[实用新型]一种水下航行器夹芯复合材料舵

说明书

技术领域

本实用新型属于水下航行器尾部结构部件技术领域，更具体地，涉及一种水下航行器夹芯复合材料舵。

背景技术

随着各种新技术在水下航行器上的推广应用，要求在水下航行器设计时尽量减小结构重量，为总体重量控制提供更大空间。同时，近年来舰艇主动声呐探测距离和精度不断提高，要求水下航行器具有更好的阻尼性能和声隐身性能。

舵结构是水下航行器尾部重要结构件，通常由上、下两个方向舵，左、右两个水平舵组成，主要功能是用于控制水下航行器航行的方向和深度，保持水下航行器航行的机动性。水下航行器舵结构凸出于航行器结构体外表面，在航行时，易由于转舵和水流激励产生舵颤振，暴露水下航行器目标位置。另一方面，舵结构位于水下航行器尾部，其质量对于水下航行器重心调整和重量控制具有重要作用，有效减轻舵结构重量，可为水下航行器总体减重提供更大的空间。

目前水下航行器舵结构一般采用低阻尼的铝合金材料，结构型式为实心结构，但重量较大、阻尼减振效果有限。部分新型水下航行器舵采用了复合材料实心结构，内部采用短切纤维和树脂进行填充，外部采用树脂基纤维增强复合材料进行包覆，在减轻水下航行器尾部重量方面发挥了一定作用，但在控制舵结构颤振、减轻舵结构重量等方面仍有较大潜力。

复合材料指由两种或两种以上材料的独立物理相通过物理或化学复合工艺组合或构造，形成的新型细观结构构形或新材料。常用的非金属基复合材料增强相包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、高强聚乙烯纤维等，基体包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂等。

夹芯复合材料是指由上、下表层和中间芯层组成的多层结构，其上下表层一般采用树脂基纤维增强复合材料，中间芯层可选择耐压、高阻尼特性的发泡类材料。水下航行器采用夹芯复合材料舵结构，替代原铝合金实心舵结构或复合材料实心舵结构，能够获得更好的阻尼减振性能，并有效减轻水下航行器尾部结构重量。

现有和曾经有的关于舵系统的相关技术对不同类型的舵做过很有成效的努力，也设计过许多优秀的技术方案。专利CN103587126公开了一种轻量化高强度碳纤维复合材料船舵的制造工艺及所得船舵，在船舵芯模上塑造成船舵形状，形成预成型体，在预成型体内部放置真空密封袋，将预成型体放入船舵外模中，使用真空密封袋与外部真空袋密封固化成型，得到该种碳纤维复合材料船舵；该种轻量化高强度碳纤维复合材料船舵的制造工艺，所用材料均为预浸料，相对于一般复合材料船舵，能够精确控制船舵的树脂含量，降低船舵内部的孔隙率。该专利制造的轻量化高强度碳纤维复合材料船舵，重量较轻，但没有考虑其阻尼性能。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种水下航行器夹芯复合材料舵，其目的在于在满足水下航行器舵结构表面型线和功能要求前提下，能够有效衰减舵结构振动，减轻舵结构重量，改善水下航行器总体性能。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种水下航行器夹芯复合材料舵，该舵包括：

表层，其根据舵表面型值呈圆弧曲面，所述圆弧曲面的宽度从一端到另一端逐渐增加，厚度两端小中间大且圆滑过渡；

芯层，其设于所述表层内部，用于提高舵结构阻尼性能，降低舵结构重量；以及

舵轴，其为圆柱形结构，贯穿于所述表层和芯层，用于作为所述舵和水下航行器的连接件，实现所述舵绕其转动。

进一步地，所述舵轴顶端与芯层接触部分横截面为椭圆形，用于确保舵轴传动的稳定性。

进一步地，所述舵轴与表层接触部分横截面为圆形，用于实现嵌入蒙皮表面内部的舵轴横截面平缓过度。

优选地，所述表层的材料为复合材料增强纤维、树脂基体或夹芯硬质泡沫。

优选地，所述芯层为高阻尼发泡芯层。

优选地，所述舵轴为不锈钢圆柱。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本实用新型的技术方案采用高阻尼轻质复合材料夹芯舵，能够在满足水下航行器舵功能要求和力学性能要求基础上，获得更好的阻尼减振性能，进一步降低了舵结构重量，有利于水下航行器总体声学性能和重量指标控制。

附图说明

图1为现有技术中铝合金实心舵结构示意；

图2为本实用新型实施例的一种水下航行器夹芯复合材料舵结构示意图；

图3为本实用新型实施例的一种水下航行器夹芯复合材料舵的舵轴示意图；

图4为本实用新型实施例的一种水下航行器夹芯复合材料舵在瞬态载荷激励下C点加速度响应对比；