本發(fā)明涉及的一種水力推進系統(tǒng)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種帶有吸水通道的水力推進系統(tǒng)，屬于水力航行器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前人類發(fā)展面臨資源緊缺和環(huán)境污染，而海洋資源極其豐富，如何可持續(xù)、環(huán)保地開發(fā)海洋，是決定人類發(fā)展命運的問題。綠色推進是未來船舶發(fā)展的重要方向，船舶排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，提高水力航行器的運行效能是實現(xiàn)綠色推進的主要途徑之一。

船舶航行主要受到興波阻力、分水阻力和船體摩擦阻力，其中，興波阻力一般占總阻力50%以上，大型船舶受制于阻力大，速度長期以來受到限制，使得海上運輸周期長，大型軍船遠(yuǎn)距離投送時間長。

其次，千百年來，船舶的發(fā)展，船體材質(zhì)從木質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)展到鋼結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，驅(qū)動動力從依靠人力、畜力和風(fēng)力(即撐篙、劃槳、搖櫓、拉纖和風(fēng)帆)，發(fā)展到使用機器驅(qū)動。但船舶的船型設(shè)計不論是直立型首、前傾型首、飛剪型首，還是破冰型首、球鼻型首，幾乎都是延續(xù)分水的楔形結(jié)構(gòu)。雖然在設(shè)計上不斷改進，減小阻力，但大型船舶的速度仍難以提高到理想的程度，動力絕大部分都用于克服航行阻力。因此，有必要從根本上改變這種分水的楔形結(jié)構(gòu)，將興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，隨著電力推進的發(fā)展，船舶動力系統(tǒng)的設(shè)計和布置更為靈活。外掛的吊艙式結(jié)構(gòu)、全回轉(zhuǎn)推進、噴水推進，以及傳統(tǒng)的帶長軸驅(qū)動是目前電力推進的幾個主要結(jié)構(gòu)，但從根本上沒有改變分水楔形結(jié)構(gòu)，仍需要克服較大的興波阻力和分水阻力。雖然可以通過提高推進系統(tǒng)功率，來達到高航行速度的目的，但終究不是最經(jīng)濟、節(jié)能環(huán)保的方式。

綜上所述，船舶、水下機器人等水力航行器的推進系統(tǒng)設(shè)計，亟待進行一次革命性的變化，改變千百年來幾乎不變的分水楔形船首結(jié)構(gòu)，從根本上大幅度降低興波阻力和分水阻力，提高航行速度。

國家知識產(chǎn)權(quán)局于2004年3月31日公開了一件公開號為cn2608418y，名稱為“船與潛艇的推進器”的實用新型專利，該實用新型是在船舶水線以下的底艙中設(shè)有起導(dǎo)流作用的通水管道,位于船艉的螺旋槳設(shè)置在該通水管道中。與現(xiàn)有技術(shù)比較,本實用新型在船行駛時,船頭前方的水流導(dǎo)向螺旋槳,從而可消除螺旋槳旋轉(zhuǎn)時槳葉前方產(chǎn)生的低壓對推進帶來的負(fù)作用和船航行時前方的水對船頭產(chǎn)生的阻力,使推進器的工作效率得到明顯提高,船速也顯著提高,節(jié)約了能源,又不影響裝貨,還有助于保持船的穩(wěn)定行駛。

國家知識產(chǎn)權(quán)局于1999年11月24日公開了一件公開號為cn2350310y，名稱為“設(shè)有通水管道的增速船舶”的實用新型專利，該實用新型涉及船與潛艇的推進器。其主要是為了解決船、艇的排水阻力對其航行效率的負(fù)面影響，并將排水阻力轉(zhuǎn)化為動力。其主要構(gòu)造為，在船、艇前部為進水口，它通過管道與船、艇后部出水口相通。在出水口與進水口之間的管道中安裝螺旋槳。螺旋槳轉(zhuǎn)動時，利用與水泵相同的原理，將船、艇前部的水吸入，從后部噴出，從而消除排水阻力。

上述現(xiàn)有技術(shù)存在動力裝置的體積較大，動力較差，且冗余度較低的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中水力航行器系統(tǒng)設(shè)計的不足，且存在的動力裝置的體積較大，動力較差，且冗余度較低的問題，提供一種帶有吸水通道的水力推進系統(tǒng)，可大大降低興波阻力和分水阻力，提高船舶速度、航行平穩(wěn)性，能夠應(yīng)用于各類船舶、水下無人機器人等水力航行器，且動力裝置體積小，動力強，冗余度較高。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種帶有吸水通道的水力推進系統(tǒng)，其特征在于：包括進水口、吸水通道、螺旋槳、推進電機和出水口；所述螺旋槳位于所述推進電機內(nèi)，所述螺旋槳為多級設(shè)置。

