CN111114727B - 一种流体螺旋推力驱动的推进器 - Google Patents

Abstract

一种流体螺旋推力驱动的推进器，本发明涉及运输技术领域中用于水下居住或作业的设备技术领域；倒锥形空腔结构的外环壁上设有内嵌螺旋叶片。利用流体对推进器空腔上的内嵌螺旋叶片的作用，其水平分力沿着推进器切向产生旋转力矩，作用特征是旋转力矩对推进器产生旋转的机械能使推进器在水面上旋转，其向上分力与沿推进器放置方向相同，方向与其中心轴平行垂直作用在内嵌螺旋叶片上，产生浮力与推进器空腔、叶形平衡器的空腔配合提升推进器漂浮性能；内嵌螺旋叶片在推进器空腔外侧体型的变化规律使推进器在流体作用下旋转时更加平稳。

Description

一种流体螺旋推力驱动的推进器

技术领域

本发明涉及运输技术领域中用于水下居住或作业的设备技术领域，具体涉及一种流体螺旋推力驱动的推进器。

背景技术

流体动力是人类应用最广泛的技术，其中天然水流对于人类而言是最为便利的动力来源。由于天然水流是不稳定的，一般天然水流的驱动力的利用需要一定的地形、水流条件，现有的技术中将天然水流的驱动力可利用并能有效控制是极为困难的。如果能够将天然水流的驱动力合理利用起来，那将会给水上交通带来便利。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理的流体螺旋推力驱动的推进器，有效的利用天然河流的动力，形成旋转并实现有效控制，能够自身保持平衡的同时，还能够达到推进器自动收放牵引线的目的。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：它包含上部分结构和下部分结构，其中，上部分结构包含调整锥固定螺栓、绕线手柄、绕线支撑环、绕线支架、绕线盘线轴、上部挡板、下部挡板、接线耳绕线中心轴、绕线下轴承、绕线上轴承、绕线支撑轴承；调整锥固定螺栓穿设固定在绕线手柄的顶壁，绕线手柄为中空结构，其设置于绕线支撑环内环中，绕线支撑环中嵌设有绕线支撑轴承，绕线支撑轴承中开设有穿线孔，绕线盘线轴的上端固定有上部挡板，上部挡板固定在绕线手柄的底表面，绕线盘线轴的下端固定有下部挡板，且绕线盘线轴的下端侧壁固定有接线耳，绕线中心轴的上下两端分别利用绕线上轴承和绕线下轴承旋接在绕线盘线轴内；

上述下部分结构包含推进器空腔、叶形平衡器、叶形平衡器连接杆、内嵌螺旋叶片、平衡球、调整锥、调整锥柔性钢丝；绕线支撑环的下表面圆心等角度固定有若干个绕线支架，若干个绕线支架的下端固定在推进器空腔的顶壁上，推进器空腔的顶壁开设有通孔，该通孔与绕线中心轴以及绕线手柄相互贯通设置；调整锥柔性钢丝的上端固定在调整锥固定螺栓的下端，调整锥柔性钢丝的下端依次穿过绕线手柄的底壁、绕线中心轴以及通孔后，与悬设于推进器空腔内的调整锥连接，调整锥下方的推进器空腔内设有平衡球，推进器空腔由上部的圆柱形空腔结构和下部的倒锥形空腔结构构成，圆柱形空腔结构的下端一体成型有倒锥形空腔结构，圆柱形空腔结构的外环壁上利用数个叶形平衡器连接杆连接有叶形平衡器；倒锥形空腔结构的外环壁上设有内嵌螺旋叶片。

