CN114954871A - 一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统 - Google Patents

一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统 Download PDF

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Abstract

一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统，包括阵列排布的磁控牵引装置、深海潜水器的主推进装置和深海潜水器控制系统；磁控牵引装置的安装结构为：包括推力盘组件、四组磁控牵引装置、基座和三元矢量姿态控制器，四组磁控牵引装置安装在基座上，通过四组全回转机构与推力盘组件连接，并接受三元矢量姿态控制器的控制；深海潜水器主推进装置的安装结构为：包括深海主推进器、上安装支架、下安装支架和推进器驱动器，深海主推进器通过上安装支架和下安装支架固定在推力盘组件上，由推进器驱动器控制推力；深海潜水器控制系统向三元矢量姿态控制器和推进器驱动器下发控制指令，实现三元矢量姿态变化和推进器推力控制，工作可靠。

Description

一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统
技术领域
本发明涉及深海潜水器推进系统技术领域，尤其是一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统。
背景技术
深海潜水器主要采用电动螺旋桨推进器作为推进装置，而深海潜水器在海底航行，需要根据作业任务需求和周围环境态势，不断变换潜水器的航速、航向等参数。
目前，深海潜水器航向的变换控制，主要通过以下几种方法：
1、对称安装两对推进器，利用两个推进器差速控制潜水器的偏转：此方法转向效率较低，且需要额外增加一台推进器，增加了总体重量。
2、安装侧向推进器和垂向推进器：此方法的转向效率较高，但需要额外安装2-3台推进器，大大增加了总体重量。
3、使用三个呈120°布置的液压油缸偏转推进器方向：使用液压油缸偏转推进器方向，需要使用液压系统,增加了系统复杂度、结构重量和潜水器能耗；其次，在最为常用的上下方向、左右方向偏转时，仍需要三个液压油缸同时工作，增加了能耗；更为重要的是，三个液压油缸动作可实现的偏转角度有限。
4、偏转导管桨推进器的导管：此方法只能改变后喷水流方向，转向效率较低。
5、利用丝杠步进电机实现的磁耦合矢量推进装置：该方法本质上仍是利用了丝杠步进电机的运动实现方向偏转，行程较大时会造成变形；长距离运动时，消耗时间较长，反应不够迅速。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统，从而通过四组磁控牵引装置的分动控制，实现推进系统的三元矢量姿态变换，大大提高了工作可靠性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统，包括阵列排布的磁控牵引装置、深海潜水器的主推进装置和深海潜水器控制系统；
所述磁控牵引装置的安装结构为：包括推力盘组件、四组磁控牵引装置、基座和三元矢量姿态控制器，四组磁控牵引装置安装在基座上，通过四组全回转机构与推力盘组件连接，并接受三元矢量姿态控制器的控制；
所述深海潜水器主推进装置的安装结构为：包括深海主推进器、上安装支架、下安装支架和推进器驱动器，深海主推进器通过上安装支架和下安装支架固定在推力盘组件上，由推进器驱动器控制推力；
所述深海潜水器控制系统向三元矢量姿态控制器和推进器驱动器下发控制指令，实现三元矢量姿态变化和推进器推力控制。
其进一步技术方案在于：
磁控牵引装置的结构为：包括缸体、杆体和缸底盖，杆体与密封圈一、密封圈二的组合体嵌入缸体中，密封圈三与缸底盖通过螺栓一密封安装在缸体底部，管型补偿器、密封圈四与缸底盖连接，通过连接片和螺栓二与缸体连接，形成密封油补偿结构；预压弹簧嵌套在杆体上，由缸顶盖和螺栓三对预压弹簧和杆体限位固定；磁控体由缸底盖限位安装在缸体中，通过耐压水密接插件进行电能传输，利用密封圈五进行密封，永磁体通过螺栓四安装在杆体上。
四组磁控牵引装置呈正方形45°偏转布置安装在基座上。
所述磁控牵引装置接收三元矢量姿态控制器的控制信号，改变磁控体的磁力大小，通过磁控体和永磁体之间的可控磁力以及与预压弹簧弹力之间的相互作用，实现牵引杆的行程控制。
所述磁控牵引装置利用附带安装的管状柔性管型补偿器，实现内外压平衡，减轻耐压结构重量。
所述基座为薄板结构，基座的上表面四个角处分别设置有安装脚。
上安装支架和下安装支架的结构相同，均呈“Ω”状，所述上安装支架和下安装支架上的中部均开有方形槽，两端均开有多个锁紧孔。
所述推力盘组件的结构：包括方形底盘，方形底盘的底部四个角处设置有与磁控牵引装置连接的连接座，所述方形底盘上部对角线位置安装有立杆，立杆上安装有加强筋。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，利用四组呈正方形45°偏转布置的磁控牵引装置，通过三元矢量姿态控制器对四组磁控牵引装置的差动控制，实现了推进器±45°偏转和360°全周向无级回转。在最为常用的上下方向、左右方向偏转时，只需控制两组相应的磁控牵引装置即可完成相应矢量偏转，具有节能效果。无需使用复杂液压系统或电机系统，具有系统简单、结构重量轻、动作迅速等特点。根据潜水器姿态和航行要求，深海潜水器控制系统综合控制三元矢量姿态控制器和推进器驱动器复合联动，实现三元矢量姿态和推力的同步操控。
本发明结构紧凑，操控反应灵敏，能耗低，矢量偏转范围大，可实现深海潜水器的超强机动性能。
本发明可以应用于深海潜水器航行机动性能控制系统中。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的爆炸图。