本發(fā)明的水力推進系統(tǒng)指的是船舶或水下航行器的推進系統(tǒng)，吸水通道位于船舶或水下航行器底部。螺旋槳選用多級空心無軸螺旋槳，位于吸水通道中，螺旋槳直接與空心無軸推進電機的轉(zhuǎn)子連接，無傳動軸。

本發(fā)明優(yōu)選的，所述的進水口和出水口處都設(shè)置有濾網(wǎng)。

本發(fā)明優(yōu)選的，所述的進水口為喇叭形。

本發(fā)明優(yōu)選的，所述的出水口外設(shè)置有一個圓臺體筒狀部件，所述圓臺體筒狀部件中設(shè)置有魚尾舵。

本發(fā)明優(yōu)選的，多級設(shè)置的所述螺旋槳在所述吸水通道內(nèi)等距均勻排布。

本發(fā)明優(yōu)選的，所述的螺旋槳的級數(shù)為3-5級。

本發(fā)明優(yōu)選的，所述的螺旋槳的漿葉數(shù)量為4個、5個或者7個。

本發(fā)明優(yōu)選的，所述的推進電機前后各設(shè)置有一個過渡結(jié)構(gòu)部件，所述過渡結(jié)構(gòu)部件的外部為圓筒狀，且外壁與所述吸水通道的內(nèi)壁貼合；所述過渡結(jié)構(gòu)部件靠近所述螺旋槳的一側(cè)的內(nèi)徑與所述螺旋槳的直徑相當(dāng)，并小于另一側(cè)的內(nèi)徑，使所述過渡結(jié)構(gòu)部件的內(nèi)部為碗狀。

本發(fā)明帶來的有益技術(shù)效果：

1、本發(fā)明采用多級設(shè)置的螺旋槳，且螺旋槳設(shè)置在推進電機中，為無軸結(jié)構(gòu)，采用多級設(shè)置可以在保證滿足總推進功率的要求下，減小單個推進電機的外徑和體積，避免吸水通道放置電機處的尺寸過大。同時，采用多級設(shè)置，起到提高冗余度的能力，在一級或兩級推進電機故障的情況下，還能保證至少有一級繼續(xù)工作。

2、本發(fā)明在使用時，航行前方的水由喇叭形的進水口吸入，經(jīng)吸水通道中的多級螺旋槳導(dǎo)流加速，由船尾高速排出；相比分水楔形結(jié)構(gòu)將水?dāng)D向兩邊，需要克服的阻力更小，能有效提高航行速度，有效節(jié)能，實現(xiàn)減排環(huán)保。

3、本發(fā)明優(yōu)選的，所述的進水口和出水口處都設(shè)置有濾網(wǎng)。濾網(wǎng)具有自清潔功能，保持吸水通道內(nèi)的清潔。

4、吸水通道中的推進電機分多級設(shè)計，單個推進電機發(fā)生故障，其他正常推進電機可繼續(xù)運行提供動力；

5、本發(fā)明優(yōu)選的，所述的推進電機前后各設(shè)置有一個過渡結(jié)構(gòu)部件，所述過渡結(jié)構(gòu)部件的外部為圓筒狀，且外壁與所述吸水通道的內(nèi)壁貼合；靠近所述螺旋槳的一側(cè)的內(nèi)徑與所述螺旋槳的直徑相當(dāng)，并小于另一側(cè)的內(nèi)徑，使所述過渡結(jié)構(gòu)部件的內(nèi)部為碗狀。過渡結(jié)構(gòu)部件內(nèi)為碗狀結(jié)構(gòu)，過渡結(jié)構(gòu)部件的外側(cè)與吸水通道內(nèi)壁貼合，在推進電機前后均裝有過渡結(jié)構(gòu)，更加有效地減小水的流阻。

附圖說明

圖1為本發(fā)明帶有吸水通道的水力推進系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明帶有吸水通道的水力推進系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明螺旋槳和推進電機的組裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明螺旋槳和推進電機的組裝剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明螺旋槳和推進電機的組裝立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明圓臺體筒狀部件和魚尾舵的組裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明圓臺體筒狀部件和魚尾舵的組裝剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明圓臺體筒狀部件和魚尾舵的組裝立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明過渡結(jié)構(gòu)部件的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明過渡結(jié)構(gòu)部件、螺旋槳和推進電機的組裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明過渡結(jié)構(gòu)部件、螺旋槳和推進電機的組裝剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本發(fā)明過渡結(jié)構(gòu)部件、螺旋槳和推進電機的組裝立體結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1為進水口、2為吸水通道、3為螺旋槳、4為推進電機、5為出水口、6為濾網(wǎng)、7為圓臺體筒狀部件、8為魚尾舵、9為過渡結(jié)構(gòu)部件。

