CN105292410A - 一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统 - Google Patents
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Abstract
一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统，包括控制驱动器，热电池，翼展机构，其中翼展机构包括弹出式减速翼，销轴，支架，套筒，火工品作动器，定位螺钉，防转螺钉，定位销，弹簧。弹出式减速翼未弹出时保持收拢状态，并受套筒和安装在支架端面的定位螺钉的约束不能转动，实现其零位锁定功能。控制驱动器收到弹上计算机的弹出翼展开指令后，驱动电路引爆火工品作动器，其作动杆带动套筒侧边的下齿瞬间推动弹出式减速翼尾部，使减速翼绕转动轴旋转弹出。减速翼在30ms内转到预定位置90°时，定位卡榫在弹簧的推动下将其锁定。该系统结构紧凑，输出力大，展开时间快、同步性高，四个减速翼弹出展开至90°的时间差不大于5ms。
Description
技术领域
本发明涉及一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统，属于自动化装置领域。
背景技术
弹出式减速翼系统应用于水下超空泡产品的湖态试验，弹出式减速翼在产品航行末端弹出4个减速翼,增大阻力使试验弹速度快速减速，与拦截网配合进行拦截回收。弹出式减速翼同时具备减速和挂网双重功能。
目前国际和国内常用的展开机构有机电作动器形式，火工品作动器形式等，但都不具有展开前锁定功能和展开后锁定功能，且无法适应水下工作环境，现有技术不能满足需求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统，该系统具有展开前锁定功能和展开后锁定功能、适应水下工作环境、展开时间短、锁定可靠等特点，可以满足水下超空泡产品湖态试验的应用要求。
本发明的技术解决方案是：
一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统，包括热电池、控制驱动器和翼展机构；热电池和控制驱动器固定安装在密封舱内，四个翼展机构均匀分布在尾舱的舱壁上，热电池用于给翼展机构供电，控制驱动器控制翼展机构展开，增加行进阻力，实现减速。
所述翼展机构包括减速翼、销轴、支架、套筒、火工品作动器、支撑螺钉和定位销；
支架固定安装在尾舱的舱壁上，支架呈扇面状，在支架的外缘有凸起，该凸起的侧壁面与尾舱的舱壁光滑过渡，在所述支架外缘的凸起上有支耳，减速翼的根部通过销轴与所述支耳活动连接，使得减速翼能够绕销轴展开；火工品作动器固定在支架的扇面上，火工品作动器的轴向垂直于扇面；套筒套在火工品作动器外部，套筒上有上齿和下齿，减速翼根部有一凸起，未展开状态下，该凸起位于套筒两个齿之间，套筒的上齿压住减速翼根部的凸起，使减速翼在未展开状态下不能向外侧旋转，支撑螺钉固定在所述支耳上，使得减速翼在未展开状态下不能向内侧旋转；火工品作动器动作后，带动套筒向上运动，套筒的下齿推动减速翼的根部凸起，使减速翼绕销轴旋转弹出展开；定位销固定在所述支耳上，用于减速翼展开之后的定位。
所述翼展机构还包括防转螺钉，安装在套筒的上齿和下齿之间，用于限定套筒和火工品作动器的周向位置关系。
所述减速翼展开后，与火工品作动器的轴向夹角度。
所述减速翼的横截面近似等腰直角三角形，在直角处有圆弧过渡。
所述支架固定安装在尾舱的舱壁上，具体通过铰制螺钉固连。
所述减速翼弹出旋转至90°预定位置的时间在30ms以内，四个减速翼之间弹出展开至90°的时间差不大于5ms。
所述控制驱动器包括RS422总线接口电路、DSP、四路隔离电路和四路功率驱动电路；上位机为DSP提供28V控制电，并通过RS422总线接口电路与DSP进行指令和数据通信，DSP输出的解锁指令依次通过四路隔离电路和四路功率驱动电路之后，引爆四个火工品作动器。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明采用火工品作动器方案，在现有的空间尺寸内，实现较大功率的方案布局，满足了使用要求。
(2)本发明采用了一个套筒带上下两个齿的设计方案，使弹出式减速翼在零位的锁定及火工品作用力的输出仅用一个零件即可实现，减小了空间布局；
(3)本发明采用定位销设计方案，在微小的空间内实现了弹出式减速翼展开到位后的锁定功能；
附图说明
