CN114275094B - 航行器入水拉平机构和水下航行装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航行器入水拉平机构，涉及航行体动力学技术领域，包括空化器和空化器角度调节装置，空化器用于转动连接于航行器上，空化器角度调节装置的自由端设置有空化器，空化器角度调节装置能够调节空化器的工作面的倾斜角度并保持。本发明还提供了一种水下航行装置，包括上述航行器入水拉平机构。本发明提供的航行器入水拉平机构和水下航行装置，结构简单，能够快速调整水下航行装置的航行姿态，保证水下航行装置能够水平直航。

Description

航行器入水拉平机构和水下航行装置

技术领域

本发明涉及航行体动力学技术领域，特别是涉及一种航行器入水拉平机构和水下航行装置。

背景技术

超空泡技术是一种利用超空化现象实现水下水下航行装置减阻的技术。当水下航行装置与水之间发生高速相对运动时，航行体表面附近的水因低压而发生相变，形成空泡，当空泡尺寸大到能够覆盖航行体大部分或全部表面时称为超空泡。由于水下航行装置在水中的摩擦阻力约为在空气中摩擦阻力的850倍，因此形成超空泡后，水下航行装置的水下摩擦阻力将大幅减小。

跨介质水下航行装置在由空气进入水中时，由于其运动速度高，其头部空化器会产生空泡。空泡逐渐包裹弹身，使弹身表面受到的阻力大大减小。其中，空化器是安装于水下超空泡水下航行装置头部的一个部件，不仅可以产生脱体扰流，有利于超空泡的形成，还可以调控入水弹道。水下航行装置在水中高速运动时，其头部的空化器会受到向上的阻力，该阻力会对水下航行装置产生一个转矩，使水下航行装置的头部向上转动。空化器受到的阻力的大小与空化器的攻角(空化器的中心线与水下航行装置的中心线的夹角)有关，当空化器攻角越大时(一般不超过45°)，该阻力值越大。当水下航行装置入水后，由于空化器上的转矩的作用，使水下航行装置姿态由倾斜向下逐渐变为水平向前，但此时空化器的转矩仍在，水下航行装置的头部会继续向上转动，此时水下航行装置的姿态变为倾斜向上，无法保证水平直航。目前，尚没有在水下航行装置入水后能够自动且快速的将水下航行装置头部拉平的机构。

发明内容

本发明的目的是提供一种航行器入水拉平机构和水下航行装置，以解决上述现有技术存在的问题，结构简单，能够快速调整水下航行装置的航行姿态，保证水下航行装置能够水平直航。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种航行器入水拉平机构，包括空化器和空化器角度调节装置，所述空化器角度调节装置的自由端连接有所述空化器，所述空化器用于转动连接于所述航行器上，所述空化器角度调节装置能够调节所述空化器的工作面的倾斜角度并保持。

优选的，所述空化器角度调节装置包括支撑杆、连接杆和伸缩机构，所述支撑杆的一端用于与所述航行器固定连接，所述支撑杆的另一端与所述空化器的一端转动连接，所述空化器的另一端与所述连接杆的一端转动连接，所述连接杆的另一端与所述伸缩机构的自由端转动连接，所述伸缩机构能够沿所述航行器中心线的方向往复运动，所述连接杆能够在所述伸缩机构的驱动下随所述伸缩机构移动，且所述连接杆能够在所述伸缩机构的驱动下与所述空化器相对转动，所述伸缩机构能够通过所述连接杆改变所述工作面的倾斜角度，且所述伸缩机构能够通过所述连接杆将所述空化器的中心线与所述航行器的中心线的夹角调整至使所述航行器保持直航的航行角度并保持。

优选的，所述航行角度为3°-5°。

优选的，所述空化器与所述支撑杆绕第一轴线相对转动，所述空化器和所述连接杆绕第二轴线相对转动，所述连接杆和所述伸缩机构绕第三轴线相对转动，所述第一轴线、所述第二轴线和所述第三轴线相互平行。