图3为本发明磁控牵引装置的结构示意图。
图4为本发明磁控牵引装置的爆炸图。
图5为本发明磁控牵引装置的主视图(伸展状态)。
图6为图5中沿A-A截面的剖视图。
图7为本发明磁控牵引装置的主视图(收缩状态)。
图8为中7中沿B-B截面的剖视图。
图9为本发明的系统原理图。
图10为本发明三元矢量姿态偏转动作图。
其中：1、深海主推进器；2、上安装支架；3、下安装支架；4、推力盘组件；5、磁控牵引装置；6、基座；7、全回转机构；8、三元矢量姿态控制器；9、推进器驱动器；10、深海潜水器控制系统；
501、缸体；502、杆体；503、预压弹簧；504、磁控体；505、永磁体；506、管型补偿器；507、缸顶盖；508、缸底盖；509、螺栓三；510、密封圈一；511、密封圈二；512、螺栓四；513、螺栓二；514、连接片；515、密封圈四；516、密封圈五；517、耐压水密接插件；518、密封圈三；519、螺栓一。
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-图10所示，本实施例的基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统，包括阵列排布的磁控牵引装置5、深海潜水器的主推进装置和深海潜水器控制系统10；
磁控牵引装置5的安装结构为：包括推力盘组件4、四组磁控牵引装置5、基座6和三元矢量姿态控制器8，四组磁控牵引装置5安装在基座6上，通过四组全回转机构7与推力盘组件4连接，并接受三元矢量姿态控制器8的控制；
深海潜水器主推进装置的安装结构为：包括深海主推进器1、上安装支架2、下安装支架3和推进器驱动器9，深海主推进器1通过上安装支架2和下安装支架3固定在推力盘组件4上，由推进器驱动器9控制推力；
深海潜水器控制系统10向三元矢量姿态控制器8和推进器驱动器9下发控制指令，实现三元矢量姿态变化和推进器推力控制。
根据潜水器姿态和航行要求，深海潜水器控制系统10可以综合控制三元矢量姿态控制器8和推进器驱动器9复合联动，实现三元矢量姿态和推力的同步操控。
三元矢量推进系统可完成±45°偏转和360°全周向无级回转。
磁控牵引装置5的结构为：包括缸体501、杆体502和缸底盖508，杆体502与密封圈一510、密封圈二511的组合体嵌入缸体501中，密封圈三518与缸底盖508通过螺栓一519密封安装在缸体501底部，管型补偿器506、密封圈四515与缸底盖508连接，通过连接片514和螺栓二513与缸体501连接，形成密封油补偿结构；预压弹簧503嵌套在杆体502上，由缸顶盖507和螺栓三509对预压弹簧503和杆体502限位固定；磁控体504由缸底盖508限位安装在缸体501中，通过耐压水密接插件517进行电能传输，利用密封圈五516进行密封，永磁体505通过螺栓四512安装在杆体502上。
四组磁控牵引装置5呈正方形45°偏转布置安装在基座6上。
磁控牵引装置5接收三元矢量姿态控制器8的控制信号，改变磁控体504的磁力大小，通过磁控体504和永磁体505之间的可控磁力以及与预压弹簧503弹力之间的相互作用，实现牵引杆的行程控制。
磁控牵引装置5利用附带安装的管状柔性管型补偿器506，实现内外压平衡，减轻耐压结构重量。
基座6为薄板结构，基座6的上表面四个角处分别设置有安装脚。
上安装支架2和下安装支架3的结构相同，均呈“Ω”状，上安装支架2和下安装支架3上的中部均开有方形槽，两端均开有多个锁紧孔。
推力盘组件4的结构：包括方形底盘，方形底盘的底部四个角处设置有与磁控牵引装置5连接的连接座，方形底盘上部对角线位置安装有立杆，立杆上安装有加强筋。
本发明的具体结构和功能如下：
主要包括基座6，基座6上表面四个角处分别安装有磁控牵引装置5，磁控牵引装置5的输出端同时安装推力盘组件4，推力盘组件4上通过上安装支架2和下安装支架3配合安装深海主推进器1。
单个磁控牵引装置5的结构：杆体502与密封圈一510、密封圈二511的组合体嵌入缸体501中，密封圈三518与缸底盖508通过螺栓一519密封安装在缸体501底部，管型补偿器506、密封圈四515与缸底盖508连接，通过连接片514和螺栓二513与缸体501连接，形成密封油补偿结构。预压弹簧503嵌套在杆体502上，由缸顶盖507和螺栓三509对预压弹簧503和杆体502限位固定。磁控体504由缸底盖508限位安装在缸体501中，通过耐压水密接插件517进行电能传输，利用密封圈五516进行密封。永磁体505通过螺栓四512安装在杆体502上。
每个磁控牵引装置5接收三元矢量姿态控制器8的控制信号，改变磁控体504的磁力大小，通过磁控体504和永磁体505之间的可控磁力作用以及与预压弹簧503弹力之间的相互作用，实现牵引杆的行程控制。
磁控牵引装置5利用管型柔性管型补偿器506，实现内外压平衡，减轻耐压结构重量。
由四组磁控牵引装置5呈正方形45°偏转布置安装在基座6上组成磁控牵引装置5阵列，并通过四组全回转机构7与推力盘组件4连接，并接受三元矢量姿态控制器8的控制。深海主推进器1通过上安装支架2和下安装支架3，安装在推力盘组件4上，由推进器驱动器9控制推力。深海潜水器控制系统10向三元矢量姿态控制器8和推进器驱动器9下发控制指令，实现三元矢量姿态变化和推进器推力控制。
本发明利用四组呈正方形45°偏转布置的磁控牵引装置5，通过三元矢量姿态控制器8对四组磁控牵引装置5的差动控制，实现了推进器±45°偏转和360°全周向无级回转。在最为常用的上下方向、左右方向偏转时，只需控制两组相应的磁控牵引装置5即可完成相应矢量偏转，具有节能效果。无需使用复杂液压系统或电机系统，具有系统简单、结构重量轻、动作迅速等特点。根据潜水器姿态和航行要求，深海潜水器控制系统10综合控制三元矢量姿态控制器8和推进器驱动器9复合联动，实现三元矢量姿态和推力的同步操控。
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 (8)

