一种矢量喷水推进器控制方法与流程

本发明涉及一种矢量喷水推进器控制方法，属于船舶工业技术领域。

背景技术：

船舶推进方式主要有螺旋桨推进和喷水推进，螺旋桨推进利用桨叶上的推力之和作用在船舶上使其行驶，且可以提供较高速度，但是由于螺旋桨在船舶上的布局及安装困难，在浅吃水时推力急剧降低和操纵不灵，对异物的抗损及抗战伤能力低下等原因，限制了螺旋桨推进器的应用。喷水推进借助排出水的反作用力产生推力，广泛应用于船舶的推进。由于推进器在船体内部，所以船体在浅滩行驶时均有良好的抗损坏能力，不改变叶轮的回转方向就能实现倒车和转向，从而能保证车辆具有很好的机动性；对水面状态的敏感性很小，在浅滩及水面条件较差的情况下也能正常工作。针对现有矢量喷水推进器调节能力有限等现状，有必要发明一种矢量喷水推进器控制方法来提高喷水推进器推进效率和转向响应速度，减少喷水推进器出水口的能量损失。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有矢量喷水推进器调节能力有限等问题，提出了一种矢量喷水推进器控制方法，通过控制折流板的转动，从而实现矢量喷水推进器产生侧向或法向的推力，可使船舶发生转向、横倾及纵倾运动。本发明能够应用于船舶工业技术领域、水陆两栖车辆技术领域。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明通过液压驱动系统控制折流板的转动，从而实现改变喷水推进器出口水流方向的目的，进而实现船舶的转向、横倾及纵倾运动。本发明能够应用于船舶工业技术领域、水陆两栖车辆技术领域。

矢量喷水推进器包括：框体、进水流道、喷水推进泵叶轮轴、轴承盖、轴承套、入口直管、叶轮室、叶轮、导叶室、导轴承、导叶、等值段、法兰盘、折流板、折流板底座、方向控制连杆、活塞杆、液压缸、液压泵。

所述框体安装在船内，框体水平段底部通过螺栓与船底固定连接，框体竖直段位于叶轮室和导叶室之间，起到支撑和稳定管道的作用；

所述进水流道通过螺栓与框体固定连接，通过法兰盘与入口测压直管连接；

所述喷水推进泵叶轮轴前端由发动机动力输出轴引出到喷水推进泵叶轮轴；

所述轴承套内包裹有轴承，主要功能是保护传动轴，轴承支撑喷水推进泵叶轮轴，轴承盖通过螺栓与轴承套连接，起到固定轴承套的作用；

所述入口直管、叶轮室、导叶室、等值段均为等径圆筒结构，两端均设置有法兰盘，两者之间通过法兰连接；

所述叶轮为主要做功部件，位于叶轮室内，将喷水推进泵叶轮轴输入的机械能传递给液体，带动液体高速旋转，其中叶轮叶片通过螺母和定位销固定在轮毂上，轮毂与喷水推进泵叶轮轴固定连接；

所述导轴承安装于叶轮与导叶之间，作用是承受转子机械不平衡力，防止转子发生摆动；

所述导叶位于导叶室内，作用是消除水流周向速度分量，将流出叶轮的水流的旋转运动转换为轴向运动；

所述等值段前接喷水推进泵段，后接法兰盘段；

所述折流板安装于折流板支座处，折流板可绕其上的轴做旋转运动，折流板上的轴与折流板支座上的孔形成配合，轴末端与方向控制连杆通过销连接；

折流板主要的参数有长d1，宽d2，高d3；

折流板长d1可按照下述公式确定，

d1＝1.14d-76.6(1)

其中d为等值段管路内径，本发明矢量喷水推进器折流板长d1可根据式(1)与配套的等值段管路内径快速确定，方便快捷，可大大减少折流板设计周期；

折流板长d2大小主要取决于折流板的结构强度，其数值应不小于0.04d，同时考虑到流动损失，尺寸应不大于0.4d，即d2＝(0.04～0.4)d；

折流板高d3大小受管路尺寸限制与结构干涉影响，其数值应不大于0.4d，即d3≤0.4d；

所述折流板支座底部设置两个螺纹孔，通过螺栓固定连接在法兰盘上；

所述方向控制连杆通过销与折流板完成固定连接，通过固定轴承与活塞杆进行连接；

所述液压缸利用动力油源供油，用装有一个伺服阀和开关阀的三位四通电磁阀块控制液压油缸伸缩运动。

控制方法：喷水推进器进水流道入口与船舶进水口重合，发动机动力输出轴将动力传递到喷水推进泵叶轮轴，喷水推进泵叶轮轴带动叶轮叶片旋转，水流从进水流道进入管路系统，经叶片做功后获得较大流速，流经导叶消除周向速度分量，通过出水口离开喷水推进器，同时液压泵将液压能转换为驱动液压杆运动的机械能，液压缸将液压泵输入的油液压力能转换为带动活塞杆直线运动的机械能，活塞杆的运动使得方向控制连杆两端发生绕质心位置的转动，而方向控制连杆又在质心位置处与折流板连接，从而带动折流板发生转动，出口处水流经过折流板改变运动方向，矢量喷水推进器产生侧向或法向的推力，可使船舶发生转向、横倾及纵倾运动。

