[发明专利]可调节螺距的矢量推进装置及具有该装置的水下航行器

说明书

技术领域

本发明涉及水下航行器领域，特别是指一种可调节螺距的矢量推进装置及具有该装置的水下航行器。

背景技术

目前水下航行器，尤其是无人航行器，多采用螺旋桨作为推进装置，单个的螺旋桨推进器只能产生大小可变而方向固定的推进力，而当无人航行器需要进行不同方向的导向操纵运动时，比如俯仰和偏转，就需要安装多个螺旋桨推进器来产生多维方向的推进力。多个螺旋桨的安装形式，破坏了航行器的结构连续性，降低了航行器的结构强度，增大了航行器重量，同时也使航行器内部的布置受到局限。

与一般推进器不同，矢量推进器除了能够提供前进推进力外，还能根据航行器导向操纵任务需求产生其他多维方向上的推进力，极大地提高了航向器的转向能力和定位能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可调节螺距的矢量推进装置及具有该装置的水下航行器，本发明能够提供多维度的推力，并且结构简单、调节方便。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种可调节螺距的矢量推进装置，包括静平台、动平台、旋转盘、桨毂、桨叶、从动支链、3个主动支链和牵拉调距机构，其中：

所述从动支链包括推进主轴，所述推进主轴穿过所述静平台、动平台和旋转盘的中心，所述推进主轴的一端用于由主推电机驱动，另一端连接所述桨毂；

所述3个主动支链的一端连接所述静平台的边缘，并用于由辅助电机驱动，另一端连接所述动平台的边缘；所述从动支链和某一主动支链将所述动平台的自由度约束为沿所述推进主轴轴向平移、绕所述推进主轴径向转动和切向转动；

所述旋转盘的中心与所述动平台的中心连接，并且所述旋转盘与所述动平台形成绕所述推进主轴轴向旋转的转动副；

所述牵拉调距机构包括桨中轴、桨偏轴、牵拉调距杆、联动挺杆和联动套筒；所述桨叶通过桨中轴连接在桨毂上，并且所述桨叶与所述桨毂形成绕所述桨中轴轴向旋转的转动副；所述桨偏轴设置在所述桨叶上，并与所述桨中轴平行；所述牵拉调距杆的一端通过第二小球铰连接所述桨偏轴，并且所述牵拉调距杆与所述第二小球铰形成球面副，所述第二小球铰与所述桨偏轴形成圆柱副，所述牵拉调距杆的另一端铰接在所述旋转盘上；所述联动套筒的一端通过第一小球铰连接在所述桨中轴上，并且所述联动套筒与所述第一小球铰形成球面副，所述第一小球铰与所述桨中轴形成圆柱副，所述联动挺杆的一端固定在所述旋转盘上，另一端插在所述联动套筒内部，形成圆柱副。

进一步的，所述从动支链还包括中心球铰，所述中心球铰套在所述推进主轴上，并且所述中心球铰与所述推进主轴形成沿所述推进主轴轴向平移和绕所述推进主轴轴向转动的圆柱副；所述中心球铰与所述旋转盘连接，并且所述中心球铰与所述旋转盘形成绕所述推进主轴轴向、径向和切向旋转的球面副。

进一步的，所述3个主动支链为第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链，所述第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链的夹角为120°，所述第一主动支链和第二主动支链为RURRR支链或RUS支链，所述第三主动支链为RRRRR支链或RRS支链。

进一步的，所述RURRR支链包括主动臂、万向节、从动臂和连接头，所述主动臂的一端铰接在所述静平台的边缘，另一端与所述万向节的一端连接，所述万向节的另一端与所述从动臂的一端连接，并且所述万向节与所述从动臂形成绕所述从动臂轴向旋转的转动副，所述从动臂的另一端与所述连接头的一端铰接，所述连接头的另一端与所述动平台的边缘连接，并且所述动平台与所述连接头形成绕所述连接头轴向旋转的转动副。

进一步的，所述RRRRR支链包括主动臂、中间连接臂、从动臂和连接头，所述主动臂的一端铰接在所述静平台的边缘，另一端与所述中间连接臂的一端铰接，所述中间连接臂的另一端与所述从动臂的一端连接，并且所述中间连接臂与所述从动臂形成绕所述从动臂轴向旋转的转动副，所述从动臂的另一端与所述连接头的一端铰接，所述连接头的另一端与所述动平台的边缘连接，并且所述动平台与所述连接头形成绕所述连接头轴向旋转的转动副。

进一步的，所述第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链均通过两个互相啮合的锥齿轮连接所述辅助电机。

进一步的，所述桨叶数量为4个。

另一方面，提供一种水下航行器，包括上述任一的可调节螺距的矢量推进装置，所述可调节螺距的矢量推进装置安装在所述水下航行器的前端和/或后端。

本发明具有以下有益效果：