CN113460281A - 能实现三维喷射力的喷水推进方向舵机构 - Google Patents

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王俊
张岩
刘雪琴
戴原星
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Abstract

本发明涉及一种能实现三维矢量喷射力的喷水推进方向舵机构，包含垂向舵、水平舵、驱动垂向舵的单叶式摆动液压缸及驱动水平舵的操舵液压缸组件；所述垂向舵连接单叶式摆动液压缸，在单叶式摆动液压缸的作用下绕垂向舵转轴转动，改变从喷水推进器喷射流的垂向位置；所述水平舵连接操舵液压缸组件，在操舵液压缸组件的作用下绕水平舵转轴转动，在水平方向上调整从喷水推进器喷射流的方向，从而实现喷射流产生的三维矢量力的方向调节。本发明通过喷水推进方向舵机构，使其在垂直面和水平面的转动控制，进而得到三维喷射力，可对平台产生三维矢量力及矢量力矩，实现对喷水推进平台航向、姿态的有效控制。

Description

能实现三维喷射力的喷水推进方向舵机构
技术领域
本发明涉及一种船舶推进技术领域和两栖车辆水上推进技术领域，具体涉及一种能实现三维喷射力的喷水推进方向舵机构。
背景技术
根据《喷水推进及推进泵设计理论和技术》(上海交通大学出版社)，对于应用喷水推进装置的船舶，其转向都是采用方向舵机构来实现的，其形状一般为方箱型或圆球型。当船舶需要转向操舵时，整套机构都绕一个垂直轴(定位销)旋转，在水平面上通过偏折产生喷射水流，产生一侧向推力，使船舶转向。将转向的设备与推进器联合在一起处理，这是喷水推进船舶(包括水下潜器、两栖车辆)在操纵设备上的主要特点。
由于喷水推进技术主要应用于高速水面船、两栖车辆及水下潜器，这些水中平台在航行过程中，均存在姿态变化影响综合航行性能的技术问题：如高速水面船随航速增加带来船体纵倾变化进而船体阻力增加，两栖车辆在加速过程中存在着车体埋首现象影响航行安全性、并随着航速增加演变为尾纵倾导致阻力增加，水下潜器在三维空间航行姿态控制难度增加。应用传统的喷水推进方向舵机构，仅能满足常规的转向控制要求，无法改变姿态调节控制，一般需要额外增加截流板或压浪板(滑行板)见图1、水平舵/垂直舵等水动力装置来解决上述问题。
发明内容
本发明提出一种能实现三维喷射力的喷水推进方向舵机构，通过喷水推进方向舵机构，使其在垂直面和水平面的转动控制，进而得到三维喷射力，可对平台产生三维矢量力及矢量力矩，实现对喷水推进平台航向、姿态的有效控制，无需再额外设置截流板、压浪板(滑行板)等水动力装置，就可解决前述传统喷水推进平台的综合航行性能问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种能实现三维矢量喷射力的喷水推进方向舵机构，包含垂向舵、水平舵、驱动垂向舵的单叶式摆动液压缸及驱动水平舵的操舵液压缸组件；所述垂向舵连接单叶式摆动液压缸，在单叶式摆动液压缸的作用下绕垂向舵转轴转动，改变从喷水推进器喷射流的垂向位置；所述水平舵连接操舵液压缸组件，在操舵液压缸组件的作用下绕水平舵转轴转动，在水平方向上调整从喷水推进器喷射流的方向，从而实现喷射流产生的三维矢量力的方向调节。
进一步，所述操舵液压缸组件包括操舵液压缸、转动臂、操舵直杆及操舵曲柄，操舵液压缸通过转动臂、操舵直杆连接操舵曲柄，操舵曲柄连接水平舵，所述水平舵在操舵液压缸的作用力下通过操舵曲柄、曲柄衬套、操舵直杆、直杆定位销、直杆衬套的作用进行方向运动控制。
进一步，所述操舵直杆一端穿过导叶体上面的支架后与操舵曲柄固定连接，另一端与转动臂固定连接。
进一步，所述水平舵通过水平舵销及水平舵销衬套与导叶体连接，所述水平舵可以绕水平舵销的中心线转动。
进一步，所述垂向舵通过两侧的垂向舵转轴与水平舵铰接，可跟随水平舵转动而转动。
进一步，所述垂向舵销与水平舵之间设置垂向舵销衬套，所述垂向舵销用紧固螺栓与垂向舵和水平舵连接。
进一步，所述垂向舵一侧布置单叶式摆动液压缸。
进一步，所述单叶式摆动液压缸通过垂向舵销、垂向舵销衬套与水平舵连接，再用紧定螺栓与水平舵锁紧。