有益效果：

1、本发明的一种矢量喷水推进器控制方法，所需器材结构简单，连接方式采用法兰连接，方便拆卸使用，维护成本低，适用于多种试验与工业条件；

2、本发明的一种矢量喷水推进器控制方法，通过折流板改变喷水推进器出口水流方向，流动阻力与损失小，允许大流量工况；

3、本发明的一种矢量喷水推进器控制方法，可以产生侧向及法向的推力，可使船舶发生转向、横倾及纵倾运动；

4、本发明的一种矢量喷水推进器控制方法，操作灵活有效，可实现船舶多个自由度方向的控制；

附图说明

图1为本发明的实施例一种矢量喷水推进器整体结构示意图；

图2为本发明的实施例一种矢量喷水推进器主视图；

图3为本发明的实施例一种矢量喷水推进器透视图。

附图标记说明：1-框体、2-进水流道、3-喷水推进泵叶轮轴、4-轴承盖、5-轴承套、6-入口直管、7-叶轮室、8-叶轮、9-导叶室、10-导轴承、11-导叶、12-等值段、13-法兰盘、14-折流板、15-折流板底座、16-方向控制连杆、17-活塞杆、18-液压缸、19-液压泵。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

如附图1和图2所示，本发明提供了一种矢量喷水推进器控制方法，通过控制折流板的转动，从而实现矢量喷水推进器产生侧向或法向的推力，可使船舶发生转向、横倾及纵倾运动。

矢量喷水推进器包括：框体1、进水流道2、喷水推进泵叶轮轴3、轴承盖4、轴承套5、入口直管6、叶轮室7、叶轮8、导叶室9、导轴承10、导叶11、等值段12、法兰盘13、折流板14、折流板底座15、方向控制连杆16、活塞杆17、液压缸18、液压泵19。

所述框体1安装在船内，框体1水平段长2000mm，宽600mm，底部通过螺栓与船底固定连接，框体1竖直段高832mm，圆角半径150mm，框体1竖直段位于叶轮室7和导叶室9之间，起到支撑和稳定管道的作用；

所述进水流道2通过螺栓与框体固定连接，通过法兰盘与入口直管6连接，法兰盘直径400mm，表面均匀分布8个直径为18mm的孔；

所述喷水推进泵叶轮轴3直径为50mm，前端由发动机动力输出轴引出到喷水推进泵叶轮轴；

所述轴承套5内包裹有轴承，主要功能是保护传动轴3，轴承支撑喷水推进泵叶轮轴3，轴承盖4通过螺栓与轴承套5连接，起到固定轴承套5的作用；

所述入口直管6、叶轮室7、导叶室9、等值段12均为等径圆筒结构，内径为305.3mm，壁厚为7.5mm，两端均设置有法兰盘，且法兰盘上有均匀分布8个直径为18mm的孔，便于两者之间通过螺栓连接；

所述叶轮8为主要做功部件，叶轮直径为304.8mm，叶顶间隙0.5mm，叶片数为5，叶轮8位于叶轮室7内，将喷水推进泵叶轮轴3输入的机械能传递给液体，带动液体高速旋转，其中叶轮叶片通过螺母和定位销固定在轮毂上，轮毂与喷水推进泵叶轮轴3固定连接；

所述导轴承10安装于叶轮8与导叶11之间，作用是承受转子机械不平衡力，防止转子发生摆动；

所述导叶11位于导叶室9内，导叶叶片数8，作用是消除水流周向速度分量，将流出叶轮8的水流的旋转运动转换为轴向运动；

所述等值段12前接喷水推进泵段，后接法兰盘段；

所述折流板14安装于折流板支座15处，折流板14可绕其上的轴做旋转运动，折流板14上的轴与折流板支座15上的孔形成配合，轴末端与方向控制连杆16通过销连接；

折流板14主要的参数有长d1，宽d2，高d3，圆角半径r，折流板14轴向长度d1可按照下述公式确定，

d1＝1.14d-76.6(1)

其中d为等值段12管路内径，本发明矢量喷水推进器折流板14轴向长度d1可根据式(1)与配套的等值段12管路内径快速确定，方便快捷，可大大节省折流板设计周期；折流板宽d2大小d2＝(0.04～0.4)d，折流板高d3≤0.4d；

所述折流板支座15底部设置两个螺纹孔，通过螺栓固定连接在法兰盘13上；

所述方向控制连杆16通过销与折流板完成固定连接，通过固定轴承与活塞杆17进行连接；

所述液压缸18利用动力油源供油，用装有一个伺服阀和开关阀的三位四通电磁阀块控制液压油缸伸缩运动。

控制方法：喷水推进器进水流道2入口与船舶进水口重合，发动机动力输出轴将动力传递到喷水推进泵叶轮轴3，喷水推进泵叶轮轴3带动叶轮8叶片旋转，水流从进水流道2进入管路系统，经叶片8做功后获得较大流速，流经导叶11消除周向速度分量，通过出水口离开喷水推进器，同时液压泵19将液压能转换为驱动活塞杆17运动的机械能，液压缸18将液压泵输入的油液压力能转换为带动活塞杆17直线运动的机械能，活塞杆17的运动使得方向控制连杆16两端发生绕质心位置的转动，而方向控制连杆16又在质心位置处与折流板14连接，从而带动折流板14发生转动，出口处水流经过折流板14改变运动方向，矢量喷水推进器产生侧向及法向的推力，可使船舶发生转向、横倾及纵倾运动。

以船舶发生20°转向为例，液压缸18将液压泵输入的油液压力能转换为带动活塞杆17直线运动的机械能，两侧活塞杆左侧伸长12mm，右侧缩短12mm，折流板即可向右偏转20°，同理竖直方向正下方的折流板同时向右偏转20°，船舶即可完成转向运动，完成转向后活塞杆复位，船舶继续直航。。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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