1.本发明属于船舶水下推进技术领域，涉及船舶喷水推进技术，具体涉及一种仿乌贼脉冲射流推进器。


背景技术：

2.目前的船舶水下推进技术主要包括螺旋桨推进、喷水推进、泵喷推进等。螺旋桨推进技术历史悠久且最为成熟，广泛应用于各种船舶及潜艇的推进当中；但螺旋桨推进技术缺点也较为明显，水下辐射噪音大，且由于空化的存在，常规螺旋桨船舶的航速已达到临界。喷水推进技术在八十年代以来发展迅速，由于其具有推进效率高、水下辐射噪音小、临界航速较常规螺旋桨临界航速更高等优点，在中高速船舶的推进当中具有较大前景，目前已应用于如滑行艇、穿浪艇、水翼艇、气垫船、滨海战斗舰等多种中小型中高速民用船舶及军用舰艇当中；但喷水推进技术采用轴流泵或混流泵作为推进装置主体，依然无法避免空化的产生，其水下辐射噪音也高于海洋环境噪音，且在25节以下的低航速下效率低于螺旋桨推进。目前来看，航速在28节以下的船舶往往适合采用螺旋桨推进，航速在30节以上的船舶则更适合采用喷水推进，而航速在28～30节的船舶则采用两种推进方式都可取。除了以上两种推进技术之外，泵喷推进技术结合了螺旋桨和喷水推进泵的结构特点，其与喷水推进泵的主要区别在于其将泵直接安装于潜艇尾部，不需额外的进水流道，主要应用于新型军用潜艇的推进当中，具有推进效率高、临界航速高等优点；但泵喷推进器也无法避免空化的产生。
3.乌贼在运动时通过肌肉的收缩和舒张控制腔体的体积变化，从而实现腔体的吸水与喷水循环过程提供乌贼前进的动力。由于乌贼喷射推进的效率很高，且能实现低噪音游动，没有水流空化的问题。因此设计一种仿乌贼脉冲射流推进器，通过可变形的管腔结构的往复伸缩实现推进器的吸水与喷水循环过程，并通过喷口处的射流反冲力实现对船舶的推进。与传统的螺旋桨和喷水推进器相比，仿乌贼脉冲射流推进器具有水下辐射噪音小(水下辐射噪音接近水体环境噪音)、推进效率高、抗空化能力强、对水生动物影响小等优点。目前在对于船舶及潜艇推进技术的研究中，针对仿乌贼脉冲射流推进的设计研究相对较少，发展前景较为可观。


技术实现要素：

4.本发明针对当前船舶水下推进器噪音较大、抗空化能力不强的问题，提供一种具有乌贼喷射推进高效率、低噪音、抗空化能力强的脉冲射流推进方案，使仿乌贼脉冲射流推进器实现周期射流反冲推进的功能。
5.本发明是这样实现的：
6.一种仿乌贼脉冲射流推进器，其特征在于，所述的推进器包括支撑装置、以及固定在支撑装置内部的喷水装置以及驱动装置；
7.所述的喷水装置包括滑动端盖，所述的滑动端盖外表面设置若干导轨接头，所述
的滑动端盖下端依次为可变形腔管、储水管、喷嘴，所述的储水管侧面设置有若干吸水单向阀，所述的喷嘴底部内侧设置有喷水单向阀；所述的可变形腔管与储水管嵌套连接，所述的可变形腔管外侧为波纹结构，可变形腔管上端的螺纹孔与滑动端盖的外圈螺纹孔对应并通过螺栓连接；
8.所述的支撑装置包括支臂端板，以及支臂端板下端依次设置的支撑臂、支撑壳、后连接环，所述的支臂端板下表面设置有电机支架、轴支座；所述的支撑臂内表面设置有导轨；所述的支撑壳内表面设置有前连接环；
9.所述的可变形腔管采用波纹管形式，前端与滑动端盖螺纹配合连接，后端与储水管前端嵌套配合连接并保证连接处的密封；可变形腔管在工作时进行往复伸缩，腔体体积变化带动水流进出管腔，进而实现吸水和喷水的交互循环。
10.进一步，所述的驱动装置包括旋转电机，曲轴，连杆，十字头；所述的旋转电机安装在电机支架上，旋转电机的输出轴和曲轴的直段通过圆柱轴伸切向键连接；曲轴直段为阶梯轴形式用于固定轴承相对轴支座的位置，曲轴的弯曲段与连杆相配合；所述的连杆大头端连接曲轴的弯曲段，为可拆解的形式。
