[发明专利]一种水下三维可偏转喷管矢量推进器

说明书

本发明提出一种水下三维可偏转喷管矢量推进器，包括导管、喷管鳞片、液压推杆、万向联轴器、万向环、双节传动连杆。其特征在于：铰接于导管内部的三个液压推杆，通过万向联轴器与万向环并联，由三个液压推杆的行程改变来调节万向环任意方向偏转和沿导管轴线方向移动；万向环一面分布有等间距的倒T型滑槽，使双节传动连杆的球头一端可以在滑槽中发生一定的偏转；传动连杆又带动喷管鳞片发生不同的偏转角度，改变导管尾端出流的方向，最终实现有效的矢量推进。本发明采用万向环作为传递桥梁，通过三个执行机构控制大量喷管鳞片偏转来改变喷管尾端的口径大小和方向，且矢量推进状态下喷口形状是与导管平滑过渡的椭圆，具有控制简单、推进效率高的优点。

技术领域

本发明属于水下推进器领域，特别涉及一种三维可偏转喷管矢量推进器。

背景技术

矢量推进技术应用于水下推进器是提高船舶及潜航器的推进效率及机动性的有效途径，也是目前国内外水下推进器的研究热点。传统船舶或潜航器推进方式主要为固定转轴的螺旋桨配合可动舵板调节前进方向，由于舵板在大偏转角度时效果较差且依赖舵板表面的高速水流提供的升力用于控制，因此在船舶或潜航器低速航行时舵板作用甚微，航行机动性大大降低。

目前水下矢量推进方式呈多元化、多样化发展，出现了螺旋桨式矢量推进、喷水式矢量推进、仿生推进、磁流体推进等推进方式。螺旋桨式和喷水式由于技术较成熟，应用难度较低，是目前主流的水下矢量推进方式。而仿生推进随具有理论的高机动性和高推进效率，但由于技术难度大、不适合高速推进，难以应用于大型潜水器；磁流体推进具有良好的静音效果，但由于建设成本太高、航行速度太慢等原因难以大规模应用。

矢量螺旋桨推进器一般采用一些传动系统等附加的机械结构，通过改变螺旋桨的方向来实现矢量推力，这样能达到较好的矢量推进效果，但也会增大传动系统，使传动轴承受较大的周向力；也有固定螺旋桨轴，在发明专利CN104295404A中公开了一种二元流体式推力矢量动力装置，在导管后安装可摆动的挡流板获得矢量推力，但挡流板会增加潜航器尾端质量，并且影响导管流场水动力性能；在发明专利CN112319747A中公开了一种分体导管矢量推进器，将导管分体为主导管和多个副导管，通过对副导管的偏转控制完成获得矢量推力，但每个副导管需要一个驱动装置，且喷口形状变化不规则，也对流场产生了不利影响。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为克服现有水下矢量推进技术不足之处，本发明提出一种水下三维可偏转喷管矢量推进器，能在较短的响应时间之内，通过少量执行机构改变导管尾端大量喷管鳞片角度，从而实现矢量推进。该推进器能够提供潜航器上下俯仰和左右偏转的全矢量推力，在潜航器低速航行仍具备良好的操控性；同时尾端大量周向分布的喷管鳞片有效的保持了导管的形状，避免了剧烈的形状变化影响导管流场的水动力性能；本发明还提出一种三控制臂控制大量喷管鳞片的传动结构，解决了矢量推进器执行结构多、控制复杂的问题。

本发明的技术方案是:一种三维可偏转喷管矢量推进器，包括螺旋桨，还包括导管、喷管鳞片、液压推杆、万向联轴器、万向环和双节传动连杆；其中螺旋桨和导管同轴安装且导管位于螺旋桨外围；

所述喷管鳞片为若干个，沿螺旋桨轴线周向均布在导管尾端并与其铰接；

所述万向环同轴套在导管上，且万向环通过双节传动连杆与喷管鳞片铰接，使得喷管鳞片在进行角度变换时，万向环与喷管鳞片角度变换保持一致；

所述液压推杆为若干个，沿导管轴线周向均布在导管前端并与导管前端铰接，液压推杆另一端通过万向联轴器与万向环连接；若干液压推杆能够独立进行工作，能够沿导管轴线进行轴向运动或者沿导管轴线向内或者向外运动，从而带动万向环进行任何角度偏转以及沿导管轴线进行轴向移动。

本发明进一步的技术方案是：所述导管整体为柱状体，外壁为多阶状且小径端位于中部；导管外缘设有铰接孔，另一端外缘为流线型，内部设有三个铰链孔。