进一步，所述垂向舵销通过摆动液压缸连接平键与摆动液压缸叶片连接成一体。
进一步，在单叶式摆动液压缸的液压力驱动作用下，所述摆动液压缸叶片绕垂向舵销的轴线转动，从而带动垂向舵转动，实现垂向舵方向的控制。
本发明的有益效果是：
1)本发明提出的喷水推进方向舵机构，不仅可以改变喷水推进器喷射流的水平方向，还可以通过控制装置于水平舵上的垂向舵，得到三维空间上的矢量喷射，实现三维喷射力，因此除了传统的喷水推进平台转向功能外，还具有便于调节平台航行姿态、改善阻力特性和航行安全性，提高平台的综合航行能力。平台可取消传统的截流板或压浪板(滑行板)、水平舵/垂直舵等水动力装置的设置，综合性能好。
2)根据平台对喷射流角度调整的需要，可以通过调整摆动液压缸的行程来增大角度的调整幅度，可以实现更大角度范围内的喷射流。
附图说明
图1是两栖车辆设置首/尾部滑行板示意图；
图2是本发明的能实现三维喷射力的喷水推进方向舵机构总成立体示意图；
图3是本发明的能实现三维喷射力的喷水推进方向舵机构总成平面示意图；
图4是方向舵结构水平转向(操控水平舵，垂向舵跟随动作)及矢量喷射示意；
其中：(a)为水平右转向及喷射方向，(b)为水平左转向及喷射方向；
图5是方向舵结构垂向转向(单独操控垂向舵，改变水平舵来流方向)及矢量喷射示意；
其中：(a)为垂向下转向及喷射方向，(b)为垂向上转向及喷射方向；
图6是图5中A处的局部放大图；
图中标记：11、垂向舵111、垂向舵转轴；12、单叶式摆动液压缸；21、水平舵；211、水平舵转轴；22、操舵曲柄；23、操舵直杆；24、转动臂；25、操舵液压缸；31、喷口；41、导叶体；121、摆动液压缸叶片；112、垂向舵销衬套；113、摆动液压缸连接平键；114(114a及114b)、垂向舵销；115(115a、115b)、紧固螺栓；212、锁定螺栓；213、水平舵销；214、水平舵销衬套；221、曲柄衬套；231、直杆定位销；232、直杆衬套。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图2至图6所示，本发明的能实现三维矢量喷射力的喷水推进方向舵机构，主要包含了垂向舵11及水平舵21以及驱动垂向舵11的单叶式摆动液压缸12及驱动水平舵21的操舵曲柄22、操舵直杆23、转动臂24及操舵液压缸25。垂向舵11在单叶式摆动液压缸12的作用下绕垂向舵转轴111转动，改变从喷水推进器喷射流的垂向位置。水平舵21在操舵液压缸25的作用下，通过转动臂24、操舵直杆23及操舵曲柄22的共同作用下在水平方向上调整从喷水推进器喷射流的方向。在垂向舵11及水平舵21的组合运动下，可以实现喷射流产生的三维矢量力的方向调节。具体实现方式如下：
如图4所示，水平方向上，通过驱动操舵液压缸25来实现水平舵21在水平方向上的调整。其中水平舵21通过水平舵销213及水平舵销衬套214与导叶体41连接。水平舵21可以绕水平舵销213的中心线211转动。水平舵21在操舵液压缸25的作用力下通过操舵曲柄22、曲柄衬套221、操舵直杆23、直杆定位销231、直杆衬套232的作用进行方向运动控制。运动示意图见图4中的(a)和(b)。垂向舵11因为固定在水平舵21上，因此是跟随水平舵21转动而转动。
如图5，图6所示，垂直方向上，主要通过装配于垂向舵11的单叶式摆动液压缸(或者类似执行元件)12驱动来完成垂向舵的方向调整。单叶式摆动液压缸12通过垂向舵销114a、垂向舵销衬套112与水平舵21连接，再用紧定螺栓115a与水平舵21锁紧。在单叶式摆动液压缸12的液压力驱动作用下，推动摆动液压缸叶片121绕垂向舵销114a的轴线111转动，而该叶片与垂向舵销114a通过摆动液压缸连接平键113连接成一体，摆动液压缸叶片121转动，带动垂向舵11转动，从而实现垂向舵11方向的控制。运动示意图见图5中的(a)和(b)。垂向舵11的另一侧可以根据实际需要选择是否对称布置单叶式摆动液压缸12。也可以根据图4中的(a)和(b)中的局部视图单独布置垂向舵销114b及紧固螺栓115b及垂向舵销衬套112。

