CN107651144A - 一种可收放式艏舵的操纵装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可收放式艏舵的操纵装置，包括：转舵装置、左收放舵装置和右收放舵装置；转舵装置包括：转舵舵机、转舵摇臂、回转轴、过渡摇臂、连杆、转舵轴摇臂、转舵轴、左滑座、左弧形导轨、右滑座和右弧形导轨；转舵舵机与转舵摇臂连接；过渡摇臂和转舵摇臂通过回转轴连接；连杆的两端分别与过渡摇臂和转舵轴摇臂铰接；转舵轴摇臂设置在转舵轴中间，与转舵轴固定连接；左滑座和右滑座分别设置在转舵轴的两端；左弧形导轨和右弧形导轨对称设置；左、右收放舵装置分别通过左、右滑座与转舵装置连接，可分别绕左、右弧形导轨呈90°转动。本发明采用多机构交汇设计，在有限空间内优化机构各连杆和摇臂关系，提高了水下潜器整体的操纵性能。

Description

一种可收放式艏舵的操纵装置

技术领域

本发明属于水下潜器技术领域，尤其涉及一种可收放式艏舵的操纵装置。

背景技术

艏舵位于水下潜器首部，可分为固定式和可收放式两种，固定式与现役型号的围壳舵相似；收放式装置较复杂，为了避免水下潜器横靠码头时造成舵的损坏，可以设计成可收折式，以较大的展弦比布置在艏部载重水线以上的上层建筑空间内。设置艏水平舵的原因是能够独立控制纵倾和下潜深度，特别是在发生尾舵卡舵的紧急情况，艏舵的这种优点更为明显。但是艏舵也有明显的缺陷，由于艏部有效空间较小，可收折式的艏舵在布置上与其他设备容易产生矛盾。国内对艏舵装置研究较少，且由于在现役型号中的应用较少，装置的研究较落后，设计经验缺乏，急需开展此项技术的研究。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种可收放式艏舵的操纵装置，提高了水下潜器整体的操纵性能。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种可收放式艏舵的操纵装置，包括：转舵装置(100)、左收放舵装置(200)和右收放舵装置(300)；其中，所述左收放舵装置(200)和右收放舵装置(300)对称设置在所述转舵装置(100)的左右两侧；

其中，

所述转舵装置(100)，包括：转舵舵机(1)、转舵摇臂(41)、回转轴(42)、过渡摇臂(43)、连杆(44)、转舵轴摇臂(45)、转舵轴(46)、左滑座(61)、左弧形导轨(62)、右滑座(63)和右弧形导轨(64)；

所述转舵舵机(1)与所述转舵摇臂(41)连接；

所述过渡摇臂(43)和所述转舵摇臂(41)平行设置，并通过垂直于所述过渡摇臂(43)和所述转舵摇臂(41)所在平面的回转轴(42)连接；

所述连杆(44)的一端与所述过渡摇臂(43)铰接，另一端与所述转舵轴摇臂(45)铰接；

所述转舵轴摇臂(45)设置在所述转舵轴(46)的中间，与所述转舵轴(46)固定连接；其中，所述转舵轴(46)穿过所述转舵轴摇臂(45)的中心孔；

所述左滑座(61)和右滑座(63)分别设置在所述转舵轴(46)的两端；

左弧形导轨(62)和右弧形导轨(64)以所述转舵轴摇臂(45)为中心左右对称设置；其中，左弧形导轨(62)与左滑座(61)连接；右弧形导轨(64)与右滑座(63)连接；

所述左收放舵装置(200)通过所述左滑座(61)与所述转舵装置(100)连接；其中，所述左收放舵装置(200)可绕所述左弧形导轨(62)呈90°转动；

所述右收放舵装置(300)通过所述右滑座(63)与所述转舵装置(100)连接；其中，所述右收放舵装置(300)可绕所述右弧形导轨(64)呈90°转动。

在上述可收放式艏舵的操纵装置中，所述转舵装置(100)，还包括：左支座(47)和右支座(48)；

所述左支座(47)和右支座(48)以所述转舵轴摇臂(45)为中心左右对称设置，并与所述转舵轴(46)固定连接；其中，所述转舵轴(46)穿过左支座(47)和右支座(48)的中心孔，用于支撑所述转舵装置(100)。

