CN108791692A - 一种圆盘形双自由度空化器 - Google Patents

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孙鹏
阎朝
阎朝一
尹瑰巧
安伟光
王云茹
杨守鸿
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Abstract

一种圆盘形双自由度空化器结构，涉及超空泡水下航行体水动力学领域。本发明装置由空化器主体零部件、水平平面转动机构、竖直平面转动机构三大主要部分组成，拉杆一端连接执行机构的伺服电机，另一端通过连接端子连接转动结构，转动结构与转动结构两侧的转动连杆连接，转动连杆与空化器零部件相连接；竖直平面转动机构与水平平面转动机构相同，且与水平平面在转动机构之间成90度角，交叉布置。由于水平平面与竖直平面的转动机构相互独立，可以实现双自由度任意方向的转动。通过交叉布置，转动结构紧凑，结构质量轻，占用空间小，便于安装和小型化。

Description

一种圆盘形双自由度空化器
技术领域
本发明涉及超空泡水下航行体水动力学领域，具体涉及一种安装在高速超空泡航行体上的圆盘形双自由度空化器结构。
背景技术
与常规水下航行体在水中航行不同，超空泡水下航行体表面的全部或大部分被空泡包围，只有小部分与水接触。空泡的包裹一方面使航行体的阻力显著降低，另一方面又改变了航行体所受流体动力及其力矩方式，给水下超空泡航行体运动的稳定控制带来很大难度。
超空泡航行体运动条件下的控制技术，是改善和提高超空泡航行体机动能力的重要关键技术。对于超空泡航行体的运动控制，主要通过头部空化器和尾部舵面来实现控制。由于尾部舵面在操纵过程当中极易改变流动的稳定性，所以，国外学者也是着力于研究如何减少舵面的阻力和改善由于舵面操纵引起的流动稳定性问题，目前，对于这些问题的研究正在不断的深入。另一方面，主要从头部空化器着手，以改变超空泡运动体的机动能力。空化器的作用不仅可以产生空泡，作为执行机构，头部空化器舵面也是主要的俯仰和偏航控制元件，目前主要有改变阻力的空化器结构，改变侧向力的空化器以及改变升力的空化器。然而这些空化器结构都是只从单方面来改变空化器的受力，只能从一个通道来改变运动体的机动能力。
发明内容
本发明的目的在于解决上述单通道改变运动体机动能力的问题，与现有技术相比，本发明提供了一种具有俯仰通道和偏航通道两个通道的圆盘形双自由度空化器结构。
为实现上述目的，本发明公开了一种圆盘形双自由度空化器，由空化器主体零部件、水平平面转动机构和竖直平面转动机构三大主要部分组成。所述发明装置包括：空化器1、后端盖2、紧固螺丝3、球铰支撑杆4、销轴5、连杆6、连接端子7、转动结构8、拉杆9。其中，转动结构8包含转动环和转动杆两种结构类型。
所述空化器主体零部件由空化器1、后端盖2、紧固螺丝3、球铰支撑杆4组成。空化器1的后平面与球铰支撑杆4铰接，通过后端盖2固定在球铰支撑杆4上转动，并用紧固螺丝3锁紧。
所述水平平面转动机构由销轴5、连杆6、连接端子7、转动结构8、拉杆9组成。所述连杆6在转动平面内是平行的一组，连杆6的一端通过球铰以铰接的方式连接空化器1的后平面，连杆6的另一端通过连接端子7与转动结构8连接；所述转动结构8的另一侧通过连接端子7与拉杆9连接，拉杆9的另一端连接执行机构的伺服机构可以前后移动。转动结构8中间为空心，转动结构8两侧分别与连杆6和拉杆9相连接，转动结构8的旋转中心通过销轴5固定在球铰支撑杆4上。
所述竖直平面转动机构与水平平面转动机构相同，竖直平面转动机构与水平平面在转动机构之间成90度角，交叉布置。
本发明的有益效果在于：
1.水平平面转动机构可以依靠拉杆的水平移动实现空化器在水平平面的转动；同样，竖直平面转动机构能够通过拉杆的水平移动实现空化器在竖直平面的转动，由于两个平面内的运动是由单独的伺服电机控制，所以水平平面与竖直平面的转动机构相互独立，可以实现两自由度任意方向的转动。
2.通过交叉布置，转动结构紧凑，结构质量轻，占用空间小，便于安装和小型化。
3.转动结构带动两侧的连杆同步推拉空化器两侧的方式能够对空化产生最大的力矩，当空化器平面受力较大时，易于控制。
附图说明
图1a为根据本发明圆盘形双自由度空化器结构的一实施例的三维视图；
图1b为根据本发明圆盘形双自由度空化器结构的另一实施例的三维视图；
图2a为本发明圆盘形双自由度空化器结构的一实施例的零部件拆解图；
图2b为本发明圆盘形双自由度空化器结构的另一实施例的零部件拆解图；
图3为本发明圆盘形双自由度空化器结构在水平平面内的机构实现图；
图4为本发明圆盘形双自由度空化器结构在水平平面内的运动示意图；
具体实施方式
本发明特别涉及一种安装在高速超空泡航行体上的圆盘形双自由度空化器结构。为了更加清晰的说明发明目的、运行过程，下面结合附图对本发明进行进一步阐述。
结合图1a和图1b，该发明装置包括：空化器1、将空化器固定在球铰上的后端盖2、安装后端盖的紧固螺丝3、支撑空化器转动的球铰支撑杆4、固定转动结构的销轴5、实现平面运动的连杆6、连接各零部件的连接端子7、实现转动的转动结构8、连接执行机构伺服电机的拉杆9。
以水平平面转动机构的运动为主介绍该空化器，竖直平面转动机构具有相同的结构形式。结合图2a和图2b，该空化器结构通过拉杆9连接执行机构的伺服电机，拉杆9的另一端通过连接端子7连接转动结构8，转动结构8的旋转中心通过销轴5固定在球铰支撑杆4上，转动结构8的两侧通过连接端子7连接两个连杆6，连杆6的另一端通过球形铰支以铰接方式连接到空化器1的后平面。空化器1的后平面与球铰支撑杆4铰接，通过后端盖2固定在球铰支撑杆4上转动，并用紧固螺丝3锁紧。
结合图3和图4，该圆盘形双自由度空化器具体的工作过程如下：
1.航行体的控制系统给出航行体机动的控制信号到执行机构的伺服电机，比如水平转动；
2.执行机构的伺服电机推动水平平面转动机构的拉杆9；
3.拉杆9的推动可以实现转动结构8的顺时针方向转动；
4.转动结构8的顺时针方向转动，可以推动同一侧的连杆6运动，同时拉动另一侧的连杆6运动；
5.两侧的连杆6同时运动，可以使空化器平面1绕球铰支撑杆4顺时针转动；
6.执行机构的伺服电机拉动水平平面转动机构的拉杆9；
7.拉杆9的拉动可以实现转动结构8的逆时针方向转动；
8.转动结构8的逆时针方向转动，可以拉动同一侧的连杆6运动，同时推动另一侧的连杆6运动；
9.两侧的连杆6同时运动，可以使空化器平面1绕球铰支撑杆4逆时针转动；
10.竖直平面转动机构与水平平面转动机构具有相同的工作过程，这样通过执行机构的伺服电机同时推拉水平平面和竖直平面两个转动机构的拉杆9，就可以实现空化器双自由度的运动，从而实现任意方向的转动。