进一步地，所述的绕线手柄的上端外环壁上开设有螺纹槽。

进一步地，所述的内嵌螺旋叶片沿一条空间螺旋线分布在倒锥形空腔结构的外侧。

进一步地，位于倒锥形空腔结构中部的内嵌螺旋叶片的深度和宽度均大于位于倒锥形空腔结构上下两端的内嵌螺旋叶片的深度和宽度。

本发明的工作原理：

水中调整放置方向及平衡：

推进器放置于水中后，由于推进器空腔、叶形平衡器的空腔和内嵌螺旋叶片，在浮力作用下自动漂浮于水面，由于推进器空腔顶部为上部的圆柱形空腔结构、下部的倒锥形空腔结构，且侧壁沿着圆周铅垂设计，进入水体后的平衡球处于运动状态，在推进器空腔的内壁结构引导下，不能停留在空腔上部，最终停留在下部的倒锥形空腔结构的底部，平衡球和推进器空腔的构造共同完成推进器自动调整在水面的位置调整；同时，由于整个推进器呈轴对称设计，叶形平衡器外侧的边界在位置调整的过程中，与水流进行作用，朝下的叶型面产生向上的推力，向上的叶型面面积较朝下的叶型面小，在水流的作用下产生向下压力，向上的推力大于向下的压力，加之向上的推力和向下的压力作用线不过推进器的中心线，且不共线，两个力在空间上形成与轴有不同夹角的，且大小不等旋转力矩，因此在这两个旋转力矩的作用下推进器倾斜方向上的产生的低速旋转，此旋转为推进器空腔中的平衡球向下运动创造条件，进而加快了推进器在水中放置位置的调整，即推进器空腔、平衡球的运动规律和叶形平衡器促进推进器位置调整，最终平衡器停留在倒锥形空腔结构的底部，推进器的结构设计保持了推进器在水中的短暂平衡，不倾斜处于正向放置；由于叶形平衡器的位置在圆柱形空腔结构的外侧，当推进器在流体中调整好位置后，叶形平衡器以下结构全部浸入流体中，增强了推进器整体的平衡性；

水流对内嵌螺旋叶片作用，产生旋转和浮力：

利用流体对推进器空腔上的内嵌螺旋叶片的作用，其水平分力沿着推进器切向产生旋转力矩，作用特征是旋转力矩对推进器产生旋转的机械能使推进器在水面上旋转，其向上分力与沿推进器放置方向相同，方向与其中心轴平行垂直作用在内嵌螺旋叶片上，产生浮力与推进器空腔、叶形平衡器的空腔配合提升推进器漂浮性能；内嵌螺旋叶片在推进器空腔外侧体型的变化规律使推进器在流体作用下旋转时更加平稳；

水中旋转绕线：

在水流作用下，推进器空腔上内嵌螺旋叶片获得旋转力矩，推进器的外部结构形成旋转运动，由于推进器整体为轴对称设计，其旋转受到内嵌螺旋叶片的位置和大小、推进器的尺寸、叶形平衡器和平衡球的几何空间布置及其尺寸关系等因素影响，旋转的推进器中调整锥由于惯性的作用与旋转的推进器存在转动不同步，利用不同步特征进行绕线可知操作，即将绕线的下端由穿线孔向下引出，并绑设在接线耳上，再将该推进器置于水中，其漂浮于水面，水流对内嵌螺旋叶片具有冲击力，从而对内嵌螺旋叶片具有一定的施力，内嵌螺旋叶片受力之后，带动推进器空腔旋转，在推进器空腔内部的平衡球以及叶形平衡器共同作用下，使得推进器在进行旋转的同时保持平衡，消除旋转过程中产生的涡流，整个旋转过程中，绕线手柄、绕线盘线轴、上部挡板、下部挡板以及接线耳均保持不动，推进器空腔旋转的同时，带动绕线卷绕于绕线盘线轴上，通过调整锥柔性钢丝来调整调整锥的高度，用来调整整个推进器位于水中的下沉量；调整锥的角速度与陀螺仪的角速度不相等时，整个推进器实现绕线功能。

采用上述结构后，本发明的有益效果是：本发明提供了一种流体螺旋推力驱动的推进器，有效的利用天然河流的动力，形成旋转并实现有效控制，能够自身保持平衡的同时，还能够达到推进器自动收放牵引线的目的。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的主视图。