11.进一步，所述的连杆大头端包括连杆盖、连杆轴瓦、连杆螺杆与连杆螺母；小头端与十字头连接，所述的十字头是一中间有插销的圆筒，插销用于将十字头与连杆连接；十字头后端开有螺纹孔，与滑动端盖的内圈螺纹孔对应，用以将十字头与滑动端盖通过螺栓连接，驱动装置驱动可变形管腔的伸缩，驱动装置工作时，曲轴连杆随旋转电机输出端转动带动连杆摆动以及十字头的直线往复运动。
12.进一步，所述的滑动端盖为一带环形侧壁的圆板，导轨接头设置为四个，周向间隔90
°
设置，用于与支撑装置的导轨配合成导轨副，喷水装置的滑动端盖可沿导轨滑动，从而带动可变形腔管沿直线往复伸缩；滑动端盖上设置内圈螺纹孔，与驱动装置的十字头相连接，外圈螺纹孔与可变形腔管相连接。
13.进一步，所述的储水管为圆筒形状，通过前连接环和后连接环固定在支撑壳上，储水管前端与可变形腔管连接，后端与喷嘴焊接在一起；储水管侧面周向等距布置的四个吸水口，吸水口外侧壁形成一个内凹平台，平台上打螺纹孔以固定吸水单向阀。
14.进一步，所述的喷嘴固定在储水管下端，为一收缩的圆台结构，喷嘴末端喷水口内侧内凹形成平台并打螺纹孔固定喷水单向阀。
15.进一步，所述的吸水单向阀、喷水单向阀为相同的结构，均为双瓣对夹旋启式单向阀；吸水单向阀开启方向朝向储水管内，喷水单向阀开启方向朝向储水管外；吸水单向阀通过螺栓连接于吸水口处的平台，喷水单向阀通过螺栓连接于喷嘴末端内侧喷水口处的平台；所述的吸水单向阀、喷水单向阀包括转轴，阀瓣，扭转弹簧。
16.进一步，所述的单向阀工作时，阀瓣围绕转轴旋转开合，扭转弹簧和单向阀阀壁的凸台限制阀瓣只能进行单方向的开合，单向阀开合的过程如下：当驱动装置驱动可变形腔管开始伸长时，外界水体流入使推进器开始吸水，吸水单向阀打开而喷水单向阀闭合，当驱动装置驱动可变形腔管开始收缩时，推进器内水流流出使推进器开始喷水，喷水单向阀打开而吸水单向阀闭合。
17.进一步，所述的支撑装置用于将推进器连接于船体；所述的支撑壳为圆柱壳体，中部的前连接环和末端的后连接环用于将喷水装置的储水管固定在支撑壳上；后连接环用于
将吸水口前部的推进器部分与水体隔绝，防止进水；后连接环的延伸部分形成密封壳，与船体外壳进行焊接并保证充分隔水；支撑壳上端间隔90
°
焊接四条切面形状为扇环的梁，即支撑臂，其扇环内半径与圆柱壳外半径相等，壁厚应不小于支撑壳壁厚，每条支撑臂的圆心角为30
°
～45
°
，四条支撑臂前端由支臂端板连接在一起；
18.进一步，所述的支臂端板为一圆板，用于将支撑臂前端连接在一起，其上安装电机支架与轴支座；电机支架上打螺纹孔用于安装旋转电机；轴支座设置两个，用于安装滚动轴承，弹性挡圈，滚动轴承用于固定轴相对推进器的位置，滚动轴承相对轴支座的位置通过弹性挡圈进行固定；支撑壳、支撑臂及支臂端盖上打孔以将推进器固定在船体内。
19.进一步，在仿乌贼脉冲射流推进器工作时，驱动装置输出固定频率的往复推进力，可变形腔管在驱动装置的带动下按该频率伸缩：当可变形腔管开始伸长时，推进器从水体里吸水，此时吸水单向阀打开而喷水单向阀关闭；当可变形腔管开始收缩时，推进器将内部水流喷出，此时喷水单向阀打开而吸水单向阀关闭；喷出水流的反推力使推进器产生向前的动力，从而完成脉冲射流反冲推进的一个周期。通过以上过程推进器便可达到乌贼仿生推进的吸水与喷水交互循环过程，并按照驱动装置输出的固定频率往复不断地进行射流反冲推进。
20.本发明与现有技术的有益效果在于：
