CN110588927B - 一种轻质舵板系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下机器人技术领域，特别涉及一种轻质舵板系统。包括舵板蒙皮、舵板骨架板、主推进器、主动补偿器、舵板连接轴及舵板迎流曲面，其中舵板骨架板的两侧对称设有筋板结构，舵板骨架板的艏部设有舵板迎流曲面，舵板骨架板的艉部设有主推进器和主动补偿器，主动补偿器与主推进器连接，用于对主推进器进行主动补偿，筋板结构的外侧设有舵板蒙皮，舵板骨架板的侧面设有舵板连接轴。本发明具有应用范围广，耐高压、高低温、耐腐蚀，设计重心可调，可靠性高并增加主动补偿功能。

Description

一种轻质舵板系统

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，特别涉及一种轻质舵板系统。

背景技术

传统舵板为玻璃钢舵板，应用于4500mm及以上潜水器中，在大深度高压力下玻璃钢易发生蠕变，基于现有玻璃钢制作工艺，玻璃钢舵板中会残留气泡，到达一定压力会发生材料压溃，造成整体零件损坏。另一种新型浮力材骨架舵板，其缺点在于重心浮心位置固定，深海工况下，若浮力材发生断裂脱落，会影响水下机器人浮力状态，最严重后果会导致水下机器人浮力状态不足，从而无法上浮最后丢失。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种轻质舵板系统，该系统质量轻，在高压下不会发生变形，整体可靠性高。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种轻质舵板系统，包括舵板蒙皮、舵板骨架板、主推进器、主动补偿器、舵板连接轴及舵板迎流曲面，其中舵板骨架板的两侧对称设有筋板结构，所述舵板骨架板的艏部设有舵板迎流曲面，所述舵板骨架板的艉部设有主推进器和主动补偿器，所述主动补偿器与所述主推进器连接，用于对所述主推进器进行主动补偿，所述筋板结构的外侧设有舵板蒙皮，所述舵板骨架板的侧面设有舵板连接轴。

所述舵板骨架板的艏部设有用于平衡所述主推进器重量的重心调整块。

所述筋板结构包括舵板轮廓筋板、径向筋板及轴向筋板，其中舵板轮廓筋板沿所述舵板骨架板的边缘设置，所述舵板骨架板的前侧设有多个间隔设置且与所述舵板连接轴平行的轴向筋板，所述舵板骨架板的后侧设有多个间隔设置且与所述舵板连接轴垂直的径向筋板。

所述径向筋板及轴向筋板上均设有排水孔。

各所述轴向筋板上均设有多个重心调整块。

多个所述轴向筋板之间设有径向加强梁。

所述舵板蒙皮、舵板骨架板及筋板结构均采用金属材质。

所述舵板蒙皮、舵板骨架板及筋板结构均采用铝合金材质。

所述主动补偿器包括补偿器固定片、补偿器移动片、弹性元件、主动补偿器安装架及油囊，其中补偿器固定片和补偿器移动片通过主动补偿器安装架安装在舵板骨架板上、且所述补偿器移动片可沿靠近或远离所述补偿器固定片方向移动，所述油囊设置于所述补偿器固定片和补偿器移动片之间，所述油囊上设有油囊入口和油囊出口，所述油囊入口与所述主推进器的主推电机连接，所述油囊出口通过油管与控制舱相连接，所述补偿器固定片和补偿器移动片之间通过弹性元件连接。

所述弹性元件为拉簧，所述补偿器固定片和补偿器移动片的两侧通过四个拉簧连接。

本发明的优点及有益效果是：本发明采用铝合金框架外加蒙皮形式，在减轻舵板质量、保证舵板外轮廓曲面的前提下，提高舵板整体强度，增加舵板整体可靠性。

本发明的水下机器人主推电机安装在舵板上时，由于电机重量相对舵板较大，并且位于舵板艉部，因此整体重心靠近电机位置，从而产生了舵板阻力转矩，为减小阻力转矩，需要减小力臂和质量，在舵板前部增加重心调整块来进行重心位置的调整，来减小阻力力矩。

本发明的舵板内部增加主动补偿器，对主推电机进行主动补偿，减小主推电机漏水概率，提高主推电机的可靠性。

本发明具有应用范围广，耐高压、高低温、耐腐蚀，设计重心可调，可靠性高并增加主动补偿功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的舵板无蒙皮状态的结构示意图；

