1.本发明涉及一种喷水推进器，尤其涉及一种充气式喷水推进器，属于船舶推进技术领域。


背景技术：

2.喷水推进器包括进口流道、喷水推进泵(叶轮、叶轮壳体、导叶体(由导叶和导叶壳体构成))和喷口，其中进口流道、叶轮壳体、导叶壳体和喷口构成了喷水推进器的管路系统。叶轮和导叶位于管路系统中，叶轮高速旋转，将主机功率转换至流体能量，高速水流由喷口喷出。进口流道入流流体与喷口喷出流体之间的动量差，是喷水推进器的推力来源，推动船舶或其他载体在水中前进，并通过操舵倒航机构分配和改变喷流方向实现船舶或载体的转向和倒航。喷水推进装置通常由进口流道、喷水推进泵、操舵倒航机构、液压系统和自动控制系统5大部分组成。
3.推进泵叶轮在泵壳内受约束的水流中工作，进流较均整，因而运行相对较平稳。在高航速范围内喷水推进较螺旋桨推进有更高的推进效率。喷水推进较螺旋桨推进更适用于重载荷以及限制直径的场合。装用喷水推进装置的舰船，具有优异的操纵性和动力定位性能。但其在舰船低于25kn或推进器直径不受限制时，喷水推进器的推进效率一般较螺旋桨推进的低。由于增加了管道中水的质量，加大了船舶排水量。喷水推进器结构也比较螺旋桨复杂。
4.由于喷水推进诸多优点以及最近年来的飞速发展，喷水推进技术在现代各国船舶中已得到广泛应用，在未来的应用范围和数量将进一步扩大。喷水推进装置已从发展之初只适用于小型高速船发展到现在用于数千吨的大型舰船。采用喷水推进的民用高性能船舶有普通高速双体船、穿浪船、三体船、单体船、侧壁式气垫船、高速货船和小水线面船等；军用舰船有高速攻击艇、海军高速运输舰、护卫舰和轻型护卫舰、两栖装甲车辆等。虽然喷水推进器在高速时效率较高，同时也比螺旋桨更加抗空化，但喷水推进器在高速运行时，航速高于某临界值，由于叶轮旋转加快，局部压力过低，引起空泡产生。产生的空泡会逐步增大而后溃灭，溃灭的空泡在局部能量聚焦，产生强大的冲击波。冲击波会导致较强的空泡噪声、流道壳体振动，引起推进器振动加剧，辐射噪声显著增大，恶化舱体工作环境，影响工作人员舒适度，并对周围海洋生物生存造成严重不利影响。因此对喷水推进器空泡辐射噪声进行控制非常重要。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：如何降低喷水推进器中空泡噪声的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种充气式喷水推进器，包括泵壳，泵壳的一端设有喷口，泵壳内设有叶轮和进口流道，叶轮设于喷口与进口流道之间，叶轮固定在可带动叶轮转动的轴上，其特征在于，所述的进口流道内设有充气装置；充气装置通过供气管道与储气装置连接。
7.优选地，所述的充气装置设于泵壳内位于叶轮与进口流道之间的位置；充气装置包括内部供气管路和多个喷气口，供气管道一端穿过导叶壳体与内部供气管路接通，内部供气管路分别与多个喷气口接通。
8.优选地，所述的内部供气管路包括直接连接供气管道的主管路，主管路分别连接多个分管路的一端，每个分管路的另一端分别连接一个喷气口。
9.优选地，所述的内部供气管路包括多个单独管路，每个单独管路的一端分别连接供气管道，每个单独管路的另一端分别连接一个喷气口。
10.优选地，所述的泵壳内位于叶轮与进口流道之间还设有导叶；充气装置设于导叶上，内部供气管路设于导叶内，多个喷气口分别设于导叶的随边上。
11.优选地，所述的泵壳内位于叶轮与喷口之间还设有导叶，叶轮与进口流道之间还设有轴支架；充气装置设于轴支架上，内部供气管路设于轴支架内，多个喷气口分别设于轴支架的随边上。
12.优选地，所述的充气装置处设有拍摄实时叶轮表面图像从而判断空泡状态的摄像头。
13.优选地，所述的充气装置设于进口流道入口位置，供气管道一端穿过进口流道入口位置的泵壳与充气装置连接。
14.优选地，所述的供气管道上设有防止水从导叶的随边倒流入储气装置的单向气阀，供气管道上还设有调压阀和压力表。
15.优选地，所述的充气装置为多路充气结构、或定向充气结构。
16.本发明提供的一种充气式喷水推进器，为适用于喷水推进器的通气降噪装置，可用于对降噪需求明确的喷水推进器。在叶轮发生空泡时，通过导叶在上游注入适量的空气泡，空气泡的引入改变了空泡的局部结构，影响了空泡内部压力的脉动和强度，延迟空泡的发生，并抑制空泡溃灭强度，从而显著的降低空泡辐射噪声。
17.通过本发明的充气式喷水推进器，提升喷水推进器空化性能，降低其空泡噪声。降低喷水推进器噪声可以减小对海洋生物不利影响，提高乘员的舒适度。对于军舰，降低舰艇自身噪声可大幅度降低敌对舰艇声制导鱼雷的命中概率，提升声隐身性能。
18.本发明的关键点是在引入充气装置，解决喷水推进空化噪声问题。同时充气装置有机的与喷水推进器的部件结合，基本不改变其水动力结构外形。
附图说明
19.图1为一种充气式喷水推进器的示意图(供气管道位于进口流道出口处)；
20.图2为单片导叶的示意图(一)；
21.图3为带摄像头的充气装置的示意图；
22.图4为图3中a位置处的放大示意图；
23.图5为单片导叶的示意图(二)；
