一种水下柔性喷射推进系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术涉及水下航行器技术领域，公开了一种水下柔性喷射推进系统，包括：推进舱以及控制舱；推进舱内设有球形水腔、干式密闭空间、与球形水腔相通的进水通道、进/排气通道、柔性气囊组件、喷水转接板、喷嘴以及电控开关阀；控制舱内包括：气瓶、抽/排气筒、驱动抽/排气筒工作的直线往复驱动机构、气压传感器、气瓶的充/放气管路、球形气囊的进气管路、球形气囊的排气管路、运行截止阀。本发明专利技术通过以气动静压方式驱动柔性气囊工作，进而控制球形水腔的内部水压，从而达到水下柔性喷射推进目的；本发明专利技术结构简单，能够实现瞬时大推力推进、重复使用高压气体并避免向水中排放气体，应用于水下航行器可以提高其特定工况下的机动性能和隐蔽性能。

【技术实现步骤摘要】
一种水下柔性喷射推进系统及其使用方法
本专利技术涉及水下航行器
，具体涉及一种水下航行器喷水推进系统。
技术介绍
随着装备技术水平的不断提高，对水下航行器的隐蔽性和机动性等提出了更高要求。传统的螺旋桨推进装置结构复杂、瞬时推力小、噪音大，在高速航行时螺旋桨叶片周围的液体会发生空化，从而使螺旋桨的推力减小，且桨叶表面很容易受到空化剥蚀，严重的甚至会导致桨叶破坏。而泵压喷水推进装置中的推进泵同样具有较为复杂的叶片，且在高航速下仍然存在空化、空蚀问题。而水下喷气推进技术和水下气液两相喷射推进技术在工作时均要向水中释放气体，会在水面形成气泡，不利于水下航行器的隐蔽。因此，开发新型水下推进装置成为一种迫切需求，有较为广阔的应用前景。专利号为ZL201010207760.1的中国专利申请《仿乌贼脉冲式喷水推进装置》提出采用活塞往复机构及单向阀配合作用来实现吸/喷水过程，专利号为ZL200510010225.6的中国专利申请《仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人》提出采用形状记忆合金SMA作为动力源来实现喷射推进过程，但这两种推进方式均无法获得较大的喷射推力。
技术实现思路
本专利技术的目的是：为克服现有推进技术存在的不足，提供一种结构简单、瞬时推力大、噪音低的水下柔性喷射推进系统及其使用方法。本专利技术的技术方案是：一种水下柔性喷射推进系统，它包括：推进舱以及控制舱；推进舱包括：第一水腔壳体、第二水腔壳体以及尾端盖；第一水腔壳体与第二水腔壳体连接，内部形成球形水腔；第二水腔壳体与尾端盖连接，内部形成干式密闭空间；在第一水腔壳体的周向上设有与球形水腔相通的进水通道，在进水通道的进水口处设有过滤网，在进水通道的出水口出设有常闭式弹性进水膜；在第一水腔壳体的中心处设有与球形水腔相通的进/排气通道；在球形水腔的轴心处设有柔性气囊组件，柔性气囊组件包括：柔性气囊、多孔支撑骨架以及安装法兰，多孔支撑骨架套接在进/排气通道上，柔性气囊通过安装法兰与第一水腔壳体固定连接，柔性气囊内部为气容腔；在第二水腔壳体的底部中心处设有喷水转接板，喷水转接板设有与球形水腔相匹配的球形凹表面以及与干式密闭空间相通的喷水孔；尾端盖的底部中心处设有喷嘴；干式密闭空间内设有电控开关阀；喷水孔与喷嘴通过电控开关阀连接；控制舱内包括：气瓶、抽/排气筒、直线往复驱动机构、气压传感器、充/放气管路、进气管路、排气管路以及运行截止阀；直线往复驱动机构与抽/排气筒连接；充/放气管路的一端设有充/放气口，另一端接入气瓶，在充/放气口与气瓶之间的充/放气管路上依次设置有充/放气截止阀、过滤器、安全阀以及气压表；进气管路一路通过进/排气通道接入气容腔，一路接入抽/排气筒，另一路通过运行截止阀接入气瓶，在运行截止阀与气容腔之间的进气管路上依次设置有进气常闭式电控阀、第一进气单向阀以及第二进气单向阀，在第二进气单向阀与抽/排气筒之间设有抽气增压常闭式电控阀；排气管路一路通过进/排气通道接入气容腔，一路接入抽/排气筒，另一路通过运行截止阀接入气瓶，在气容腔与运行截止阀之间排气管路上依次设置有排气常闭式电控阀、第一排气单向阀以及第二排气单向阀，在第二排气单向阀与抽/排气筒之间设有排气减压常闭式电控阀；气压传感器设置在进气管路、排气管路与气容腔相通的管路上。