[发明专利]旋轨来复式推进器

摘要

旋轨来复式推进器属于流体推进器技术领域。所要解决的技术问题是实现旋轨来复式驱动方式，实现冲压弹射推进方式，实现推进效率接近1，实现主动体系模式，在主动体系模式下实现控制航行器前进、转向、倒航等新的控制方式——内置控制方式。解决该问题的技术方案要点：由旋轨驱动器(1)、U推进器(2)、万向底盘(3)和气控系统(4)等四个子系统构成了一个完整的旋轨来复式推进器系统。旋轨来复式推进器可被广泛应用于所有类型的船舶舰艇中，甚至，它还可被广泛应用于所有类型的飞机和机动车中。

主权项

1.旋轨来复式推进器涉及到动力的驱动方式、对流体的推进方式、推进器系统的推进效率、所在力学体系的体系模式和控制航行器前进、转向、倒航的控制方式，其特征是旋轨驱动器(1)、U推进器(2)、万向底盘(3)和气控系统(4)等四个子系统构成了一个完整的旋轨来复式推进器系统；旋轨驱动器(1)是由主驱动器(5)、动力轮(6)、主轴承一(7)、主轴承二(8)、内从驱(9)、外从驱(10)等组件和部件所构成的旋轨驱动器子系统；外滑轨一(11)、外滑轨二(12)和外滑轨三(13)是三条横截面为三角形的长条钢制滑轨(皆平行于外从驱(10)轴线)，它们共同构成一组光滑钢制轨道，两端固装于机壳，其形状尺寸与外从驱(10)正柱面内的长条形三角轨道槽(被省略画出)相匹配，外从驱(10)可在这组光滑钢制轨道支撑和约束下沿其轴线方向作来复式直线运动；外卡口一(14)和外卡口二(15)是在外从驱(10)左端面内设置的两个卡口，在执行机构的操作下，外卡口可以自动卡合(咬合)或开启(张开口)，其结构尺寸与U推进器(2)上的卡头相匹配；内滑轨一(16)、内滑轨二(17)和内滑轨三(18)是三条横截面为三角形的长条钢制滑轨(皆平行于内从驱(9)轴线)，它们共同构成一组光滑钢制轨道，其形状尺寸与内从驱(9)负柱面内的长条形三角轨道槽(被省略画出)相匹配，内从驱(9)可在这组光滑钢制轨道支撑和约束下沿其轴线方向作来复式直线运动；内卡口一(19)和内卡口二(20)是在内从驱(9)左端面内设置的两个卡口，在执行机构的操作下，内卡口可以自动卡合(咬合)或开启(张开口)，其结构尺寸与U推进器(2)上的卡头相匹配；机架一(21)代表左侧机壳，机架二(22)和机座(23)代表右侧和底部机壳，起固定机件的作用；主驱动器(5)是由主驱动器柱体(24)、正驱动头一(25)、正驱动头二(26)、负驱动头一(27)、负驱动头二(28)等部件所构成的组件，其中，主驱动器柱体(24)是一个钢制空心圆柱体，在该圆柱体正柱面中部的一条直径两端固装正驱动头一(25)和正驱动头二(26)，在其负柱面中部的一条直径两端固装负驱动头一(27)和负驱动头二(28)，且这两条直径线互相垂直，各驱动头顶部设有光滑凹槽；当动力轮(6)旋转时，直接驱动主驱动器柱体(24)及四个驱动头绕其两端主轴承旋转；内从驱(9)是由内从驱柱体(29)、正旋轨一(30)、正旋轨二(31)、正岛桥一(32)、正岛桥二(33)等部件所构成的组件，套装于主驱动器(5)内腔，与主驱动器共轴线；其中，内从驱柱体(29)是一个钢制空心圆柱体，在该圆柱体正柱面内加工制造出正旋轨一(30)、正旋轨二(31)两条螺旋轨道和六个正岛桥(图7中只画出正岛桥一(32)、正岛桥二(33)两个正岛桥，其余四个被省略画出)；正旋轨一(30)和正旋轨二(31)是三维空间中的两条马鞍形双纽线状闭合回路凹槽式螺旋轨道，且二者呈俯仰式对称分布于内从驱柱体(29)正柱面内，其俯视图呈一条伯努利双纽线“∞”形，把上述特征的两条正螺旋轨道组合结构称为正双