本發(fā)明涉及了一種水下矢量推進裝置，涉及水下智能裝備領域，具體涉及一種基于無軸輪緣式推進器的水下矢量推進裝置。

背景技術：

1、隨著人類對海洋的不斷的探索深入，作為觀察監(jiān)測海洋領域的重要工具，自主式水下航行器auv(autonomous?underwater?vehicle)的研發(fā)逐漸引起了各國的重視。高機動、輕量化已成為auv智能裝備的重要發(fā)展方向。研制出具備更高機動性能的輕量化auv裝備，可大幅提升深遠海綜合探測能力。傳統(tǒng)auv裝備主要采用鰭舵進行輔助導向，該型auv控制力受水流速度的影響較大，且高航速下機動性能較差，易出現(xiàn)導向失穩(wěn)現(xiàn)象。

2、水下矢量推進是近些年興起的一種高效、可靠的水下推進技術，可大幅提升水下智能裝備的靈活性。目前主流的水下矢量推進方案常采用導管式螺旋槳，例如發(fā)明專利cn109866902a提出的一種水下矢量推進裝置，依靠電機驅動傳動軸帶動槳葉轉動進行推進，依靠電機驅動串聯(lián)機構實現(xiàn)矢量偏轉。但由于傳動軸殼體限制，推進器可偏轉的角度較小，裝備在高速航行下轉向性能較差；且電機及傳動系統(tǒng)占用了大量的濕艙空間，導致auv重心較浮心大幅后移，易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術中存在的問題，本發(fā)明所提供一種基于無軸輪緣式推進器的水下矢量推進裝置。本發(fā)明采用無軸輪緣式水下推進器，將電機同槳葉集成一體，沒有傳統(tǒng)螺旋槳的軸線和傳動系統(tǒng)，減少了機械部件的數(shù)量和復雜度，體積也大大縮小，且裝置體積小、重量輕、結構簡單、矢量偏轉角度大，解決了現(xiàn)有技術中矢量偏轉角度小、結構復雜、體積重量大的問題，繼而提升auv智能裝備的機動性和靈活性。

2、本發(fā)明采用的技術方案是：

3、本發(fā)明的基于無軸輪緣式推進器的水下矢量推進裝置包括：

4、無軸輪緣式推進器，用于自主式水下航行器auv的直接矢量推進，安裝在自主式水下航行器auv的外殼的尾部開放端口外部；無軸輪緣式推進器無需外接電機，可直接實現(xiàn)推進功能。

5、密封機構，用于自主式水下航行器auv的外殼的前部內(nèi)區(qū)域的密封并安裝在外殼的尾部內(nèi)，將外殼的前部和尾部分別劃分為干艙空間和濕艙空間。

6、矢量偏轉機構，用于無軸輪緣式推進器的矢量偏轉并鉸接在密封機構和無軸輪緣式推進器之間。

7、所述的矢量偏轉機構包括三個運動支鏈，第一運動支鏈包括第一伺服推桿伸縮桿、第一伺服推桿缸體、第一銷軸和第一萬向球鉸，第二運動支鏈包括第二伺服推桿伸縮桿、第二伺服推桿缸體、第二銷軸和第二萬向球鉸，第三運動支鏈包括，第三伺服推桿伸縮桿、第三伺服推桿缸體、第三銷軸和第三萬向球鉸，第一伺服推桿缸體、第二伺服推桿缸體和第三伺服推桿缸體的缸身的端部分別通過第一銷軸、第二銷軸和第三銷軸均勻間隔鉸接在密封機構靠近外殼的尾部端口的一側面上，第一伺服推桿缸體、第二伺服推桿缸體和第三伺服推桿缸體的推桿的端部分別通過第一萬向球鉸、第二萬向球鉸和第三萬向球鉸均勻間隔鉸接在無軸輪緣式推進器靠近外殼的尾部端口的一側面上。

8、所述的第一伺服推桿缸體、第二伺服推桿缸體和第三伺服推桿缸體所靠近的外殼的側面分別設有開槽，開槽沿運動支鏈擺動方向開設，使得運動支鏈在擺動時不會與外殼發(fā)生碰撞。