在上述可收放式艏舵的操纵装置中，

所述转舵舵机(1)通过法兰与水下潜器的耐压壳体通过螺栓连接；

其中，所述转舵舵机(1)的直线运动可带动转舵摇臂(41)的转动，进而带动回转轴(42)轴向转动；回转轴(42)的轴向转动带动过渡摇臂(43)的转动，过渡摇臂(43)的转动力经所述连杆(44)传递至转舵轴摇臂(45)，带动转舵轴摇臂(45)的转动；转舵轴摇臂(45)的转动带动转舵轴(46)的转动；转舵轴(46)的转动带动两侧连接的左收放舵装置(200)和右收放舵装置(300)绕X轴转动，实现转舵控制。

在上述可收放式艏舵的操纵装置中，所述左收放舵装置(200)，包括：左回转舵机(2)、左收放轴摇臂(51)、左收放转轴(52)、左舵杆(53)和左舵叶(54)；

所述左舵杆(53)的一端与左舵叶(54)连接，另一端与左滑座(61)连接；

所述左收放转轴(52)位于所述左舵叶(54)和左滑座(61)之间；其中，所述左舵杆(53)穿过所述左收放转轴(52)的中心孔；

所述左收放转轴(52)通过所述左收放轴摇臂(51)上的安装孔与所述左收放轴摇臂(51)连接；其中，所述左收放轴摇臂(51)上的安装孔与所述左收放转轴(52)的轴线同轴；

左收放轴摇臂(51)与左回转舵机(2)连接；所述左回转舵机(2)的轴线与所述左收放轴摇臂(51)上的安装孔的轴线垂直。

在上述可收放式艏舵的操纵装置中，

所述左回转舵机(2)通过法兰与水下潜器的耐压壳体通过螺栓连接；

其中，所述左回转舵机(2)的直线运动带动左收放轴摇臂(51)的转动，进而带动左收放转轴(52)绕轴向转动，左收放转轴(52)的轴向转动带动左舵杆(53)和左滑座(61)一起沿左弧形导轨(62)呈90°转动，实现回舵控制。

在上述可收放式艏舵的操纵装置中，所述右收放舵装置(300)与所述左收放舵装置(200)为完全对称的左右件；

所述右收放舵装置(300)，包括：右回转舵机(3)、右收放轴摇臂(55)、右收放转轴(56)、右舵杆(57)和右舵叶(58)。

在上述可收放式艏舵的操纵装置中，

所述左收放转轴(52)和右收放转轴(56)之间的间距为2900mm；

左回转舵机(2)和右回转舵机(3)之间的距离为1900mm；

在上述可收放式艏舵的操纵装置中，

左支座(47)和右支座(48)之间的距离为800mm；

转舵摇臂(41)的半径为500mm；

过渡摇臂(43)的半径为350mm；

转舵轴摇臂(45)的半径为473mm。

本发明具有以下优点：

本发明所述的可收放式艏舵的操纵装置，包括一套转舵装置和两套左右对称的收放舵装置，转舵装置驱动舵叶摆动,收放舵装置驱动两侧舵叶收放,多机构交汇设计，在有限空间内优化机构各连杆和摇臂关系，优化各环节功耗，提高了水下潜器整体的操纵性能。

其次，收放舵装置利用弧形导轨形式实现对两侧舵叶的收放此操作，提高了支撑刚度，并保证了转舵的平稳性。并且，弧形导轨将转舵和收放舵两个动作关联在一起，导轨运动平面和转舵回转轴线重合，使得舵杆和转舵轴的分离和接合均在弧形啮合平面内工作，使得舵叶可实现0°至90°的角度变化(收放)。弧形导轨精度高、间隙小、寿命长，保证了收放动作的顺畅、平稳，提高了装置可靠性，满足了艏舵操纵装置的操作要求。

