改變控制力的四自由度空化器機構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供改變控制力的四自由度空化器機構，包括xy平面機構、xz平面機構，xy平面機構包括拉桿、固定滑塊、轉動桿、連桿、彎桿、移動滑塊、水平移動桿，固定滑塊套裝在拉桿上，拉桿第一端連接驅動電機，拉桿第二端分別與水平移動桿和轉動桿鉸接，轉動桿與連桿鉸接，連桿與彎桿鉸接，彎桿在其轉彎點通過鉸接方式固定，彎桿與空化器平面鉸接，水平移動桿與移動滑塊鉸接，移動滑塊安裝在空化器平面上；所述的xz平面機構與xy平面機構結構相同，xy平面機構的轉動桿與xz平面機構轉動桿之間成90度角、交叉布置。本發(fā)明的空化器結構具備四自由度運動的能力，即能增加俯仰通道也能增加偏航通道的控制力。
【專利說明】改變控制力的四自由度空化器機構
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種空化器結構。
【背景技術】
[0002]水中多相流動條件下的控制技術，是改善和提高水中多相流動運動體機動航行能力的重要關鍵技術。對于水中多相流動運動體主要通過頭部空化器舵面和尾部舵面來實現(xiàn)控制。由于尾部舵面在操縱過程當中極易改變流動的穩(wěn)定性，所以頭部空化器舵面是主要的俯仰和偏航控制元件。相應的為了提高航行體的速度，一般空化器舵面的面積都很小。從控制力產生的方式可知，面積較小的空化器產生的控制力非常有限，所以水中多相流動運動體機動航行能力大為受限。這就使得運動體有效規(guī)避障礙物和機動能力與航行速度之間存在不可避免的矛盾。
[0003]正是這個矛盾的存在，國內外學者從兩個方面來改善。一方面是，增加航行體的控制舵面，這主要采用中部增加滑行板和尾部操縱舵面的方式。在這方面主要存在的問題是，無論是增加滑行板還是尾部操縱舵面，都會增加運動體所受的阻力，同時在滑行板和尾部操縱舵面操縱運動體的過程當中，極易改變流動的穩(wěn)定性。所以，國內外學者也是著力于研究如何減少舵面的阻力和改善由于舵面操縱引起的流動穩(wěn)定性問題。目前，對于這些問題的研究正在不斷的深入。另一方面，主要從頭部空化器舵面著手，目前主要有改變阻力的空化器結構，改變側向力的空化器以及改變升力的空化器。這些空化器結構都是只從單方面來改變空化器的受力，只能從一個通道來改變運動體的機動能力。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供能增加俯仰通道也能增加偏航通道的控制力的改變控制力的四自由度空化器機構。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明改變控制力的四自由度空化器機構，其特征是:包括xy平面機構、XZ平面機構，xy平面機構包括拉桿、固定滑塊、轉動桿、連桿、彎桿、移動滑塊、水平移動桿，固定滑塊套裝在拉桿上，拉桿第一端連接驅動電機，拉桿第二端分別與水平移動桿和轉動桿鉸接，轉動桿與連桿鉸接，連桿與彎桿鉸接，彎桿在其轉彎點通過鉸接方式固定，彎桿與空化器平面鉸接，水平移動桿與移動滑塊鉸接，移動滑塊安裝在空化器平面上；所述的XZ平面機構與xy平面機構結構相同，xy平面機構的轉動桿與Xz平面機構轉動桿之間成90度角、交叉布置。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
[0008]l)xy平面的機構可以依靠拉桿I的水平移動實現(xiàn)空化器在y軸方向的移動和繞z軸的轉動運動。同樣，XZ平面機構能夠通過拉桿的水平移動實現(xiàn)空化器在z軸方向的移動和繞I軸的轉動運動，這樣便構成了四自由度運動的空化器。
[0009]2)該種空化器的受力特性見圖3，從圖3可以看出，當空化器平面即實現(xiàn)轉動也實現(xiàn)移動情況下，不僅會像普通空化器偏轉由于Fy的存在產生低頭力矩，而且會因為移動導致空化阻力作用點下移，導致Fx也會產生低頭力矩，這樣就會增加機動爬升和下潛的控制力。