龙螺旋轨道；以正旋轨二(31)为例，观察螺旋轨道的轨迹路线和内从驱(9)的运动规律，正旋轨二(31)的实线与虚线分别表示该螺旋轨道从正柱面的迎面绕到背面(由于螺旋轨道的对称性，在前半个周期的行程中实线表示迎面螺旋轨道段，而在后半个周期的返程中实线又可表示背面螺旋轨道段；同理，在前半个周期的行程中虚线表示背面螺旋轨道段，而在后半个周期的返程中虚线又可表示迎面螺旋轨道段)，设初始状态位置为负驱动头二(28)位于正旋轨二(31)的左边底部(负驱动头二(28)作圆周运动的方向：从左视图观察为逆时针旋转方向；负驱动头二(28)被光滑嵌入正旋轨二(31)凹槽内)，当负驱动头二(28)自初始状态位置开始转动半圈到达其圆周顶部时，从相对运动的角度来看，在这段时间内相当于负驱动头二(28)走过迎面实线螺旋轨道段，并到达正旋轨二(31)的中间顶部(作为相对运动，实际是内从驱(9)沿其水平轴线方向向左运动四分之一周期)；负驱动头二(28)继续旋转后半圈，从圆周顶部到达底部(走完第一圈)，在这段时间内相当于负驱动头二(28)从正旋轨二(31)的中间顶部绕到背面虚线螺旋轨道段，并到达正旋轨二(31)的右边底部(作为相对运动，实际是内从驱(9)沿其水平轴线方向向左运动四分之二周期，即内从驱(9)完成了前半个周期的行程，把内从驱(9)在此刻的位置称作内从驱的左止点)；负驱动头二(28)继续旋转半圈(第二圈开始)，从其圆周底部到达顶部，在这段时间内相当于负驱动头二(28)从正旋轨二(31)的右边底部绕到迎面虚线螺旋轨道段(在后半个周期的返程中，虚线又可表示迎面螺旋轨道段)，并到达正旋轨二(31)的中间顶部(作为相对运动，实际是内从驱(9)沿其水平轴线方向向右运动四分之三周期)；负驱动头二(28)继续旋转后半圈(第二圈的后半圈)，从圆周顶部到达底部(走完第二圈回到初始状态位置)，在这段时间内相当于负驱动头二(28)从正旋轨二(31)的中间顶部绕到背面实线螺旋轨道段(在后半个周期的返程中，实线又可表示背面螺旋轨道段)，并到达正旋轨二(31)的左边底部(作为相对运动，实际是内从驱(9)沿其水平轴线方向向右运动四分之四周期，即一个完整周期的行程结束，内从驱(9)返回到初始状态位置，把内从驱(9)在此刻的位置称作内从驱的右止点)，至此，螺旋轨道正旋轨二(31)的完整轨迹路线被走完，这一轨迹路线具有代表性，旋轨驱动器(1)中共有四条螺旋轨道，其轨迹路线皆与正旋轨二(31)的轨迹路线相同，把轨迹路线与正旋轨二(31)的轨迹路线相同的螺旋轨道称作盘龙螺旋轨道；此后，内从驱(9)的运动便周而复始，重复这一周期性的来复式直线运动，直到主驱动器(5)停止驱动为止；可用同样方法，对正旋轨一(30)与负驱动头一(27)的轨迹路线与运动情况进行分析，不再赘述；在两条正螺旋轨道自交叉和互交叉的轨道交叉道口中央处固装正岛桥(如正岛桥一(32)、正岛桥二(33)等六个正岛桥)，用于防止主驱动器(5)的负驱动头行至交叉道口时发生“踩空”现象，正岛桥的形状尺寸匹配于主驱动器(5)的负驱动头顶部凹槽；主驱动器(5)的两个负驱动头与内从驱(9)的两条正螺旋轨道一一对应，一个负驱动头被光滑嵌入一条正螺旋轨道凹槽内(即一头一轨)，当主驱动器(5)旋转时，其负驱动头作圆周运动，并与其正螺旋轨道凹槽壁相互作用，在该作用的驱动下，内从驱(9)便沿其轴线方向做来复式直线运动；主驱动器(5)的两个负驱动头对内从驱(9)构成一个力偶作用，保证了内从驱(9)在其径向上的稳定性；外从驱(10)是由外从驱柱体(34)、负旋轨一(35)、负旋轨二(36)、负岛桥一(37)等部件所构成的组件，套装于主驱动器(5