CN113788131B - 一种水中航行器高级辅助推进*** - Google Patents

一种水中航行器高级辅助推进*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了水中航行器高级辅助推进***，包括若干套辅助推进装置，每套所述辅助推进装置包括集成电机推进单元、旋转伸缩机构、液压驱动机构及舱门开关组件；不工作时回收到航行器耐压壳体内，不影响水中航行器外形，不影响主推进装置工作时的推进性能。与水中航行器主动力装置无关联，当主动力装置失效或不工作时，该高级辅助推进***可伸出艇外独立运行，增加了总体的冗余，提高了水中航行器的生命力和可靠性。

Description

一种水中航行器高级辅助推进***
技术领域
本发明属于水中航行器技术领域，具体涉及一种水中航行器高级辅助推进***。
背景技术
从可靠性和生命力方面考虑，单轴推进的水中航行器一般都设有应急动力装置。除了与主推进轴系相连的应急动力装置外，更需要与推进轴系无关联的应急推进装置，以保证在主动力装置失效时，可以驱动航行器以较低航速航行。该装置不仅具有应急推进功能，还可以大幅提升水中航行器低速时机动性，实现低噪声航行，大大提高了水中航行器的生命力和低速机动性与隐身性。
因此，需要设计一种与航行器设计相结合的辅助推进***，不仅保证水中航行器在主动力装置失效时可以较低航速航行，起到应急推进功能，还可以实现水中航行器自主低速时平移、原地回转、浮潜等机动运行和低噪声航行，从而大幅提升我国水中航行器的生命力、机动性和隐身性。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种能在主动力装置失效的情况下推动水中航行器低速航行的水中航行器高级辅助推进***。
为实现上述目的，本发明所设计的水中航行器高级辅助推进***，包括若干套辅助推进装置，每套所述辅助推进装置包括集成电机推进单元、旋转伸缩机构、液压驱动机构及舱门开关组件；
所述旋转伸缩机构包括推进单元机械臂、驱动电机和导流板；推进单元机械臂的一端铰接在液压驱动机构的A液压缸上，推进单元机械臂的另一端铰接在驱动电机上，导流板铰接在推进单元机械臂的另一端上；
所述舱门开关组件包括舱门和舱门机械臂，舱门机械臂一端铰接在液压驱动机构的B液压缸上，舱门机械臂另一端与舱门铰接。
进一步地，所述集成电机推进单元包括电机和推进器；电机由电机转子和电机定子组成，推进器包括桨叶和导管；电机定子集成在导管内，电机转子通过轴承与导管相连，桨叶的叶梢轮缘安装在电机转子上。
进一步地，所述推进器还包括中间轴，中间轴轴向穿过导管且同轴布置，桨叶的叶尾固定在中间轴的外缘面上，电机转子安装在桨叶的叶梢轮缘上；所述中间轴与导管之间由导叶支撑，导叶位于桨叶的上方或下方。
进一步地，所述旋转伸缩机构还包括传动机构，驱动电机的旋转轴与传动机构转轴相连，传动机构的配对法兰与集成电机推进单元的法兰连接。
进一步地，所述驱动电机的轴线与集成电机推进单元的轴线垂直且在同一个面上。
进一步地，所述导流板通过导流板凸耳铰接在推进单元机械臂的另一端上。
进一步地，所述舱门机械臂另一端通过舱门凸耳与舱门铰接。
进一步地，每套所述辅助推进装置还包括固锁组件，固锁组件包括两组固锁单元，一组固锁单元用于旋转伸缩机构的锁闭，另一组固锁单元用于舱门的锁闭；每组固锁单元包括销轴和螺母，一组固锁单元的销轴一端***舱门凸耳的销孔内，另一组固锁单元的销轴一端***导流板凸耳的销孔内，螺母锁紧销轴的另一端同时螺母卡在外部的限位杆上实现锁闭。
进一步地，每套所述辅助推进装置还包括位置传感器组件，位置传感器组件包括安装在B液压缸上的位置B传感器、安装在A液压缸上的位置A传感器及安装在驱动电机上的角度传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的高级辅助推进***不工作时回收到航行器耐压壳体内，不影响水中航行器外形，不影响主推进装置工作时的推进性能。
(2)本发明与水中航行器主动力装置无关联，当主动力装置失效或不工作时，该高级辅助推进***可伸出艇外独立运行，增加了总体的冗余，提高了水中航行器的生命力和可靠性。
(3)本发明的多套高级辅助推进装置同时工作可实现水中航行器后退、平移、上浮、下潜、原地回转等机动操纵，提高了水中航行器的机动性。
(4)本发明的高级辅助推进***可实现低速静音航行，提高了水中航行器的隐身性。