[0010]3)同樣，對于水平方向的受力分析與圖3類似。當空化器平面即實現(xiàn)轉動也實現(xiàn)移動情況下，不僅會像普通空化器偏轉由于Fz的存在產生偏航力矩，而且會因為移動導致空化阻力作用點左移，導致Fx也會產生偏航力矩，這樣就會增加機動時轉彎的控制力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的四自由度空化器機構運動示意圖；
[0012]圖2a為本發(fā)明的四自由度空化器機構實現(xiàn)圖a，圖2b為本發(fā)明的四自由度空化器機構實現(xiàn)圖b ；
[0013]圖3為本發(fā)明的四自由度空化器受力示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述:
[0015]結合圖1?3，該空化器的xy平面機構圖見附圖1，該平面主要用于實現(xiàn)航行體爬升控制力，對于實現(xiàn)水平面轉彎控制力Xz平面機構圖與圖1具有相同的形式。由于xy與Xz平面的運動是由單獨的電機控制，所以xy與Xz的機構互相獨立，它們的機械實現(xiàn)圖見圖2。附圖中各編號具體名稱如下:1 一聯(lián)接執(zhí)行機構(電機)的拉桿(原動件)；2 —固定滑塊；3—實現(xiàn)轉動的連桿；4一實現(xiàn)平面運動的連桿；5—實現(xiàn)轉動的彎桿；6—空化器平面；
7—移動滑塊；8—實現(xiàn)水平移動的連桿，該機構自由度計算為(計算表明原動件數(shù)等于機構的自由度數(shù)):
[0016]F=7 (活動構件)X 3-8 (轉動副)X 2_2 (移動副)X 2=1 (原動件)。
[0017]下面以xy平面機構為主介紹該空化器，Xz平面具有相同的結構形式。該空化器通過拉桿I聯(lián)接執(zhí)驅動電機，拉桿I通過固定滑塊2，保證拉桿I只能實現(xiàn)水平方向的來回移動。拉桿I通過鉸支與水平移動桿8和轉動桿3連接，轉動桿3與平面運動桿4鉸支連接，同時桿4與轉動的彎桿5鉸支連接。轉動的彎桿5在轉彎點通過鉸支固定，同時與空化器平面鉸支連接，實現(xiàn)推動空化器上下運動。水平移動桿8與移動滑塊7鉸支連接，同時將移動滑塊7安裝在空化器平面6上，可以實現(xiàn)空化器的轉動運動。
[0018]對于增加控制力的四自由度空化器具體的工作過程如下:
[0019]I)航行體的控制系統(tǒng)給出航行體機動的控制信號到執(zhí)行機構驅動拉桿移動，比如說要爬升(下潛)或作-Z (+z)向轉彎；
[0020]2 )執(zhí)行機構的電機推(拉)動xy平面移動桿I或推(拉)動Xz平面移動桿I ;
[0021]3)移動桿I可以推(拉)移動桿8，和使轉動桿3逆時針(順時針)轉動；
[0022]4)轉動桿3可以拉(推)桿4實現(xiàn)平面運動，同時桿4使得彎桿5順時針(逆時針)轉動；
[0023]5)彎桿5順時針(逆時針)轉動可以實現(xiàn)空化器平面6-z (+z)或+y (_y)方向移動；
[0024]6)推(拉)移動桿8通過移動滑塊可以實現(xiàn)空化器平面6繞z軸或y軸逆時針(順時針)轉動；
[0025]7)這樣通過電機推拉兩個平面的拉桿1，就可以實現(xiàn)空化器四自由度的運動，從而實現(xiàn)增加所需方向的機動控制力。
【權利要求】
1.改變控制力的四自由度空化器機構，其特征是:包括xy平面機構、Xz平面機構，xy平面機構包括拉桿、固定滑塊、轉動桿、連桿、彎桿、移動滑塊、水平移動桿，固定滑塊套裝在拉桿上，拉桿第一端連接驅動電機，拉桿第二端分別與水平移動桿和轉動桿鉸接，轉動桿與連桿鉸接，連桿與彎桿鉸接，彎桿在其轉彎點通過鉸接方式固定，彎桿與空化器平面鉸接，水平移動桿與移動滑塊鉸接，移動滑塊安裝在空化器平面上；所述的Xz平面機構與xy平面機構結構相同，xy平面機構的轉動桿與Xz平面機構轉動桿之間成90度角、交叉布置。
【文檔編號】B63B1/38GK103895807SQ201410117102
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權日:2014年3月27日
【發(fā)明者】蔣運華, 許勇, 宋向華, 王杰方 申請人:哈爾濱工程大學