一种双驱动可折叠共轴螺旋桨装置

技术领域

本发明涉及水下航行器技术领域，特别是涉及一种双驱动可折叠共轴螺旋桨装置。

背景技术

目前，现有的水下航行器大多数为单轴螺旋桨结构，运动时仅靠一个螺旋桨产生动力推进水下航行器，但这种结构一般如下缺陷：

(1)不可避免的单个螺旋桨所产生的扭矩会给航行器本体一个反作用力使其横滚且不易控制，需要其他辅助部件平衡，如鳍、舵等；

(2)现有的水下航行器矢量驱动，多为多个电机串并联实现，结构复杂，可靠性低，功率密度大；

(3)现有的水下航行器在加速推进等高动力情况下，由于单个螺旋桨所产生的推力受限于电机的输出功率，而单纯的增大电机的输出功率会导致电机自身体积增大，不利于水阻问题的解决，而且造价成本高；

(4)现有的水下航行器在低速巡航、滑行等低动力或无需动力情况下，由于螺旋桨桨叶多为固定的展开状态，在水中产生较大的阻力，从而极大地降低了低速巡航、滑行的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、运行稳定、易于控制，既能在加速推进时大大地提升航行器推进力，又能在巡航时减小航行阻力，提高航行效率的双驱动可折叠共轴螺旋桨装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双驱动可折叠共轴螺旋桨装置，其包括同轴设置的第一电机、第二电机、前桨叶和后桨叶，所述第一电机和所述第二电机的设置方向相反，所述第一电机的输出轴与所述前桨叶连接，所述第二电机的输出轴与所述后桨叶连接，所述前桨叶与所述后桨叶的旋转方向相反，且所述前桨叶与所述后桨叶的设置方向相反；所述第二电机的输出轴末端连接有后桨毂，所述后桨叶可转动地连接在所述后桨毂上，所述后桨毂与所述后桨叶之间设有后桨叶复位件，所述后桨叶复位件的两端分别与所述后桨毂和所述后桨叶相连；各所述后桨叶随所述后桨毂由所述第二电机的输出轴带动旋转，并在离心力作用下展开产生推力，展开的、停止旋转的所述后桨叶在所述后桨叶复位件作用下朝所述后桨毂的轴线合拢复位。

作为本发明优选的方案，双驱动可折叠共轴螺旋桨装置还包括导流罩，所述第一电机、第二电机、前桨叶和后桨叶均设置于所述导流罩内。

作为本发明优选的方案，所述前桨叶的叶面面积大于所述后桨叶的叶面面积。

作为本发明优选的方案，所述后桨叶复位件为扭杆弹簧。

作为本发明优选的方案，所述第一电机为球型电机。

作为本发明优选的方案，所述第二电机为球型电机。

作为本发明优选的方案，所述第一电机的输出轴末端连接有前桨毂，所述前桨叶可转动地连接在所述前桨毂上，所述前桨毂与所述前桨叶之间设有前桨叶复位件，所述前桨叶复位件的两端分别与所述前桨毂和所述前桨叶相连；各所述前桨叶随所述前桨毂由所述第一电机的输出轴带动旋转，并在离心力作用下展开产生推力，展开的、停止旋转的所述前桨叶在所述前桨叶复位件作用下朝所述前桨毂的轴线合拢复位。

作为本发明优选的方案，所述前桨叶复位件为扭杆弹簧。

实施本发明提供的一种双驱动可折叠共轴螺旋桨装置，与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明实施例采用了双桨双驱动结构，通过第一电机驱动前桨叶旋转，通过第二电机驱动后桨叶旋转，实现了双桨共轴反转驱动，进而前桨叶所产生的扭矩与后桨叶所产生的扭矩能够相互抵消而达到平衡效果，有效地避免了前桨叶和后桨叶因同向旋转产生扭矩会给航行器本体一个反作用力使其横滚且不易控制的问题，无需其他辅助部件平衡，如鳍、舵等。同时，由于后桨叶为可折叠结构，航行器在需要大推力加速或起动推进时，后桨叶能够在离心力作用下展开产生推力，并与前桨叶构成双桨共同推进，达到提升航行器推进力的目的；航行器在巡航时，后桨叶能够在后桨叶复位件作用下折叠合拢，减小航行阻力，达到提高航行效率的目的；最后，前桨叶和后桨叶均由各自的电机独立控制驱动，前、后桨叶的转速分别独立可调，能够实现不同差速工况下的差速驱动；同时由于两个电机的冗余设计，提高了水下推进器的容错率，保证了一个电机出故障的情况下，仍然能够运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1是本发明提供的一种双驱动可折叠共轴螺旋桨装置的结构示意图；

