CN115071929A - 一种采用流动控制的操纵舵板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操纵舵板，特别涉及一种采用流动控制的操纵舵板。包括蒙皮、骨架、上流道、下流道、上流道射流泵及下流道射流泵；蒙皮安装于骨架外侧，上流道和下流道嵌在骨架内，上流道射流泵和下流道射流泵分别安装于上流道和下流道内；蒙皮的后端设有上流道进口和下流道进口；蒙皮的前端上、下侧分别设有上流道出口和下流道出口；通过上流道射流泵和下流道射流泵进行引流，从而控制舵板外流场的变化产生操纵力。本发明不需要舵板摆动，只需要控制上下射流泵的转速即可产生稳定操纵力，避免了舵板往复摆动产生剧烈的振动噪声，能够满足水下航行器低振低噪的操纵需求。

Description

一种采用流动控制的操纵舵板
技术领域
本发明涉及一种操纵舵板，特别涉及一种采用流动控制的操纵舵板。
背景技术
舵板是水下航行器实现机动航行的重要部件，传统的操纵方式是采用舵机驱动舵板偏转，产生水下航行器所需的操纵力。在水下航行器自动控制航行时，需要一直往复操纵舵板才能满足水下航行器稳定直航或机动的需求，这种操纵方式会产生较强的机械振动噪声，不利于水下航行器声学设备的使用。随着水下航行器应用越来越广，对水下航行器的振动噪声特性要求越来越高，对低振动噪声特性的操纵装置需求越来越明显。因此，设计一种能够满足水下航行器操纵需求、具有低振动噪声特性的操纵舵板是很有必要的。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种采用流动控制的操纵舵板，能满足水下航行器操纵力需求，并且具有低振动噪声特性等特点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种采用流动控制的操纵舵板，包括蒙皮、骨架、上流道、下流道、上流道射流泵及下流道射流泵；
所述蒙皮安装于骨架外侧，所述上流道和下流道嵌在骨架内，所述上流道射流泵和下流道射流泵分别安装于上流道和下流道内；所述蒙皮的后端设有上流道进口和下流道进口，所述蒙皮的前端上、下侧分别设有上流道出口和下流道出口；
通过所述上流道射流泵和所述下流道射流泵进行引流，从而控制舵板外流场的变化产生操纵力。
所述上流道包括上进流道和上出流道，所述上进流道和上出流道均为喇叭状结构，且窄口端相对应；所述上流道射流泵连接在所述上进流道和上出流道的窄口端之间。
所述上进流道的宽口端与所述上流道进口连通；所述上出流道的宽口端与所述上流道出口连通。
所述上流道进口和所述上流道出口均为沿左右方向延伸的狭缝状结构。
所述下流道包括下进流道和下出流道；所述下进流道和下出流道均为喇叭状结构，且窄口端相对应；所述下流道射流泵设置于所述下进流道和下出流道的窄口端之间。
所述下进流道的宽口端与所述下流道进口连通；所述下出流道的宽口端与所述下流道出口连通。
所述下流道进口和所述下流道出口均为沿左右方向延伸的狭缝状结构。
所述上流道射流泵和所述下流道射流泵结构相同，均包括轮缘电机、一级叶轮、一级导叶、二级叶轮及二级导叶，其中一级叶轮、一级导叶、二级叶轮及二级导叶依次同轴安装，所述轮缘电机安装在所述二级叶轮的轮缘外侧，用于驱动所述二级叶轮和一级叶轮转动。
所述蒙皮包括前蒙皮、上蒙皮和下蒙皮，其中上蒙皮和下蒙皮安装在所述骨架的上表面和下表面上；所述前蒙皮安装在所述骨架的前端，所述前蒙皮的上端与所述上蒙皮之间留有缝隙，形成所述上流道出口；所述前蒙皮的下端与所述下蒙皮之间留有缝隙，形成所述下流道出口。
所述骨架包括主体框架及设置主体框架左右两侧的外端板；
所述主体框架由多个横梁和多个纵梁组成，且左右两侧设有内端板。
本发明具有以下优点及有益效果：
1.本发明的操纵舵板外形与传统舵板基本一致，无任何突出物，可直接替换传统舵板，安装方便。
2.本发明的操纵舵板不需要舵机和其他执行机构，舵板附属结构简单，具备较高的可靠性。
3.本发明的操纵舵板采用内部射流泵引流，通过控制舵板外流场的变化产生操纵力，舵板无其他往复操纵运动，操纵过程中振动噪声低。
附图说明
