子相连，多个行星轮放置在一个齿圈内，围绕太阳轮做行星旋转，并且多个行星齿轮共同啮合一个行星架，多个行星齿轮尺寸相同。
8.上述方案中，所述定子轮毂的末端安装有导流帽。
9.上述方案中，所述旋转轴与所述内流道支撑架轮毂之间设置有第一滑动支撑轴承，所述旋转轴与所述所述定子轮毂之间设置有第二滑动支撑轴承。
10.上述方案中，所述外导管采用减速导管形式，外壁面形状为流线型，整体为渐缩形状，截面选择流动性能较好的翼型形状；所述内流道导管采用加速导管形式，所述内流道导管整体形状为渐缩形。
11.上述方案中，所述内流道支撑架采用截面为对称翼型且厚度较小的直叶片；所述第一转子和所述外流道定子的叶片数互为素数，且第一转子叶片数小于外流道定子叶片数；所述第二转子和内流道定子的叶片数也互为素数，所述第二转子的叶片数也小于内流道定子叶片数；所述外流道定子的叶片数大于或等于所述内流道定子的叶片数，所述第一转子叶片数大于或等于所述第二转子叶片数。
12.本发明的有益效果： (1)本发明工作时，经过各部件的配合，由于经过外流道喷出的流体流速比经过内流道而喷出的流体流速更低，从而推进器出口处会形成具有速度梯度且速度分布均匀特点的出流，并且在出流中越靠近中心位置流体速度越快。此特征有效增加水下推进器的速度及效率，同时，出流中内流道喷出的高速尾流被外流道喷出的低速尾流包裹，这种特征有效地抑制降低推进器尾流的噪声，增加了低噪声性能并增强了水下推进器整体的隐蔽性。(2)本发明由于设置了内流道导管，且设置了行星齿轮加速器，第一转子转速低于第二转子，导致外流道中流体流速低于内流道中流体流速，有效地屏蔽了内流道中的流动噪声和各部件的工作噪声，进一步增加了水下推进器的隐蔽性。（3）本发明中，内流道及内部部件的存在使推进器成为双级推进器，并且内流道吸收经过第一转子的尾流，同时，其中第二转子转速高于第一转子转速，有效接受并重复利用了来流中泄露及损失的能量，很大程度上减少了流体的能量损失，这些特征有效对内流道流体进行加速，吸收利用了经过第一转子的尾流及泄漏出流，从而一定程度上降低了流动噪声，更是有效地提高了水下推进器的运行速度、推力和推进效率。（4）本发明内流道中的内流道支撑架对第一转子部分出流进行整流，使进入第二转子的进流更加均匀，后经过内流道定子整流，减少尾流湍动能，使出流更加均匀稳定。（5）相比传统泵喷推进器等，本发明更适应于复杂的航行状态，本发明的水下推进器在不同工况下运行时内流道有效接受了第一转子近轮毂处来流的来流及泄露流和损失，并二次整流加速，有效地提升了运行速度和推力,故新型水下推进器具有更高的推进效率。同时，内流道的加速和屏蔽作用，使推进器尾流更加均匀，推力更大且噪声更小，很大程度上拓宽了高效区并提高了低噪能力。
附图说明
13.图1是本发明实施例的双流道双级高效低噪水下推进器的整体结构示意图。
14.图2是本发明实施例双流道双级高效低噪水下推进器中行星齿轮加速器结构示意图。
15.图中：1外导管，2第一转子，3驱动轴,4行星齿轮变速器，5内流道支撑架轮毂，6内流道支撑架，7内流道导管，8第二转子，9外流道定子，10内流道定子，11第二滑动支撑轴承，12定子轮毂，13导流帽，14第一滑动支撑轴承，15旋转轴,16行星架，17行星轮，18齿圈，19太阳轮。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突,本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
17.另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