Claims (10)

1.一种能实现三维矢量喷射力的喷水推进方向舵机构，其特征在于：包含垂向舵、水平舵、驱动垂向舵的单叶式摆动液压缸及驱动水平舵的操舵液压缸组件；所述垂向舵连接单叶式摆动液压缸，在单叶式摆动液压缸的作用下绕垂向舵转轴转动，改变从喷水推进器喷射流的垂向位置；所述水平舵连接操舵液压缸组件，在操舵液压缸组件的作用下绕水平舵转轴转动，在水平方向上调整从喷水推进器喷射流的方向，从而实现喷射流产生的三维矢量力的方向调节。
2.根据权利要求1所述的能实现三维矢量喷射力的喷水推进方向舵机构，其特征在于：所述操舵液压缸组件包括操舵液压缸、转动臂、操舵直杆及操舵曲柄，操舵液压缸通过转动臂、操舵直杆连接操舵曲柄，操舵曲柄连接水平舵，所述水平舵在操舵液压缸的作用力下通过操舵曲柄、曲柄衬套、操舵直杆、直杆定位销、直杆衬套的作用进行方向运动控制。
3.根据权利要求2所述的能实现三维矢量喷射力的喷水推进方向舵机构，其特征在于：所述操舵直杆一端穿过导叶体上面的支架后与操舵曲柄固定连接，另一端与转动臂固定连接。
4.根据权利要求1所述的能实现三维矢量喷射力的喷水推进方向舵机构，其特征在于：所述水平舵通过水平舵销及水平舵销衬套与导叶体连接，所述水平舵可以绕水平舵销的中心线转动。
5.根据权利要求1所述的能实现三维矢量喷射力的喷水推进方向舵机构，其特征在于：所述垂向舵通过两侧的垂向舵转轴与水平舵铰接，可跟随水平舵转动而转动。
6.根据权利要求5所述的能实现三维矢量喷射力的喷水推进方向舵机构，其特征在于：所述垂向舵销与水平舵之间设置垂向舵销衬套，所述垂向舵销用紧固螺栓与垂向舵和水平舵连接。
7.根据权利要求1所述的能实现三维矢量喷射力的喷水推进方向舵机构，其特征在于：所述垂向舵一侧布置单叶式摆动液压缸。
8.根据权利要求1所述的能实现三维矢量喷射力的喷水推进方向舵机构，其特征在于：所述单叶式摆动液压缸通过垂向舵销、垂向舵销衬套与水平舵连接，再用紧定螺栓与水平舵锁紧。
9.根据权利要求8所述的能实现三维矢量喷射力的喷水推进方向舵机构，其特征在于：所述垂向舵销通过摆动液压缸连接平键与摆动液压缸叶片连接成一体。
10.根据权利要求9所述的能实现三维矢量喷射力的喷水推进方向舵机构，其特征在于：在单叶式摆动液压缸的液压力驱动作用下，所述摆动液压缸叶片绕垂向舵销的轴线转动，从而带动垂向舵转动，实现垂向舵方向的控制。
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