本實用新型涉及一種導管推進器，尤其涉及一種正反向等推力導管推進器。

背景技術：

水下機器人無論是在軍用還是民用均具有廣泛的應用前景，可完成海洋勘探與開發(fā)、水下危險作業(yè)、應急救生與打撈、情報/監(jiān)視/偵察以及反潛等多種任務，并可以反復使用，具有很大的實用性和靈活性。

目前，水下機器人應用最廣泛的推進方式是螺旋槳推進，包括普通螺旋槳、導管螺旋槳以及涵道螺旋槳等。推進器作為水下機器人的核心部件，對其各方面性能有很大的影響。隨著近年來對水下機器人操作性和機動性的提高，對螺旋槳推進方式要求越來越高，特別是近年來對推力矢量技術的關注。而所謂的推力矢量技術是指空間運動物體的推進系統(tǒng)除了提前進推力外，還能同時或單獨在運動物體的俯仰、偏航、橫滾和反推力等方向上提供推進力和力矩，用以部分或全部取代舵面產(chǎn)生的動力來進行控制，即推進器推力矢量化。目前，大部分螺旋槳推進器都是正向有較高的推力和效率，而反向的推力和效率則大打折，只適合于單向推進。為了提高水下機器人的操作性和機動性，也有學者提出了結合推力矢量技術的噴水式推進系統(tǒng)，主要是通過改變噴水推進器的高速射流來改變推力的方向。但是對它的研究很不充分，理論研究不成熟，關鍵技術不過關，推廣應用受到較大限制。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了水下機器人的機動性能而提供一種正反向等推力導管推進器。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：包括機艙、設置在機艙內的電機、與電機輸出端連接的槳轂、設置在槳轂端部的轂帽、安裝在槳轂上的螺旋槳和位于螺旋槳外的導流罩，其特征在于：所述導流罩是加速型導管，導流罩的長度與導流罩的內壁的直徑之比在0.7-0.75之間，導流罩的切面形狀是外平內凸前后對稱的翼型，導流罩的內壁0.6-0.7無因次弦長處是水平的。

本實用新型還包括這樣一些結構特征：

1.所述螺旋槳具有三個槳葉，每個槳葉是無側斜、無縱傾的寬葉稍的扇形槳葉，沿著槳葉半徑方向的剖面是前后上下對稱的梭形切面。

2.導流罩內壁與槳葉葉梢間的間隙小于2mm。

3.所述槳轂、轂帽和機艙的直徑相等，轂帽和機艙末端形狀相同。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是：本實用新型的推進器正反向時能夠產(chǎn)生相等的推力，因而便于水下機器人的前進和后退，特別是適合于有高操縱性、和高機動性等方 面要求的水下機器人。本實用新型結構簡單、易于實現(xiàn)，在轉速相等的條件下，螺旋槳正轉與反轉時，推進器產(chǎn)生的推進性能相等且推力方向相反，有利于水下機器人的前進和后退，從而提高水下機器人的機動性能。而且可通過對導流罩和槳葉幾何參數(shù)進行優(yōu)化設計，使得推進器推力滿足要求，效率達到最高。能夠滿足水下機器人航行時的推力、效率及使用等方面的需求。在推進器的螺旋槳轉速相同時，正反轉時能夠產(chǎn)生大小相等、方向相反的推力，并對導管的形狀、槳葉參數(shù)以及間隙等進行合理設計，以提高推進效率。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體結構示意圖；

圖2(a)是圖1去除導流罩后的側視圖，圖2(b)是圖1去除導流罩后的主視圖；

圖3(a)是常規(guī)導管槳導流罩外形示意圖，圖3(b)是本實用新型導流罩外形示意圖；

圖4(a)是正向導流罩表面壓力分布圖，圖4(b)是正向導流罩截面的合力與分力分析圖；

圖5(a)是反向導流罩表面壓力分布圖，圖5(b)是反向導流罩截面的合力與分力分析圖；

圖6(a)是常規(guī)導管槳速度多角形，圖6(b)是本實用新型螺旋槳速度多角形；

圖7(a)是常規(guī)導管槳速度多角形，圖7(b)是本實用新型螺旋槳速度多角形。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本實用新型作進一步詳細描述。

下面結合圖1～7(b)對本實用新型的正反向等推力導管推進器裝置做詳細介紹。圖1給出了該推進器的總布置圖，主要包括螺旋槳1、導流罩4、槳轂3、轂帽2以及機艙5等部分組成。螺旋槳1各葉片固定于槳轂3上，導流罩4在螺旋槳的外圍。

圖2給出了該推進器的螺旋槳、槳轂、轂帽及機艙的總體視圖，槳轂3轂徑比為0.3-0.35，而且槳轂3、轂帽2與機艙3的直徑相同，轂帽2與機艙5端部外形相同，均采用橢圓型，從而保證了前后端的進流相同。推進器槳葉外形采用的無縱傾無側斜的扇形。