(5)本发明可在水中航行器现有结构上改装实施，只需局部改动前、后压载水舱结构，不影响水中航行器其他***和结构，设计巧妙，结构紧凑，可实现性强。
附图说明
图1是本发明水中航行器高级辅助推进***总体布置示意图；
图2是图1中辅助推进装置组成示意图；
图3是图2中电机集成推进单元示意图；
图4是图2中旋转伸缩机构和传动机构示意图；
图5是图2中舱门开关组件和固锁组件示意图；
图6是图2的舱门打开状态示意图；
图7是图2的集成电机推进单元外放过程示意图；
图8是图2的集成电机推进装置工作状态示意图。
其中：1-辅助推进装置，2-集成电机推进单元，3-旋转伸缩机构，4-液压驱动机构，5-舱门开关组件，6-固锁组件，7-位置传感器组件，8-电机转子，9-电机定子，10-桨叶，11-导管，12-导流板凸耳，13-配对法兰，14-法兰，15-角度传感器，16-舱门凸耳，17-销轴，18-中间轴，19-导叶，20-机械臂，21-传动机构，22-驱动电机，23-导流板，24-A液压缸，25-B液压缸，26-舱门，27-舱门机械臂，28-固锁单元，29-螺母，30-位置A传感器，31-位置B传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示水中航行器高级辅助推进***，包括若干套辅助推进装置1。结合图2所示，每套辅助推进装置1包括集成电机推进单元2、旋转伸缩机构3、液压驱动机构4、舱门开关组件5、固锁组件6和位置传感器组件7。
如图3所示，集成电机推进单元2包括电机和推进器；电机由电机转子8和电机定子9组成，推进器包括桨叶10和导管11。电机定子9集成在导管11内，电机转子8通过轴承与导管11相连，桨叶10的叶梢轮缘安装在电机转子8上。推进器也可以包括中间轴18，中间轴18轴向穿过导管11且同轴布置，桨叶10的叶尾固定在中间轴18的外缘面上，电机转子8安装在桨叶10的叶梢轮缘上，使得桨叶10和电机转子8绕中间轴18旋转。另外，中间轴18与导管11之间由导叶19支撑，导叶19位于桨叶10的上方或下方(如图4所示的方向)，起整流作用。
桨叶10的叶片数量与形状、导管11的形状由实际水动力和强度设计情况确定，有无中间轴18和导叶19由实际情况确定，若需要中间轴18和导叶19，导叶19的叶片数量与形状由实际水动力和强度设计情况确定。
如图2、图4和图5所示，旋转伸缩机构3用于收放集成电机推进单元2。旋转伸缩机构3包括推进单元机械臂20、传动机构21、驱动电机22和导流板23；推进单元机械臂20的一端铰接在液压驱动机构4的A液压缸24上，推进单元机械臂20的另一端铰接在驱动电机22上，导流板23通过导流板凸耳12铰接在推进单元机械臂20的另一端上，推进单元机械臂20在A液压缸24的驱动下实现集成电机推进单元2和导流板23的收放。
驱动电机22的旋转轴与传动机构21转轴相连，从而带动传动机构21转动，连接方式可以是键连接或齿轮配合传动等；采用动密封对传动机构21与驱动电机22外壳之间的动静交界面进行密封；传动机构21的配对法兰13与集成电机推进单元2的法兰14通过螺栓连接，从而带动集成电机推进单元2转动。
驱动电机22的轴线与集成电机推进单元2的轴线垂直且在同一个面上，集成电机推进单元2由驱动电机22和传动机构21驱动绕驱动电机22的轴线转动，转动角度范围至少为±180°，从而使集成电机推进单元2可在垂直于驱动电机22的平面内产生任意方向的推力；集成电机推进单元2可在驱动电机22轴线与艇体基线夹角为45°～135°范围内工作。
舱门开关组件5包括舱门26和舱门机械臂27，舱门机械臂27一端铰接在液压驱动机构4的B液压缸25上，舱门机械臂27另一端通过舱门凸耳16与舱门26铰接。舱门机械臂27在B液压缸25的驱动下实现舱门26的打开和关闭。
固锁组件6包括两组固锁单元28，一组固锁单元28用于旋转伸缩机构3的锁闭，另一组固锁单元28用于舱门26的锁闭。每组固锁28单元包括销轴17和螺母29，一组固锁单元28的销轴17一端***舱门凸耳16的销孔内，另一组固锁单元28的销轴17一端***导流板凸耳12的销孔内，螺母29锁紧销轴17的另一端同时螺母29卡在外部的限位杆上实现锁闭。当旋转伸缩机构3和/或舱门26运动时，固锁单元的螺母松掉解锁，当旋转伸缩机构3和/或舱门26运动到指定位置时，固锁单元的螺母再锁死固定。