图1是本发明翼展机构的爆炸结构示意原理布局图；
图2是本发明弹出式减速翼系统翼展90°位置结构示意布局剖视图；
图3是本发明弹出式减速翼系统翼展90°位置结构示意布局正视图；
图4是本发明翼展机构减速翼收拢位置下结构示意布局侧视剖视图；
图5是本发明翼展机构减速翼收拢位置下结构示意布局前视图；
图6是本发明翼展机构减速翼90°位置下结构示意布局侧视剖视图；
图7是本发明翼展机构减速翼90°位置下结构示意布局前视剖视图；
图8是本发明控制驱动器详细方案框图；
图9是本发明翼展机构减速翼角度-时间特性仿真曲线；
图10是本发明翼展机构减速翼水动力矩-时间特性仿真曲线；
图11是本发明翼展机构减速翼旋转阻尼力矩-时间特性仿真曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
如图2、3所示，本发明提供了一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统，包括热电池9、控制驱动器10和翼展机构13；热电池9和控制驱动器10固定安装在密封舱11内，四个翼展机构13呈90°夹角均匀分布在尾舱12的内舱壁上，热电池9用于给翼展机构13供电，控制驱动器10控制翼展机构13展开，增加行进阻力，实现减速。
如图1所示，所述翼展机构13包括减速翼1、销轴2、支架3、套筒4、火工品作动器5、支撑螺钉6和定位销7；
支架3固定安装在尾舱12的舱壁上，支架3呈扇面状，在支架3的外缘有凸起，该凸起的侧壁面与尾舱12的舱壁光滑过渡，在所述支架3外缘的凸起上有支耳，减速翼1的根部通过销轴2与所述支耳活动连接，使得减速翼1能够绕销轴2展开；火工品作动器5固定在支架3的扇面上，火工品作动器5的轴向垂直于扇面；套筒4套在火工品作动器5外部，套筒4上有上齿和下齿，减速翼1根部有一凸起，未展开状态下，如图4所示，该凸起位于套筒4两个齿之间，套筒4的上齿压住减速翼1根部的凸起，使减速翼1在未展开状态下不能向外侧旋转，支撑螺钉6固定在所述支耳上，使得减速翼1在未展开状态下不能向内侧旋转；火工品作动器5动作后，带动套筒4向上运动，套筒4的下齿推动减速翼1的根部凸起，使减速翼1绕销轴2旋转弹出展开；套筒4侧边的下齿与减速翼1的推力端面留有一定的间隙，是为了防止减速翼1弹出过程中卡死，同时也是为了保证装配工艺的可实现性。定位销7固定在所述支耳上，用于减速翼1展开之后的定位。如图6所示，减速翼1展开后，与火工品作动器5的轴向夹角90度。
如图4、5所示，所述的支架3安装的转轴位置的附近，有两个定位销孔，依次装有弹簧和定位卡榫。定位卡榫在弹簧压力作用下，与减速翼1根部两侧平面接触。如图6、7所示，当减速翼1受火工品作动器瞬间巨大冲击作用，弹出旋转至90°时，支架3上的定位销孔与减速翼1根部的盲孔重合，定位卡榫在弹簧压力作用下部分穿入减速翼1根部的盲孔，使其锁定在90°位置。
所述翼展机构13还包括防转螺钉8，安装在套筒4的上齿和下齿之间，用于限定套筒4和火工品作动器5的周向位置关系。减速翼1未弹出保持收拢状态时，套筒4侧边的上齿压紧减速翼1的锁紧端面，防止减速翼1外旋；同时安装在支架3端面的防转螺钉8防止减速翼1内旋从而实现其零位锁定功能。
如图1所示，所述减速翼1的横截面近似等腰直角三角形，斜边长度50mm，在直角处有半径为10mm圆弧过渡，目的在于减速翼呈90°展开并锁定后，产品水下行进过程中减小行进阻力。
所述支架3固定安装在尾舱12的舱壁上，具体通过铰制螺钉固连。
所述减速翼1弹出旋转至90°预定位置的时间在30ms以内，四个减速翼1之间弹出展开至90°的时间差不大于5ms。因此对火工品作动器5的瞬时驱动力矩提出精密要求，在火工品作动器作动时间10ms基础上行程为4～10mm，减速翼1与火工品作动器5位置关系如表1所示。
表1火工品作动器5行程与减速翼1展开角度关系
减速翼1展开角度为0～24°过程中，水流相对速度为100m/s，火工品作动器5驱动力矩分别选择100N.m，120N.m，150N.m，180N.m，根据表1参数，对弹出翼展开特性进行仿真，仿真结果表2、图9所示。
表2火工品作动器5驱动力矩仿真参数结果对比
如附图9、10、11所示，火工品作动器5驱动力矩与减速翼1展开时间、水动力力矩正相关，与旋转阻尼力矩负相关。综合考虑翼展时间和翼展机构13结构强度等因素，确定火工品作动器最佳驱动力矩为150N.m。