圖3(a)、圖3(b)給出了常規(guī)導管槳的導流罩和本實用新型導流罩的切面圖，與常規(guī)導管槳的導流罩不同，本實用新型對導流罩的橫向切面進行了重新設計，導流罩采用的是加速型導管，長度與內壁直徑比為0.7-0.75，切面形狀為外平內凸前后對稱的翼型，前后兩端用導圓光順，內壁0.6-0.7無因次弦長處是水平的，這種設計可使螺旋槳正反轉時進流條件相同，又能形成一個有利于螺旋槳工作的流場，同時也作為推進器的一部分產(chǎn)生推力，從而起到改善推進器的推進效率的作用。

圖4(a)-圖5(b)分別給出了本實用新型導流罩的橫向截面在正向和反向時的表面壓 力分布以及受力分解?？梢?，無論螺旋槳正轉或者是反轉，由于進口的水流收縮，該處的流線發(fā)生偏斜，并以一定的攻角流向導流罩的截面，出口的水流速度比較平緩，導致導流罩內壁進口處的負壓力要比出口時的大。對導管截面進行積分得到合力為R，將合力分解成兩個部分，沿導管軸向的分力T和與軸線方向垂直的分力Q。其中，沿導管軸向的分力形成了推進器的附加推力。

圖6(a)-圖7(b)分別給出了本實用新型推進器的螺旋槳和常規(guī)導管槳某半徑剖面形狀以及螺旋槳正轉與反轉時該剖面的速度多角形。圖6和圖7中n為螺旋槳的轉速，推進器的進速為V_A，螺旋槳軸向和周向的誘導速度為u_ap和u_tp，導流罩對螺旋槳的軸向和周向的誘導速度為u_ad和u_td，V_R為螺旋槳某半徑處葉元體的實際來流速度，β_i、β分別代表水動力螺距角及進角。由于導流罩對螺旋槳的誘導速度u_ap和u_tp與螺旋槳自身的誘導速度u_ap和u_tp反向相反，使得整個推進器的水動力性能得到了改善。

從圖6(a)-圖7(b)中可知，本實用新型推進器的螺旋槳的剖面翼型是前后上下均對稱的梭形切面，使得正轉和反轉時在某半徑剖面處的水動力螺距角及進角大小相等，從而保證推進器正向與反向時的推力相等，方向相反；而常規(guī)導管槳的剖面翼型不具有對稱向，正轉時能夠獲得較大的推力，而反轉時的推力較小。

本實用新型自行設計了外平內凸前后對稱翼型的導流罩，該型導流罩不但能夠改善推進的效率，而且能夠保證螺旋槳正反轉時有相同的進流條件。對螺旋槳進行特殊設計，各半徑剖面采用梭形切面，外形采用無縱傾無側斜的扇形槳葉，可保證螺旋槳正反轉時產(chǎn)生大小相等方向相反的推力，而且推進效率與常規(guī)導管槳相比減小幅度不大。槳轂、轂帽和機艙外形的直徑相等，外形均為流行線，轂帽和機艙的端部有相同的外形。通過對推進器各部件的合理設計保證了推進器正反向時推力相等。驅動螺旋槳的電機可選用直流無刷電機，這種電機以電子換向代替機械換向，可方便的控制電動機的啟動、停止、變速及正反轉。

本實用新型包括螺旋槳1、轂帽2、槳轂3、導流罩4、機艙5(包括電機、減速器和控制器等)，結構關系為：槳葉與槳轂相接，轂帽與槳轂相接，整個螺旋槳由電機驅動，電機固定于機艙內，導流罩在螺旋槳的外圍。螺旋槳的外圍有一個環(huán)型導流罩，導流罩采用的是加速型導管，長度與內壁直徑比為0.7-0.75(0.72左右)，其橫向剖面設計為外平內凸前后對稱翼型，前后兩端用導圓光順，內壁0.6-0.7無因次弦長處是水平的，該型導流罩保證正反轉時前后進流相同，也可提高推進效率。螺旋槳的槳葉數(shù)為3葉，外形為無側斜、無縱傾的寬葉稍的扇形槳葉，轂徑比0.3-0.35，槳葉與現(xiàn)有的導管槳的槳葉有很大的不同，其各半徑剖面采用的是前后上下對稱的梭形切面。導流罩內壁與槳葉葉梢間的間隙小于2mm，從而減小尾流 能量損失，提高推進效率。螺旋槳布置與導流罩中部，保證螺旋槳前后有相同的進流條件。槳轂、轂帽和機艙的直徑相等，轂帽和機艙末端形狀相同，外形為橢圓型，保證螺旋槳前后有相同的進流條件。

本實用新型目的是在轉速相等的條件下，螺旋槳正反轉時能夠產(chǎn)生大小相等且方向相反的推力，且有較高的推進效率。為了使推進器正反向有相同的進流條件，設計了外平內凸且軸向截面前后對稱翼型的導流罩。為了保證螺旋槳正轉反轉時的推力能相等，應對螺旋槳槳葉進行特殊設計，各半徑剖面選用梭形切面，外形為無側斜、無縱傾的寬葉稍的扇形槳葉，整個螺旋槳布置于導流罩中部。槳轂、轂帽和機艙外形的直徑相等，外形均為流行線，轂帽和機艙的端部有相同的外形。本實用新型結構簡單，易于實現(xiàn)，對提高水下機器人的機動性能有很大的幫助。