此外，本发明将转舵摇臂、转舵过渡摇臂及转舵轴摇臂三者比例关系进行了优化，设计最优转舵功率，提高了装置工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例中一种可收放式艏舵的操纵装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种可收放式艏舵的操纵装置的尺寸标注示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公共的实施方式作进一步详细描述。

本发明所述的可收放式艏舵的操纵装置，是在水下潜器上的首次应用，该装置整体布局均可满足空间要求，在多自由度机构设计、机械传动与控制上有明显的优势。

参照图1，示出了本发明实施例中一种可收放式艏舵的操纵装置的结构示意图。其中，定义X轴、Y轴和Z轴：转舵轴46所在方向为X轴所在方向，回转轴42所在方向为Z轴所在方向,转舵舵机1的轴向所在方向为Y轴所在方向。

如图1，所述可收放式艏舵的操纵装置，包括：转舵装置100、左收放舵装置200和右收放舵装置300；其中，所述左收放舵装置200和右收放舵装置300对称设置在所述转舵装置100的左右两侧。

在本实施例中，所述转舵装置100，包括：转舵舵机1、转舵摇臂41、回转轴42、过渡摇臂43、连杆44、转舵轴摇臂45、转舵轴46、左滑座61、左弧形导轨62、右滑座63和右弧形导轨64。

其中：

所述转舵舵机1与所述转舵摇臂41连接。

所述过渡摇臂43和所述转舵摇臂41平行设置，并通过垂直于所述过渡摇臂43和所述转舵摇臂41所在平面的回转轴42连接。优选的，过渡摇臂43、转舵摇臂41和回转轴42可以位于水下潜器的中上部位置；三者为过盈固定连接。

所述连杆44的一端与所述过渡摇臂43铰接，另一端与所述转舵轴摇臂45铰接。

所述转舵轴摇臂45设置在所述转舵轴46的中间，与所述转舵轴46固定连接；其中，所述转舵轴46穿过所述转舵轴摇臂45的中心孔；

所述左滑座61和右滑座63分别设置在所述转舵轴46的两端。其中，所述左滑座61和右滑座63主要起到连接及传递扭矩的作用。

左弧形导轨62和右弧形导轨64以所述转舵轴摇臂45为中心左右对称设置；其中，左弧形导轨62与左滑座61连接；右弧形导轨64与右滑座63连接。

在本实施例中，所述左收放舵装置200通过所述左滑座61与所述转舵装置100连接；其中，所述左收放舵装置200可绕所述左弧形导轨62呈90°转动。所述右收放舵装置300通过所述右滑座63与所述转舵装置100连接；其中，所述右收放舵装置300可绕所述右弧形导轨64呈90°转动。

在本发明的一优选实施例中，所述转舵装置100还可以包括：左支座47和右支座48。其中，所述左支座47和右支座48以所述转舵轴摇臂45为中心左右对称设置，并与所述转舵轴46固定连接；其中，所述转舵轴46穿过左支座47和右支座48的中心孔，用于支撑所述转舵装置100。

在本发明的一优选实施例中，所述转舵舵机1通过法兰与水下潜器的耐压壳体通过螺栓连接。

优选的，基于上述可收放式艏舵的操纵装置的结构特征描述可知，在本实施例中，转舵控制的实现方式可以如下：所述转舵舵机1的直线运动可带动转舵摇臂41的转动，进而带动回转轴42轴向转动；回转轴42的轴向转动带动过渡摇臂43的转动，过渡摇臂43的转动力经所述连杆44传递至转舵轴摇臂45，带动转舵轴摇臂45的转动；转舵轴摇臂45的转动带动转舵轴46的转动；转舵轴46的转动带动两侧连接的左收放舵装置200和右收放舵装置300绕X轴转动，实现转舵控制。