图3是图2的俯视图。

图4是图2中V-V向剖视图

图5是图2中J-J向剖视图。

图6是图2中K-K向剖视图。

图7是图2中L-L向剖视图。

图8是图2中P-P向剖视图。

图9是图2中R-R向剖视图。

图10是图2中S-S向剖视图。

图11是本发明位于水中调整放置方向及平衡的原理图。

图12是本发明水流对内嵌螺旋叶片作用，产生旋转和浮力的原理图。

图13是本发明水中旋转绕线的原理图。

附图标记说明：

调整锥固定螺栓1、绕线手柄2、穿线孔3、绕线支撑环4、绕线支架5、绕线盘线轴6、上部挡板7、下部挡板8、接线耳9、绕线中心轴10、绕线下轴承11、绕线上轴承12、绕线支撑轴承13、螺纹槽14、推进器空腔15、圆柱形空腔结构15-1、倒锥形空腔结构15-2、叶形平衡器16、叶形平衡器连接杆17、内嵌螺旋叶片18、平衡球19、调整锥20、调整锥柔性钢丝21、通孔22。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图10所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含上部分结构和下部分结构，其中，上部分结构包含调整锥固定螺栓1、绕线手柄2、绕线支撑环4、绕线支架5、绕线盘线轴6、上部挡板7、下部挡板8、接线耳9绕线中心轴10、绕线下轴承11、绕线上轴承12、绕线支撑轴承13；调整锥固定螺栓1穿设固定在绕线手柄2的顶壁，绕线手柄2为中空结构，绕线手柄2的上端外环壁上开设有螺纹槽14，绕线手柄2设置于绕线支撑环4内环中，绕线支撑环4中嵌设有绕线支撑轴承13，绕线支撑轴承13中开设有穿线孔3，绕线盘线轴6的上端固定有上部挡板7，上部挡板7固定在绕线手柄2的底表面，绕线盘线轴6的下端固定有下部挡板8，且绕线盘线轴6的下端侧壁固定有接线耳9，上述绕线手柄2、上部挡板7、绕线盘线轴6以及下部挡板8为一体式结构，绕线中心轴10的上下两端分别利用绕线上轴承12和绕线下轴承11旋接在绕线盘线轴6内；

上述的下部分结构包含推进器空腔15、叶形平衡器16、叶形平衡器连接杆17、内嵌螺旋叶片18、平衡球19、调整锥20、调整锥柔性钢丝21；绕线支撑环4的下表面圆心等角度焊接固定有若干个绕线支架5，若干个绕线支架5的下端均焊接固定在推进器空腔15的顶壁上，推进器空腔15的顶壁开设有通孔22，该通孔22与绕线中心轴10以及绕线手柄2相互贯通设置；调整锥柔性钢丝21的上端穿设并打结固定在调整锥固定螺栓1的下端，调整锥柔性钢丝21的下端依次穿过绕线手柄2的底壁、绕线中心轴10以及通孔22后，与悬设于推进器空腔15内的调整锥20打结固定，调整锥20下方的推进器空腔15内设有平衡球19，推进器空腔15由上部的圆柱形空腔结构15-1和下部的倒锥形空腔结构15-2构成，圆柱形空腔结构15-1的下端一体成型有倒锥形空腔结构15-2，圆柱形空腔结构15-1的外环壁上利用数个叶形平衡器连接杆17连接有叶形平衡器16（叶形平衡器连接杆17、叶形平衡器16以及圆柱形空腔结构15-1的外环壁之间焊接固定）；倒锥形空腔结构15-2的外环壁上开设有内嵌螺旋叶片18，且内嵌螺旋叶片18沿一条空间螺旋线分布在倒锥形空腔结构15-2的外侧，位于倒锥形空腔结构15-2中部的内嵌螺旋叶片18的深度和宽度均大于位于倒锥形空腔结构15-2上下两端的内嵌螺旋叶片18的深度和宽度。