如图8所示，控制驱动器10包括RS422总线接口电路、DSP、四路隔离电路和四路功率驱动电路；上位机为DSP提供28V控制电，并通过RS422总线接口电路与DSP进行指令和数据通信，DSP输出的解锁指令依次通过四路隔离电路和四路功率驱动电路之后，引爆四个火工品作动器。
控制驱动器10的控制电源由上位机提供，功率电源由伺服电池激活后提供，弹上计算机的数字指令，经控制驱动器内部422芯片采集后输出给单片机。
控制驱动器10接收到上位机指令要求减速翼1弹出时，同时控制四个火工品作动器5作动发火，点燃火工品作动器5内腔炸药，火工品作动器5带动套筒4快速向上推出，减速翼1在套筒4下齿瞬时大推力作用下绕销轴2旋转，减速翼1获得此能量后，克服产品航行时水动力，水的旋转阻尼力矩以及机构间摩擦力等作用，以一定速度展开至90°并锁定。
Claims (8)
1.一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统，其特征在于：包括热电池(9)、控制驱动器(10)和翼展机构(13)；热电池(9)和控制驱动器(10)固定安装在密封舱(11)内，四个翼展机构(13)均匀分布在尾舱(12)的舱壁上，热电池(9)用于给翼展机构(13)供电，控制驱动器(10)控制翼展机构(13)展开，增加行进阻力，实现减速。
2.根据权利要求1所述的一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统，其特征在于：所述翼展机构(13)包括减速翼(1)、销轴(2)、支架(3)、套筒(4)、火工品作动器(5)、支撑螺钉(6)和定位销(7)；
支架(3)固定安装在尾舱(12)的舱壁上，支架(3)呈扇面状，在支架(3)的外缘有凸起，该凸起的侧壁面与尾舱(12)的舱壁光滑过渡，在所述支架(3)外缘的凸起上有支耳，减速翼(1)的根部通过销轴(2)与所述支耳活动连接，使得减速翼(1)能够绕销轴(2)展开；火工品作动器(5)固定在支架(3)的扇面上，火工品作动器(5)的轴向垂直于扇面；套筒(4)套在火工品作动器(5)外部，套筒(4)上有上齿和下齿，减速翼(1)根部有一凸起，未展开状态下，该凸起位于套筒(4)两个齿之间，套筒(4)的上齿压住减速翼(1)根部的凸起，使减速翼(1)在未展开状态下不能向外侧旋转，支撑螺钉(6)固定在所述支耳上，使得减速翼(1)在未展开状态下不能向内侧旋转；火工品作动器(5)动作后，带动套筒(4)向上运动，套筒(4)的下齿推动减速翼(1)的根部凸起，使减速翼(1)绕销轴(2)旋转弹出展开；定位销(7)固定在所述支耳上，用于减速翼(1)展开之后的定位。
3.根据权利要求2所述的一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统，其特征在于：所述翼展机构(13)还包括防转螺钉(8)，安装在套筒(4)的上齿和下齿之间，用于限定套筒(4)和火工品作动器(5)的周向位置关系。
4.根据权利要求2所述的一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统，其特征在于：所述减速翼(1)展开后，与火工品作动器(5)的轴向夹角90度。
5.根据权利要求2所述的一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统，其特征在于：所述减速翼(1)的横截面近似等腰直角三角形，在直角处有圆弧过渡。
6.根据权利要求2所述的一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统，其特征在于：所述支架(3)固定安装在尾舱(12)的舱壁上，具体通过铰制螺钉固连。
7.根据权利要求2所述的一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统，其特征在于：所述减速翼(1)弹出旋转至90°预定位置的时间在30ms以内，四个减速翼(1)之间弹出展开至90°的时间差不大于5ms。
8.根据权利要求1所述的一种由火工品驱动带锁定功能的弹出式减速翼系统，其特征在于：所述控制驱动器(10)包括RS422总线接口电路、DSP、四路隔离电路和四路功率驱动电路；上位机为DSP提供28V控制电，并通过RS422总线接口电路与DSP进行指令和数据通信，DSP输出的解锁指令依次通过四路隔离电路和四路功率驱动电路之后，引爆四个火工品作动器。
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