图1为本发明采用流动控制的操纵舵板的轴测图；
图2为本发明采用流动控制的操纵舵板去掉蒙皮后的俯视图；
图3为本发明中下流道射流泵轴线位置的剖视图；
图4为本发明中上流道射流泵轴线位置的剖视图；
图5为本发明中射流泵叶轮位置的轴测图；
图6为本发明中产生向下操纵力时的工作示意图；
图7为本发明中产生向上操纵力时的工作示意图。
其中：1为前蒙皮，2为外端板，3为上蒙皮，4为纵梁a，5为内端板，6为下出流道，7为纵梁b，8为轮缘电机，9为纵梁c，10为下进流道，11为纵梁d，12为纵梁e，13为横梁a，14为横梁b，15为上出流道，16为加强板，17为横梁c，18为上进流道，19为下蒙皮，20为一级叶轮，21为一级导叶，22为二级叶轮，23为二级导叶，24为下流道进口，25为上流道进口，26为下流道出口，27为上流道出口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1-4所示，本发明提供的一种采用流动控制的操纵舵板，包括蒙皮、骨架、上流道、下流道、上流道射流泵及下流道射流泵；蒙皮安装于骨架外侧，上流道和下流道嵌在骨架内，上流道射流泵和下流道射流泵分别安装于上流道和下流道内；蒙皮的后端设有上流道进口25和下流道进口24，蒙皮的前端上、下侧分别设有上流道出口27和下流道出口26，通过上流道射流泵和下流道射流泵进行引流，从而控制舵板外流场的变化产生操纵力。
如图1-2所示，本发明的实施例中，骨架包括主体框架及设置主体框架左右两侧的外端板2；主体框架由多个横梁和多个纵梁组成，且左右两侧设有内端板5。
具体地，纵梁包括沿前后方向依次间隔设置的纵梁a 4、纵梁b 7、纵梁c 9、纵梁d11及纵梁e 12，纵梁a 4、纵梁b 7、纵梁c 9、纵梁d 11及纵梁e 12的两端分别与两个内端板5连接。横梁包括横梁a 13、横梁b 14及横梁c 17，其中横梁a 13和横梁c 17分别位于纵梁b7和纵梁c 9的外侧，且位于同一竖直平面内。
在横梁和纵梁承载力较大的位置还有加强板16，端板、纵梁、横梁和加强板采用焊接的形式连接固定。上流道和下流道嵌在骨架内，与骨架之间采用焊接的形式连接固定。
如图2、图4所示，本发明的实施例中，上流道包括上进流道18和上出流道15，上进流道18和上出流道15均为喇叭状结构，且窄口端相对应；上流道射流泵连接在上进流道18和上出流道15的窄口端之间。上进流道18的宽口端与上流道进口25连通；上出流道15的宽口端与上流道出口27连通。
进一步地，上流道进口25和上流道出口27均为沿左右方向延伸的狭缝状结构。
如图2、图3所示，本发明的实施例中，下流道包括下进流道10和下出流道6；下进流道10和下出流道6均为喇叭状结构，且窄口端相对应；下流道射流泵设置于下进流道10和下出流道6的窄口端之间。下进流道10的宽口端与下流道进口24连通；下出流道6的宽口端与下流道出口26连通。
进一步地，下流道进口24和下流道出口26均为沿左右方向延伸的狭缝状结构，下流道进口24位于上流道进口25的下方。
如图2、图5所示，本发明的实施例中，上流道射流泵和下流道射流泵结构相同，均包括轮缘电机8、一级叶轮20、一级导叶21、二级叶轮22及二级导叶23，其中一级叶轮20、一级导叶21、二级叶轮22及二级导叶23依次同轴安装，轮缘电机8安装在二级叶轮22的轮缘外侧，直接驱动二级叶轮22转动，二级叶轮22旋转时同步带动一级叶轮20旋转。上流道射流泵和下流道射流泵还可以采用由轮缘电机8驱动单级或更多级数的叶轮，能够将舵板后缘的流体引入，在舵板前缘喷出，并使舵板产生操纵力。
如图1、图3-4所示，本发明的实施例中，蒙皮包括前蒙皮1、上蒙皮3和下蒙皮19，其中上蒙皮3和下蒙皮19安装在骨架的上表面和下表面上；前蒙皮1为流线型结构，且安装在骨架的前端，前蒙皮1的上端与上蒙皮3之间留有缝隙，形成上流道出口27；前蒙皮1的下端与下蒙皮19之间留有缝隙，形成下流道出口26。
本发明提供的一种采用流动控制的操纵舵板的工作原理是：