具體實施方式

實施例1

一種帶有吸水通道的水力推進系統(tǒng)，包括進水口1、吸水通道2、螺旋槳3、推進電機4和出水口5；所述螺旋槳3位于所述推進電機4內(nèi)，所述螺旋槳3為多級設(shè)置。

本發(fā)明所述的吸水通道2可以貫穿船體下部，前方吸入的水經(jīng)吸水通道2由船尾出水口排出。本發(fā)明所述的吸水通道2可設(shè)置多個吸水通道2平行相對獨立的結(jié)構(gòu)，也可設(shè)計為多個進水口1，共用一個出水口5的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的吸水通道2為圓管型或非圓形。所述的水力推進系統(tǒng)，進水口1將船舶、水下機器人等水力航行器航行前方的水吸入管道2，并通過吸水通道2中的螺旋槳3和管道壓縮加速，由尾部排出。所述的水力航行器水下部分可以設(shè)計得更寬，船體更加平穩(wěn)。

實施例2

一種帶有吸水通道的水力推進系統(tǒng)，包括進水口1、吸水通道2、螺旋槳3、推進電機4和出水口5；所述螺旋槳3位于所述推進電機4內(nèi)，所述螺旋槳3為多級設(shè)置。

優(yōu)選的，所述的進水口1和出水口5處都設(shè)置有濾網(wǎng)6。

優(yōu)選的或者進一步的，所述的進水口1為喇叭形。

優(yōu)選的或者進一步的，所述的出水口5外設(shè)置有一個圓臺體筒狀部件7，所述圓臺體筒狀部件7中設(shè)置有魚尾舵8。

實施例3

一種帶有吸水通道的水力推進系統(tǒng)，包括進水口1、吸水通道2、螺旋槳3、推進電機4和出水口5；所述螺旋槳3位于所述推進電機4內(nèi)，所述螺旋槳3為多級設(shè)置。

優(yōu)選的，多級設(shè)置的所述螺旋槳3在所述吸水通道2內(nèi)等距均勻排布。

優(yōu)選的或者進一步的，所述的螺旋槳3的級數(shù)為3-5級。

優(yōu)選的或者進一步的，所述的螺旋槳3的漿葉數(shù)量為4個、5個或者7個。

實施例4

一種帶有吸水通道的水力推進系統(tǒng)，包括進水口1、吸水通道2、螺旋槳3、推進電機4和出水口5；所述螺旋槳3位于所述推進電機4內(nèi)，所述螺旋槳3為多級設(shè)置。

優(yōu)選的，所述的推進電機4前后各設(shè)置有一個過渡結(jié)構(gòu)部件9，所述過渡結(jié)構(gòu)部件9的外部為圓筒狀，且外壁與所述吸水通道2的內(nèi)壁貼合；所述過渡結(jié)構(gòu)部件9靠近所述螺旋槳3的一側(cè)的內(nèi)徑與所述螺旋槳3的直徑相當(dāng)，并小于另一側(cè)的內(nèi)徑，使所述過渡結(jié)構(gòu)部件9的內(nèi)部為碗狀。

實施例5

本發(fā)明的推進系統(tǒng)包括吸水通道2、推進電機4、螺旋槳3、出水口5、濾網(wǎng)6。所述的吸水通道2貫穿水力航行器的下部。所述螺旋槳3位于吸水通道2中。所述吸水通道2中的螺旋槳為多級。所述吸水通道2的進水口1和出水口5均安裝有可自清理附著物的濾網(wǎng)6。

吸水通道2的進水口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軸向布置多級螺旋槳3，由推進電機4驅(qū)動螺旋槳3，逐級將吸水通道2中的水加速，由可變向（圓臺體筒狀部件7和魚尾舵8）出水口5排出。

與傳統(tǒng)船舶推進系統(tǒng)不同，本外語學(xué)校采用的吸水通道2起到導(dǎo)流的作用，將航行前方的水通過吸水通道導(dǎo)引、加速，從而反推水力航行器前進。這樣避免了航行中將水向兩邊分開，從而大大降低興波阻力和分水阻力。

實施例6

兩個吸水通道2分別位于水力航行器左右兩側(cè)下部，貫穿水力航行器。吸水通道2的進水口1為喇叭形，吸水通道2為圓形或非圓型。吸水通道2中安裝多級螺旋槳3。吸水通道2的進水口1和出水口5安裝有過濾保護網(wǎng)6。

實施例7

兩個以上吸水通道2分布于水力航行器下部，貫穿水力航行器。吸水通道2的進水口1為喇叭形，吸水通道2為圓形或非圓型。吸水通道2中安裝多級螺旋槳3。吸水通道2的進水口1和出水口5安裝有過濾保護網(wǎng)6。