CN110588944B

CN110588944B - 可变形舵

Info

Publication number: CN110588944B
Application number: CN201910873734.3A
Authority: CN
Inventors: 李明政; 郑文涛
Original assignee: 702th Research Institute of CSIC
Current assignee: 702th Research Institute of CSIC
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2039-09-17
Also published as: CN110588944A

Abstract

本发明涉及可变形舵，包括舵首，其端部通过转轴依次转动连接多个中舵体和舵尾，共同构成多节柔性舵；转轴上均安装摆动机构，舵框架内部安装驱动机构，驱动机构包括电机，电机输出端通过万向联轴节依次连接各个摆动机构，相邻两个摆动机构之间由丝杆通过相同的万向联轴节连接；电机转动，通过万向联轴节带动摆动机构中的丝杆转动，从而带动与丝杆相配合的螺旋副沿着丝杆轴向移动；在螺旋副移动过程中，转接件通过销轴相对于螺旋副摆动，转轴随转接件摆动，进而该转轴所连接的舵的相邻节之间发生偏转，从而舵面外形变化。本发明实现了舵面拱度的连续光滑改变，有效提高了舵的升力系数，进而大大提高船舶的操纵性能。

Description

可变形舵

技术领域

本发明涉及船舶配套设施技术领域，尤其是一种可变形舵。

背景技术

船舶航向的改变一般通过偏转舵的角度来实现。当舵面与水的来流产生一定夹角后，舵面将产生与船舶航向相垂直的水平分力，即舵面升力，该作用力使得船舶航向改变。

舵面升力的大小决定了船舶航向改变的效率及机动性能，舵面产生的升力越大，船舶航向改变的效率及机动性能越高。

现有技术中，舵面外形基本为对称翼型硬质舵，舵的整体结构为刚性体，其舵面产生的升力系数低，对船舶航向的操纵性能效率低下。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的可变形舵，从而实现舵面拱度的连续光滑改变，进而有效提高舵的升力系数，以大大提高船舶的操纵性能。

本发明所采用的技术方案如下：

一种可变形舵，包括舵首，舵首端部依次转动连接有多个中舵体和舵尾，所述舵首、多个中舵体和舵尾共同构成截面为鱼形结构的舵框架；所述舵首与中舵体之间、相邻中舵体之间、以及中舵体与舵尾之间分别通过转轴转动连接，单个转轴上均安装有摆动机构，所述摆动机构包括与转轴相互垂直的丝杆；

所述舵框架内部安装有驱动机构，所述驱动机构包括电机，所述电机的输出端通过万向联轴节依次连接各个摆动机构，相邻两个摆动机构之间由丝杆通过相同的万向联轴节连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述舵首、中舵体和舵尾均为多层的框架结构，所述舵首、中舵体和舵尾均包括间隔设置的顶板、多个层板和底板，相邻顶板之间、相邻底板之间均相互叠合；所述顶板与层板之间、相邻层板之间、以及层板与底板之间均通过多个纵支条连接。

相邻顶板的叠合部及对应的相邻底板的叠合部共同安装转轴；转轴贯穿所有层板，转轴两端分别通过小轴承与顶板和底板连接。

相邻顶板的叠合部与对应的其中一个层板之间安装转轴，转轴两端分别通过小轴承与顶板和该层板连接；与该相邻顶板相对应的相邻底板的叠合部安装有从转轴，所述从转轴的轴心与转轴的轴心位于同一直线上；所述从转轴的端部安装有角度传感器。

所述舵框架内安装有支撑板，支撑板上固装有电机，所述电机的输出端穿过支撑板并在端头安装有万向联轴节，所述电机的输出端与支撑板之间安装有轴承。

所述舵框架内安装有支撑板，支撑板上固装有电机，所述电机的输出端穿过支撑板并在端头安装有万向联轴节，万向联轴节与摆动机构的丝杆连接；位于万向联轴节上方和下方的支撑板上安装有侧支板，两个侧支板通过转动轴共同安装有轴承基座，轴承基座内安装有轴承，所述万向联轴节端部的丝杆贯穿轴承。

所述轴承为推力轴承。

所述摆动机构的结构为：包括转接件，所述转接件中部贯穿安装转轴，转接件端头通过销轴转动安装有螺旋副，所述螺旋副上安装有丝杆。

转接件的结构为：包括截面为U形结构的转接件本体，所述转接件本体内底部呈圆弧形结构形成转轴贯穿的轴孔，转接件本体开口端的侧面开有贯通的锁紧孔，锁紧孔中安装紧固件以将轴孔中的转轴紧固；所述转接件本体外底面向外延伸有间隔布置的凸耳，两个凸耳上均开有销孔；两个凸耳之间安装螺旋副，两个销孔内均安装销轴，所述转接件通过销轴相对于螺旋副摆动。