在本发明的一优选实施例中，如图1，所述左收放舵装置200具体可以包括：左回转舵机2、左收放轴摇臂51、左收放转轴52、左舵杆53和左舵叶54。

其中，

所述左舵杆53的一端与左舵叶54连接，另一端与左滑座61连接。优选的，所述左舵叶54通过锥形孔与所述左舵杆53过盈联接。

所述左收放转轴52位于所述左舵叶54和左滑座61之间；其中，所述左舵杆53穿过所述左收放转轴52的中心孔。

所述左收放转轴52通过所述左收放轴摇臂51上的安装孔与所述左收放轴摇臂51连接；其中，所述左收放轴摇臂51上的安装孔与所述左收放转轴52的轴线同轴。

左收放轴摇臂51与左回转舵机2连接；所述左回转舵机2的轴线与所述左收放轴摇臂51上的安装孔的轴线垂直。

在本发明的一优选实施例中，所述左回转舵机2通过法兰与水下潜器的耐压壳体通过螺栓连接。

优选的，基于上述可收放式艏舵的操纵装置的结构特征描述可知，在本实施例中，(左)回舵控制的实现方式可以如下：所述左回转舵机2的直线运动带动左收放轴摇臂51的转动，进而带动左收放转轴52绕轴向转动，左收放转轴52的轴向转动带动左舵杆53和左滑座61一起沿左弧形导轨62呈90°转动，实现回舵控制。

在本实施例中，所述右收放舵装置300与所述左收放舵装置200为完全对称的左右件。如图1，所述右收放舵装置300具体可以包括：右回转舵机3、右收放轴摇臂55、右收放转轴56、右舵杆57和右舵叶58。其中，右收放舵装置300各部件的连接关系以及(右)回舵控制的实现方式均可参照上述左收放舵装置200的描述，不再赘述。

在本发明的一优选实施例中，参照给出了可收放式艏舵的操纵装置的一组可行的尺寸参数，当然，该组参数在实际应用中，可以根据实际情况进行调整。

优选的，参照图2，示出了本发明实施例中一种可收放式艏舵的操纵装置的尺寸标注示意图。

在本实施例中，所述左收放转轴52和右收放转轴56之间的间距可以但不仅限于为2900mm；左回转舵机2和右回转舵机3之间的距离可以但不仅限于为1900mm；左支座47和右支座48之间的距离可以但不仅限于为800mm；转舵摇臂41的半径可以但不仅限于为500mm；过渡摇臂43的半径可以但不仅限于为350mm；转舵轴摇臂45的半径为473mm。

上述转舵摇臂41的半径、过渡摇臂43的半径和转舵轴摇臂45的半径，是基于优化处理后得到的结果；三者之间合理的比例确保了转舵功率的最优化，提高了装置的效率。

基于上述可收放式艏舵的操纵装置的结构描述，为了便于本领域技术人员更好的理解，下面对所述可收放式艏舵的操纵装置的工作原理进行简单说明。

所述可收放式艏舵的操纵装置接收操控室发来的控制指令，并利用伺服控制技术控制舵机直线运动，配合位置闭环控制策略，可完成操纵装置的收、放舵以及转舵等动作，与此同时将执行结果、操纵装置的运行状态及故障信息反馈至操控室。

具体的，

放舵过程：所述左回转舵机2和所述右回转舵机2同时接受放舵指令，同时工作。以左侧为例表述：所述左回转舵机2的沿Y轴正向直线运动，带动左收放轴摇臂51绕左收放转轴52(Z方向)旋转，带动所述左舵杆53及所述左滑座沿所述左弧形导轨的转动，进而带动所述左舵叶54正向摆动90°后，放舵完成。