优选的，所述伸缩机构包括驱动机构、连接轴、滑块、推杆和外壳，所述推杆的一端与所述连接杆转动连接，所述推杆的另一端与所述滑块固定连接，所述滑块套设在所述连接轴外并与所述连接轴螺纹连接，所述连接轴与所述外壳转动连接，所述滑块与所述外壳滑动连接，所述连接轴与所述驱动机构的输出端固定连接。

优选的，所述伸缩机构还包括至少一个导向杆，各所述导向杆与所述滑块滑动连接，各所述导向杆与所述外壳固定连接，各所述导向杆的中心线与所述推杆的中心线相互平行。

优选的，所述驱动机构的输出端与所述连接轴通过联轴器固定连接，所述连接轴的两端均与所述外壳通过第一轴承转动连接，所述导向杆为四个。

本发明还提供了一种水下航行装置，包括航行器和上述航行器入水拉平机构，所述航行器上设置有所述空化器和所述空化器角度调节装置。

优选的，本发明提供的水下航行装置还包括导向机构，所述推杆穿过所述导向机构并与所述导向机构滑动连接，所述导向机构与所述航行器的外壳固定连接，所述支撑杆远离所述空化器的一端与所述航行器的外壳的前端固定连接。

优选的，所述导向机构包括第二轴承和轴承壳，所述第二轴承套设在所述轴承壳内并与所述轴承壳固定连接，所述推杆穿过所述第二轴承并与所述第二轴承滑动连接，所述轴承壳与所述航行器的外壳固定连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的航行器入水拉平机构包括空化器和空化器角度调节装置，空化器用于转动连接于航行器上，空化器角度调节装置的自由端设置有空化器，空化器角度调节装置能够调节空化器的工作面的倾斜角度并保持，即实现了空化器攻角(空化器的中心线与航行器的中心线的夹角)的改变。使航行器由空气进入水中后，通过调节空化器的攻角，能够迅速调整水下航行装置的航行姿态，保证水下航行装置能够水平直航。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1提供的航行器入水拉平机构的结构示意图；

图2为实施例2提供的水下航行装置的结构示意图；

图3为实施例2提供的水下航行装置的空化器入水前的攻角示意图；

图4为实施例2提供的水下航行装置的空化器入水后的攻角示意图；

图5为图3中A的局部放大图；

图6为图4中B的局部放大图；

图中：100-航行器入水拉平机构，200-水下航行装置，1-空化器，101-工作面，2-空化器角度调节装置，201-支撑杆，202-连接杆，203-伸缩机构，204-驱动机构，205-连接轴，206-滑块，207-推杆，208-外壳，209-导向杆，3-航行器，4-联轴器，5-第一轴承， 6-导向机构，601-第二轴承，602-轴承壳，r-攻角，a-航行角度。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种航行器入水拉平机构和水下航行装置，以解决上述现有技术存在的问题，结构简单，能够快速调整水下航行装置的航行姿态，保证水下航行装置能够水平直航。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种航行器入水拉平机构100，包括空化器1和空化器角度调节装置2，空化器角度调节装置2的自由端连接有空化器1，空化器1用于转动连接于航行器3上，空化器角度调节装置2能够调节空化器1的工作面101的倾斜角度并保持，即实现了空化器1攻角r(空化器1的中心线与航行器3的中心线的夹角)的改变。使航行器3由空气进入水中后，通过调节空化器1的攻角r，能够迅速调整水下航行装置200的航行姿态，保证水下航行装置200能够水平直航。

