[发明专利]一种三螺旋桨主动矢量推进的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下航行器的推进方法，尤其是一种三螺旋桨主动矢量推进方法。

背景技术

目前，比较成熟的国内外研制的水下航行器的推进方式，一般都是采用多个螺旋桨进行协同控制，获得载体的操控力和操控力矩，实现水下航行器诸如前进、后退、转弯等机动动作。若期望水下航行器实现上浮、下潜、俯仰等机动动作，则需要增加操控舵或者螺旋桨推进装置。而过多地配置螺旋桨推进器或引入操控舵，在提高载体航行机动能力的同时，将增加航行阻力。而且有的航行器的螺旋桨不使用时可能成为航行的阻力乃至障碍，从而使系统的复杂性大大提高而整体的可靠性却大为降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种三螺旋桨主动矢量推进的方法，使用该方法可使水下航行器不仅可以前进、后退、转弯，还可以上浮、下潜、俯仰，动作自如而不需要增加操控舵。

本发明的技术解决方案是，所述这种三螺旋桨主动矢量推进的方法，是利用三个螺旋桨多方位的主动矢量推进力的有机配合来替代操控舵的功能以实现水下航行器的各种机动动作。即是遵循下述步骤：

1、在水下航行器载体1上，安装包括如图1所示的第一螺旋桨主动矢量推进器2、第二螺旋桨主动矢量推进器3和第三螺旋桨主动矢量推进器4在内的三套螺旋桨主动矢量推进器，其中所述第一螺旋桨主动矢量推进器2与第二螺旋桨主动矢量推进器3左右对称地分别安装在所述水下航行器载体1的两翼，所述第三螺旋桨主动矢量推进器4安装在所述水下航行器载体1的机尾。所述该三套螺旋桨主动矢量推进器的螺旋桨7，参见图2，皆朝向机尾方向；

2、通过对上述三套螺旋桨主动矢量推进器的协同操控来实现水下航行器的前进、后退、转弯、上浮、下潜、偏航(参见图3。)、俯仰(参见图4。)、水下悬浮(参见图5。)、侧向平移(参见图6。)、可控横滚(参见图7。)等各种机动动作。

本发明的一种三螺旋桨主动矢量推进方法，参见图1～2，如上述系利用安装在水下航行器载体1上的三套螺旋桨主动矢量推进装置的多个螺旋桨多方位的主动矢量推进力的有机配合，来替代操控舵的功能以实现水下航行器的各种机动动作。设所采用的螺旋桨7的旋转方向均为右旋，并定义其产生推进力指向动力源5的旋转方向为正向。以载体几何中心为原点o，过o点沿载体前进方向为x轴，过o点且竖直向上为z轴，通过右手定则确定y轴，建立直角坐标系oxyz。将第一螺旋桨主动矢量推进器2和第二螺旋桨主动矢量推进器3对称地安装在水下航行器载体1前部两侧机翼上，使螺旋桨7的支撑轴6在伸直的情况下与ox方向平行，螺旋桨7朝向机尾安装。第三螺旋桨主动矢量推进器4安装在水下航行器载体1尾部中间位置，使其支撑轴6在伸直的情况下与ox方向平行，且与前两套推进器处于同一高度，螺旋桨7亦朝向机尾方向。此时若操控螺旋桨7正向或者反向旋转，则产生与ox方向相同或者相反的推进力，完成水下航行器前进或后退的机动动作。

本发明使用的上述螺旋桨主动矢量推进器装置，参见图2，之所以能够使水下航行器胜任上述各种机动动作，是因为其螺旋桨7在动力源5的驱动下可以绕其支撑轴6在空间范围内偏摆。在螺旋桨偏摆到空间某一姿态后，还可以保持该姿态下绕自身轴线旋转，从而产生大小和空间方向均可以变化的矢量推进力，完成多个螺旋桨协同配合的功能。将至少三套这种螺旋桨主动矢量推进装置安装在水下航行器上，其中两套左右对称地安装在其两侧机翼靠前处，一套安装在其尾部纵向对称面处，通过控制该三套螺旋桨主动矢量推进装置的协同推进，完成水下航行器载体的上述各种复杂的机动动作，从而满足水下复杂环境对水下航行器的机动航行能力的要求。

本发明使用时，参见图3，欲实现水下航行器向左偏航，保持第一螺旋桨主动矢量推进器2和第二螺旋桨主动矢量推进器3的支撑轴6与ox方向相同，操控第三螺旋桨主动矢量推进器4的支撑轴6在xoy平面内向oy轴正向偏转，同时操控螺旋桨7旋转，即可产生沿oz轴的正向偏航力矩。此外，还可以操控第三螺旋桨矢量推进器4的支撑轴6在xoy平面内向oy轴正向偏转，操控第一螺旋桨主动矢量推进器2和第二螺旋桨主动矢量推进器推进器3的支撑轴6同时在xoy平面内向oy轴负向偏转，产生更大的偏航力矩，完成向左的迅速偏航；欲实现水下航行器向右偏航，则操控支撑轴6在xoy平面内向oy轴负向偏转；而欲实现水下航行器原地转弯，只需将第一螺旋桨主动矢量推进器2的偏转方向与第二螺旋桨主动矢量推进器3的偏转方向反相操控，同时反相调整螺旋桨7的旋转方向，使其产生反向拉力即可。