转舵过程：所述转舵舵机1接受转舵指令，所述转舵舵机1的沿Y轴做往复直线运动，带动过渡摇臂43、转舵摇臂41、回转轴42和连杆44运动、使得转舵轴摇臂45绕回转轴42(X方向)旋转±45°，带动所述左舵杆53、所述左滑座61、所述左弧形导轨62的绕回转轴42(X方向)旋转±45°，完成转舵。

收舵过程：所述左回转舵机2和所述右回转舵机2同时接受收舵指令，待转舵角至零度并锁定后，同时工作。以左侧为例表述。所述左回转舵机2的沿Y轴反向直线运动，带动左收放轴摇臂51绕左收放转轴52(Z方向)反向旋转，带动所述左舵杆53及所述左滑座沿所述左弧形导轨的转动，进而带动所述左舵叶54反向摆动90°后，收舵完成。

可见，在本实施例中，转舵装置100在转舵舵机1的驱动下，可实现左舵叶54和右舵叶58绕X轴的摆动；左收放舵装置200在左回转舵机2的驱动下，可实现左舵叶54沿Y向的运动，实现左舵叶54的收放；右收放舵装置300在右回转舵机3的驱动下，可实现右舵叶58沿Y向的运动，实现右舵叶58的收放。其中，在工作时，所述左收放舵装置200和右收放舵装置300是同步运动的。

综上所述，本发明所述的可收放式艏舵的操纵装置，包括一套转舵装置和两套左右对称的收放舵装置，转舵装置驱动舵叶摆动,收放舵装置驱动两侧舵叶收放,多机构交汇设计，在有限空间内优化机构各连杆和摇臂关系，优化各环节功耗，提高了水下潜器的整体的操纵性能。

其次，收放舵装置利用弧形导轨形式实现对两侧舵叶的收放此操作，提高了支撑刚度，并保证了转舵的平稳性。并且，弧形导轨将转舵和收放舵两个动作关联在一起，导轨运动平面和转舵回转轴线重合，使得舵杆和转舵轴的分离和接合均在弧形啮合平面内工作，使得舵叶可实现0°至90°的角度变化(收放)。弧形导轨精度高、间隙小、寿命长，保证了收放动作的顺畅、平稳，提高了装置可靠性，满足了艏舵操纵装置的操作要求。

此外，本发明将转舵摇臂、转舵过渡摇臂及转舵轴摇臂三者比例关系进行了优化，设计最优转舵功率，提高了装置工作效率。

本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种可收放式艏舵的操纵装置，其特征在于，包括：转舵装置(100)、左收放舵装置(200)和右收放舵装置(300)；其中，所述左收放舵装置(200)和右收放舵装置(300)对称设置在所述转舵装置(100)的左右两侧；

其中，

所述转舵装置(100)，包括：转舵舵机(1)、转舵摇臂(41)、回转轴(42)、过渡摇臂(43)、连杆(44)、转舵轴摇臂(45)、转舵轴(46)、左滑座(61)、左弧形导轨(62)、右滑座(63)和右弧形导轨(64)；

所述转舵舵机(1)与所述转舵摇臂(41)连接；

所述过渡摇臂(43)和所述转舵摇臂(41)平行设置，并通过垂直于所述过渡摇臂(43)和所述转舵摇臂(41)所在平面的回转轴(42)连接；

所述连杆(44)的一端与所述过渡摇臂(43)铰接，另一端与所述转舵轴摇臂(45)铰接；

所述转舵轴摇臂(45)设置在所述转舵轴(46)的中间，与所述转舵轴(46)固定连接；其中，所述转舵轴(46)穿过所述转舵轴摇臂(45)的中心孔；

所述左滑座(61)和右滑座(63)分别设置在所述转舵轴(46)的两端；

左弧形导轨(62)和右弧形导轨(64)以所述转舵轴摇臂(45)为中心左右对称设置；其中，左弧形导轨(62)与左滑座(61)连接；右弧形导轨(64)与右滑座(63)连接；