图3为本发明的主动补偿器的结构示意图。

图中：1为舵板蒙皮，2为主推电机，3为主动补偿器，4为舵板连接轴，5为舵板骨架板，6为舵板轮廓筋板，7为径向筋板，8为轴向筋板，9为径向加强梁，10为舵板迎流曲面，11为重心调整块，12为主动补偿器安装架，13为排水孔，14为补偿器固定片，15为补偿器移动片，16为拉簧，17为固定连接槽，18为油囊入口，19为油囊出口，20为油囊。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1-2所示，本发明提供的一种轻质舵板系统，包括舵板蒙皮1、舵板骨架板5、主推进器、主动补偿器3、舵板连接轴4及舵板迎流曲面10，其中舵板骨架板5的两侧对称设有筋板结构，舵板骨架板5的艏部设有舵板迎流曲面10，舵板骨架板5的艉部设有主推进器和主动补偿器3，主动补偿器3与主推进器连接，用于对主推进器进行主动补偿，筋板结构的外侧设有舵板蒙皮1，舵板骨架板5的侧面设有舵板连接轴4，通过舵板连接轴4与水下机器人相连接。

水下机器人主推电机安装在舵板上时，由于主推进器的主推电机2的重量相对舵板较大，并且位于舵板艉部，因此整体重心靠近主推电机2的位置，从而产生了舵板阻力转矩，为减小阻力转矩，需要减小力臂和质量。在舵板骨架板5前部增加重心调整块11来进行重心位置的调整，来减小阻力力矩。

如图2所示，筋板结构包括舵板轮廓筋板6、径向筋板7及轴向筋板8，其中舵板轮廓筋板6沿舵板骨架板5的边缘设置，舵板骨架板5的前侧焊接有有多个间隔设置且与舵板连接轴4平行的轴向筋板8，舵板骨架板5的后侧焊接有多个间隔设置且与舵板连接轴4垂直的径向筋板7。

进一步地，多个轴向筋板8之间设有径向加强梁9。各轴向筋板8上均设有多个重心调整块11，根据水下机器人舵板重心设计需要进行重心调整块11的布局，从而减小舵板阻力力矩，减小主推电机2的功耗。

舵板骨架板5两侧的径向筋板7及轴向筋板8上均设有排水孔13，保证机器人出海面后，舵板在正负90度范围内，内部不会积水。

舵板蒙皮1、舵板骨架板5及筋板结构均采用金属材质，在骨架及筋板都完成焊接后，在外表面焊接一层0.5mm的金属蒙皮，在保证强度的前提下，保持舵板曲面。玻璃钢舵板或浮力材舵板，在极端环境下回有损坏的可能性，本发明采用纯金属结构，在极端工况环境下可靠性高。

本发明的实施例中，舵板蒙皮1、舵板骨架板5及筋板结构均采用铝合金材质，完成焊接加工后进行硬质阳极氧化处理，具有良好的抗腐蚀能力。

如图3所示，主动补偿器3包括补偿器固定片14、补偿器移动片15、弹性元件、主动补偿器安装架12及油囊20，其中补偿器固定片14和补偿器移动片15通过主动补偿器安装架12安装在舵板骨架板5上、且补偿器移动片15可沿靠近或远离补偿器固定片14方向移动，油囊20设置于补偿器固定片14和补偿器移动片15之间，油囊20上设有油囊入口18和油囊出口19，油囊入口18与主推进器的主推电机2连接，油囊出口19通过油管与控制舱相连接，补偿器固定片14和补偿器移动片15之间通过弹性元件连接。

本发明的实施例中，弹性元件为拉簧16，补偿器固定片14和补偿器移动片15的两侧通过四个拉簧16连接。

如图3所示的状态为初始状态，主推电机2通过油管与油囊入口18连接，油囊出口19通过油管与控制舱相连接，油囊的大小是通过电机绝缘油的量和下潜深度所计算出来的，人工将拉簧16撑开，将充满油的油囊20放入补偿器固定片14和补偿器移动片15之间，通过两侧共四个拉簧16挤压，油囊20的内部开始产生压力。

水下机器人下潜过程中，随着深度不断增加，压力不断增大，绝缘油体积会开始缩小。由于拉簧16的作用，此时主推电机2的内部的绝缘油压力要比海水压力稍大，即使发生微小渗漏也是从主推电机2的内部向外部渗漏，主推电机2内不会有水浸入，保证主推电机2的正常工作。