空化器角度调节装置2包括支撑杆201、连接杆202和伸缩机构203，支撑杆201的一端用于与航行器3固定连接，支撑杆201的另一端与空化器1的一端转动连接，优选的，支撑杆201与空化器1通过转轴转动连接，空化器1的另一端与连接杆202的一端转动连接，优选的，空化器1与连接杆202通过转轴转动连接，连接杆202的另一端与伸缩机构 203的自由端转动连接，优选的，连接杆202与伸缩机构203通过转轴转动连接，伸缩机构 203能够沿航行器3中心线的方向往复运动，连接杆202能够在伸缩机构203的驱动下随伸缩机构203移动，且连接杆202能够在伸缩机构203的驱动下与空化器1相对转动，伸缩机构203能够通过连接杆202改变工作面101的倾斜角度，且伸缩机构203能够通过连接杆202将空化器1的中心线与航行器3的中心线的夹角调整至使航行器3保持直航的航行角度a并保持，航行角度a为3°-5°。其中空化器1的中心线与航行器3的中心线的夹角即空化器1的攻角r。工作时，伸缩机构203驱动连接杆202移动并转动，连接杆202带动空化器1相对于支撑杆201转动，实现空化器1工作面101的角度改变；当空化器1的攻角r为3°-5°时，伸缩机构203不再伸缩，此时，空化器1的攻角r不再改变。结构简单，调节方便。

优选的，空化器1与支撑杆201绕第一轴线相对转动，空化器1和连接杆202绕第二轴线相对转动，连接杆202和伸缩机构203绕第三轴线相对转动，第一轴线、第二轴线和第三轴线相互平行。

伸缩机构203包括驱动机构204、连接轴205、滑块206、推杆207和外壳208，推杆207的一端与连接杆202转动连接，推杆207的另一端与滑块206固定连接，滑块206套设在连接轴205外并与连接轴205螺纹连接，连接轴205与外壳208转动连接，滑块206与外壳208滑动连接，连接轴205与驱动机构204的输出端固定连接。优选的，驱动机构204 为电机，连接轴205为丝杠，滑块206为螺母，滑块206和连接轴205均设于外壳208内部，推杆207穿过外壳208与连接杆202转动连接。

伸缩机构203还包括至少一个导向杆209，导向杆209优选为四个，各导向杆209与滑块206滑动连接，优选的，滑块206设有通孔，通孔与导向杆209个数相同，各导向杆209 穿过各通孔；各导向杆209与外壳208固定连接，各导向杆209的中心线与推杆207的中心线相互平行。导向杆209能够对滑块206进行导向，同时导向杆209能够减少推杆207 在工作过程中受到的弯矩，有利于避免推杆207变形或损坏。

驱动机构204的输出端与连接轴205通过联轴器4固定连接，连接轴205的两端均与外壳208通过第一轴承5转动连接，使连接轴205两端受力平衡，有利于避免连接轴205 的变形或损坏。

实施例2

如图2-6所示，本实施例提供了一种水下航行装置200，包括航行器3和实施例1中任意一项航行器入水拉平机构100，航行器3上设置有空化器1和空化器角度调节装置2。空化器角度调节装置2能够改变空化器1攻角r(空化器1的中心线与航行器3的中心线的夹角)，使航行器3由空气进入水中后，通过调节空化器1的攻角r，能够迅速调整水下航行装置200的航行姿态，保证水下航行装置200能够水平直航。

本实施例提供的水下航行装置200还包括导向机构6，推杆207穿过导向机构6并与导向机构6滑动连接，优选的，导向机构6设于推杆207的中部，导向机构6与航行器3的外壳固定连接。导向机构6与导向杆209共同为滑块206进行导向，以达到很好的导向效果。且导向机构6与导向杆209共同为滑块206提供有效的支撑，能够大大减少推杆207 在工作过程中受到的弯矩，有利于避免推杆207变形或损坏。支撑杆201远离空化器1的一端与航行器3的外壳的前端固定连接，外壳208和驱动机构204均固定连接于航行器3 的外壳的内部，优选的，连接轴205、滑块206和导向杆209均设于航行器3的外壳的内部，推杆207穿过外壳208和航行器3的外壳与航行器3外部的连接杆202转动连接。

导向机构6包括第二轴承601和轴承壳602，第二轴承601优选为直线轴承，第二轴承 601的轴线与航行器3的中心线及电机输出轴的轴线相互平行。第二轴承601套设在轴承壳 602内并与轴承壳602固定连接，推杆207穿过第二轴承601并与第二轴承601滑动连接，轴承壳602与航行器3的外壳固定连接。直线轴承的设置，保证了推杆207能够沿航行器3 的中心线运动。