1.一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统，其特征在于：包括阵列排布的磁控牵引装置(5)、深海潜水器的主推进装置和深海潜水器控制系统(10)；
所述磁控牵引装置(5)的安装结构为：包括推力盘组件(4)、四组磁控牵引装置(5)、基座(6)和三元矢量姿态控制器(8)，四组磁控牵引装置(5)安装在基座(6)上，通过四组全回转机构(7)与推力盘组件(4)连接，并接受三元矢量姿态控制器(8)的控制；
所述深海潜水器主推进装置的安装结构为：包括深海主推进器(1)、上安装支架(2)、下安装支架(3)和推进器驱动器(9)，深海主推进器(1)通过上安装支架(2)和下安装支架(3)固定在推力盘组件(4)上，由推进器驱动器(9)控制推力；
所述深海潜水器控制系统(10)向三元矢量姿态控制器(8)和推进器驱动器(9)下发控制指令，实现三元矢量姿态变化和推进器推力控制。
2.如权利要求1所述的一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统，其特征在于：磁控牵引装置(5)的结构为：包括缸体(501)、杆体(502)和缸底盖(508)，杆体(502)与密封圈一(510)、密封圈二(511)的组合体嵌入缸体(501)中，密封圈三(518)与缸底盖(508)通过螺栓一(519)密封安装在缸体(501)底部，管型补偿器(506)、密封圈四(515)与缸底盖(508)连接，通过连接片(514)和螺栓二(513)与缸体(501)连接，形成密封油补偿结构；预压弹簧(503)嵌套在杆体(502)上，由缸顶盖(507)和螺栓三(509)对预压弹簧(503)和杆体(502)限位固定；磁控体(504)由缸底盖(508)限位安装在缸体(501)中，通过耐压水密接插件(517)进行电能传输，利用密封圈五(516)进行密封，永磁体(505)通过螺栓四(512)安装在杆体(502)上。
3.如权利要求1所述的一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统，其特征在于：四组磁控牵引装置(5)呈正方形45°偏转布置安装在基座(6)上。
4.如权利要求2所述的一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统，其特征在于：所述磁控牵引装置(5)接收三元矢量姿态控制器(8)的控制信号，改变磁控体(504)的磁力大小，通过磁控体(504)和永磁体(505)之间的可控磁力以及与预压弹簧(503)弹力之间的相互作用，实现牵引杆的行程控制。
5.如权利要求2所述的一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统，其特征在于：所述磁控牵引装置(5)利用附带安装的管状柔性管型补偿器(506)，实现内外压平衡，减轻耐压结构重量。
6.如权利要求1所述的一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统，其特征在于：所述基座(6)为薄板结构，基座(6)的上表面四个角处分别设置有安装脚。
7.如权利要求1所述的一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统，其特征在于：上安装支架(2)和下安装支架(3)的结构相同，均呈“Ω”状，所述上安装支架(2)和下安装支架(3)上的中部均开有方形槽，两端均开有多个锁紧孔。
8.如权利要求1所述的一种基于磁控牵引装置的深海潜水器三元矢量推进系统，其特征在于：所述推力盘组件(4)的结构：包括方形底盘，方形底盘的底部四个角处设置有与磁控牵引装置(5)连接的连接座，所述方形底盘上部对角线位置安装有立杆，立杆上安装有加强筋。
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