[发明专利]具有鳍升力动态测量能力的转鳍机构

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种船舶及其它海洋或空间运动体的鳍的控制装置。

背景技术

传统固定式减摇鳍转鳍机构如图2所示，该机构中鳍轴为实芯轴，鳍轴的一 端通过图2中鳍套1安装减摇鳍，在鳍轴另一端端部圆心位置安装电位器式的鳍 角测量传感器，构成鳍角反馈盒10作为鳍角度反馈机构。鳍轴采用轴承4，15 实现双支撑固定，箱体5与鳍轴实现动密封，箱体5焊接在船壳上。摇臂6由动 力机构驱动，带动鳍轴转动，从而实现鳍的转动。该机构运行过程中可以通过鳍 角反馈机构动态测量鳍角，但是不能得到鳍的动态升力特性。

当前，鳍的伺服控制往往采用角度反馈，鳍上的升力均通过角度估算。由于 鳍面上受到的流体动力复杂性，受到各种复杂因素的干扰，通过角度估算鳍产生 的升力存在很大的偏差。长期以来，工程师们一直试图避开通过角度估算升力这 一环节，直接测量鳍上的升力，克服各种干扰因素的影响，提高鳍的控制效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以实现鳍上流体力的分解和测量，工程实现鳍 上升力的动态检测，用于构成鳍升力反馈控制系统的具有鳍升力动态测量能力的 转鳍机构。

本发明的目的是这样实现的：

包括鳍轴，鳍轴的一端鳍套安装减摇鳍，在鳍轴另一端端部圆心位置安装电 位器式的鳍角测量传感器，构成鳍角反馈盒作为鳍角度反馈机构，鳍轴由两个轴 承实现双支撑固定，箱体与鳍轴实现动密封，箱体焊接在船壳上；所述鳍轴为中 空鳍轴，在中空鳍轴内部配有一实轴芯，实轴芯在鳍安装位置附近与鳍轴外套紧 紧相连，且能随鳍轴转动；在实轴芯的末端固定安装升力测量传感器。

本发明还可以包括这样一些结构特征：

1、所述在实轴芯的末端固定安装升力测量传感器采用基于鳍法向力、切向 力特性的安装方式，在实轴芯末端垂直位置安装鳍轴法向、切向感应块，两感应 块在轴芯末端垂直且与鳍的法向、切向方向一致，两个升力测量传感器为非接触 式位移传感器，两个升力测量传感器分别安装在传感器基座上，传感器基座与鳍 轴外环固定，能够随鳍轴转动，测量鳍角的反馈装由接续轴与鳍轴固定。

2、所述在实轴芯的末端固定安装升力测量传感器采用基于鳍升力特性的安 装方式，在实轴芯的末端固定安装直角形传动杆，在鳍轴的外壳上剖一弧形间隙， 传动杆末端安装一圆弧形的感应块，弧形感应块能随鳍轴转动；沿鳍升力方向， 在轴承压盖侧壁开一小孔安装固定升力测量传感器，升力测量传感器采用非接触 式位移传感器。

3、鳍轴采用双支点固定，即鳍轴通过上支撑轴承和下支撑轴承固定，且上 支撑轴承与下支撑轴承均套在鳍轴外套上，实轴芯不与上下支撑轴承直接接触。

本发明是一种具有升力动态测量能力的转鳍机构。该机构利用鳍上升力与流 体运动方向的垂直性、流体方向的不变形原则或者鳍上法向力、切向力在鳍轴上 位置的相对固定性原则，以及鳍水动力在鳍轴构成的转鳍机构中的传递性，假设 鳍轴为弹性变形刚体，通过间接测量鳍水动力作用下，鳍轴在特定方向上的变形 量来间接测得鳍的动态升力特性。

鳍上法向力、切向力特性

如图1所示，鳍在流体中，与来流有一个攻角α，鳍上产生的流体动力P，P 可以沿鳍的弦长方向及其法向分解为法向力N，切向力T；另外沿流体方向和与 流体垂直方向又可分解为阻力D和升力L：

其中升力L于法向力N、切向力T之间有如下关系：

L＝Ncosα-Tsinα                 (1)

如果测量出法向力N、切向力T及其攻角α，则可以比较容易得到鳍上的升 力。

由力偶关系，鳍上产生的法向力N、切向力T可以等效到鳍轴上。因此可 以利用鳍轴上的受力关系测量鳍上的法向力、切向力特性及其鳍角，然后根据式 (1)得到鳍上升力的动态特性。

鳍上的升力特性

如图1所示，控制翼在流体中，与来流有一个攻角α，控制翼上产生的流体 动力P，P沿流体方向和与流体垂直方向可分解为阻力D和升力L。不难发现， 鳍上的升力L始终与流体方向垂直，且与鳍轴垂直。

由力偶关系，鳍上产生的升力、阻力同样可以等效到鳍轴上。鳍在实际使 用时，无论鳍如何转动，鳍受到的流体方向可以认为是恒定不变的，且鳍轴方向 不变，因此，鳍上的升力L方向不会变化。