本具体实施方式的工作原理：

参看图11，水中调整放置方向及平衡：

推进器放置于水中后，由于推进器空腔15、叶形平衡器16的空腔和内嵌螺旋叶片18，在浮力作用下自动漂浮于水面，由于推进器空腔15顶部为上部的圆柱形空腔结构15-1、下部的倒锥形空腔结构15-2，且侧壁沿着圆周铅垂设计，进入水体后的平衡球19处于运动状态，在推进器空腔15的内壁结构引导下，不能停留在空腔上部，最终停留在下部的倒锥形空腔结构15-2的底部，平衡球19和推进器空腔15的构造共同完成推进器自动调整在水面的位置调整；同时，由于整个推进器呈轴对称设计，叶形平衡器16外侧的边界在位置调整的过程中，与水流进行作用，朝下的叶型面产生向上的推力F1，向上的叶型面面积较朝下的叶型面小，在水流的作用下产生向下压力F2，此时F1>F2，加之F1和F2作用线不过推进器的中心线，且不共线，两个力在空间上形成与轴有不同夹角的，且大小不等旋转力矩，因此在这两个旋转力矩的作用下推进器倾斜方向上的产生的低速旋转，此旋转为推进器空腔15中的平衡球19向下运动创造条件，进而加快了推进器在水中放置位置的调整，即推进器空腔15、平衡球19的运动规律和叶形平衡器16促进推进器位置调整，最终平衡器停留在倒锥形空腔结构15-2的底部，推进器的结构设计保持了推进器在水中的短暂平衡，不倾斜处于正向放置；由于叶形平衡器16的位置在圆柱形空腔结构15-1的外侧，当推进器在流体中调整好位置后，叶形平衡器16以下结构全部浸入流体中，增强了推进器整体的平衡性；

参看图12，水流对内嵌螺旋叶片作用，产生旋转和浮力：

利用流体对推进器空腔15上的内嵌螺旋叶片18的作用，其水平分力F3沿着推进器切向产生旋转力矩，作用特征是旋转力矩对推进器产生旋转的机械能使推进器在水面上旋转，其向上分力F4与沿推进器放置方向相同，方向与其中心轴平行垂直作用在内嵌螺旋叶片18上，产生浮力与推进器空腔15、叶形平衡器16的空腔配合提升推进器漂浮性能；内嵌螺旋叶片18在推进器空腔15外侧体型的变化规律使推进器在流体作用下旋转时更加平稳；

参看图13，水中旋转绕线：

在水流作用下，推进器空腔15上内嵌螺旋叶片18获得旋转力矩，推进器的外部结构形成旋转运动，由于推进器整体为轴对称设计，其旋转受到内嵌螺旋叶片18的位置和大小、推进器的尺寸、叶形平衡器16和平衡球19的几何空间布置及其尺寸关系等因素影响，旋转的推进器中调整锥20由于惯性的作用与旋转的推进器存在转动不同步，利用不同步特征进行绕线可知操作，即将绕线的下端由穿线孔3向下引出，并绑设在接线耳9上，再将该推进器置于水中，其漂浮于水面，水流对内嵌螺旋叶片18具有冲击力，从而对内嵌螺旋叶片18具有一定的施力，内嵌螺旋叶片18受力之后，带动推进器空腔15旋转，在推进器空腔15内部的平衡球19以及叶形平衡器16共同作用下，使得推进器在进行旋转的同时保持平衡，消除旋转过程中产生的涡流，整个旋转过程中，绕线手柄2、绕线盘线轴6、上部挡板7、下部挡板8以及接线耳9均保持不动，推进器空腔15旋转的同时，带动绕线卷绕于绕线盘线轴6上，通过调整锥柔性钢丝21来调整调整锥20的高度，用来调整整个推进器位于水中的下沉量；调整锥的角速度W1与陀螺仪的角速度W2不相等时，整个推进器实现绕线功能。

