【设想】深潜员、浮潜员化学推进器的设计?
中文摘要
讨论如何设计长程高速的潜水员推进器,使用化学燃料不用电推
关键词
潜水深潜浮潜推进观光水下摩托
scubasnorkelpropeltourismunderwatermotor

到热带旅游时潜了几次水,包括深潜(带气瓶的)和浮潜(一根管子浮在水面上换气),游的太慢,很多动物看不清楚,海龟海豚,都只能远远瞟一眼,意犹未尽。


水下游泳比水上费力的多,如果有推进器,相当于骑上了摩托车,可以遨游更大范围的水体。

消费市场之外,国防上个人潜水推进器没有应用,比如特种兵,蛙人等专业用户,应该可以用比较烈性的化学反应推进?



水下推进需要的能量远高于陆地上电动自行车,市场上有卖电动的推进器,如Yamaha RDS系列,因为锂电池能量密度原因,航程普遍只有8-12km,速度只有4~6km/h,追不上海龟,更追不上海豚,零售价格3000元以上。


改用液体或固体燃料,在水下内燃或喷气推进?大众运动产品最好用消费者方便买到的燃料,最好是燃油,酒精,木炭等市场上到处有卖的,不能是受管制化学品。军用可以用管制化学品。


水面游泳可以用航模小型汽油机推螺旋桨,但人耳朵在水下时没法用,噪音太大会影响潜水乐趣,人难受,鱼也吓跑了。

比如1979年就出现的老产品https://www.aquascooter.com/,使用二冲程汽油机,仅供浮潜。


有没有更静音的热机可以利用?

如果不用热机,也没有螺旋桨,靠高温燃气或高温水蒸气直接推行不行?


如果是深潜,不带水面浮子/换气管,氧化剂如何解决,纯氧钢瓶实在太重太大,有没有比较适合的液体、固体氧化剂?



复习了一下二战时期的鱼雷发动机设计,日本93鱼雷是双缸活塞发动机+螺旋桨,带氧气罐和乙醇燃料罐,航程40km。美国MK14鱼雷是两级膨胀反转涡轮+螺旋桨,航程8200m,MK18铅蓄电池,航程只有3600m。



https://new.qq.com/omn/20190329/20190329A040IM.html  这里有个美军的水下电摩,航程20公里,总销量才400台,一台14万美元

http://www.fundiving.com/travel/34313  观光水下摩托,看外形连海龟都难追上



[修改于 9 个月前 - 2019-12-30 19:20:28]

来自:生活广场 / 科创茶话
2019-12-30 14:40:25
1楼

不能浮起来换气,这个高续航深潜的命题本质上就是个微型潜艇了,


潜艇四类AIP技术:闭式循环柴油机、斯特林发动机、燃料电池以及小型核动力。燃料和氧化剂的挑选,基本上个人都玩不起。


我看还是燃料电池靠谱,不然还得专门研发专用内燃机


简单的,就是背上一个液氮罐,用压缩气体喷气式潜水


折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-12-30 15:29:40
2楼

氧化剂可以用水嘛😂

attachment icon 铝基金属燃料水冲压发动机内流场数值模拟_常浩.pdf 8.89MB PDF 76次下载 预览


评论(1)折叠评论
1
加载评论中,请稍候...
折叠评论
机器狗(作者)
3楼
引用三水合番发表于2楼的内容
氧化剂可以用水嘛😂

好主意,不过,铝粉镁粉都是管制的,燃料怎么合法卖给用户呢?成型的固体燃料可以卖吗?还是可以不用铝粉用铝箔之类?

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
机器狗(作者)
4楼
引用kc-84543发表于1楼的内容
不能浮起来换气,这个高续航深潜的命题本质上就是个微型潜艇了,潜艇四类AIP技术:闭式循环柴油机、斯特...

谢答,不过量级不一样,也有不同的解决方式吧?比潜艇稍小的鱼雷发动机就没有用这四种。深潜如果考虑到人呼吸,恐怕最终还是逃不过带H2O2. 

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
5楼

蛙人水下推进器,搜了一下,这种设备还是基于电池设计的

[修改于 9 个月前 - 2019-12-30 16:47:05]

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
6楼

这种蛙人水下推进器军用级别的估计体积太大,更小的结构估计性能就差很多了

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
7楼

关键是 如果携带燃料 就必然携带氧化剂 水下是没有氧气的 早期潜艇也是需要定期上浮充电,在水下使用的是电力

而水下的独特的压强,水的稠密性,又很难保证用传统火箭的设计方法 说不准点火都是个问题

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
8楼

化学推进的话氧气鱼雷的发动机应该算是比较好的了,加以优化并缩小应该没有问题。给人呼吸应该可以用过氧化钠,过氧化氢是液体,使用不方便,而且高浓度时存在安定性问题。

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
机器狗(作者)
9楼
引用御坂18650发表于8楼的内容
化学推进的话氧气鱼雷的发动机应该算是比较好的了,加以优化并缩小应该没有问题。给人呼吸应该可以用过氧化...

往复活塞发动机噪音太大了,不适合娱乐型潜水,更不适合蛙人,那么大的噪音就是活靶子,只适合不用掩藏的无人潜航器。

不知道燃气/蒸汽推涡轮的怎么样,噪音有没有小一些,汽车涡轮增压器的架构(向心/离心代替传统的轴流式燃气轮机)好不好?输出轴可以加个行星齿轮减速器,然后推螺旋桨?


