一种水下自主航行器高机动推进系统的制作方法

本发明涉及水下自主航行器技术领域，尤其涉及一种水下自主航行器高机动推进系统。

背景技术：

水下自主航行器是一种智能化、自主航行、可根据任务使命要求进行模块优化组合、实现多种功能的综合集成系统，可有效用于海洋资源勘察与开发、海洋环境时空变化的监测、海底地形地貌调查、海洋救险和打捞，发展自主式水下航行器具有重大的军事和民用价值。现有水下自主航行器主要采用常规轴式推进器，这种推进系统会导致航行器在改变航向、上浮和下潜方面存在不足，机动能力相对较弱，难以满足特殊作业条件对水下自主航行器机动性的要求。为提高水下自主航行器的机动能力，本发明提出一种适用于水下自主航行器的高机动推进系统。

技术实现要素：

本发明提供一种水下自主航行器高机动推进系统，以克服现有水下自主航行器在改变航行器航向、上浮和下潜方面存在不足，机动能力相对较弱的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种水下自主航行器高机动推进系统，其特征在于，包括：航行体、两个轮缘推进器、两组侧翼、推进系统、压力系统；

所述侧翼对称固定于航行体两侧；所述轮缘推进器对称设置于侧翼远离航行体的端部；

所述推进系统包括移动滑框、压力室和转轴；所述压力室设置于航行体的内部；所述压力室内部中空形成气压腔；

所述气压腔内部设置所述移动滑框，所述移动滑框在所述气压腔内做往复运动；所述移动滑框将所述气压腔分隔形成第一气压腔和第二气压腔；所述转轴两端分别与所述两个轮缘推进器固定连接以实现所述轮缘推进器与所述转轴的同步转动；；

所述移动滑框内设置有驱动滑槽，所述驱动滑槽的内侧壁上设有第一驱动齿；所述转轴外壁上设置有与所述第一驱动齿啮合的第二驱动齿；

所述压力系统包括压力泵、第一气压管、第二气压管；所述压力泵固定设置于航行体内部，所述第一气压管一端与压力泵连接，另一端与所述第一气压腔连接；所述第二气压管一端与压力泵连接，另一端与所述第二气压腔连接，所述压力泵调节所述第一气压腔与所述第二气压腔内的气压，从而能够驱动所述移动滑框在气压腔内往复运动；所述移动滑框的往复运动能够实现所述转轴的转动。

进一步的，所述压力室沿转轴轴向方向上相对的两侧壁设有第一通孔；所述转轴经由所述第一通孔穿过所述驱动滑槽，以实现所述转轴两端分别与所述轮缘推进器的连接。

进一步的，所述转轴和移动滑框驱动轮缘推进器做单自由度旋转运动，以调整轮缘推进器产生不同方向上的力。

进一步的，所述轮缘推进器与所述侧翼同轴。

有益效果：本发明所公开的一种水下自主航行器高机动推进系统，由轮缘推进器、气压腔和压力泵组成，气压腔被移动框分隔为气压前腔和气压后腔，通过压力泵在移动滑框前后两侧形成压力差，驱动移动滑框相对气压腔移动，进而驱动旋转轴和轮缘推进器做单自由度旋转运动，从而改变轮缘推进器产生力的方向，调整航行器行进姿态，提高了航行器在改变航行器航向、上浮和下潜方面的机动能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明自主航行器高机动推进系统布置图；

图2为本发明自主航行器高机动推进系统纵向剖视图；

图3为本发明自主航行器高机动推进系统推进系统分解图；

图4为本发明自主航行器高机动推进系统轮缘推进器在初始位置处产生水平推力示意图；

图5为本发明自主航行器高机动推进系统轮缘推进器产生垂直向上分力示意图；

图6为本发明自主航行器高机动推进系统轮缘推进器产生垂直向下分力示意图；

图7为本发明自主航行器高机动推进系统转向示意图。

其中：1、航行体；2、轮缘推进器；3、转轴；4、侧翼；5、气压腔；5a、第一气压腔；5b、第二气压腔；6、移动滑框；7、压力泵；8、第一气压管；9、第二气压管；10、第二驱动齿；11、第一通孔；12、第一驱动齿；13、压力室；14、驱动滑槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一元件称为第二元件，且类似地，可将第二元件为第一元件。第一元件和第二元件两者都是元件，但其不是同一元件。

本实施例的一种水下自主航行器高机动推进系统，包括：航行体1、两个轮缘推进器2、两组侧翼4、推进系统、压力系统；如附图1所示，所述侧翼4对称固定于航行体1航行方向的两侧，用于支撑所述轮缘推进器2；所述轮缘推进器2对称设置于侧翼4远离航行体1的端部，并且所述轮缘推进器2与所述侧翼4同轴；