)外围，与主驱动器共轴线；其中，外从驱柱体(34)是一个钢制空心圆柱体，在该圆柱体负柱面内加工制造出负旋轨一(35)、负旋轨二(36)两条螺旋轨道和六个负岛桥(图8中只画出一个负岛桥一(37)，其余五个被省略画出)；负旋轨一(35)和负旋轨二(36)是三维空间中的两条马鞍形双纽线状闭合回路凹槽式螺旋轨道，且二者呈相向侧卧式对称分布于外从驱柱体(34)负柱面内，其主视图呈一条伯努利双纽线“∞”形，把上述特征的两条负螺旋轨道组合结构称为负双龙螺旋轨道；这两条负螺旋轨道的轨迹路线和外从驱(10)的运动规律都与内从驱(9)的情况类同，不再赘述；在三维空间中，负双龙螺旋轨道与正双龙螺旋轨道，二者就相应的对称面而言，其相对方位互为垂直正交布局；在两条负螺旋轨道自交叉和互交叉的轨道交叉道口中央处固装负岛桥(如负岛桥一(37)等六个负岛桥)，用于防止主驱动器(5)的正驱动头行至交叉道口时发生“踩空”现象，负岛桥的形状尺寸匹配于主驱动器(5)的正驱动头顶部凹槽；主驱动器(5)的两个正驱动头与外从驱(10)的两条负螺旋轨道一一对应，一个正驱动头被光滑嵌入一条负螺旋轨道凹槽内(即一头一轨)，当主驱动器(5)旋转时，其正驱动头作圆周运动，并与其负螺旋轨道凹槽壁相互作用，在该作用的驱动下，外从驱(10)便沿其轴线方向做来复式直线运动；主驱动器(5)的两个正驱动头对外从驱(10)构成一个力偶作用，保证了外从驱(10)在其径向上的稳定性；外从驱(10)的运动分析与内从驱(9)的情况相同，二者的区别仅在于螺旋轨道所在柱面的正、负；内从驱(9)和外从驱(10)的运动方式皆为来复式直线运动，但二者的相对运动方向互为交错反向，这就构成了旋轨驱动器(1)的来复式(推拉式)驱动方式，因此，旋轨来复式推进器能够实现旋轨来复式驱动方式；当设定内从驱(9)和外从驱(10)二者的长度、质量相等时，由于内从驱(9)和外从驱(10)在轴向上做互为逆向的对称运动(来复式运动)，与主驱动器(5)的正、负驱动头形成的两个力偶作用效果，使得旋轨驱动器(1)子系统的质心位置始终保持固定不动，保证了旋轨驱动器(1)无机械振动源，所以，旋轨驱动器(1)不会产生机械振动噪声，因此，旋轨来复式驱动方式为旋轨来复式推进器系统的平稳运行、无机械振动噪声提供了物质技术保证；U推进器(2)是由U气桥(38)和两个弹射单元等所构成的U推进器子系统；U气桥(38)是由U滑塞一(43)和U滑塞二(57)的右端面及其之间的U形钢制圆筒的下底部部分所构成的一个密闭定容器，在U气桥(38)上设置U气桥传感器(39)和U气桥阀(40)；由U卡头一(41)、U推杆一(42)、U滑塞一(43)、U气室一(44)、均压器一(45)、气道阀一(46)、气道传感器一(47)、管道一(48)、均压器二(49)、弹射头一(50)、弹射气室一(51)、弹射滑塞一(52)、弹射口一(53)、弹射口传感器一(54)等部件构成了第一个弹射单元(简称第一弹射器)；由U卡头二(55)、U推杆二(56)、U滑塞二(57)、U气室二(58)、均压器三(59)、气道阀二(60)、气道传感器二(61)、管道二(62)、均压器四(63)、弹射头二(64)、弹射气室二(65)、弹射滑塞二(66)、弹射口二(67)、弹射口传感器二(68)等部件构成了第二个弹射单元(简称第二弹射器)；其中，第一弹射器和第二弹射器的结构尺寸和工作原理完全相同；由均压器一(45)、管道一(48)和均压器二(49)构成了第一个弹射单元气道，由均压器三(59)、管道二(62)和均压器四(63)构成了第二个弹射单元气道；在第一弹射器中，U卡头一(41)、U推杆一(42)