当水下柔性喷射推进系统处于存放状态时，运行截止阀处于关闭状态的，当水下柔性喷射推进系统开始投入工作时，需要提前手动开启运行截止阀。进一步的，在第一水腔壳体与第二水腔壳体之间、第一水腔壳体与安装法兰之间、第二水腔壳体与喷水孔转接板之间、第二水腔壳体与尾端盖之间、喷水孔转接板与电控开关阀之间、电控开关阀与喷嘴之间、喷嘴与尾端盖之间的接合面位置均设置有密封圈或密封垫。上述方案中，具体的：推进舱的外形呈漏斗形；控制舱的外形呈圆柱形。上述水下柔性喷射推进系统的使用方法为：充/放气管路用于为气瓶进行充气或放气，进气管路用于为气容腔中提供所需的工作气压，排气管路用于抽空气容腔中的内部气体；当气瓶充气或放气时，首先确保运行截止阀处于关闭状态，然后手动开启充/放气截止阀；充气过程时，外界气源通过充/放气口经过滤器进入气瓶；放气过程时，首先在充/放气口处安装一放气消声器，然后开启充/放气截止阀便可进行放气；在完成充/放气后，手动关闭充/放气截止阀；充气或放气过程中，通过气压表监测气瓶的内部气压；安全阀设有最大气压值，用于保证气瓶的内部气压不超过最大设计气压值；对气容腔进行充气时，开启进气常闭式电控阀以及运行截止阀，气瓶中的气体经第一进气单向阀和第二进气单向阀进入气容腔中，直至气容腔和气瓶的内部气压实现平衡，此时开启抽气增压常闭式电控阀，令直线往复驱动机构带动抽/排气筒工作，将气瓶中的气体抽入气容腔中使气容腔的内部气压持续升而气瓶的内部气压降低；气压传感器实时检测气容腔中的内部气压并反馈给直线往复驱动机构，当气压传感器检测到的气压值满足给定值时，令直线往复驱动机构停止工作，关闭进气常闭式电控阀和抽气增压常闭式电控阀，完成对气容腔的充气过程；对气容腔进行抽气时，开启排气常闭式电控阀运行截止阀，气容腔中的气体经第一排气单向阀和第二排气单向阀进入气瓶中，直至气瓶和气容腔的内部气压实现平衡，此时开启排气减压常闭式电控阀，令直线往复驱动机构带动抽/排气筒工作，将气容腔中的气体排入气瓶中使气容腔的内部气压持续降低而气瓶的内部气压升高；气压传感器实时检测气容腔中的内部气压并反馈给直线往复驱动机构，当气压传感器检测到的气压值满足设定值时，令直线往复驱动机构停止工作，关闭排气常闭式电控阀和排气减压常闭式电控阀，完成对气容腔的抽气过程；对气容腔进行充气时，常闭式进水膜闭合进水通道，柔性气囊逐渐增大令球形水腔的容积变小内部水压升高；当球形水腔的内部压力达到设定值时，电控开关阀开启，球形水腔中的水通过喷嘴喷出；对气容腔进行抽气时，电控开关阀关闭，在抽/排气筒作用下，将气容腔中的气体回收至气瓶中，此时柔性气囊缩小令球形水腔的容积增大而形成相对的负压，使常闭式进水膜开启进水通道，外部的水通过过滤网经进水通道流进球形水腔；气容腔的进气过程和抽气过程即为水下柔性喷射推进系统的一个工作周期，通过控制气容腔的内部气压可以实现控制水下柔性喷射推进系统的推进力大小。有益效果：(1)本专利技术通过以气动静压方式驱动柔性气囊工作，进而控制球形水腔的内部水压，从而达到水下柔性喷射推进目的，装置结构简单，能够实现瞬时大推力推进、重复使用高压气体并避免向水中排放气体，应用于水下航行器可以提高其特定工况下的机动性能和隐蔽性能。