采用上述结构后，本具体实施方式的有益效果如下：

1、利用推进器空腔、叶形平衡器的空腔和内嵌螺旋叶片，达到推进器的漂浮与平衡；

2、利用推进器空腔、平衡球的运动达到推进器平衡放置位置的自动调整；

3、利用水流对内嵌螺旋叶片的旋转机械能达到推进器的旋转，以及利用水流对内嵌螺旋叶片的向上分力提升推进器的浮力；

4、利用叶形平衡器保证推进器增强推进器浮力，叶形构造有利于形成漂浮的平稳状态；

5、旋转的推进器中调整锥由于惯性的作用与旋转的推进器存在转动不同步，利用不同步特征进行绕线可知操作。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种流体螺旋推力驱动的推进器，其特征在于：它包含上部分结构和下部分结构，其中，上部分结构包含调整锥固定螺栓（1）、绕线手柄（2）、绕线支撑环（4）、绕线支架（5）、绕线盘线轴（6）、上部挡板（7）、下部挡板（8）、接线耳（9）绕线中心轴（10）、绕线下轴承（11）、绕线上轴承（12）、绕线支撑轴承（13）；调整锥固定螺栓（1）穿设固定在绕线手柄（2）的顶壁，绕线手柄（2）为中空结构，其设置于绕线支撑环（4）内环中，绕线支撑环（4）中嵌设有绕线支撑轴承（13），绕线支撑轴承（13）中开设有穿线孔（3），绕线盘线轴（6）的上端固定有上部挡板（7），上部挡板（7）固定在绕线手柄（2）的底表面，绕线盘线轴（6）的下端固定有下部挡板（8），且绕线盘线轴（6）的下端侧壁固定有接线耳（9），绕线中心轴（10）的上下两端分别利用绕线上轴承（12）和绕线下轴承（11）旋接在绕线盘线轴（6）内；

上述下部分结构包含推进器空腔（15）、叶形平衡器（16）、叶形平衡器连接杆（17）、内嵌螺旋叶片（18）、平衡球（19）、调整锥（20）、调整锥柔性钢丝（21）；绕线支撑环（4）的下表面圆心等角度固定有若干个绕线支架（5），若干个绕线支架（5）的下端固定在推进器空腔（15）的顶壁上，推进器空腔（15）的顶壁开设有通孔（22），该通孔（22）与绕线中心轴（10）以及绕线手柄（2）相互贯通设置；调整锥柔性钢丝（21）的上端固定在调整锥固定螺栓（1）的下端，调整锥柔性钢丝（21）的下端依次穿过绕线手柄（2）的底壁、绕线中心轴（10）以及通孔（22）后，与悬设于推进器空腔（15）内的调整锥（20）连接，调整锥（20）下方的推进器空腔（15）内设有平衡球（19），推进器空腔（15）由上部的圆柱形空腔结构（15-1）和下部的倒锥形空腔结构（15-2）构成，圆柱形空腔结构（15-1）的下端一体成型有倒锥形空腔结构（15-2），圆柱形空腔结构（15-1）的外环壁上利用数个叶形平衡器连接杆（17）连接有叶形平衡器（16）；倒锥形空腔结构（15-2）的外环壁上设有内嵌螺旋叶片（18）；所述的绕线手柄（2）的上端外环壁上开设有螺纹槽（14）；所述的内嵌螺旋叶片（18）沿一条空间螺旋线分布在倒锥形空腔结构（15-2）的外侧；位于倒锥形空腔结构（15-2）中部的内嵌螺旋叶片（18）的深度和宽度均大于位于倒锥形空腔结构（15-2）上下两端的内嵌螺旋叶片（18）的深度和宽度。