所述舵框架的外表敷设有柔性蒙皮。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，根据舵面流体动力性能的特点，提出了一种可变形舵；该可变形舵为由舵首、多个中舵体和舵尾依次首尾相连构成的多节柔性结构，相互之间通过转轴实现转动连接，转轴上均安装有摆动机构；通过驱动机构带动摆动机构摆动，从而舵面外形变化，实现舵面拱度的连续光滑改变，进而有效提高舵的升力系数，大大提高船舶的操纵性能，经济性及工程实用性好，节能增效。

本发明还包括如下优点：

电机转动，通过万向联轴节带动相连接的摆动机构中的丝杆转动，从而带动与丝杆相配合的螺旋副沿着丝杆轴向移动；在螺旋副移动过程中，转接件通过销轴相对于螺旋副摆动，转轴随转接件摆动，进而该转轴所连接的舵首与中舵体之间发生偏转；该摆动机构中的丝杆通过万向联轴节将转动传至下一摆动机构的丝杆，并一级一级传递；同理相应转轴所连接的舵的相邻节之间发生偏转，即中舵体之间和中舵体与舵尾之间发生偏转；进而舵整体外形发生同向的连续偏转变化；

舵框架外表敷设柔性蒙皮，蒙皮使得舵面的拱度进一步连续光滑，并促使舵整体封闭完整；

电机输出端通过万向联轴节依次连接各个摆动机构，相邻两个摆动机构之间由丝杆通过相同的万向联轴节连接；万向联轴节使得相邻的摆动机构之间在互成角度时依然能够联接，即舵首与中舵体之间、相邻两个中舵体之间、或是中舵体与舵尾之间能够互成角度实现摆动；

支撑板的侧支板上通过转动轴安装轴承基座，轴承基座内安装推力轴承，推力轴承通过转动轴可随着摆动机构相对于支撑板摆动，推力轴承用于吸收万向联轴节所受到的轴向作用力；

从转轴在转轴转动时同步转动，使得舵变形时舵节之间摆动顺畅连贯；从转轴上的角度传感器用于实时测量偏转角度，以进一步控制舵变形，提升船舶操纵性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图(省略蒙皮)。

图2为本发明的结构示意图(省略蒙皮和纵支条)。

图3为本发明驱动机构的结构示意图(实施例一)。

图4为本发明驱动机构的结构示意图(实施例二)。

图5为图4中沿A-A方向的剖视图。

图6为本发明转接件的结构示意图。

图7为本发明转轴的安装示意图(实施例三)。

图8为本发明在工作状态时的示意图。

其中：1、舵首；2、中舵体；3、舵尾；4、转轴；5、驱动机构；6、纵支条；7、支撑板；8、角度传感器；9、蒙皮；11、顶板；12、层板；13、底板；111、舵首顶板；112、舵首层板；113、舵首底板；211、中舵顶板；212、中舵层板；213、中舵底板；311、舵尾顶板；312、舵尾层板；313、舵尾底板；41、从转轴；51、电机；52、轴承；53、万向联轴节；54、摆动机构；541、转接件；542、螺旋副；543、丝杆；5411、转接件本体；5412、轴孔；5413、锁紧孔；5414、凸耳；5415、销孔；71、侧支板；72、转动轴。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本实施例的可变形舵，包括舵首1，舵首1端部依次转动连接有多个中舵体2和舵尾3，舵首1、多个中舵体2和舵尾3共同构成多节柔性的且截面为鱼形结构的舵框架；舵首1与中舵体2之间、相邻中舵体2之间、以及中舵体2与舵尾3之间分别通过转轴4转动连接，单个转轴4上均安装有摆动机构54，摆动机构54包括与转轴4相互垂直的丝杆543；

舵框架内部安装有驱动机构5，驱动机构5包括电机51，电机51的输出端通过万向联轴节53依次连接各个摆动机构54，相邻两个摆动机构54之间由丝杆543通过相同的万向联轴节53连接。