(2)本专利技术可应用于水下航行器的快速机动工况，且在水深越浅越容易暴露的情况下，因水中背压越低而产生的喷射推力越大，使得水下航行器在浅水状态下的机动性能越好；本专利技术中所采用的柔性气囊不仅可以起到水腔和气容腔之间的弹性隔膜作用，从而避免驱动气体排放到水中而造成水下航行器暴露，而且还可以通过充气膨胀正好压住常闭式弹性进水膜，进而可以起到喷水时自锁吸水口的作用；(3)本专利技术采用气动静压方式驱动柔性气囊工作，进而控制球形水腔的内部水压，从而能够实现瞬时大推力推进，并利用抽气装置回收柔性气囊中的气体，从而保证水下航行器中的气源能够重复使用。附图说明图1为本专利技术的轴测图；图2为图1的爆炸图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下柔性喷射推进系统，包括：推进舱(100)以及控制舱(200)，其特征在于：所述推进舱(100)包括：第一水腔壳体(1)、第二水腔壳体(5)以及尾端盖(8)；所述第一水腔壳体(1)与所述第二水腔壳体(5)连接，内部形成球形水腔(101)；所述第二水腔壳体(5)与所述尾端盖(8)连接，内部形成干式密闭空间(103)；在所述第一水腔壳体(1)的周向上设有与所述球形水腔(101)相通的进水通道(12)，在所述进水通道(12)的进水口(12A)处设有过滤网(2)，在所述进水通道(12)的出水口(12B)出设有常闭式弹性进水膜(13)；在所述第一水腔壳体(1)的中心处设有与所述球形水腔(101)相通的进/排气通道(14)；在所述球形水腔(101)的轴心处设有柔性气囊组件(3)，所述柔性气囊组件(3)包括：柔性气囊(31)、多孔支撑骨架(32)以及安装法兰(33)，所述多孔支撑骨架(32)套接在所述进/排气通道(14)上，所述柔性气囊(31)通过所述安装法兰(33)与所述第一水腔壳体(1)固定连接，所述柔性气囊(31)内部为气容腔(102)；在所述第二水腔壳体(5)的底部中心处设有喷水转接板(4)，所述喷水转接板(4)设有与所述球形水腔(101)相匹配的球形凹表面(42)以及与所述干式密闭空间(103)相通的喷水孔(41)；所述尾端盖(8)的底部中心处设有喷嘴(7)；所述干式密闭空间(103)内设有电控开关阀(6)；所述喷水孔(41)与所述喷嘴(7)通过所述电控开关阀(6)连接；所述控制舱(200)内包括：气瓶(201)、抽/排气筒(202)、直线往复驱动机构(203)、气压传感器(204)、充/放气管路(205)、进气管路(206)、排气管路(207)以及运行截止阀(208)；所述直线往复驱动机构(203)与所述抽/排气筒(202)连接；所述充/放气管路(205)的一端设有充/放气口(231)，另一端接入所述气瓶(201)，在所述充/放气口(231)与所述气瓶(201)之间的所述充/放气管路(205)上依次设置有充/放气截止阀(232)、过滤器(233)、安全阀(234)以及气压表(235)；所述进气管路(206)一路通过所述进/排气通道(14)接入所述气容腔(102)，一路接入所述抽/排气筒(202)，另一路通过所述运行截止阀(208)接入所述气瓶(201)，在所述运行截止阀(208)与所述气容腔(102)之间的所述进气管路(206)上依次设置有进气常闭式电控阀(211)、第一进气单向阀(212)以及第二进气单向阀(213)，在所述第二进气单向阀(213)与所述抽/排气筒(202)之间设有抽气增压常闭式电控阀(214)；所述排气管路(207)一路通过所述进/排气通道(14)接入所述气容腔(102)，一路接入所述抽/排气筒(202)，另一路通过所述运行截止阀(208)接入所述气瓶(201)，在所述气容腔(102)与所述运行截止阀(208)之间所述排气管路(207)上依次设置有排气常闭式电控阀(221)、第一排气单向阀(222)以及第二排气单向阀(223)，在所述第二排气单向阀(223)与所述抽/排气筒(202)之间设有排气减压常闭式电控阀(224)；所述气压传感器(204)设置在所述进气管路(206)、所述排气管路(207)与所述气容腔(102)相通的管路上。...