、U滑塞一(43)这三个部件固装成一个组件，U卡头一(41)的结构尺寸与旋轨驱动器(1)上的内、外卡口相匹配并可以卡合连接或者开口分离，构成旋轨驱动器(1)和U推进器(2)二者之间的接口界面；U滑塞一(43)可在U气室一(44)内左右光滑运动且与U气室壁之间为动密封；U气室一(44)是由U形钢制圆筒的一侧直圆筒部分与U滑塞一(43)的左端面所构成的一个变容器，并通过弹射单元气道与弹射气室一(51)连通；均压器一(45)是一个圆盒形装置，它作为弹射单元气道的一个重要组成部件，被用来均衡高压气体在弯道处的非对称冲压作用，以保障弹射单元气道的气动稳定性，每个弹射器中设有两个均压器，其结构尺寸和作用都完全相同；气道阀一(46)与气控系统(4)连接，参与实时调控弹射单元中的工质气体量，以维持第一弹射器中工质气体(把工作介质气体简称为工质气体)的工作压力；气道传感器一(47)与控制器(85)连接(连接线路被省略画出)，以实时监测弹射单元中工质气体的压力值，为实时调控第一弹射器中工质气体量提供依据；管道一(48)是构成弹射单元气道的钢制圆管部件，均压器二(49)用于均衡高压气体在弯道处的非对称冲压作用；弹射头一(50)是一个钢制圆筒装置，其右端面为敞开口——弹射口一(53)，它与弹射滑塞一(52)的左端面共同构成弹射气室一(51)变容器，通过弹射单元气道，弹射气室一(51)与U气室一(44)连通，换言之，由U气室一(44)、第一个弹射单元气道和弹射气室一(51)构成了第一弹射器的工质气体空间；U气室一(44)的最大容积大于弹射气室一(51)的最大容积；弹射滑塞一(52)可在弹射头一(50)内腔左右光滑自由运动，但工作时弹射滑塞一(52)与U滑塞一(43)保持动态同步，且与弹射头一(50)内壁之间为动密封；弹射口一(53)是外界流体(水或空气)进出弹射头一(50)的入口或出口；把弹射滑塞一(52)位于左止点时，充满弹射头一(50)容积的外界流体称为弹射流体；弹射流体的出口方向与船舶前进方向相同；弹射口传感器一(54)与控制器(85)连接，以实时监测弹射口一(53)处外界流体压力(静压力或动压力)，为U推进器(2)中各工质气体的工作压力调控提供基准参照依据；在第二弹射器中，各个部件的结构尺寸和作用与第一弹射器中的相应部件完全相同，且相应的名词(如弹射流体等)也都同理定义并通用；U气桥(38)具有两个重要作用，在物理上，它把两个弹射器的工质气体空间隔离开，形成两个彼此独立密闭的工质气体空间，构成了两个独立对称的弹射单元，为匹配旋轨来复式驱动方式提供了硬件保障，不仅如此，它还保障弹射单元在返程过程中其U滑塞不受外界流体压力作用(即无兜风现象)，从而避免了能量的无为消耗；在气动效果上，它又将两个弹射器的工质气体空间有机地关联起来，使得U气桥(38)的工质气体空间和两个弹射器的工质气体空间这三个彼此独立的工质气体空间形成了一个有机整体，这使得U推进器(2)整体上两端(两个弹射滑塞或两个弹射口)所受外界流体压力大小相等、方向相反，合力为零，从而使得U推进器(2)无需克服外界流体压力(静压力或动压力)做无用功，推力几乎全部用于做有用功，换言之，弹射能量几乎全部转换成弹射流体的动能，不仅如此，开始返程的弹射单元还将把其工质气体的压缩内能(工质气体因压缩而增加的分子内能)通过U气桥(38)传递给开始推进的弹射单元，对推进中的弹射单元贡献正向能量增益，把这种正向能量增益方式称作内能正反馈，内能正反馈使得压缩内能不再成为系统能量内耗的主角，从而使得U推进器(2)子系统压缩工质气体所付出的能量代价降到最低值，所以，U推进器(2)具有极高的能量利用率也得