通过驱动机构5带动摆动机构54摆动，从而舵面外形变化，实现舵面拱度的连续光滑改变。

万向联轴节53使得相邻的摆动机构54之间在互成角度时依然能够联接，即舵首1与中舵体2之间、相邻两个中舵体2之间、或是中舵体2与舵尾3之间能够互成角度实现摆动。

如图2所示，舵首1、中舵体2和舵尾3均为多层的框架结构，舵首1、中舵体2和舵尾3均包括间隔设置的顶板11、多个层板12和底板13，相邻顶板11之间、相邻底板13之间均相互叠合；顶板11与层板12之间、相邻层板12之间、以及层板12与底板13之间均通过多个纵支条6连接；纵支条6位于舵框架周向的边缘处。

相邻顶板11的叠合部及对应的相邻底板13的叠合部共同安装转轴4；转轴4贯穿所有层板12，转轴4两端分别通过小轴承与顶板11和底板13连接。

舵首1、中舵体2和舵尾3均为多层的框架结构，详细描述为：舵首1包括间隔设置的舵首顶板111、多个舵首层板112和舵首底板113，相邻舵首顶板111、舵首层板112和舵首底板113之间通过多个纵支条6连接；中舵体2包括间隔设置的中舵顶板211、多个中舵层板212和中舵底板213，相邻中舵顶板211、中舵层板212和中舵底板213之间通过多个纵支条6连接；舵尾3包括间隔设置的舵尾顶板311、多个舵尾层板312和舵尾底板313，相邻舵尾顶板311、舵尾层板312和舵尾底板313之间通过多个纵支条6连接。

舵首顶板111上开有与舵杆连接的孔。

如图3所示，舵框架的相邻层板12之间安装有支撑板7，支撑板7安装于舵首1的相邻舵首层板112之间；支撑板7上固装有电机51，电机51的输出端穿过支撑板7并在端头安装有万向联轴节53，电机51的输出端与支撑板7之间安装有轴承52。

摆动机构54的结构为：包括转接件541，转接件541中部贯穿安装转轴4，转接件541端头通过销轴转动安装有螺旋副542，螺旋副542上安装有丝杆543。

如图6所示，转接件541的结构为：包括截面为U形结构的转接件本体5411，转接件本体5411内底部呈圆弧形结构形成转轴4贯穿的轴孔5412，转接件本体5411开口端的侧面开有贯通的锁紧孔5413，锁紧孔5413中安装紧固件以将轴孔5412中的转轴4紧固；转接件本体5411外底面向外延伸有间隔布置的凸耳5414，两个凸耳5414上均开有销孔5415；两个凸耳5414之间安装螺旋副542，两个销孔5415内均安装销轴，销轴的轴线与转轴4的轴线平行；转接件541通过销轴相对于螺旋副542摆动。

舵框架的外表敷设有柔性蒙皮9，蒙皮9使得舵面的拱度进一步连续光滑，并促使舵整体封闭完整。

实施例二：

如图4和图5所示，舵框架内安装有支撑板7，支撑板7上固装有电机51，电机51的输出端穿过支撑板7并在端头安装有万向联轴节53，万向联轴节53与摆动机构54的丝杆543连接；位于万向联轴节53上方和下方的支撑板7上安装有侧支板71，两个侧支板71通过转动轴72共同安装有轴承基座，轴承基座内安装有轴承52，万向联轴节53端部的丝杆543贯穿轴承52。

轴承52为推力轴承。

推力轴承通过转动轴72可随着摆动机构54相对于支撑板7摆动，推力轴承用于吸收万向联轴节53所受到的轴向作用力。

实施例三：

如图7所示，相邻顶板11的叠合部与对应的其中一个层板12之间安装转轴4，转轴4两端分别通过小轴承与顶板11和该层板12连接；与该相邻顶板11相对应的相邻底板13的叠合部安装有从转轴41，从转轴41的轴心与转轴4的轴心位于同一直线上；从转轴41的端部安装有角度传感器8。

从转轴41在转轴4转动时同步转动，使得舵变形时舵节之间摆动顺畅连贯；从转轴41上的角度传感器8用于实时测量偏转角度，以进一步控制舵变形，提升船舶操纵性能。

本发明的工作原理为：

电机51转动，通过万向联轴节53带动相连接的摆动机构54中的丝杆543转动，从而带动与丝杆543相配合的螺旋副542沿着丝杆543轴向移动；在螺旋副542移动过程中，转接件541通过销轴相对于螺旋副542摆动，转轴4随转接件541摆动，进而该转轴4所连接的舵首1与中舵体2之间发生偏转；该摆动机构54中的丝杆543通过万向联轴节53将转动传至下一摆动机构54的丝杆543，并一级一级传递；同理相应转轴4所连接的舵的相邻节之间发生偏转，即中舵体2之间和中舵体2与舵尾3之间发生偏转；进而舵整体外形发生同向的连续偏转变化，如图8所示。

