[發明專利]一種以水力機械為動力的水下驅動系統及其優化方法

有效

• 申請號: 202210844906.6
• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN115123508B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發明（設計）人: 陳泰然;鄭楓川;劉欣然;望喻虎;黃彪;王國玉
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B63H11/08
• 分類號: B63H11/08
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開的一種以水力機械為動力增壓的水下驅動系統及其優化方法，屬于水力機械領域與水下驅動工程領域。本發明包括水域、入水管、水力機械、高壓水道、發射管和被驅動目標。本發明能夠實現驅動過程中水力機械系統和驅動系統的一體化設計，能夠提高對驅動過程的預測精度。采用快速啟動的水力機械作為動力源，能夠靈活調節系統內的壓力與載荷，保證驅動過程可控、穩定，有效避免短時間驅動時最終速度波動和載荷過大等問題。啟動連貫可控的水力機械適用性更強，可通過變更水力機械適應新的驅動任務。本發明能夠應用于水力機械技術領域與水下驅動領域，用于水下探測器、載人運輸艇、導彈和水下航行器等載荷的發射驅動。

技術領域

本發明涉及一種以水力機械為動力的水下驅動系統及其優化方法，屬于水力機械領域與水下驅動工程領域。

背景技術

水下高端技術和先進裝備是海洋開發利用的基礎，而水下驅動裝置則是水下探勘、水下開發和水下作戰的重要支撐裝備。傳統的水下驅動裝置多為化學能驅動、氣液壓彈射、燃氣-蒸汽彈射和空氣渦輪驅動等。能量儲存方面，高溫高壓氣體或化學燃料儲存時間有限，無法隨時待命，安全穩定性差；燃料使用方面，化學反應的不穩定使驅動性能的精確性大大降低，不清潔的能源還會帶來相應的污染；結構規模角度方面，傳統驅動系統復雜冗余、配件多，對靈敏度和響應程度造成較大影響，難以準確控制，從而滿足現代高精度、小體積的驅動需求；對于安全隱蔽性而言，高壓空氣在氣液缸中進行能量轉換將發生大量噪聲，氣泡在水中壓縮與潰滅也會帶來較大振動；從軍事需求角度考慮，驅動準備周期長、驅動時間長和無法連續驅動等問題已經成為制約水下武器進一步發展的重大障礙。

綜上所述，體積小、功率大、速度高、噪聲小、響應快、穩性高的驅動系統對于發展水下驅動裝備至關重要。經過文獻檢索發現，目前暫無以水力機械為動力的水下驅動系統和水力機械-驅動系統一體化設計的相關專利。對于水下驅動裝置的各種問題，發明一種以水力機械為動力的水下驅動系統裝置，能根據不同的需求實現不同驅動效果，并提供該系統的設計方法。

發明內容

為解決傳統水下驅動中系統復雜、儲能困難、安全性低和準備時間長等問題，本發明的主要目的是提供一種以水力機械為動力增壓的水下驅動系統及其優化方法，能夠實現驅動過程中水力機械系統和驅動系統的一體化設計，能夠提高對驅動過程的預測精度。采用快速啟動的水力機械作為動力源，能夠靈活調節系統內的壓力與載荷，保證驅動過程可控、穩定，有效避免短時間驅動時最終速度波動和載荷過大等問題。本發明能夠應用于水力機械技術領域與水下驅動領域，用于水下探測器、載人運輸艇、導彈和水下航行器等載荷的發射驅動。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

本發明公開的一種以水力機械為動力的水下驅動系統，包括水域、入水管、水力機械、高壓水道、發射管和被驅動目標。

所述水域是驅動系統所處的外部環境，為整個系統提供推進介質。水域與入水管與發射管相連，水深與壓力處處相等。

所述入水管是系統水循環的入口，其從水域吸入低壓流體引至水力機械入口。

所述水力機械是動力系統，采用葉片泵。所述水力機械是動力系統包括葉輪(動葉)、導葉(靜葉)、輪轂和輪緣。水力機械的結構分為旋轉部分與靜止部分。旋轉部分即水力機械的葉輪和葉輪相連的輪轂，該部分在電機的控制下旋轉做功；靜止部分即水力機械的導葉、導葉相連輪緣和輪轂，該部分起到整流、回收能量和結構支撐的作用。水力機械前段與入水管相連，后段與高壓水道相連，將低壓流體增壓為高壓流體，為后續目標的驅動提供動力。

葉片泵為離心泵或軸流泵。

所述高壓水道是傳輸高壓流體的管道，將水力機械后的高壓流體運輸至發射管中。高壓水道的幾何結構因系統所安裝的載體而形狀各異，同時也會產生不同程度的沿程流動損失。

所述發射管與高壓水道和水域相連，其作用是支撐被驅動目標、進行驅動準備和實施驅動。