24.图6为一种充气式喷水推进器的示意图(供气管道位于进口流道入口处)；
25.图7为充气装置安装于轴支架上的示意图。
具体实施方式
26.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
27.实施例1
28.本发明提供了一种充气式喷水推进器，如图1所示，其包括轴1、进口流道2、导叶3、叶轮4、喷口5、供气管道6、泵壳，泵壳的一端设有喷口5，泵壳内设有叶轮4和进口流道2，叶轮4设于喷口5与进口流道2之间，叶轮4固定在可带动叶轮4转动的轴1上，本实施例中，导叶3设于泵壳内位于叶轮4与进口流道2之间。泵壳包括进口流道2、导叶壳体9和叶轮壳体8，进口流道2的一端通过导叶壳体9与叶轮壳体8的一端连接，叶轮壳体8的另一端设有喷口5，导叶壳体9内设有导叶3，导叶3固定在轴套上，轴套套在轴1上，可使得轴1在轴套内转动，轴套的圆周上均布有多个导叶3。叶轮壳体8内设有叶轮4，进口流道2内设有充气装置。充气装置通过供气管道6与储气装置连接。充气装置设于导叶3上，充气装置可以多路充气、或定向充气，解决局部空化噪声。
29.如图2所示，导叶3顶端设有供气管道6，导叶3内设有内部供气管路3.1，导叶3的随边上设有多个喷气口3.2，导叶3顶端与导叶壳体9连接，供气管道6一端贯穿导叶壳体9与内部供气管路3.1接通，内部供气管路3.1分别与多个喷气口3.2接通，供气管道6另一端与储气装置连接，储气装置可调流量与压力。充气装置包括导叶3内的内部供气管路3.1和导叶3随边上的喷气口3.2。内部供气管路3.1包括直接连接供气管道6的主管路，主管路分别连接多个分管路的一端，每个分管路的另一端分别连接喷气口3.2。
30.储气装置布置在舱内，通过供气管道6与本发明的喷水推进器连接。供气管道6与喷水推进器之间需要布置单向气阀、调压阀和压力表等装置，防止水从导叶3的随边倒流入储气装置，并实现全程压力和流量控制功能。可充气的导叶3不会改变喷水推进器的表面形状和性能。
31.导叶3加工时，导叶3需要布置内部供气管路3.1，并在其随边设计喷气口3.2，喷气口3.2直径要确保一致。在导叶3顶端和导叶壳体9连接处需要贯通连接供气管道6，整个充气装置确保密封。
32.喷水推进器在发生空泡时，空泡可以从叶轮4表面观测到，因此在导叶3处安装摄像头7可以直接通过拍摄实时叶轮4表面图像判断空泡状态，如图3、图4所示。可以配合布置微型的摄像头7，根据叶轮4空化特征自动调整充气压力和流量。空泡剧烈时加大充气量，空泡较少时可减小充气量。
33.本发明的一种充气式喷水推进器的工作流程如下：
34.轴1带动叶轮4旋转，水流被吸入进口流道2，经过导叶3整流后，进入叶轮4区域，叶轮4旋转做功，水从喷口5喷出，由喷水推进器入口和出口轴向动量差产生推力。当喷水推进器在航速较低时，此时叶轮4表面无空泡，充气装置保持关闭。当航速逐渐提升到某个临界航速时，即轴1的转速超过某临界值时，叶轮4会产生空泡，空泡产生后叶轮4表面会产生白色片状区域、叶轮4与导叶壳体9间隙及下游会观测到气旋，此时辐射噪声会急剧增大。空泡产生可通过布置声压传感器或摄像头等监测装置测量判断。监测到空泡发生时，根据叶轮4引发空泡的强度，设定储气装置的通气压力和流量，启动导叶充气装置。通过储气装置输出指定流量与压力的气体，气体经由供气管道6输出，从导叶3的内部供气管路3.1通过，从导叶3的随边上设置的喷气口3.2喷出。喷出的气体跟随水流流向叶轮4，气泡经过叶轮4附近
空泡区域时，气泡介入空化过程，影响空泡区域内部压力的脉动和强度，改变了空泡局部流场，延迟附近新空泡的发生，并抑制已有空泡溃灭强度，从而显著的降低喷水推进器的空泡辐射噪声。
35.实施例2
36.本实施例中，如图5所示，内部供气管路3.1包括多个单独管路，每个单独管路的一端分别连接供气管道6，每个单独管路的另一端分别连接一个喷气口3.2。每个管路可独立控制。
37.其他与实施例1相同。
38.实施例3
39.本实施例中，如图6所示，在进口流道2的入口处布置充气孔，即充气装置设于进口流道2入口位置，供气管道6与泵壳的连接位置位于进口流道2的入口处，供气管道6一端穿过进口流道2入口位置的泵壳与充气装置连接。对于部分喷水推进器，其空泡初生位置在进口流道2入口附近，即图中供气管道6位置附近的进口流道2内壁处。此时可把供气管道6布置于进口流道2入口，通过充气方式抑制空泡产生。
40.其他与实施例1相同。
41.实施例4
42.本实施例中，如图7所示，在伴流较大位置布置充气装置。对于部分喷水推进器，在某些周向角度伴流较大，可根据伴流特征，在伴流最大的位置对应的导叶上单独布置充气装置。
43.其他与实施例1相同。
44.实施例5
45.本实施例中，对于后置导叶喷水推进器(即导叶3设于泵壳内位于叶轮4与喷口5之间)，叶轮4与进口流道2之间还设有轴支架，充气装置可安装于轴支架上，轴支架充气装置的安装与导叶充气安装类似。通过轴支架随边喷器口，气泡被充入水中，形成与前置导叶充气相似的效果。
46.其他与实施例1相同。