CN110937093A - 一种水下装备矢量推进器 - Google Patents

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张驰
李华民
郑天江
杨桂林
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Abstract

本发明公开了一种PPS水下装备矢量推进器,包括螺旋桨驱动器和3‑PPS并联驱动机构;3‑PPS并联驱动机构包括一个用于固定连接螺旋桨驱动器的动平台、一个静平台、并联设于动平台与静平台之间的三条PPS驱动支链;PPS驱动支链的两端分别与动平台和静平台活动连接,通过调整PPS驱动支链的伸缩长度控制动平台及螺旋桨驱动器的工作姿态,实现推进力方向的矢量调整。本发明的矢量推进器采用三自由度的3‑PPS并联驱动机构,具有结构紧凑、刚度高的优点,灵活调整推进器的推进姿态,大大提高水下装备的操纵机动性和灵活性。

Description

一种水下装备矢量推进器
技术领域
本发明涉及水下航行及探测设备领域,具体地说是一种水下装备矢量推进器,用于水下装备的矢量推进。
背景技术
水下航行及探测设备是我国海洋开发的重要工具,而推进器是水下航行及探测设备的关键部件之一,它通过提供不同方向的推力来保证水下航行及探测设备按照既定的方向前进。目前,水下航行器及探测设备多数采用单个电机加单螺旋桨的推进器,用电机直接拖动单螺旋桨实现动力输出。这种传统的推进器姿态单一、推进效率较低,尤其是水下装备在低速运行时,操纵机动性和灵活性明显减弱。
发明内容
本发明针对上述现有技术问题,提出一种新型水下装备矢量推进器,采用三自由度的3-PPS并联驱动机构,具有结构紧凑、刚度高的优点,同时可提供两转一移的姿态调整方式,灵活调整推进器的推进姿态,大大提高水下装备的操纵机动性和灵活性。
为实现以上发明目的,本发明的技术方案如下:一种PPS水下装备矢量推进器,包括螺旋桨驱动器和3-PPS并联驱动机构;3-PPS并联驱动机构包括一个用于固定连接螺旋桨驱动器的动平台、一个静平台、并联设于动平台与静平台之间的三条PPS驱动支链;PPS驱动支链的两端分别与动平台和静平台活动连接,通过调整PPS驱动支链的伸缩长度控制动平台及螺旋桨驱动器的工作姿态,实现推进力方向的矢量调整。
作为上述技术方案的进一步改进,三条PPS驱动支链以动平台与静平台之间的轴线为中心,呈120°平均布置。
作为上述技术方案的进一步改进,上述的PPS驱动支链包括与动平台活动连接的球面副、与静平台活动连接的被动移动副、以及设于球面副与被动移动副之间用于控制PPS驱动支链伸缩长度的主动移动副。
作为上述技术方案的进一步改进,上述的球面副为球面轴承;三条PPS驱动支链的球面轴承底座呈正三角形均布固定在动平台上,三个球面轴承的旋转柄分别与对应PPS驱动支链中的主动移动副连接。
作为上述技术方案的进一步改进,上述的被动移动副为直线导轨;三条PPS驱动支链的直线导轨轨道呈正三角形均布固定在静平台上,三个直线导轨的滑块分别与对应PPS驱动支链中的主动移动副连接。
作为上述技术方案的进一步改进,上述的主动移动副为直线驱动机构。
作为上述技术方案的进一步改进,上述的动平台为正三角形平面结构,螺旋桨驱动器固定安装在动平台的中心;三条PPS驱动支链分别与动平台的正三角形顶点活动连接。
作为上述技术方案的进一步改进,上述的螺旋桨驱动器包括双转子水下电机,由双转子水下电机驱动的前螺旋桨和后螺旋桨;双转子水下电机输出扭矩带动前螺旋桨和后螺旋桨对转并产生推力。本发明采用双转子水下电机驱动对转双螺旋桨,在同样功率下,推进器具有更大的推进力,效率更高。
作为上述技术方案的进一步改进,上述的前螺旋桨和后螺旋桨通过花键或平键分别与双转子水下电机的内、外输出轴连接,并通过螺旋桨端盖固定输出轴的末端,防止前螺旋桨和后螺旋桨轴向窜动。