9、所述的密封機構包括密封罩和固定基座，固定基座為環(huán)形板狀，固定基座的邊緣密封防水焊接至自主式水下航行器auv的外殼的內(nèi)壁面，固定基座的板面垂直于外殼中心軸向布置；密封罩密封防水罩在固定基座的中心圓通孔處，密封罩為中心朝向固定基座的中心彎曲的罩體結構，密封罩位于矢量偏轉機構的三個運動支鏈的中間；三個運動支鏈的第一銷軸、第二銷軸和第三銷軸安裝在固定基座靠近外殼的尾部端口的一側面上且沿固定基座周向均勻間隔布置，三個運動支鏈間隔120°均布，且均為主動運動支鏈。

10、密封罩固連在固定基座上，呈空心柱體和半球殼的組合形狀，其作用在于在不影響矢量偏轉機構工作的情況下，用以盡可能增大外殼前部的內(nèi)部干艙空間，提高auv的空間利用率，減小auv裝備浮心與重心的位置差，提高航行時的穩(wěn)定性。

11、所述的第一銷軸、第二銷軸和第三銷軸的軸向均與環(huán)形基座的徑向相垂直，使得無軸輪緣推進器在擺動時中心始終位于水下矢量推進裝置的軸線上。

12、所述的密封機構的密封罩內(nèi)還安裝有供電機構，供電機構電連接矢量偏轉機構的第一伺服推桿缸體、第二伺服推桿缸體和第三伺服推桿缸體和無軸輪緣式推進器。

13、所述的無軸輪緣式推進器包括若干槳葉、軸承和導罩，軸承布置在導罩的內(nèi)側圓周，槳葉連接在軸承轉子上并沿圓周方向均勻間隔布置；供電后輪緣推進器直接驅動軸承轉子帶動槳葉轉動；第一萬向球鉸、第二萬向球鉸和第三萬向球鉸沿圓周均勻間隔鉸接在導罩靠近外殼的尾部端口的一側面上。

14、所述的導罩在三個運動支鏈的協(xié)同帶動下進行水平和豎直方向上±30°的偏擺。

15、當搭載水下矢量推進裝置的auv裝備在水下進行直航時，矢量偏轉機構保持靜止不動；當搭載水下矢量推進裝置的auv裝備需要轉向時，控制矢量偏轉機構帶動無軸輪緣推進器偏轉，產(chǎn)生使auv裝備轉向的偏轉力。無軸輪緣推進器的槳葉均布固連在軸承轉子上，軸承設置于導罩內(nèi)部，供電后無軸輪緣推進器直接驅動軸承轉子帶動槳葉轉動，無需外接電機。三個伺服推桿缸體的伺服推桿伸縮桿通過伸縮運動帶動三個運動支鏈運動。

16、本發(fā)明的有益效果是：

17、1、本發(fā)明利用無軸輪緣推進器替代傳統(tǒng)的導管式螺旋槳，減少了機械部件的數(shù)量和復雜度，大幅減少了裝置占用的濕艙空間，有效改善了auv裝備的內(nèi)部布局，提高了auv裝備航行時的穩(wěn)定性。

18、2、本發(fā)明結構緊湊，易于控制，解決了現(xiàn)有技術中矢量偏轉角度小、結構復雜、體積重量大的問題。

19、3、本發(fā)明利用矢量偏轉機構對推進器的推力方向進行矢量控制，帶動無軸輪緣推進器實現(xiàn)水平和豎直方向上±30°的偏轉，極大地提高了auv裝備的機動性和靈活性。

技術特征：

1.一種基于無軸輪緣式推進器的水下矢量推進裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的基于無軸輪緣式推進器的水下矢量推進裝置，其特征在于：所述的矢量偏轉機構包括三個運動支鏈，第一運動支鏈包括第一伺服推桿伸縮桿(7)、第一伺服推桿缸體(8)、第一銷軸(9)和第一萬向球鉸(16)，第二運動支鏈包括第二伺服推桿伸縮桿(10)、第二伺服推桿缸體(11)、第二銷軸(12)和第二萬向球鉸(17)，第三運動支鏈包括，第三伺服推桿伸縮桿(13)、第三伺服推桿缸體(14)、第三銷軸(15)和第三萬向球鉸(18)，第一伺服推桿缸體(8)、第二伺服推桿缸體(11)和第三伺服推桿缸體(14)的缸身的端部分別通過第一銷軸(9)、第二銷軸(12)和第三銷軸(15)均勻間隔鉸接在密封機構靠近外殼(6)的尾部端口的一側面上，第一伺服推桿缸體(8)、第二伺服推桿缸體(11)和第三伺服推桿缸體(14)的推桿的端部分別通過第一萬向球鉸(16)、第二萬向球鉸(17)和第三萬向球鉸(18)均勻間隔鉸接在無軸輪緣式推進器靠近外殼(6)的尾部端口的一側面上。

