几种水下推进器介绍及超小型水下推进器开发设计

几种水下推进器装置

水下机器人又称为水下无人潜器，分为遥控、半自治及自治型。水下机器人是典型的军民两用技术，不仅可用于海上资源的勘探和开发，而且在海战中也有不可替代的作用。为了争夺制海权，各国都在开发各种用途的水下机器人。以下介绍几种最新的水下推进器：

1?泵喷推进器

上世纪80年代，英国在“特拉法尔加”(Trafalgar)级攻击型核潜艇上率先装备了一种新型的泵喷推进器(PumpJetThruster)。这种推进方式可以有效降低潜艇的辐射噪声，因而倍受世界各海军强国的关注。随后，英国在“前卫”(Vanguard)级以及“机敏”(Astute)级核潜艇上，法国在“凯旋”(LeTriomphant)级核潜艇上，美国在“海狼”(Seawolf)级、“弗吉尼亚”(Virginia)级核潜艇上，纷纷采用泵喷推进器取代已被广泛应用的七叶大侧斜螺旋桨。据不完全统计，至今世界上以泵喷推进器作为推进方式的核动力潜艇已达几十艘之多。

图1 ?“北风之神”级核潜艇尾部泵喷射推进器特写

采用泵喷推进的潜艇与采用大侧斜螺旋桨推进的潜艇相比，最大的优点是可以大幅度降低潜艇推进器的辐射噪声、提高潜艇的低噪声航速。以美国“海狼”级攻击型核潜艇为例，该艇水下最高航速30节以上(有报道可达35节)，水下30米时的低噪声航速大于20节，辐射噪声接近于海洋环境噪声，被美国官方称为当今世界上最安静、最快的潜艇。

图2? 泵喷推进器设计三维图

随着声探测技术的飞速进步，在未来海战中，核潜艇的声隐身性能将是决定战斗胜负的关键，努力降低核潜艇的噪声必将成为潜艇研究的主要课题，而推进器是核潜艇的一个主要噪声源，低噪声推进器的研究和应用势在必行。因此，具有低噪声优势的泵喷推进器，将成为未来几十年核潜艇推进器的一个重要发展方向。

2 WT系列蛙人助推器

武汉维纳凯朴工程技术有限公司生产的商用水下推进器（DPV），也叫蛙人助推器，是潜水爱好者或者特种部队进行潜水航行的重要援助手段之一，广受国内外使用者的青睐。水下推进器系列采用先进可靠的驱动方式，力图给使用者提供最强劲持久的推进力。该产品广泛应用于水下蛙人推进、水底拍摄、潜水娱乐及辅助水下救生等。

图3? WT1-50系列水下推进器

WT1-50系列水下推进器体积小、重量轻，采用蓄电池作动力，设有电池容量显示，充电方便。在水中呈零浮力状态。采用特殊的密封结构。使用维护简单、安全、可靠。最大潜水深度为50米，可以给您的水中航行带来前所未有的体验。其主要技术参数见表1。

适用场合：单人水下蛙人推进、水底拍摄、潜水娱乐

表1 WT1-50系列主要技术参数表

型号

尺寸

(mm)

重

量

蓄电

池

电动机

速

度

最

长运行

时间

潜水

深度

备

注

长宽

有

电池

电压

转速

（空载）

WT1-50A 系列70043024.5kg

24V750r/m

1.3

节～

2.3节

90min

最深

50m

无

3?水下空心无榖桨推进器

刘文智、李海波等人发明了一种水下空心无榖桨推进器。其组成包括电机外壳、定子线圈、定子硅钢片、转子永磁体、转子、螺旋桨和陶瓷轴承，定子线圈缠绕在定子硅钢片上，缠绕在定子硅钢片上的定子线圈装在电机外壳的中心处，转子为空心环状结构，转子永磁体分极固定在转子上、形成空心结构的转子，螺旋桨固定在空心转子内部，螺旋桨、转子和转子永磁体组成为一个整体，转子通过陶瓷轴承固定在电机外壳内。本发明的浆叶旋转时不会产生诱导阻力和空泡现象大大提高了螺旋桨的效率。另外由于加大了电机的直径增加电机的极数提高了电机的扭矩，尤其适合在大水深大密度下的环境中工作，由于该水下推进器的电机和螺旋桨为整体空心结构，易于安装在船体上。