益于U气桥(38)的桥梁纽带作用和内能正反馈方式；U气桥传感器(39)与控制器(85)连接，以实时监测U气桥(38)中的工质气体压力值，并为实时调控其工质气体量提供依据；U气桥阀(40)与气控系统(4)连接(连接部件被省略画出)，参与实时调控U气桥(38)中的工质气体量，以维持U气桥(38)中工质气体的工作压力；U推进器(2)子系统的外壳被固装于船体；首先观察在没有U气桥(38)连接情况下，一个弹射单元的工作过程，以大地为惯性参考系，设海水相对大地静止不动，船舶相对大地的速度为V_船，弹射流体的质量为M，弹射流体相对船体(弹射头)的初始速度为V_弹初(该速度也是弹射滑塞相对弹射头的初始速度，其值为零)，弹射流体相对船体的出口速度为V_弹出(即弹射流体被弹射滑塞推动经过弹射口处的速度)，弹射滑塞的推水方向与船舶前进方向相同，弹射滑塞的半径为R其行程为L，推力(工质气体的工作压力)为P_推，流体压力(弹射口处海水的压力)为P_流，合外力对弹射流体所作的功为A，弹射流体的初始动能为E_初始、出口动能为E_出口，弹射流体的动能增量为ΔE，则有合外力对弹射流体所作的功为A＝(P_推-P_流)πR²×L       (1-1)弹射流体的初始动能为弹射流体的出口动能为弹射流体的动能增量为依据动能定理及(1-1)、(1-2)两式得式(1-3)是在没有U气桥(38)连接情况下，一个弹射单元工作时其弹射流体的动能定理；其中，推力P_推对弹射流体作正功，弹射流体动能增大；流体压力P_流对弹射流体作负功，弹射流体动能减小，换言之，弹射单元需要克服外界流体压力(静压力或动压力)做无用功；现在，由于有U气桥(38)将两个弹射单元工质气体空间有机地关联起来，U推进器(2)整体上两端(两个弹射口)所受流体压力P_流大小相等、方向相反，其作用相互抵消掉了，因此，在U推进器(2)中弹射流体的动能定理应为比较(1-3)、(1-4)两式显然有P_推πR²×L＞(P_推-P_流)πR²×L则(1-4)式等号右边的动能增量大于(1-3)式右边的动能增量，所以说U推进器(2)无需克服流体压力P_流(静压力或动压力)做无用功，推力P_推全部用于做有用功，或者说，弹射能量全部转换成弹射流体的动能；式(1-4)表明，U推进器(2)中弹射流体的动能增量不仅与弹射流体的出口速度V_弹出有关，还与船舶的速度V_船有关；当弹射流体的出口速度V_弹出一定时，船舶的速度V_船越大，弹射流体的动能增量就越大，这表明推力(P_推πR²)对弹射流体所做的功(P_推πR²×L)也越大，由于弹射流体的位移量L(即弹射滑塞的行程)为一常量，所以，功(P_推πR²×L)越大是推力(P_推πR²)增大所产生的结果，由于作用的相互性(或运动的相对性)，便形成了海水(流体)对弹射口处逆向作用增强的效果，这就构成了U推进器(2)的冲压弹射推进方式，因此，旋轨来复式推进器能够实现冲压弹射推进方式；在弹射头中，由于弹射滑塞的迎水面垂直于弹射流体的运动方向，或者说，推力矢量的方向与弹射流体位移矢量的方向相同(即两个矢量夹角α为零)，所以，推力对弹射流体所做的功为式(1-5)表明，推力对弹射流体所做的功为最大值，换言之，推力无任何分量损失，全部奉献于做有用功过程；设旋轨来复式推进器系统摩擦消耗的能量为Δε(Δε为一较小值)，考虑到U推进器(2)无需克服流体压力P_流做无用功、推力P_推全部用于做有用功和内能正反馈方式等，则输入到旋轨来复式推进器系统的总能量在量值上等于P_推πR²L+Δε，参照(1-4)和(1-5)两式，旋轨来复式推进器系统的推进效率η为式(1-6)表明，旋轨来复式推进器系统具有极高的推进