优选的，如附图2和附图3所示，所述推进系统包括移动滑框6、压力室13、转轴3；

所述压力室13设置于航行体1的内部；所述压力室13内部中空形成气压腔5；

所述气压腔5内部设置所述移动滑框6，所述移动滑框6在所述气压腔5内做往复运动；所述移动滑框6将所述气压腔5分隔形成第一气压腔5a(靠近航行体1艏部一侧)和第二气压腔5b(靠近航行体1艉部一侧)；

所述转轴3两端分别与所述两个轮缘推进器2固定连接，以实现所述轮缘推进器2与所述转轴3的同步转动；

所述压力室13沿转轴3轴向方向上相对的两侧壁设有第一通孔11；所述移动滑框6内设置有驱动滑槽14，所述转轴3经由所述第一通孔11穿过所述驱动滑槽14，以实现两个轮缘推进器2与转轴3的刚性连接；

所述驱动滑槽14的内侧壁上设有第一驱动齿12；所述转轴3外壁上设置有与所述第一驱动齿12啮合的第二驱动齿10，以实现与所述第一驱动齿12的啮合传动；并使轮缘推进器2随着转轴3做同步转动；所述转轴3和移动滑框6驱动轮缘推进器2做单自由度旋转运动，以调整轮缘推进器2产生的力的方向。

所述压力系统包括压力泵7、第一气压管8、第二气压管9；所述压力泵7固定设置于航行体1内部，所述第一气压管8一端与压力泵7连接，另一端与所述第一气压腔5a连接；所述第二气压管9一端与压力泵7连接，另一端与所述第二气压腔5b连接，所述压力泵7能够有效调节第一气压腔5a和第二气压腔5b内的气压，在移动滑框6两侧形成压力差，以驱动所述移动滑框在气压腔内的往复运动；

所述移动滑框6的往复运动能够实现所述转轴3的转动。

具体的，在本实施例中，所述压力泵7通过调节第一气压腔5a和第二气压腔5b内的气压，在移动滑框6两侧形成压力差，从而使移动滑框6在气压腔5内往复移动，通过第一驱动齿12与第二驱动齿10的啮合传动，驱动转轴3做单自由度旋转运动，进而驱动轮缘推进器2随着转轴3在垂直于转轴3的平面内做360度单自由度旋转运动，进而调节轮缘推进器2产生力的方向，调整航行体1的航行方向，提高其机动性。

具体的，为了清晰给出本实施例的工作原理，附图4～附图6给出了轮缘推进器2在不同状态下产生的轴向力ta及其水平分力th和垂直分力tv，所述垂直分力tv包括分为向上的垂直分力tu和向下的垂直分力td；当轮缘推进器2处于初始位置时，仅产生沿水平方向的轴向力ta，如图4所示；气压泵7用于调整第一气压腔5a和第二气压腔5b的压力，当第二气压腔5b的压力大于第一气压腔5a时，移动滑框6在第一气压腔5a和第二气压腔5b的压力差下向航行体1艏部运动，移动滑框6驱动转轴3和轮缘推进器2沿逆时针方向旋转，旋转位移为180°，即轮缘推进器2轴向力与水平线夹角θ∈[0,180°]，除了水平分力th，轴向力ta还产生了向上的垂直分力tu，所述垂直分力tu，驱动航行器上浮，如图5所述；当第二气压腔5b的压力小于第一气压腔5a时，移动滑框6在第一气压腔5a和第二气压腔5b的压力差下向航行体1艉部运动，移动框6驱动转轴3和轮缘推进器2沿顺时针方向旋转，旋转位移为180°，除了水平分力th，轴向力ta还产生了向下的垂直分力td，所述垂直分力td，驱动航行器下潜，如图6所述。当垂直分力tv满足要求时，调整第一气压腔5a和第二气压腔5b的压力，使其相等，移动滑框6处于相对静止状态；当轮缘推进器2沿逆时针方向或顺时针方向旋转至180°时仅产生向后的轴向力ta，航行器沿直线向后运动。由于左右两个轮缘推进器2固定安装在转轴3上，左右两个轮缘推进器2总是产生相同方向的力，为了使航行器在上浮或下潜过程中处于平衡状态，需使左右两个轮缘推进器2产生相同的力。

此外，本实施例的一种水下自主航行器高机动推进方式通过压力泵调整第一气压腔和第二气压腔的压力差来调整左右两个轮缘推进器2产生的轴向力ta大小来调整航行器的航向，为了保证航行器平衡，需在直航改变航向时，轮缘推进器2轴向力与水平线夹角θ为零，此时，轮缘推进器2无垂直分力tv，当右侧轮缘推进器2轴向力ta大于左侧轮缘推进器2轴向力ta时，航行器向左转向，如图7所示；而当左侧轮缘推进器2轴向力ta大于右侧轮缘推进器2轴向力ta时，航行器向右转向。

值得注意的是，通过本实施例中改变气压腔5矩形的长度，来改变转轴和轮毂推进器的旋转角度的设计思路，均属于本发明的保护范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。