航行器3在空中航行时，空化器1的攻角r处于大角度状态，角度范围一般为20°-30°。当航行器3进入水中的瞬间，驱动机构204接收使能信号，驱动机构204开始工作，带动连接轴205转动，此时，滑块206开始沿导向杆209向航行器3前端的方向做直线运动，并带动推杆207向前做直线运动。推杆207推动连接杆202转动并向前移动，空化器1绕在连接杆202的作用力下绕支撑杆201转动，实现空化器1攻角r的调节。优选的，空化器1转动角度和转速可以由电机的转动圈数和转速控制。当航行器3在空化器1的作用下由倾斜向下航行转动到水平向前航行时，驱动机构204停止驱动，空化器1的攻角r固定在3°-5°，使航行器3可以保持水平向前航行，实现了水下航行装置200的入水拉平。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种航行器入水拉平机构，其特征在于：包括空化器和空化器角度调节装置，所述空化器角度调节装置的自由端连接有所述空化器，所述空化器用于转动连接于所述航行器上，所述空化器角度调节装置能够通过调节所述空化器的工作面的倾斜角度至所述空化器的攻角为3°-5°并保持以使所述航行器能够保持直航；

所述空化器角度调节装置包括伸缩机构，所述伸缩机构能够通过伸缩改变所述工作面的倾斜角度；

所述空化器角度调节装置包括支撑杆和连接杆，所述支撑杆的一端用于与所述航行器固定连接，所述支撑杆的另一端与所述空化器的一端转动连接，所述空化器的另一端与所述连接杆的一端转动连接，所述连接杆的另一端与所述伸缩机构的自由端转动连接，所述伸缩机构能够沿所述航行器中心线的方向往复运动，所述连接杆能够在所述伸缩机构的驱动下随所述伸缩机构移动，且所述连接杆能够在所述伸缩机构的驱动下与所述空化器相对转动，所述伸缩机构能够通过所述连接杆改变所述工作面的倾斜角度，且所述伸缩机构能够通过所述连接杆将所述空化器的中心线与所述航行器的中心线的夹角调整至使所述航行器保持直航的航行角度并保持；

所述伸缩机构包括驱动机构、连接轴、滑块、推杆和外壳，所述推杆的一端与所述连接杆转动连接，所述推杆的另一端与所述滑块固定连接，所述滑块套设在所述连接轴外并与所述连接轴螺纹连接，所述连接轴与所述外壳转动连接，所述滑块与所述外壳滑动连接，所述连接轴与所述驱动机构的输出端固定连接；

所述伸缩机构还包括至少一个导向杆，各所述导向杆与所述滑块滑动连接，各所述导向杆与所述外壳固定连接，各所述导向杆的中心线与所述推杆的中心线相互平行；

所述推杆外套设有导向机构且所述推杆与所述导向机构滑动连接，所述导向机构用于与所述外壳固定连接；所述导向机构包括第二轴承和轴承壳，所述第二轴承套设在所述轴承壳内并与所述轴承壳固定连接，所述推杆穿过所述第二轴承并与所述第二轴承滑动连接，所述轴承壳与所述航行器的外壳固定连接；所述第二轴承为直线轴承。

2.根据权利要求1所述的航行器入水拉平机构，其特征在于：所述空化器与所述支撑杆绕第一轴线相对转动，所述空化器和所述连接杆绕第二轴线相对转动，所述连接杆和所述伸缩机构绕第三轴线相对转动，所述第一轴线、所述第二轴线和所述第三轴线相互平行。

3.根据权利要求1所述的航行器入水拉平机构，其特征在于：所述驱动机构的输出端与所述连接轴通过联轴器固定连接，所述连接轴的两端均与所述外壳通过第一轴承转动连接，所述导向杆为四个。

4.一种水下航行装置，其特征在于：包括航行器和权利要求1-3中任意一项所述的航行器入水拉平机构，所述航行器上设置有所述空化器和所述空化器角度调节装置。