油囊20的大小是通过电机绝缘油的量和下潜深度所计算出来的。

本发明的工作原理为：

舵板的作用是水下机器人保持固定的航向，通过舵机改变角度从而改变舵作用力的方向，为水下机器人增加操纵性。本发明采用铝合金设计，根据设计需求布置重心调节块，从而改变舵板重心、浮心位置，改进了传统玻璃钢舵板，外形设计固定后，重心浮心无法调整的缺点。本发明在舵板内部设计了主动补偿装置，为推进器增加主动补偿功能，提高主推进器在深海工作的可靠性。本发明采用金属骨架外加蒙皮设计，可用于万米深海，相比较耐高压玻璃钢舵板造价昂贵、成品率低并且在115MPa压力下，玻璃钢易发生蠕变的缺点，本发明质量轻、在高压下不会发生变形，整体可靠性高。

本发明应用范围广，耐高压、高低温、耐腐蚀：可应用与所有水下需要舵板翼板的设备当中。由于采用铝合金金属框架加金属蒙皮结构，外部工况压力可以达到120MPa，用于万米深海工况。外部工作温度可以达到-20℃—60℃，耐腐蚀能力可以适用于不同盐度电导率的海域。目前，地球最深海洋约为11000m，海洋海水温度-5℃—30℃，本发明的舵板可以应用于全部海域、全部深度的水下设备当中。本发明在舵板内部设计了主动补偿装置，为推进器增加主动补偿功能，提高主推进器在深海工作性能。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种轻质舵板系统，其特征在于，包括舵板蒙皮(1)、舵板骨架板(5)、主推进器、主动补偿器(3)、舵板连接轴(4)及舵板迎流曲面(10)，其中舵板骨架板(5)的两侧对称设有筋板结构，所述舵板骨架板(5)的艏部设有舵板迎流曲面(10)，所述舵板骨架板(5)的艉部设有主推进器和主动补偿器(3)，所述主动补偿器(3)与所述主推进器连接，用于对所述主推进器进行主动补偿，所述筋板结构的外侧设有舵板蒙皮(1)，所述舵板骨架板(5)的侧面设有舵板连接轴(4)；

所述主动补偿器(3)包括补偿器固定片(14)、补偿器移动片(15)、弹性元件、主动补偿器安装架(12)及油囊(20)，其中补偿器固定片(14)和补偿器移动片(15)通过主动补偿器安装架(12)安装在舵板骨架板(5)上、且所述补偿器移动片(15)可沿靠近或远离所述补偿器固定片(14)方向移动，所述油囊(20)设置于所述补偿器固定片(14)和补偿器移动片(15)之间，所述油囊(20)上设有油囊入口(18)和油囊出口(19)，所述油囊入口(18)与所述主推进器的主推电机(2)连接，所述油囊出口(19)通过油管与控制舱相连接，所述补偿器固定片(14)和补偿器移动片(15)之间通过弹性元件连接。

2.根据权利要求1所述的轻质舵板系统，其特征在于，所述舵板骨架板(5)的艏部设有用于平衡所述主推进器重量的重心调整块(11)。

3.根据权利要求2所述的轻质舵板系统，其特征在于，所述筋板结构包括舵板轮廓筋板(6)、径向筋板(7)及轴向筋板(8)，其中舵板轮廓筋板(6)沿所述舵板骨架板(5)的边缘设置，所述舵板骨架板(5)的前侧设有多个间隔设置且与所述舵板连接轴(4)平行的轴向筋板(8)，所述舵板骨架板(5)的后侧设有多个间隔设置且与所述舵板连接轴(4)垂直的径向筋板(7)。

4.根据权利要求3所述的轻质舵板系统，其特征在于，所述径向筋板(7)及轴向筋板(8)上均设有排水孔(13)。

5.根据权利要求3所述的轻质舵板系统，其特征在于，各所述轴向筋板(8)上均设有多个重心调整块(11)。

6.根据权利要求3所述的轻质舵板系统，其特征在于，多个所述轴向筋板(8)之间设有径向加强梁(9)。

7.根据权利要求1所述的轻质舵板系统，其特征在于，所述舵板蒙皮(1)、舵板骨架板(5)及筋板结构均采用金属材质。

8.根据权利要求7所述的轻质舵板系统，其特征在于，所述舵板蒙皮(1)、舵板骨架板(5)及筋板结构均采用铝合金材质。

9.根据权利要求1所述的轻质舵板系统，其特征在于，所述弹性元件为拉簧(16)，所述补偿器固定片(14)和补偿器移动片(15)的两侧通过四个拉簧(16)连接。

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