3.根據(jù)權利要求2所述的基于無軸輪緣式推進器的水下矢量推進裝置，其特征在于：所述的第一伺服推桿缸體(8)、第二伺服推桿缸體(11)和第三伺服推桿缸體(14)所靠近的外殼(6)的側面分別設有開槽。

4.根據(jù)權利要求2所述的基于無軸輪緣式推進器的水下矢量推進裝置，其特征在于：所述的密封機構包括密封罩(4)和固定基座(5)，固定基座(5)為環(huán)形板狀，固定基座(5)的邊緣密封焊接至自主式水下航行器auv的外殼(6)的內(nèi)壁面，固定基座(5)的板面垂直于外殼(6)中心軸向布置；密封罩(4)密封罩在固定基座(5)的中心圓通孔處，密封罩(4)為中心朝向固定基座(5)的中心彎曲的罩體結構，密封罩(4)位于矢量偏轉機構的三個運動支鏈的中間；三個運動支鏈的第一銷軸(9)、第二銷軸(12)和第三銷軸(15)安裝在固定基座(5)靠近外殼(6)的尾部端口的一側面上且沿固定基座(5)周向均勻間隔布置。

5.根據(jù)權利要求4所述的基于無軸輪緣式推進器的水下矢量推進裝置，其特征在于：所述的第一銷軸(9)、第二銷軸(12)和第三銷軸(15)的軸向均與環(huán)形基座(5)的徑向相垂直。

6.根據(jù)權利要求4所述的基于無軸輪緣式推進器的水下矢量推進裝置，其特征在于：所述的密封機構的密封罩(4)內(nèi)還安裝有供電機構，供電機構電連接矢量偏轉機構的第一伺服推桿缸體(8)、第二伺服推桿缸體(11)和第三伺服推桿缸體(14)和無軸輪緣式推進器。

7.根據(jù)權利要求2所述的基于無軸輪緣式推進器的水下矢量推進裝置，其特征在于：所述的無軸輪緣式推進器包括若干槳葉(1)、軸承(2)和導罩(3)，軸承(2)布置在導罩(3)的內(nèi)側圓周，槳葉(1)連接在軸承(2)轉子上并沿圓周方向均勻間隔布置；第一萬向球鉸(16)、第二萬向球鉸(17)和第三萬向球鉸(18)沿圓周均勻間隔鉸接在導罩(3)靠近外殼(6)的尾部端口的一側面上。

8.根據(jù)權利要求7所述的基于無軸輪緣式推進器的水下矢量推進裝置，其特征在于：所述的導罩(3)在三個運動支鏈的協(xié)同帶動下進行水平和豎直方向上±30°的偏擺。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于無軸輪緣式推進器的水下矢量推進裝置。裝置包括無軸輪緣式推進器、矢量偏轉機構和密封機構，裝置安裝在自主式水下航行器的外殼尾部，密封機構安裝在外殼尾部內(nèi)，矢量偏轉機構鉸接在密封機構和無軸輪緣式推進器之間，無軸輪緣式推進器位于外殼的尾部端口外。本發(fā)明利用無軸輪緣推進器替代傳統(tǒng)的導管式螺旋槳，減少了機械部件的數(shù)量和復雜度，大幅減少了裝置占用的濕艙空間，有效改善了AUV的內(nèi)部布局，提高了AUV航行時的穩(wěn)定性；本發(fā)明結構緊湊，易于控制，解決了現(xiàn)有技術中矢量偏轉角度小、結構復雜、體積重量大的問題，矢量偏轉機構帶動無軸輪緣推進器實現(xiàn)水平和豎直方向上±30°的偏擺，繼而提升AUV的機動性和靈活性。

技術研發(fā)人員：錢鵬,江雨萌,王博涵,張柏海,王元奎,馬恩林,張大海
受保護的技術使用者：浙江大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10