21.本发明的仿乌贼脉冲射流推进器只是对水流进行搬运，对水流的加热效果不明显，对水体的汽化现象不显著，因此抗空化能力强，水下辐射噪音(水下辐射噪音接近水体环境噪音)及船体振动小，同时该仿乌贼脉冲射流推进器还具有推进效率高、对水生动物影响小等优点。
附图说明
22.图1是本发明仿乌贼脉冲射流推进器的结构示意图；
23.图2是本发明仿乌贼脉冲射流推进器的可变形管腔装置的结构示意图；
24.图3是本发明仿乌贼脉冲射流推进器的滑动端盖的结构示意图；
25.图4是本发明仿乌贼脉冲射流推进器的可变形腔管的结构示意图；
26.图5是本发明仿乌贼脉冲射流推进器的吸水单向阀及喷水单向阀的结构示意图；
27.图6是本发明仿乌贼脉冲射流推进器的喷水单向阀与吸水单向阀的工作示意图；
28.图7是本发明仿乌贼脉冲射流推进器的支撑装置的结构示意图；
29.图8是本发明仿乌贼脉冲射流推进器的支臂端板、电机支架与轴支座的结构示意图；
30.图9是本发明仿乌贼脉冲射流推进器的驱动装置的结构示意图；
31.其中，1-喷水装置，2-支撑装置，3-驱动装置，1.1-滑动端盖，1.2-导轨接头，1.3-可变形腔管，1.4-储水管，1.5-喷嘴，1.6-吸水单向阀，1.7-喷水单向阀，1.6.1-第一转轴，1.6.2-第一阀瓣，1.6.3-第一扭转弹簧，1.7.1-第二转轴，1.7.2-第二阀瓣，1.7.3-第二扭转弹簧，2.1-支臂端板，2.2-电机支架，2.3-轴支座，2.4-支撑臂，2.5-导轨，2.6-支撑壳，2.7-前连接环，2.8-后连接环，2.3.1-滚动轴承，2.3.2-弹性挡圈，3.1-旋转电机，3.2-曲轴，3.3-连杆，3.4-十字头。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
33.本发明的仿乌贼脉冲射流推进器如图1所示，主要由喷水装置、支撑装置及驱动装置组成。其中喷水装置包括滑动端盖、导轨接头、可变形腔管、储水管、喷嘴、吸水单向阀和喷水单向阀；支撑装置包括支撑壳、支撑臂、导轨、支臂端板、电机支架、轴支座、前连接环、后连接环；驱动装置包括曲轴、连杆、十字头及旋转电机。本发明的脉冲射流推进器沿轴线中心对称，靠近喷嘴方向为后端，靠近支臂端板方向为前端。
34.喷水装置如图2所示，是仿乌贼脉冲射流推进器的核心部分，借助可变形腔管的往复伸缩实现管腔体积的往复改变，进而实现吸水喷水的循环过程，达到推进器间歇式推进的效果。滑动端盖如图3所示，为一带环形侧壁的圆板，周向间隔90
°
设置有四个导轨接头用于与支撑装置的导轨配合成导轨副；滑动端盖上的内圈螺纹孔用以与驱动装置的十字头相连接，外圈螺纹孔用以与可变形腔管相连接。储水管为圆筒形状，通过前连接环和后连接环固定在支撑壳上，前端与可变形腔管连接，后端与喷嘴焊接在一起；储水管后端设置有周向等距布置的四个吸水口，吸水口外侧壁形成一个内凹平台，平台上打螺纹孔以固定吸水单向阀。喷嘴固定在储水管后端，为一收缩的圆台结构，喷嘴末端喷水口内侧内凹形成平台并打螺纹孔以固定喷水单向阀。可变形腔管如图4所示，采用波纹管形式，前端与滑动端盖螺纹配合连接，后端与储水管前端嵌套配合连接并保证连接处的密封；可变形腔管在工作时可进行往复伸缩，腔体体积变化带动水流进出管腔，进而实现吸水和喷水的交互循环过程；波纹管的材料、外径、内径、波距及壁厚决定了波纹管的最大工作行程及最大工作内压，应满足推进器的具体实际需求：包括推进速度与射流体积。