18.如图1所示，本发明提供了一种双流道双级高效低噪水下推进器，主要包括外导管1、第一转子2、外流道定子9、内流道导管7、内流道支撑架6、内流道支撑架轮毂5、第二转子8、内流道定子10及定子轮毂12和行星齿轮加速器4，如图2所示，其中行星齿轮加速器包含了行星架16，行星轮17，齿圈18，以及太阳轮19，太阳轮19为输出端，行星架16为输入端，太阳轮19同轴固定连接于旋转轴15，且太阳轮19输出端与旋转轴15一体成型。行星架16与第一转子2相连，多个行星轮17放置在一个齿圈18内，围绕太阳轮19做行星旋转，并且多个行星齿轮17共同驱动一个行星架16，多个行星齿轮14尺寸相同，即直径和轴向长度均相等。所述行星齿轮加速器4安装在第一转子2与内流道支撑架6之间，在内流道支撑架轮毂5内设置。通过驱动轴3驱动第一转子2和行星齿轮加速器4，后通过行星齿轮加速器4输出驱动旋转轴15，再通过旋转轴15驱动第二转子8；所述第一转子2设置在外导管1入口处，所述内流道导管7设置在第一转子2后，将水下推进器内流场分为外流道和内流道两条不同流道，其中，一部分进入外流道，后通过外流道定子9喷出。另一部分进入内流道，依次经过内流道支撑架6、第二转子8和内流道定子10，最后喷出推进器；所述外流道定子9安装子外导管1临近出口处，叶根部分固定连接在内流道导管7外壁面上，同时叶梢与外导管1内壁面固定；在内流道中，设置了所述内流道支撑架6和内流道定子10，分别周向堆成布置在固定的内流道支撑架轮毂5和定子轮毂12上，同时均固定于内流道导管7内壁面；所述旋转轴15依次同轴穿过定子轮毂12、第二转子8、内流道支撑架轮毂5和行星齿轮加速器4，并分别通过的第一滑动支撑轴承14和第二滑动支撑轴承11同轴支撑于内流道支撑架轮毂5和定子轮毂12内部。
19.本发明的工作原理：通过驱动轴驱动第一转子和行星齿轮加速器，而通过行星齿轮加速器输出驱动第二转子；工作时，第一转子将流体吸入外导管内，随后吸入外导管内的流体分流，一部分从外导管与内通道导管之间的流道，经过外流道定子整流后流出水下推进器，另一部分则流入内流道导管内，并经过内流道支撑架的整流，后通过第二转子的二次加速后，最后通过内流道定子整流后流出，最后这两部分流体在水下推进器出口处汇合。
20.本发明中，所述外导管1采用减速导管形式，从而有效推迟推进器空泡现象产生，提高低噪声航速降，外壁面形状为流线型，整体为渐缩形状，并且外导管1截面选择流动性能较好的翼型形状；所述内流道导管7采用加速导管形式，从而使进入内流道的速度较快，使内流道系统获得更高的效率，整体形状为渐缩形；所述内流道支撑架6采用截面为对称翼型且厚度较小的直叶片；所述第一转子2和外流道定子9的叶片数互为素数，且第一转子2叶片数小于外流道定子9叶片数；同时所述所述内流道支撑架6的叶片数为3叶，所述第二转子8和内流道定子10的叶片数也互为素数，所述第二转子8的叶片数也小于内流道定子10叶片数；所述外流道定子9的叶片数大于或等于所述内流道定子10的叶片数，而所述第一转子2
叶片数大于或等于所述第二转子8叶片数。
21.本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
22.最后应当说明的是：以上所举实施例仅用来方便说明本发明,并非对本发明作任何形式上的限制,任何所属技术领域中具有通常知识者,若在不脱离本发明所提技术特征的范围内,利用本发明所揭示技术内容所作出局部改动或修饰的等效实施例,并且未脱离本发明的技术特征内容,均仍属于本发明技术特征的范围内。