如图6所示，当操纵舵板在水下环境中时，外界流体从舵板前缘向后缘流动，下进流道10与下出流道6之间的下流道射流泵工作，将舵板后缘的流体引入，并在舵板前缘下蒙皮19与前蒙皮1的连接处缝隙(下流道出口26)喷出，使舵板下表面的流体流速升高，降低舵板下表面的压强，使舵板产生向下的操纵力。
如图7所示，当操纵舵板在水下环境中时，外界流体从舵板前缘向后缘流动，上进流道18与上出流道15之间的上流道射流泵工作，将舵板后缘的流体引入，并在舵板前缘上蒙皮3与前蒙皮1的连接处缝隙(上流道出口27)喷出，使舵板上表面的流体流速升高，降低舵板上表面的压强，使舵板产生向上的操纵力。
本发明在使用过程中，不需要通过舵机驱动舵板产生偏角，只需要控制上流道射流泵和下流道射流泵的启停并调节射流泵的转速即可产生可调的操纵力，避免了舵板往复摆动产生强烈的振动噪声，有利于降低水下航行器的自噪声，能够满足水下航行器低振低噪的操纵需求，为精密声学设备提供有利的工作环境。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种采用流动控制的操纵舵板，其特征在于，包括蒙皮、骨架、上流道、下流道、上流道射流泵及下流道射流泵；
所述蒙皮安装于骨架外侧，所述上流道和下流道嵌在骨架内，所述上流道射流泵和下流道射流泵分别安装于上流道和下流道内；所述蒙皮的后端设有上流道进口(25)和下流道进口(24)，所述蒙皮的前端上、下侧分别设有上流道出口(27)和下流道出口(26)；
通过所述上流道射流泵和所述下流道射流泵进行引流，从而控制舵板外流场的变化产生操纵力。
2.根据权利要求1所述的采用流动控制的操纵舵板，其特征在于，所述上流道包括上进流道(18)和上出流道(15)，所述上进流道(18)和上出流道(15)均为喇叭状结构，且窄口端相对应；所述上流道射流泵连接在所述上进流道(18)和上出流道(15)的窄口端之间。
3.根据权利要求2所述的采用流动控制的操纵舵板，其特征在于，所述上进流道(18)的宽口端与所述上流道进口(25)连通；所述上出流道(15)的宽口端与所述上流道出口(27)连通。
4.根据权利要求3所述的采用流动控制的操纵舵板，其特征在于，所述上流道进口(25)和所述上流道出口(27)均为沿左右方向延伸的狭缝状结构。
5.根据权利要求1所述的采用流动控制的操纵舵板，其特征在于，所述下流道包括下进流道(10)和下出流道(6)；所述下进流道(10)和下出流道(6)均为喇叭状结构，且窄口端相对应；所述下流道射流泵设置于所述下进流道(10)和下出流道(6)的窄口端之间。
6.根据权利要求5所述的采用流动控制的操纵舵板，其特征在于，所述下进流道(10)的宽口端与所述下流道进口(24)连通；所述下出流道(6)的宽口端与所述下流道出口(26)连通。
7.根据权利要求6所述的采用流动控制的操纵舵板，其特征在于，所述下流道进口(24)和所述下流道出口(26)均为沿左右方向延伸的狭缝状结构。
8.根据权利要求1所述的采用流动控制的操纵舵板，其特征在于，所述上流道射流泵和所述下流道射流泵结构相同，均包括轮缘电机(8)、一级叶轮(20)、一级导叶(21)、二级叶轮(22)及二级导叶(23)，其中一级叶轮(20)、一级导叶(21)、二级叶轮(22)及二级导叶(23)依次同轴安装，所述轮缘电机(8)安装在所述二级叶轮(22)的轮缘外侧，用于驱动所述二级叶轮(22)和一级叶轮(20)转动。
9.根据权利要求1所述的采用流动控制的操纵舵板，其特征在于，所述蒙皮包括前蒙皮(1)、上蒙皮(3)和下蒙皮(19)，其中上蒙皮(3)和下蒙皮(19)安装在所述骨架的上表面和下表面上；所述前蒙皮(1)安装在所述骨架的前端，所述前蒙皮(1)的上端与所述上蒙皮(3)之间留有缝隙，形成所述上流道出口(27)；所述前蒙皮(1)的下端与所述下蒙皮(19)之间留有缝隙，形成所述下流道出口(26)。
10.根据权利要求1所述的采用流动控制的操纵舵板，其特征在于，所述骨架包括主体框架及设置主体框架左右两侧的外端板(2)；
所述主体框架由多个横梁和多个纵梁组成，且左右两侧设有内端板(5)。
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