电机51反向转动，则实现舵的反向偏转。

本发明提出了一种多节柔性结构的可变形舵，实现了舵面拱度的连续光滑改变，进而提高舵的升力系数，大大提高船舶的操纵性能，实用性强。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims

1.一种可变形舵，包括舵首（1），舵首（1）端部依次转动连接有多个中舵体（2）和舵尾（3），所述舵首（1）、多个中舵体（2）和舵尾（3）共同构成截面为鱼形结构的舵框架，所述舵框架内部安装有驱动机构（5），所述驱动机构（5）包括电机（51），其特征在于：所述舵首（1）与中舵体（2）之间、相邻中舵体（2）之间、以及中舵体（2）与舵尾（3）之间分别通过转轴（4）转动连接，单个转轴（4）上均安装有摆动机构（54），所述摆动机构（54）包括与转轴（4）相互垂直的丝杆（543）；

所述电机（51）的输出端通过万向联轴节（53）依次连接各个摆动机构（54），相邻两个摆动机构（54）之间由丝杆（543）通过相同的万向联轴节（53）连接。

2.如权利要求1所述的可变形舵，其特征在于：所述舵首（1）、中舵体（2）和舵尾（3）均为多层的框架结构，所述舵首（1）、中舵体（2）和舵尾（3）均包括间隔设置的顶板（11）、多个层板（12）和底板（13），相邻顶板（11）之间、相邻底板（13）之间均相互叠合；所述顶板（11）与层板（12）之间、相邻层板（12）之间、以及层板（12）与底板（13）之间均通过多个纵支条（6）连接。

3.如权利要求2所述的可变形舵，其特征在于：相邻顶板（11）的叠合部及对应的相邻底板（13）的叠合部共同安装转轴（4）；转轴（4）贯穿所有层板（12），转轴（4）两端分别通过小轴承与顶板（11）和底板（13）连接。

4.如权利要求2所述的可变形舵，其特征在于：相邻顶板（11）的叠合部与对应的其中一个层板（12）之间安装转轴（4），转轴（4）两端分别通过小轴承与顶板（11）和该层板（12）连接；与该相邻顶板（11）相对应的相邻底板（13）的叠合部安装有从转轴（41），所述从转轴（41）的轴心与转轴（4）的轴心位于同一直线上；所述从转轴（41）的端部安装有角度传感器（8）。

5.如权利要求1所述的可变形舵，其特征在于：所述舵框架内安装有支撑板（7），支撑板（7）上固装有电机（51），所述电机（51）的输出端穿过支撑板（7）并在端头安装有万向联轴节（53），所述电机（51）的输出端与支撑板（7）之间安装有轴承（52）。

6.如权利要求1所述的可变形舵，其特征在于：所述舵框架内安装有支撑板（7），支撑板（7）上固装有电机（51），所述电机（51）的输出端穿过支撑板（7）并在端头安装有万向联轴节（53），万向联轴节（53）与摆动机构（54）的丝杆（543）连接；位于万向联轴节（53）上方和下方的支撑板（7）上安装有侧支板（71），两个侧支板（71）通过转动轴（72）共同安装有轴承基座，轴承基座内安装有轴承（52），所述万向联轴节（53）端部的丝杆（543）贯穿轴承（52）。

7.如权利要求6所述的可变形舵，其特征在于：所述轴承（52）为推力轴承。

8.如权利要求1所述的可变形舵，其特征在于：所述摆动机构（54）的结构为：包括转接件（541），所述转接件（541）中部贯穿安装转轴（4），转接件（541）端头通过销轴转动安装有螺旋副（542），所述螺旋副（542）上安装有丝杆（543）。

9.如权利要求8所述的可变形舵，其特征在于：转接件（541）的结构为：包括截面为U形结构的转接件本体（5411），所述转接件本体（5411）内底部呈圆弧形结构形成转轴（4）贯穿的轴孔（5412），转接件本体（5411）开口端的侧面开有贯通的锁紧孔（5413），锁紧孔（5413）中安装紧固件以将轴孔（5412）中的转轴（4）紧固；所述转接件本体（5411）外底面向外延伸有间隔布置的凸耳（5414），两个凸耳（5414）上均开有销孔（5415）；两个凸耳（5414）之间安装螺旋副（542），两个销孔（5415）内均安装销轴，所述转接件（541）通过销轴相对于螺旋副（542）摆动。

10.如权利要求1所述的可变形舵，其特征在于：所述舵框架的外表敷设有柔性蒙皮（9）。