与传统推进器相比,本发明的技术方案能够取得如下有益效果:
1、相对于单螺旋桨推进器,本发明的螺旋桨驱动器采用双螺旋桨对转推进,可在相同的功率下产生更大的推力,具有更高效的推进效率;
2、本发明采用新型的3-PPS并联驱动机构作为推进器的姿态调整机构,可使推进器俯仰、偏摆以及沿动平台、静平台轴线前后移动,姿态调整灵活,可实现矢量推进;
3、本发明的3-PPS并联驱动机构具有结构对称、紧凑、高刚度、高精度等特点,并且在俯仰±90°、偏摆±90°的范围内运动无奇异;
4、通过三根直线驱动机构控制PPS驱动支链的伸缩长度,即可实现推进器的姿态调整,三根直线驱动机构运动无耦合,控制简单、高效。
附图说明
图1为矢量推进器的整体立体结构示意图。
图2为3-PPS并联驱动机构的机构简图。
图3为矢量推进器的动平台局部结构示意图。
图4为矢量推进器的静平台局部结构示意图。
图1至图4中的附图标记为:前螺旋桨1、后螺旋桨2、双转子水下电机3、动平台4、静平台5、球面轴承6、直线驱动机构7、直线导轨8、轨道81、螺旋桨端盖10、球面副11、主动移动副12、被动移动副13。
具体实施方式
下面结合附图1至4对本发明作进一步的详细阐述。
如图1所示,本发明的一种新型水下装备矢量推进器包括两个部分,分别是螺旋桨驱动器和3-PPS并联驱动机构。
螺旋桨驱动器由前螺旋桨1、后螺旋桨2、双转子水下电机3以及螺旋桨端盖10组成。
双转子水下电机3为防水电机,具有体积小、耐压、防水、耐腐蚀等优点,同时具有双转子结构,输出轴有二根,分别为内输出轴和外输出轴。前螺旋桨1和后螺旋桨2通过花键或平键分别与双转子水下电机3的内、外输出轴连接。
双转子水下电机3输出扭矩带动前螺旋桨1和后螺旋桨2对转并产生推力。螺旋桨端盖10用螺钉固定在双转子水下电机3输出轴的末端,防止前螺旋桨1和后螺旋桨2的轴向窜动。
3-PPS并联驱动机构包括一个用于固定连接螺旋桨驱动器的动平台4、一个静平台5、并联设于动平台4与静平台5之间的三条PPS驱动支链。PPS驱动支链的两端分别与动平台4和静平台5活动连接,通过调整PPS驱动支链的伸缩长度控制动平台4及螺旋桨驱动器的工作姿态,实现推进力方向的矢量调整。
双转子水下电机3用螺栓固定在3-PPS并联驱动机构的动平台4上。动平台4优选为正三角形平面结构,双转子水下电机3固定安装在动平台4的中心;三条PPS驱动支链分别与动平台4的正三角形顶点活动连接。
图2是本发明3-PPS并联驱动机构的机构简图,从图中可以清楚地看到三条PPS驱动支链与动平台4、静平台5的连接关系。
每条PPS驱动支链包括与动平台4活动连接的球面副11、与静平台5活动连接的被动移动副13、以及设于球面副11与被动移动副13之间用于控制PPS驱动支链伸缩长度的主动移动副12。三条PPS驱动支链以动平台4与静平台5之间的轴线为中心,呈120°平均布置。
三个球面副11固定在动平台4上;三个被动移动副13固定在静平台5上;三个主动移动副12的一端连接球面副11,另外一端连接被动移动副13。主动移动副12是PPS驱动支链的驱动部分,通过控制三个主动移动副12的伸缩长度,即可使动平台4产生不同的姿态。
在优选实施方案中,3-PPS并联驱动机构的球面副11采用球面轴承6、主动移动副12采用直线驱动机构7、被动移动副13采用直线导轨8,具体的装配结构如图1所示。直线驱动机构7可以是电动推杆或液压缸。
动平台4尺寸的大小根据机构所要满足的姿态调整范围来确定。动平台4中部设有安装孔,用于连接并固定双转子水下电机3。动平台4的三个顶角分别连接三个球面轴承6。球面轴承6的底座用螺栓固定在动平台4上;球面轴承6的旋转柄一端通过螺纹固定在直线驱动机构7的伸缩端,具体如图3所示。