另一个想法是,海豚等动物游动噪音小,除了因为流线型,还因为生物运动是低频,而热机要想做成低转速,比如60rpm,就必须把行程做的很长,排量做的很大,而且要边做功边喷油,效率巨低。

看来内燃机里只有MK14那样的“简易燃气轮机”是正解。

[修改于 9 个月前 - 2019-12-31 01:41:57]

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
10楼

1:AlICE火箭燃料

水作为氧化剂

纳米铝粉

2:水基推进

电解水---H2+O2

3:超临界水推进

B站搜索ARCA的水基燃料

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2019-12-31 01:49:53
机器狗(作者)
11楼
引用ERIC20041219发表于10楼的内容
1:AlICE火箭燃料水作为氧化剂纳米铝粉2:水基推进电解水---H2+O23:超临界水推进B站搜索...

纳米铝粉燃料太贵了,而且有管制,有没有什么便宜、不管制的替代品?铝箔很便宜,能凑合用吗?


ARCA的水基燃料--没搜到,麻烦给个链接?

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
12楼
引用机器狗发表于11楼的内容
纳米铝粉燃料太贵了,而且有管制,有没有什么便宜、不管制的替代品?铝箔很便宜,能凑合用吗?ARCA的水...

好的https://www.bilibili.com/video/av68196906?from=search&seid=1669268541011549491

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2020-01-04 22:35:00
2020-1-4 22:35:00
13楼

首先,技术角度来说,人暴露在外的推进系统速度基本无法超过15km/h,包括美军的那个东西

看楼主的设想是想达到大概25km/h,20km,在这个速度下靠手抓住推进器有相当难度。国防上等应用的这个速度的推进器基本都是乘坐式的,类似于你之前找的那个,并且几乎都是电推进

在这个速度下人的外形阻力较大,基本要采用趴着的姿势+整流罩,相当于半个人操鱼雷

要是想追海豚至少要50km/h,相当于要造一艘微型潜艇/鱼雷,成品估计类似于德国neger torpedo。二战期间的日本倒是搞了个回天人操鱼雷,55km/h下有20km的续航

基于锂电池的电动推进器是可以达到高速高航程的,锂电池的能量密度至少比铅电池高5倍

例如美制MK48系列鱼雷,实弹是用热动力,奥拓-2燃料+斜盘发动机,100km/h下能达到45km射程

类似的鱼雷训练弹使用锂电池动力,可重复使用,能做到74km/h+35km以上,但是内部没有装药,倒是塞了不少电池

使用热动力的话

1氧化剂储存与使用难度较大

2发动机受背压影响,较电动机制造困难,贵

3业余条件下操作可靠性难以达到电推进的水平

达到楼主的条件的产品价格不可能低,即使是1人,25km/h,20km续航估计也要5万往上,并且体积不小

热动力的体积和重量如果控制得当可能会比电动力低30%左右,但是价格更高

按照楼主的想法,符合要求的氧化剂基本只有氧气及压缩空气,燃料乙醇等,最终成品估计类似于93式氧气鱼雷,这货还就是用的氧气钢瓶,22.5Mpa

纯氧的开发难度较大,压缩空气(二次大战前热动力鱼雷的常用氧化剂)的难度要低一些

另,即使是蛙人也不会在水下长距离高速推进,一般由潜艇送到目标10-20km处,再以5km/h左右的速度前往目标

在水下高速运动(约大于40km/h)噪音等会显著增大,难以安静航行,所以潜艇航行速度一般比最大速度小不少


折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论
2020-02-12 22:20:23
2020-2-12 22:20:23
14楼

这几年已经出了好多款水下推进了,我自己也在用着一台便携式的水下推进,总重量也就八公斤左右,我个人买是考虑续行工作时间,和电池的更换:现在我这台大功率输出续行时间45分钟内,现主流水下推进考虑的都是便携式性,续航性,还有马力.在经济效率情况下.现在市面大部分水下推进都是以36V电配大功率无刷电机.如果用一次性消耗品的模式考虑,给个提仪(压缩空气是每个潜水员都能搞得到的.纯氧也是)有了这个主要的氧化剂.燃料用便携式GAS燃气瓶,这些都是易到手的材料,做好燃气混合供小型内燃机.做一台小型热动力推进.

折叠评论
加载评论中,请稍候...
折叠评论

想参与大家的讨论?现在就 登录 或者 注册

%7B%22isDisplay%22%3Atrue%7D

仅供内部学术交流或培训使用,请先保存到本地。本内容不代表科创观点,未经原作者同意,请勿转载。

插入资源
全部
图片
视频
音频
附件
全部
未使用
已使用
正在上传
空空如也~
上传中..{{f.progress}}%
处理中..
上传失败,点击重试
等待中...
{{f.name}}
空空如也~
(视频){{r.oname}}
{{selectedResourcesId.indexOf(r.rid) + 1}}
处理中..
处理失败
插入表情
我的表情
共享表情
Emoji
上传
注意事项
最大尺寸100px,超过会被压缩。为保证效果,建议上传前自行处理。
建议上传自己DIY的表情,严禁上传侵权内容。
点击重试等待上传{{s.progress}}%处理中...已上传
空空如也~
草稿箱
加载中...
此处只插入正文,如果要使用草稿中的其余内容,请点击继续创作。
{{fromNow(d.toc)}}
{{getDraftInfo(d)}}
标题:{{d.t}}
内容:{{d.c}}
继续创作
删除插入插入
{{forum.displayName}}
{{forum.countThreads}}
篇文章,
{{forum.countPosts}}
条回复
{{forum.description || "暂无简介"}}
ID: {{user.uid}}
学术分隐藏
{{submitted?"":"投诉"}}
请选择违规类型:
{{reason.description}}
支持的图片格式:jpg, jpeg, png
插入公式