2.根据权利要求1所述的一种流体螺旋推力驱动的推进器，其特征在于：它的工作原理：

水中调整放置方向及平衡：

推进器放置于水中后，由于推进器空腔（15）、叶形平衡器（16）的空腔和内嵌螺旋叶片（18），在浮力作用下自动漂浮于水面，由于推进器空腔（15）顶部为上部的圆柱形空腔结构（15-1）、下部的倒锥形空腔结构（15-2），且侧壁沿着圆周铅垂设计，进入水体后的平衡球（19）处于运动状态，在推进器空腔（15）的内壁结构引导下，不能停留在空腔上部，最终停留在下部的倒锥形空腔结构（15-2）的底部，平衡球（19）和推进器空腔（15）的构造共同完成推进器自动调整在水面的位置调整；同时，由于整个推进器呈轴对称设计，叶形平衡器（16）外侧的边界在位置调整的过程中，与水流进行作用，朝下的叶型面产生向上的推力，向上的叶型面面积较朝下的叶型面小，在水流的作用下产生向下压力，向上的推力大于向下的压力，加之向上的推力和向下的压力作用线不过推进器的中心线，且不共线，两个力在空间上形成与轴有不同夹角的，且大小不等旋转力矩，因此在这两个旋转力矩的作用下推进器倾斜方向上的产生的低速旋转，此旋转为推进器空腔（15）中的平衡球（19）向下运动创造条件，进而加快了推进器在水中放置位置的调整，即推进器空腔（15）、平衡球（19）的运动规律和叶形平衡器（16）促进推进器位置调整，最终平衡器停留在倒锥形空腔结构（15-2）的底部，推进器的结构设计保持了推进器在水中的短暂平衡，不倾斜处于正向放置；由于叶形平衡器（16）的位置在圆柱形空腔结构（15-1）的外侧，当推进器在流体中调整好位置后，叶形平衡器（16）以下结构全部浸入流体中，增强了推进器整体的平衡性；

水流对内嵌螺旋叶片作用，产生旋转和浮力：

利用流体对推进器空腔（15）上的内嵌螺旋叶片（18）的作用，其水平分力沿着推进器切向产生旋转力矩，作用特征是旋转力矩对推进器产生旋转的机械能使推进器在水面上旋转，其向上分力与沿推进器放置方向相同，方向与其中心轴平行垂直作用在内嵌螺旋叶片（18）上，产生浮力与推进器空腔（15）、叶形平衡器（16）的空腔配合提升推进器漂浮性能；内嵌螺旋叶片（18）在推进器空腔（15）外侧体型的变化规律使推进器在流体作用下旋转时更加平稳；

水中旋转绕线：

在水流作用下，推进器空腔（15）上内嵌螺旋叶片（18）获得旋转力矩，推进器的外部结构形成旋转运动，由于推进器整体为轴对称设计，其旋转受到内嵌螺旋叶片（18）的位置和大小、推进器的尺寸、叶形平衡器（16）和平衡球（19）的几何空间布置及其尺寸关系的因素影响，旋转的推进器中调整锥（20）由于惯性的作用与旋转的推进器存在转动不同步，利用不同步特征进行绕线可知操作，即将绕线的下端由穿线孔（3）向下引出，并绑设在接线耳（9）上，再将该推进器置于水中，其漂浮于水面，水流对内嵌螺旋叶片（18）具有冲击力，从而对内嵌螺旋叶片（18）具有一定的施力，内嵌螺旋叶片（18）受力之后，带动推进器空腔（15）旋转，在推进器空腔（15）内部的平衡球（19）以及叶形平衡器（16）共同作用下，使得推进器在进行旋转的同时保持平衡，消除旋转过程中产生的涡流，整个旋转过程中，绕线手柄（2）、绕线盘线轴（6）、上部挡板（7）、下部挡板（8）以及接线耳（9）均保持不动，推进器空腔（15）旋转的同时，带动绕线卷绕于绕线盘线轴（6）上，通过调整锥柔性钢丝（21）来调整调整锥（20）的高度，用来调整整个推进器位于水中的下沉量；调整锥的角速度与陀螺仪的角速度不相等时，整个推进器实现绕线功能。