效率，因此，旋轨来复式推进器能够实现推进效率接近1；万向底盘(3)是由圆平台(69)、圆凹轨道(70)、旋轨驱动器空间(71)、罗盘环(72)、罗盘球一(73)、罗盘球二(74)、甲板圆轨道(75)、喇叭柱(76)、底盘球(77)、船体基座(78)等部件和基础件所构成的万向底盘子系统；其中，圆平台(69)是一个具有一定厚度的钢制圆盘，在该钢制圆盘圆周上加工制造出类似于滑轮圆周上的凹槽式轨道，该圆周凹槽式轨道被简称为圆凹轨道；圆平台(69)中央区域是一块被凿空的矩形空间，该矩形空间及其上下邻近空间所形成的长方体空间被简称为旋轨驱动器空间，旋轨驱动器(1)被安装固定在圆平台(69)上，即被置于旋轨驱动器空间(71)中，换言之，旋轨驱动器(1)和万向底盘(3)二者被固装成一体(图1中为阅图清晰起见，将旋轨驱动器(1)和万向底盘(3)分开绘制)；罗盘环(72)是一个形状尺寸匹配于圆凹轨道(70)的钢制圆环体，其横截面呈矩形，在该钢制圆环体直径两端位置处光滑镶嵌着罗盘球一(73)和罗盘球二(74)两个滚珠式钢球，构成了罗盘环组件，该罗盘环组件被光滑嵌入圆凹轨道(70)内并能够绕圆平台(69)光滑转动，罗盘球一(73)和罗盘球二(74)即能够自身自由转动(自转)、又能随罗盘环(72)一起转动(公转)，其最外围接触界面就是船舱甲板上的甲板圆轨道(75)，由圆凹轨道(70)、罗盘环(72)、罗盘球一(73)、罗盘球二(74)等部件构成了一个大型轴承式转动机构；喇叭柱(76)是一个喇叭圆筒形的钢制喇叭柱体，其上端敞口并与圆平台(69)固装成一体，其下端采用钢制半球面体封底并且光滑嵌套在底盘球(77)上；底盘球(77)为一钢制圆球体且与船体基座(78)固装成一体，船体基座(78)固装于船舱体上，底盘球(77)与船体基座(78)和船舱体三者固装成一体属于船体部分；所以，万向底盘(3)子系统是一个半球面约束系统，在其约束范围外具有广泛的运动自由度；由于旋轨驱动器(1)是被安装固定在圆平台(69)上，即旋轨驱动器(1)和万向底盘(3)二者被固装成一体，所以，当旋轨来复式推进器系统工作时，旋轨驱动器(1)的反作用力通过圆平台(69)传递给罗盘环(72)上的罗盘球一(73)和罗盘球二(74)两个滚珠式钢球，形成了两个罗盘球对甲板圆轨道(75)的推力，这个推力就是旋轨来复式推进器系统对船舶的驱动推力，更确切地说，该推力就是包含旋轨来复式推进器在内的流体方推动航行器方(船舶)航行的驱动力，就该力学体系而言，上述这一组织架构和作用方式所构成的力学体系模式就是本发明所称的主动体系模式；其中，旋轨来复式推进器系统归属该力学体系的流体方；罗盘球一(73)、罗盘球二(74)和罗盘环(72)等部件就是本发明所称的推进器系统的终端控制设备，该终端控制设备与航行器方直接接触并相互作用；相互作用双方的作用界面(即两个罗盘球与甲板圆轨道(75)之间的接触面)位于船舱内部——航行器内部；因此，旋轨来复式推进器系统能够实现主动体系模式；从外观整体上看去，主动体系模式使得旋轨来复式推进器的推进姿态犹如波涛大海中的一条巨龙，这条威力无比的巨龙高昂神奇的龙头推动着船舶乘风破浪神勇远航，因此，又把旋轨来复式推进器简称为神龙推进器；体系模式决定控制方式；气控系统(4)是由充气机(79)、充气阀(80)、高压缸(81)、高压阀(82)、低压缸(83)、低压阀(84)、控制器(85)、执行机构(86)等设备和部件所构成的气控系统子系统；其中，充气机(79)用作气源，为高压气缸(81)提供或补充气体；高压气缸(81)用来调控U推进器(2)中各工质气体的气体量、并为加力挡推进时提供增量