35.吸水单向阀和喷水单向阀如图5所示，均为双瓣对夹旋启式单向阀，吸水单向阀开启方向朝向储水管内，喷水单向阀开启方向朝向储水管外；吸水单向阀通过螺栓连接于吸水口处的平台，喷水单向阀通过螺栓连接于喷嘴末端内侧喷水口处的平台；单向阀工作时如图6所示，阀瓣围绕转轴旋转开合，扭转弹簧和单向阀阀壁的凸台限制阀瓣只能进行单方向的开合，单向阀开合的过程如下：当驱动装置驱动波纹管伸长时，外界水体流入使推进器开始吸水，吸水单向阀打开而喷水单向阀闭合，当驱动装置驱动波纹管收缩时，推进器内水流流出使推进器开始喷水，喷水单向阀打开而吸水单向阀闭合。
36.支撑装置如图7所示，用于将推进器连接于船体，是仿乌贼脉冲射流推进器的主要支承结构。支撑壳为圆柱壳体，中部的前连接环和末端的后连接环用于将喷水装置的储水管固定在支撑壳上；后连接环用于将吸水口前部的推进器部分与水体隔绝，防止进水；后连接环的延伸部分形成密封壳，与船体外壳进行焊接并保证充分隔水。圆柱壳体前端间隔90
°
焊接四条切面形状为扇环的梁即支撑臂，其扇环内半径与圆柱壳外半径相等，壁厚应不小于支撑壳壁厚，每条支撑臂的圆心角为30
°
～45
°
，四条支撑臂前端由支臂端板连接在一起，若支撑臂过长还应另加加强环来固定支撑臂。支撑臂内侧安装有导轨，与滑动端盖的导轨接头构成导轨副，喷水装置的滑动端盖可沿导轨前后滑动，从而带动可变形腔管沿直线往复伸缩。支臂端板如图8所示，支臂端板为一圆板，用于将支撑臂前端连接在一起，其上安装电机支架与轴支座；电机支架上打螺纹孔用于安装旋转电机；轴支座一共两个，用于安放滚动轴承，滚动轴承用于固定轴相对推进器的位置，滚动轴承相对轴支座的位置通过弹性挡
圈进行固定。支撑壳、支撑臂及支臂端盖上打孔以将推进器固定在船体内。
37.驱动装置如图9所示，用于驱动可变形管腔装置伸缩。旋转电机是驱动装置的动力源，为超低速可变速电机；旋转电机安装在电机支座上，旋转电机的输出轴和曲轴的直段通过圆柱轴伸切向键连接，能够传递较大转矩；曲轴直段做成阶梯轴形式用于固定轴承相对轴支座的位置，曲轴的弯曲段与连杆相配合。连杆大头端连接曲轴的弯曲段，为可拆解的形式，包括连杆盖、连杆轴瓦、连杆螺杆与连杆螺母；小头端与十字头连接。十字头是一中间有插销的圆筒，插销用于将十字头与连杆连接；十字头后端开有螺纹孔，与滑动端盖的内圈螺纹孔对应，用以将十字头与滑动端盖通过螺栓连接。驱动装置工作时，曲轴连杆随旋转电机输出端转动带动连杆摆动以及十字头的直线往复运动。
38.在仿乌贼脉冲射流推进器工作时，驱动装置输出固定频率的往复推进力，可变形腔管在驱动装置的带动下按该频率伸缩：当可变形腔管伸长时，推进器从水体里吸水，此时吸水单向阀打开而喷水单向阀关闭；当可变形腔管收缩时，推进器将内部水流喷出，此时喷水单向阀打开而吸水单向阀关闭；喷出水流的反推力使推进器产生向前的动力，从而完成脉冲射流反冲推进的一个周期。通过以上过程推进器便可达到乌贼仿生推进的吸水与喷水交互循环过程，并按照驱动装置输出的固定频率往复不断地进行射流反冲推进。
39.以下列举具体的实例来详细叙述本发明的仿乌贼脉冲射流推进器。
40.在本实施例中，采用yds型超低速电机，可通过改变输入的电压电流来改变电机的输出转速与输出转矩，输出转速低于50转/分，输出转矩在100～3000n
·
m不等，可根据实际需要选择。
41.本实施例中，采用锥形焊接波纹管。
42.本实施例中，单位时间设定为一分钟，若设定喷口处射流的单位时间平均速度、单位时间总射流体积及一个射流周期的值，则推进器各结构尺寸与型号的选择如下表所示，包括旋转电机的型号、额定转速、输出转矩；曲轴连杆机构的转动半径、连杆长度；锥形焊接波纹管的外径、内径、波距、壁厚、波数及工作行程(拉伸或压缩)；喷水口处半径：