所述左收放舵装置(200)通过所述左滑座(61)与所述转舵装置(100)连接；其中，所述左收放舵装置(200)可绕所述左弧形导轨(62)呈90°转动；

所述右收放舵装置(300)通过所述右滑座(63)与所述转舵装置(100)连接；其中，所述右收放舵装置(300)可绕所述右弧形导轨(64)呈90°转动。

2.根据权利要求1所述的可收放式艏舵的操纵装置，其特征在于，所述转舵装置(100)，还包括：左支座(47)和右支座(48)；

所述左支座(47)和右支座(48)以所述转舵轴摇臂(45)为中心左右对称设置，并与所述转舵轴(46)固定连接；其中，所述转舵轴(46)穿过左支座(47)和右支座(48)的中心孔，用于支撑所述转舵装置(100)。

3.根据权利要求1所述的可收放式艏舵的操纵装置，其特征在于，

所述转舵舵机(1)通过法兰与水下潜器的耐压壳体通过螺栓连接；

其中，所述转舵舵机(1)的直线运动可带动转舵摇臂(41)的转动，进而带动回转轴(42)轴向转动；回转轴(42)的轴向转动带动过渡摇臂(43)的转动，过渡摇臂(43)的转动力经所述连杆(44)传递至转舵轴摇臂(45)，带动转舵轴摇臂(45)的转动；转舵轴摇臂(45)的转动带动转舵轴(46)的转动；转舵轴(46)的转动带动两侧连接的左收放舵装置(200)和右收放舵装置(300)绕X轴转动，实现转舵控制。

4.根据权利要求1所述的可收放式艏舵的操纵装置，其特征在于，所述左收放舵装置(200)，包括：左回转舵机(2)、左收放轴摇臂(51)、左收放转轴(52)、左舵杆(53)和左舵叶(54)；

所述左舵杆(53)的一端与左舵叶(54)连接，另一端与左滑座(61)连接；

所述左收放转轴(52)位于所述左舵叶(54)和左滑座(61)之间；其中，所述左舵杆(53)穿过所述左收放转轴(52)的中心孔；

所述左收放转轴(52)通过所述左收放轴摇臂(51)上的安装孔与所述左收放轴摇臂(51)连接；其中，所述左收放轴摇臂(51)上的安装孔与所述左收放转轴(52)的轴线同轴；

左收放轴摇臂(51)与左回转舵机(2)连接；所述左回转舵机(2)的轴线与所述左收放轴摇臂(51)上的安装孔的轴线垂直。

5.根据权利要求4所述的可收放式艏舵的操纵装置，其特征在于，

所述左回转舵机(2)通过法兰与水下潜器的耐压壳体通过螺栓连接；

其中，所述左回转舵机(2)的直线运动带动左收放轴摇臂(51)的转动，进而带动左收放转轴(52)绕轴向转动，左收放转轴(52)的轴向转动带动左舵杆(53)和左滑座(61)一起沿左弧形导轨(62)呈90°转动，实现回舵控制。

6.根据权利要求4或5所述的可收放式艏舵的操纵装置，其特征在于，所述右收放舵装置(300)与所述左收放舵装置(200)为完全对称的左右件；

所述右收放舵装置(300)，包括：右回转舵机(3)、右收放轴摇臂(55)、右收放转轴(56)、右舵杆(57)和右舵叶(58)。

7.根据权利要求6所述的可收放式艏舵的操纵装置，其特征在于，

所述左收放转轴(52)和右收放转轴(56)之间的间距为2900mm；

左回转舵机(2)和右回转舵机(3)之间的距离为1900mm。

8.根据权利要求2所述的可收放式艏舵的操纵装置，其特征在于，

左支座(47)和右支座(48)之间的距离为800mm；

转舵摇臂(41)的半径为500mm；

过渡摇臂(43)的半径为350mm；

转舵轴摇臂(45)的半径为473mm。