工质气体加入助推；低压汽缸(83)用作U推进器(2)中各工质气体的气体缓冲器并协助高压缸(81)调节气体量；控制器(85)是以计算机微处理器为主要计算设备所构成的智能控制子系统(原理图被省略画出)，它采集操纵设备和传感器等外部设备信号，经过运算处理后控制执行机构(86)完成指定的操作任务；执行机构(86)是由电动设备和机械装置所构成的机电操作子系统(原理图被省略画出)，它受控于控制器(85)或操纵设备；所谓操纵设备是指航行器驾驶舱内的各种驾驶操控装置，包括系统电源总开关(含有马达开关)、挡位键、方向舵盘和油门脚踏板等装置；充气机(79)、充气阀(80)、高压缸(81)、高压阀(82)、低压缸(83)、低压阀(84)、和U推进器(2)、万向底盘(3)及旋轨驱动器(1)中的相关设备都是在控制器(85)和执行机构(86)的统一控制操作下协调一致工作的；体系模式决定控制方式，在主动体系模式下，实现控制航行器前进、转向、倒航等新的控制方式——内置控制方式；设计安装方案为旋轨来复式推进器安装于船舶尾部船舱内，只把两个弹射头与海水连通，其弹射滑塞一(52)和弹射滑塞二(66)的推水方向与船舶前进方向相同，其圆平台(69)位于通过船舶质心的水平面内，且圆平台(69)的圆心与船舶质心之间的连线位于船舶纵向轴线上；罗盘柄(87)是与罗盘环(72)固装为一体的罗盘环手柄，受控于执行机构(86)，其转动状况代表罗盘环(72)的转动状态，其转动范围与轨迹由罗盘柄轨道(88)示意；模拟杆(89)是一个虚拟杆，用以模拟简化罗盘环(72)，便于观察推力的控制状况；则欲使船舶正向航行(简称正航——前进)时，通过操纵挡位键和方向舵盘(皆被省略画出)由执行机构驱动罗盘柄(87)至零度位置，在零度位置时，罗盘球一(73)和罗盘球二(74)对船舶的推力矢量分别为和即两个推力矢量大小相等、方向皆水平指向正前方，则船舶所受总推力为矢量式F→=F1→+F2→---(2-1)]]>标量式    F＝F1+F2＝2F1            (2-1)’式(2-1)’表明，总推力只产生推动船舶正向前进的效果；当欲使船舶转向时，例如使船舶左转向(即船头左转向，船尾右转向)，通过操纵方向舵盘由执行机构驱动罗盘柄(87)转动至罗盘环正转θ角(90)位置，或者说，模拟杆(89)转动至模拟杆正转θ角(91)位置，即模拟杆正转θ角(91)代表罗盘环正转θ角(90)，在该θ角位置时，罗盘球一(73)和罗盘球二(74)对船舶的推力矢量分别为和则船舶所受总推力为矢量式F→=F1→+F2→=(F11→+F12→)+(F21→+F22→)]]>=(F11→+F21→)+(F12→+F22→)]]>=F11→+F21→---(2-2)]]>式(2-2)中，和是推力的两个分量；和是推力的两个分量；而和是两对分量组合，其中，分量组合中的两个分力和大小相等、方向相同，而分量组合中的两个分力和是一对平衡力，其合力为零；考虑到分力和二者之间的距离与船舶长度相比较可以忽略不计，则船舶所受总推力可写为标量式    F＝F11+F21＝2F11        (2-2)’在总推力控制下，船舶的运动是一种复合运动，即由船舶绕其质心的转动和随其质心的平动所构成的一种复合运动，把这一复合运动称作船舶的转向运动；以大地为惯性参考系，设船舶长度为2R、质量为m、质心位于船舶长度中心点，船舶对通过质心的逻辑转轴的转动惯量为I_c、相对大地转动角加速度为(所谓逻辑转轴是指通过船舶质心且垂直于水平面的一根虚拟轴线)，相对大地船舶质心加速度为海水相对大地静止不动，海水对船舶的平动阻力为海水对船舶的等效转动阻力为海水对船舶的转向运动阻力为且有则船舶绕其质心的转动和随质心的平动规律所遵从的动力学方程为矢量式矢量式式(2-3)和式(2-4)两式是船舶转向运动规律的动力学基本方程组，这一动力学方程组是纯粹的，或者说，她是完美的；这是因为推力的作用平面(在此处简称为转向控制平面)是通过船舶质心的水平面，所以，推力只对船舶产生关于逻辑转轴的转动力矩，而不会产生其他力矩，换言之，以船舶质心为坐标原点建立三维空间直角坐标系(横轴X，纵轴Y，垂直轴Z)，则推力只对船舶产生关于Z轴的转动力矩(简称转向力矩；它使船舶只在水平面内转动)，而不会产生关于X轴、Y轴的转动力矩(简称为异轴力矩)，就是说推力只产生单一的转向力矩，而不会产生多余有害的异轴力矩，这是一种理想的动力学控制方式，所以说式(2-3)和式(2-4)是完美的动力学基本方程组；船舶转向运动的动力学方程组标量式为2F11·Rsinθ-f_转·Rsinθ＝I_cβ          (2-3)’2F11·cosθ-f_平＝ma_c            (2-4)’式(2-3)’等号左边的第一项是驱动船舶转动的主动力矩(即转向力矩)，主动力矩的大小为M＝2F11·R sin θ，其中推力        F＝2F11＝2F1·cos θ    (2-5)动力臂      L＝Rsinθ               (2-6)主动力矩    M＝2F11·Rsinθ             ＝2F1cos θ·R sinθ             ＝F1·R·sin2θ        (2-7)式(2-5)表明，旋轨来复式推进器推力F与罗盘环转角θ的关系遵从余弦变化规律，推力曲线(92)描绘了这一余弦变化规律；式(2-6)表明，船舶转向时动力臂L与罗盘环转角θ的关系遵从正弦变化规律，力臂曲线(93)描绘了这一正弦变化规律；式(2-7)表明，旋轨来复式推进器驱动船舶转向的主动力矩M与罗盘环转角θ的关系遵从正弦变化规律，但其频率为推力F的两倍，力矩曲线(94)描绘了这一双倍频特征的正弦变化规律，当罗盘环转角θ值为正、负45度时，主动力矩M分别在正、反方向上达到最大值(±F1·R)，即此时的主动力矩在量值上为罗盘球的推力(F1)被放大到船体长度的二分之一(R)倍，这清晰表明旋轨来复式推进器转矩强大、敏捷高效和转向平稳的优良控制性能；省略式(2-4)’船舶平动的说明；当欲使船舶倒航时，通过操纵挡位键和方向舵盘在执行机构(86)驱动下，打开旋轨驱动器(1)上的内、外卡口(即内从驱和外从驱上的卡口张开口)，便立刻与U卡头一(41)和U卡头二(55)分离开，则旋轨驱动器(1)与U推进器(2)之间立刻断开连接，随即圆平台(69)水平旋转180度，旋轨驱动器(1)与另一个U推进器(被省略画出)之间立即建立连接(卡口咬合卡头)并继续工作，即可产生反向推力驱动船舶倒航行驶；系统实现时，只需另加一个U推进器，并让两个U推进器共享同一对弹射单元气道即可，气控系统及执行机构的接口与之匹配实现；旋轨来复式推进器系统采用四个基本挡位控制船舶航行，即前进挡(95)、空挡(96)、倒挡(97)、加力挡(98)，其中，前进挡(95)用于完成船舶的起步、提速、中速到高速等四级航速任务，它主要依靠发动机油门大小和气控系统的辅助作用来实现；空挡(96)用于完成切断动力的任务，它采用切断旋轨驱动器与U推进器之间的连接来实现；倒挡(97)用于完成船舶的倒航任务，它采用圆平台水平旋转180度方式来实现；加力挡(98)用于完成船舶的满载重量或超高速航行任务，它是在前进挡的基础上依靠控制发动机油门大小和气控系统加入助推(形成可变压缩比)共同作用实现的。