3-PPS并联驱动机构中的静平台5优选为正三角形平面结构,尺寸的大小根据机构所要满足的姿态调整范围来确定。静平台5上设置有安装孔,用于把矢量推进器固定在水下装备上。静平台5的三个顶角分别固定三套直线导轨8。直线导轨8的轨道81用螺栓固定在静平台5上,直线导轨8的滑块用螺栓固定在直线驱动机构7的底座上,具体如图4所示。
本发明的一种新型水下装备矢量推进器,将推进器的静平台5固定在水下装备上,驱动双转子水下电机3带动前螺旋桨1和后螺旋桨2对转并产生推力。控制3-PPS并联驱动机构的三根直线驱动机构7协同运动,由直线驱动机构7独立控制三根PPS驱动支链的伸缩长度,使螺旋桨驱动器俯仰、偏摆以及沿动、静平台5轴线前后移动,实现推进器姿态调整和矢量推进的功能。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明,应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例,并不用于限制本发明,凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水下装备矢量推进器,包括螺旋桨驱动器和3-PPS并联驱动机构;其特征是:所述的3-PPS并联驱动机构包括一个用于固定连接螺旋桨驱动器的动平台(4)、一个静平台(5)、并联设在动平台(4)与静平台(5)之间的三条PPS驱动支链;所述PPS驱动支链的两端分别与动平台(4)和静平台(5)活动连接,通过调整PPS驱动支链的伸缩长度控制动平台(4)及螺旋桨驱动器的工作姿态,实现推进力方向的矢量调整。
2.根据权利要求1所述的水下装备矢量推进器,其特征在于:三条所述的PPS驱动支链以动平台(4)与静平台(5)之间的轴线为中心,呈120°平均布置。
3.根据权利要求2所述的水下装备矢量推进器,其特征在于:所述的PPS驱动支链包括与动平台(4)活动连接的球面副(11)、与静平台(5)活动连接的被动移动副(13)、以及设于球面副(11)与被动移动副(13)之间用于控制PPS驱动支链伸缩长度的主动移动副(12)。
4.根据权利要求3所述的水下装备矢量推进器,其特征在于:所述的球面副(11)为球面轴承(6);三条PPS驱动支链的球面轴承(6)底座呈正三角形均布固定在所述的动平台(4)上,三个球面轴承(6)的旋转柄分别与对应PPS驱动支链中的主动移动副(12)连接。
5.根据权利要求4所述的水下装备矢量推进器,其特征在于:所述的被动移动副(13)为直线导轨(8);三条PPS驱动支链的直线导轨(8)的轨道(81)呈正三角形均布固定在所述的静平台(5)上,三个直线导轨(8)的滑块分别与对应PPS驱动支链中的主动移动副(12)连接。
6.根据权利要求5所述的水下装备矢量推进器,其特征在于:所述的主动移动副(12)为直线驱动机构(7)。
7.根据权利要求1所述的水下装备矢量推进器,其特征在于:所述的动平台(4)为正三角形平面结构,所述的螺旋桨驱动器固定安装在动平台(4)的中心;三条PPS驱动支链分别与动平台(4)的正三角形顶点活动连接。
8.根据权利要求1所述的水下装备矢量推进器,其特征在于:所述的螺旋桨驱动器包括双转子水下电机(3),由双转子水下电机(3)驱动的前螺旋桨(1)和后螺旋桨(2);所述的双转子水下电机(3)输出扭矩带动所述的前螺旋桨(1)和后螺旋桨(2)对转并产生推力。
9.根据权利要求8所述的水下装备矢量推进器,其特征在于:所述的前螺旋桨(1)和后螺旋桨(2)通过花键或平键分别与双转子水下电机(3)的内、外输出轴连接,并通过螺旋桨端盖(10)固定输出轴的末端,防止前螺旋桨(1)和后螺旋桨(2)轴向窜动。
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