图2是于图1所示结构中A区域的局部放大图；

图3是本发明提供的一种双驱动可折叠共轴螺旋桨装置隐藏导流罩后的主视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图3所示，本发明优选实施例的一种双驱动可折叠共轴螺旋桨装置，其包括同轴设置的第一电机2、第二电机3、前桨叶4和后桨叶5，所述第一电机2和所述第二电机3的设置方向相反，所述第一电机2的输出轴与所述前桨叶4连接，所述第二电机3的输出轴与所述后桨叶5连接，所述前桨叶4与所述后桨叶5的旋转方向相反，且所述前桨叶4与所述后桨叶5的设置方向相反(也即螺旋桨桨叶的两个面分别称为“叶面”和“叶背”，其中前桨叶4“叶面”与后桨叶5“叶面”朝向相反)；所述第二电机3的输出轴末端连接有后桨毂6，所述后桨叶5可转动地连接在所述后桨毂6上，所述后桨毂6与所述后桨叶5之间设有后桨叶复位件7，所述后桨叶复位件7的两端分别与所述后桨毂6和所述后桨叶5相连；各所述后桨叶5随所述后桨毂6由所述第二电机3的输出轴带动旋转，并在离心力作用下展开产生推力，展开的、停止旋转的所述后桨叶5在所述后桨叶复位件7作用下朝所述后桨毂6的轴线合拢复位。

因此，本发明实施例采用了双桨双驱动结构，通过第一电机2驱动前桨叶4旋转，通过第二电机3驱动后桨叶5旋转，实现了双桨共轴反转驱动，进而前桨叶4所产生的扭矩与后桨叶5所产生的扭矩能够相互抵消而达到平衡效果，有效地避免了前桨叶4和后桨叶5因同向旋转产生扭矩会给航行器本体一个反作用力使其横滚且不易控制的问题，无需其他辅助部件平衡，如鳍、舵等。同时，由于后桨叶5为可折叠结构，航行器在需要大推力加速或起动推进时，后桨叶5能够在离心力作用下展开产生推力，并与前桨叶4构成双桨共同推进，达到提升航行器推进力的目的；航行器在巡航时，后桨叶5能够在后桨叶复位件7作用下折叠合拢，减小航行阻力，达到提高航行效率的目的；最后，前桨叶4和后桨叶5均由各自的电机独立控制驱动，前、后桨叶5的转速分别独立可调，能够实现不同差速工况下的差速驱动；同时由于两个电机的冗余设计，提高了水下推进器的容错率，保证了一个电机出故障的情况下，仍然能够运行。

还需要说明的是，本发明实施例通过简单的机械结构就达到了后桨叶5的折叠与展开效果，无需额外的能源控制和复杂的传动机构，具有节约能源、空间利用率高、整体重量轻，成本低的优点。另外，前桨叶4和后桨叶5通过不同的拓扑构型设计，可以根据航行器的需求匹配不同效果的螺旋桨桨叶。

示例性的，双驱动可折叠共轴螺旋桨装置包括导流罩1，所述第一电机2、第二电机3、前桨叶4和后桨叶5均设置于所述导流罩1内。这样的设计，既能改变来流速度和尾流方向提升螺旋桨推进效率，又能有效保护螺旋桨避免碰撞、防止海草、渔网缠绕。

示例性的，为提升螺旋桨装置的水动力学特性，所述前桨叶4的叶面面积大于所述后桨叶5的叶面面积。

示例性的，所述第一电机2和第二电机3均优选为球型电机，实现单驱动多自由度运动，实现矢量控制，结构简单，无需多个电机串并联，功率密度更高。

示例性的，在无动力滑行或者对推力要求低的情况下，为实现最大化减小阻力，可将前桨叶4设计为可折叠结构，其与后桨叶5的可折叠结构相同，具体为：所述第一电机2的输出轴末端连接有前桨毂，所述前桨叶4可转动地连接在所述前桨毂上，所述前桨毂与所述前桨叶4之间设有前桨叶复位件，所述前桨叶复位件的两端分别与所述前桨毂和所述前桨叶4相连；各所述前桨叶4随所述前桨毂由所述第一电机2的输出轴带动旋转，并在离心力作用下展开产生推力，展开的、停止旋转的所述前桨叶4在所述前桨叶复位件作用下朝所述前桨毂的轴线合拢复位。

示例性的，所述后桨叶复位件7和所述前桨叶复位件均优选为扭杆弹簧，相较于普通扭簧，其两端无扭簧臂，体积更小，且可靠性更高。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。