[0043][0044][0045]
以下结合附图具体叙述工作过程：
[0046]
使用该仿乌贼脉冲射流推进器时，在船体舷侧或尾部的适当位置安装应用该设施，支臂端板2.1、支撑臂2.4、支撑壳2.6上打孔用以将推进器固定于船体，后连接环2.8用于隔水。
[0047]
在进行整体设施的安装工作前，先依次进行各个装置的连接：
[0048]
在进行喷水装置的安装时，首先将喷水单向阀1.7用螺栓安装在喷嘴1.5末端喷水口内侧处的平台上，将吸水单向阀1.6用螺栓安装在吸水口处；其次将可变形腔管1.3与储
水管1.4嵌套连接在一起，将可变形腔管1.3上的螺纹孔与滑动端盖1.1上的外圈螺纹孔对应并通过螺栓连接起来；最后将喷嘴1.5焊接于储水管后端。安装好的喷水装置便可通过前连接环2.7及后连接环2.8固定在支撑壳2.6上。需要注意的是，螺栓作为从吸水单向阀1.6到储水管1.4、喷水单向阀1.7到喷嘴1.5的唯一传力部件和从滑动端盖1.1到可变形腔管1.3的唯一传力部件，需保证足够的强度和刚度；可变形腔管1.3与储水管1.4之间应保证密封性与紧密连接；喷嘴1.5与储水管1.4连接处应保证焊接强度。
[0049]
在进行支撑装置的安装时，首先将安装好的喷水装置通过前连接环2.7及后连接环2.8与支撑壳2.6固定在一起，再将导轨2.5通过螺栓安装在支撑臂2.4上，将安装好的支撑臂2.4焊接在支撑壳2.6上；其次将电机支架2.2安装在支臂端板2.1上，将轴支架2.3通过螺栓安装在支臂端板2.1上；最后在支撑臂2.4前端焊接安装完毕的支臂端板2.1。需要注意的是，支撑臂2.4与支撑壳2.6和支臂端板2.1、电机支架2.2与支臂端板2.1连接处应保证焊接强度；螺栓作为从导轨2.5到支撑臂2.3和从轴支座2.3到支臂端板2.1的唯一传力部件，需保证足够的强度和刚度。
[0050]
在进行驱动装置的安装时，首先将旋转电机3.1安装于电机支架2.2上，将十字头3.4上的螺纹孔与滑动端盖1.1的内圈螺纹孔对应并通过螺栓连接起来，再将滚动轴承2.3.1压套在曲轴3.2的轴颈上，将曲轴3.2加工有键槽的一端与旋转电机3.1的输出轴键配合连接；其次将曲轴3.2固定在轴支座2.3上：通过轴承外圈与轴支座2.3的支座孔的配合，将滚动轴承2.3.1与曲轴3.2压套在支座孔内，然后将弹性挡圈安装在轴支座上以固定滚动轴承2.3.1；最后通过连杆3.3将十字头3.4和曲轴3.2相连：将连杆3.3的小头端对应十字头3.4的销孔，并将插销穿过销孔与连杆完成连杆与十字头的连接；将连杆3.3的大头端与曲轴弯曲轴段对应，再将连杆盖和连杆轴瓦通过连杆螺杆及连杆螺母连接于连杆，完成连杆的连接。需要注意的是，将滚动轴承2.3.1压套在曲轴3.2上应注意使轴承内圈与轴配合牢固，将滚动轴承2.3.1压套在支座孔内应注意使轴承外圈相对支座孔不转动即可；螺栓作为从十字头3.4到滑动端盖1.1的唯一传力部件和从旋转电机3.1到电机支架2.2的唯一传力部件，需保证足够的强度和刚度。
[0051]
在进行整体安装时，需注意使支臂端板2.1位于最前端，喷嘴位于最后端，吸水口与喷嘴应暴露在水体当中，通过支臂端板2.1、支撑臂2.4、支撑壳2.6上的孔将推进器固定于船体。本推进器采用壳体结构，传力均匀，避免了应力集中，结构效率高。
[0052]
本设施通过可变形管腔装置完成吸水喷水循环过程来实现脉冲推进。
[0053]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。