图4? 水下空心无榖桨推进器基本结构图

4?水下球形电机推进器

张强、王红等人发明的是一种水下球形电机推进器。定子铁心为球形，球形定子铁

心表面沿大圆开有三个相互垂直的槽，槽内分别放置三相集中绕组，绕组两两垂直，三相绕组的线圈通过电缆线接到水下密封插头上，定子铁心外面包有与其固定在一起的球形密封壳，球壳形的外转子通过橡胶轴承套在密封壳上，橡胶轴承表面开有水槽，在两个橡胶轴承之间为转子铁心，在转子铁心和密封壳之间留有微小的缝隙，转子铁心、橡胶轴承与转子外壳结合在一起，螺旋桨桨叶直接固定在转子外壳上。本发明实现了水下电机推进器的矢量推进，在提高了推进器性能的同时，可使水下工作装置简化机械结构，减轻质量、缩小体积，具有更好的应用性和更高的可靠性。

图5? 水下球形电机推进器基本结

构图

一种超小型水下推进器的研究与开发

摘要：介绍了国内外水下推进器的基本组成与工作原理，分析了水下推进器的主要关键技术，并针对这些关键技术进行优化设计，开发出一种新型水下推进器。通过样机的试制及试验，该型水下推进器性能优越，为进一步开展超小型水下推进器的研究提供了依据。

引言

水下推进器（dive propulsion vehicle,DPV），也叫水下推进器，蛙人助推器，是海军蛙人或者潜水爱好者进行浅海潜水的重要援助手段之一，在国外越来越受到使用者的青睐。水下推进器提供给人们一种全新的娱乐方式，它提高了人们在水中的活动范围和速度，它不但能让人们在水面自由的航行，而且能将游泳者带入水下世界，进行观光、探险等活动，其趣味性和对人们的吸引力远大于传统的娱乐活动。

目前在国外，水下推进器十分流行，正成为一种普通的家用娱乐工具。水下推进器项目除了能够满足人们娱乐生活的需要，而且在娱乐用水下推进器基础上进行改进后，可以顺利的研制出性能更好，用于水下搜救、水下勘测等工业领域和蛙人运输、特种作战等军事领域的水下推进装置。

国外生产水下推进器的厂家数量较多，产品种类也很丰富，比较有名的如Aeris DPV、Torpedo DPV、SeaDoo及Oceanic Mako等。而国内水下推进器的生产研制刚起步，生产厂家很少。据了解，昆明750所研仿过一型俄罗斯军用水下推进器，其性能指标尚不了解。国内有关船厂也曾组织过类似的研究，因推进和密封等关键技术未过关而失败。由此可见，如果开发水下推进器，一旦成功并成熟则拥有着非常广泛的市场前景。

1?组成与原理

目前，国内外水下推进器在加工制造及外形上也许有很大的差异，但其组成与原理大体上是相同的。分析了大量国内外现有产品，并结合先进的优化设计建模方法与工具，武汉第二船舶设计研究所研究开发了WT1-40B，WT1-50两种型号水下推进器，其主要组成及工作原理如下：

1.1?主要组成

1.2 与国内外其他型号一样，WT1-40B，WT1-50水下推进器主要包括浮力调整装置、壳体、蓄电池、控制装置、驱动电机、传动装置、螺旋桨、及7部分组成。如图1所示。

1.3 浮力调整装置：推进器需要漂浮水面或悬浮水下，其状态切换就需要使用浮力调整装置，浮力装置相当于配重使其达到零浮力状态，从而可以在水中任意位置悬浮工作。

1.4 壳体：主要是水下推进器外形及内部骨架，是整个水下推进器的基础。壳体外形涉及线性设计、分段位置以及密封方式，内部骨架涉及耐压加强及各部件安装形式。

1.5 蓄电池：主要是水下推进器的动力来源，蓄电池的性能直接决定了水下推进器的性能与使用寿命。

1.6 控制装置：主要是水下推进器的起停控制与速度调节。起停方式有接触式的按钮开关与非接触式的磁力控制等。速度调节有桨角机械转换与电机电气转速控制等。