如图6、图7和图8，辅助推进装置接到控制***准备工作时，舱门26首先在B液压缸25和舱门机械臂27的驱动下打开；然后，集成电机推进单元2在A液压缸24和推进单元机械臂20的作用下伸出艇外，导流板23与集成电机推进单元2同步运动；当集成电机推进单元2运动到指定位置后，固锁单元28将导流板23锁住，集成电机推进单元2同时固定住；最后，舱门26在B液压缸25和舱门机械臂27的驱动下返回至关闭位置，并由固锁单元锁住。
另外，B液压缸25上安装有位置B传感器31，舱门26的位置由位置B传感器31测量；A液压缸24上安装有位置A传感器30，集成电机推进单元2的位置由位置A传感器30测量，驱动电机22上安装有角度传感器15，集成电机推进单元2绕驱动电机22轴线的旋转角度由角度传感器15测量。
辅助推进装置1的数量由水中航行器排水量、航速需求、水中航行器布置等因素确定，为方便说明，以四套为例进行描述。工作时，辅助推进装置1的集成电机推进单元2在液压驱动机构4的驱动下，通过旋转伸缩机构3伸出水中航行器非耐压壳体外，集成电机推进单元2可绕其垂直工作面的轴线转动，能产生各方向推力；不工作时，各套辅助推进装置1回收在水中航行器非耐压壳体内，不影响航行器外形。
采用本发明水中航行器高级辅助推进***具有应急推进功能，可在独立工作时满足水中航行器低速(如5节以内)航行，增加了推进***的冗余，提高了水中航行器生命力和可靠性；也可在独立工作时通过产生各方向推力实现水中航行器低速平移、上浮、下潜、原地回转等机动操纵，显著提高了水中航行器低速时的机动性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水中航行器高级辅助推进***，其特征在于：包括若干套辅助推进装置（1），每套所述辅助推进装置（1）包括集成电机推进单元（2）、旋转伸缩机构（3）、液压驱动机构（4）及舱门开关组件（5）；
所述旋转伸缩机构（3）包括推进单元机械臂（20）、驱动电机（22）和导流板（23）；推进单元机械臂（20）的一端铰接在液压驱动机构（4）的A液压缸（24）上，推进单元机械臂（20）的另一端铰接在驱动电机（22）上，导流板（23）铰接在推进单元机械臂（20）的另一端上；
所述舱门开关组件（5）包括舱门（26）和舱门机械臂（27），舱门机械臂（27）一端铰接在液压驱动机构（4）的B液压缸（25）上，舱门机械臂（27）另一端与舱门（26）铰接；
所述集成电机推进单元（2）包括电机和推进器；电机由电机转子（8）和电机定子（9）组成，推进器包括桨叶（10）和导管（11）；电机定子（9）集成在导管（11）内，电机转子（8）通过轴承与导管（11）相连，桨叶（10）的叶梢轮缘安装在电机转子（8）上；所述推进器还包括中间轴（18），中间轴（18）轴向穿过导管（11）且同轴布置，桨叶（10）的叶尾固定在中间轴（18）的外缘面上；所述中间轴（18）与导管（11）之间由导叶（19）支撑，导叶（19）位于桨叶（10）的上方或下方；
所述旋转伸缩机构（3）还包括传动机构（21），驱动电机（22）的旋转轴与传动机构（21）转轴相连，传动机构（21）的配对法兰（13）与集成电机推进单元（2）的法兰（14）连接；所述驱动电机（22）的轴线与集成电机推进单元（2）的轴线垂直且在同一个面上。
2.根据权利要求1所述水中航行器高级辅助推进***，其特征在于：所述导流板（23）通过导流板凸耳（12）铰接在推进单元机械臂（20）的另一端上。
3.根据权利要求1所述水中航行器高级辅助推进***，其特征在于：所述舱门机械臂（27）另一端通过舱门凸耳（16）与舱门（26）铰接。
4.根据权利要求1所述水中航行器高级辅助推进***，其特征在于：每套所述辅助推进装置（1）还包括固锁组件（6），固锁组件（6）包括两组固锁单元（28），一组固锁单元（28）用于旋转伸缩机构（3）的锁闭，另一组固锁单元（28）用于舱门（26）的锁闭；每组固锁单元（28）包括销轴（17）和螺母（29），一组固锁单元（28）的销轴（17）一端***舱门凸耳（16）的销孔内，另一组固锁单元（28）的销轴（17）一端***导流板凸耳（12）的销孔内，螺母（29）锁紧销轴（17）的另一端同时螺母（29）卡在外部的限位杆上实现锁闭。
5.根据权利要求1所述水中航行器高级辅助推进***，其特征在于：每套所述辅助推进装置（1）还包括位置传感器组件（7），位置传感器组件（7）包括安装在B液压缸（25）上的位置B传感器（31）、安装在A液压缸（24）上的位置A传感器（30）及安装在驱动电机（22）上的角度传感器（15）。
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