【技术特征摘要】
1.一种水下柔性喷射推进系统，包括：推进舱(100)以及控制舱(200)，其特征在于：所述推进舱(100)包括：第一水腔壳体(1)、第二水腔壳体(5)以及尾端盖(8)；所述第一水腔壳体(1)与所述第二水腔壳体(5)连接，内部形成球形水腔(101)；所述第二水腔壳体(5)与所述尾端盖(8)连接，内部形成干式密闭空间(103)；在所述第一水腔壳体(1)的周向上设有与所述球形水腔(101)相通的进水通道(12)，在所述进水通道(12)的进水口(12A)处设有过滤网(2)，在所述进水通道(12)的出水口(12B)出设有常闭式弹性进水膜(13)；在所述第一水腔壳体(1)的中心处设有与所述球形水腔(101)相通的进/排气通道(14)；在所述球形水腔(101)的轴心处设有柔性气囊组件(3)，所述柔性气囊组件(3)包括：柔性气囊(31)、多孔支撑骨架(32)以及安装法兰(33)，所述多孔支撑骨架(32)套接在所述进/排气通道(14)上，所述柔性气囊(31)通过所述安装法兰(33)与所述第一水腔壳体(1)固定连接，所述柔性气囊(31)内部为气容腔(102)；在所述第二水腔壳体(5)的底部中心处设有喷水转接板(4)，所述喷水转接板(4)设有与所述球形水腔(101)相匹配的球形凹表面(42)以及与所述干式密闭空间(103)相通的喷水孔(41)；所述尾端盖(8)的底部中心处设有喷嘴(7)；所述干式密闭空间(103)内设有电控开关阀(6)；所述喷水孔(41)与所述喷嘴(7)通过所述电控开关阀(6)连接；所述控制舱(200)内包括：气瓶(201)、抽/排气筒(202)、直线往复驱动机构(203)、气压传感器(204)、充/放气管路(205)、进气管路(206)、排气管路(207)以及运行截止阀(208)；所述直线往复驱动机构(203)与所述抽/排气筒(202)连接；所述充/放气管路(205)的一端设有充/放气口(231)，另一端接入所述气瓶(201)，在所述充/放气口(231)与所述气瓶(201)之间的所述充/放气管路(205)上依次设置有充/放气截止阀(232)、过滤器(233)、安全阀(234)以及气压表(235)；所述进气管路(206)一路通过所述进/排气通道(14)接入所述气容腔(102)，一路接入所述抽/排气筒(202)，另一路通过所述运行截止阀(208)接入所述气瓶(201)，在所述运行截止阀(208)与所述气容腔(102)之间的所述进气管路(206)上依次设置有进气常闭式电控阀(211)、第一进气单向阀(212)以及第二进气单向阀(213)，在所述第二进气单向阀(213)与所述抽/排气筒(202)之间设有抽气增压常闭式电控阀(214)；所述排气管路(207)一路通过所述进/排气通道(14)接入所述气容腔(102)，一路接入所述抽/排气筒(202)，另一路通过所述运行截止阀(208)接入所述气瓶(201)，在所述气容腔(102)与所述运行截止阀(208)之间所述排气管路(207)上依次设置有排气常闭式电控阀(221)、第一排气单向阀(222)以及第二排气单向阀(223)，在所述第二排气单向阀(223)与所述抽/排气筒(202)之间设有排气减压常闭式电控阀(224)；所述气压传感器(204)设置在所述进气管路(206)、所述排气管路(207)与所述气容腔(102)相通的管路上。2.如权利要求1所述的一种水下柔性喷射推进系统，其特征在于：在所述第一水腔壳体(1)与所述第二水腔壳体(5)之间、所述第一水腔壳体(1)与所述安装法兰(33)之间、所述第二水腔壳体(5)与所述喷水孔转接板(4)之间、所述第二水腔壳体(5)与所述尾端盖(8)之间、所述喷水孔转接板(4)与所述电控开关阀(6)之间、所述电控开关阀(6)与所述喷嘴(7)之间、所述喷嘴(7)与所述尾端盖(8)之间的接合面位置均设置有密封圈或密封垫。3.如权利要求1所述的一种水下柔性喷射推进系统，其特征在于：所述推进舱(100)的外形呈漏斗形；所述控制舱(...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖前进，吴涛，景东风，胡旭，陈虹，钱家昌，张满弓，关夏威，魏伟，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42