Claims (7)

1.一种圆盘形双自由度空化器，由空化器主体零部件、水平平面转动机构和竖直平面转动机构组成，其特征在于：所述的空化器主体零部件由空化器(1)、后端盖(2)、紧固螺丝(3)、球铰支撑杆(4)组成；所述的水平平面转动机构由销轴(5)、连杆(6)、连接端子(7)、转动结构(8)、拉杆(9)组成；所述的竖直平面转动机构与水平平面转动机构相同；所述空化器(1)的后平面与球铰支撑杆(4)铰接，空化器(1)的后平面通过后端盖(2)固定在球铰支撑杆(4)上，并用紧固螺丝(3)锁紧；所述连杆(6)的一端通过球铰以铰接的方式连接空化器(1)的后平面，连杆(6)的另一端通过连接端子(7)与转动结构(8)连接；所述转动结构(8)的另一侧通过连接端子(7)与拉杆(9)连接，拉杆(9)的另一端连接执行机构的伺服电机；所述转动结构(8)的旋转中心通过销轴(5)固定在球铰支撑杆(4)上。
2.根据权利要求1所述的一种圆盘形双自由度空化器，其特征在于：所述竖直平面转动机构与水平平面转动机构之间成90度角，交叉布置。
3.根据权利要求1所述的一种圆盘形双自由度空化器，其特征在于：所述空化器(1)为圆盘形。
4.根据权利要求1所述的一种圆盘形双自由度空化器，其特征在于：所述转动结构(8)有转动环和转动杆两种结构类型。
5.根据权利要求1所述的一种圆盘形双自由度空化器，其特征在于：转动结构(8)中间为空心。
6.根据权利要求1所述的一种圆盘形双自由度空化器，其特征在于：所述连杆(6)在水平平面转动机构内是平行的一对。
7.根据权利要求1所述的一种圆盘形双自由度空化器，其特征在于：所述连接端子(7)在水平平面转动机构内有三个，分别连接两个连杆(6)和一个拉杆(9)。
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