适用于超空泡航行器的多模态电动舵机制造技术

本发明专利技术适用于超空泡航行器的多模态电动舵机，包括固定连接在舵机架上的伺服电机a和通过轴承连接在舵机架上的支撑梁，伺服电机a输出轴连接主动齿轮a，支撑梁上通过活动组件连接从动齿轮a，主动齿轮a啮合连接从动齿轮a，支撑梁上活动连接轴承座，活动组件固定连接轴承座，轴承座上通过滚针轴承连接叉形支架，叉形支架上固定连接舵片，叉形支架外部套接从动齿轮b，轴承座上还连接伺服电机b，伺服电机b输出轴固定连接主动齿轮，主动齿轮啮合连接从动齿轮b；本发明专利技术舵机能够根据航行器不同工作状态改变舵机操纵面和舵角大小，以适应航行器的工作需求。工作需求。工作需求。

【技术实现步骤摘要】
适用于超空泡航行器的多模态电动舵机


[0001]本专利技术属于超空泡水下航行器总体
，具体涉及适用于超空泡航行器的多模态电动舵机。

技术介绍

[0002]常规全沾湿水下航行器，受限制于水下巨大摩擦阻力和能源推进技术，难以突破70kn的速度瓶颈。超空泡技术通过人工通气在水下航行器周围形成大尺度覆体空泡，阻碍航行器与水接触，实现航行阻力的显著减小，航行速度得以大幅提升，军事应用前景广阔。
[0003]超空泡航行器外形结构主要包括空化器、通气装置、锥段、圆柱段、艉舵。艉舵作为控制面安装于航行器圆柱段的尾部。超空泡航行器主要包括三种工作模态：待发射、加速段和巡航段。待发射状态航行器位于发射管内，应该将艉舵完全收纳于航行器体内。超空泡航行器发射后需要经历加速段，航行器仍工作于全沾湿工况，需要配置较大的控制面才能满足稳定航行的要求。在超空泡巡航段，航速很高，航行器的弹道稳定机理发生改变，不需要很大的控制面就能够满足航行控制的要求。因此，理想的超空泡航行器舵机应该具有改变控制面工作模式的能力，以适应航行器的三种不同工作状态。
[0004]申请号为201910570063.3、名称为一种折叠式双面舵及具有该双面舵的水下航行器的专利技术专利中，公布了一种双面可折叠的舵机，较单面舵相比具有更大舵效，可折叠至航行器尾部，但舵片仅包含一个自由度，在超空泡航行器的不同工作状态下切换适应性不强。申请号为201811181327.8、名称为一种水下航行器尾舵的专利技术专利中，公布了一种三角排列的三轴舵机，形成更具稳定性的三角结构，舵角易于调整，但舵片也仅包含一个自由度，可以保证航行器的机动控制，但无法根据工作状态改变舵操纵面大小。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供适用于超空泡航行器的多模态电动舵机，能够根据航行器不同工作状态改变舵机操纵面和舵角大小，以适应航行器的工作需求。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，适用于超空泡航行器的多模态电动舵机，包括固定连接在舵机架上的伺服电机a和通过轴承连接在舵机架上的支撑梁，伺服电机a输出轴连接主动齿轮a，支撑梁上通过活动组件连接从动齿轮a，主动齿轮a啮合连接从动齿轮a，支撑梁上活动连接轴承座，活动组件固定连接轴承座，轴承座上通过滚针轴承连接叉形支架，叉形支架上固定连接舵片，叉形支架外部套接从动齿轮b，轴承座上还连接伺服电机b，伺服电机b输出轴固定连接主动齿轮，主动齿轮啮合连接从动齿轮b。
[0007]本专利技术的特点还在于：
[0008]叉形支架一端为杆状结构，杆状结构一端固定连接U型支架，杆状结构另一端固定连接滚针轴承的内圈，U型支架中部通过固定轴固定连接舵片。
[0009]轴承座上固定电机支架，电机支架上固定连接伺服电机b。
[0010]活动组件为套筒，套筒套接于支撑梁上，套筒外部固定套接从动齿轮a，套筒端部
固定连接轴承座。
[0011]套筒上一体化连接凸台，从动齿轮a内环开设凹槽，套筒上的凸台配合连接在从动齿轮a的凹槽内。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]本专利技术适用于超空泡航行器的多模态电动舵机，可通过一套舵机实现舵片俯仰和偏转两种状态，满足航行器待发射状态、全沾湿加速状态下大操作面稳定控制和机动控制以及超空泡巡航状态下小操作面机动控制的三种模态需求。
[0014]本专利技术多模态电动舵机，采用伺服电机作为执行机构，通过齿轮连接，结构非常紧凑，占用空间小，且安装简易，方便在航行器内布局。
[0015]本专利技术多模态电动舵机，采用两个伺服电机作为执行机构，通过控制电机实现舵片的俯仰和偏转，控制方式简洁精准，在运行过程中可靠性高。
附图说明
[0016]图1为空化器使用本专利技术适用于超空泡航行器的多模态电动舵机处于待发射状态示意图；
[0017]图2为空化器低速全沾湿状态意图；
[0018]图3为空化器高速超空泡状态示意图；
[0019]图4为本专利技术适用于超空泡航行器的多模态电动舵机结构示意图；
[0020]图5为本专利技术中电机支架和套筒结构示意图；
[0021]图6为舵机在待发射状态示意图；
[0022]图7为舵机在低速全沾湿状态和舵片顺时针偏转示意图
[0023]图8为舵机在高速超空泡状态和舵片逆时针偏转示意图。
[0024]图中，1.空化器，2.通气装置，3.锥段，4.圆柱段，5.艉舵，6.超空泡，7.舵片，8.叉形支架，9.固定轴，10.从动齿轮b，11.滚针轴承，12.轴承座，1201.电机支架，1202.套筒，13.主动齿轮b，14.伺服电机b，15.从动齿轮a，16.支撑梁，17.主动齿轮a，18.伺服电机a。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0026]满足航行器在不同模态下稳定工作的问题。超空泡航行器从发射到超空泡航行状态，包含三个模态，即待发射状态、全沾湿加速状态和超空泡巡航状态。如图1所示，航行器包含空化器1、通气装置2、锥段3、圆柱段4、艉舵5。待发射状态下，航行器需要装载到发射管中，因此舵机需要完全收入航行器圆柱段中，以匹配发射管尺寸；如图2所示，航行器发射后，处于加速全沾湿状态，其升力作用点位于质心之前，航行器稳定性较差，此时需要艉舵提供较大的沾湿操纵面，将升力作用点后移以满足航行器稳定控制，因此需要舵机直立，以提供最大沾湿面积；如图3所示，航行器加速至巡航状态后，超空泡6包裹住航行器，航行器的空化器、圆柱段以及舵片有部分沾湿，升力作用点位于质心之后，稳定性较好，航行器舵操纵面仅需用于航行器机动控制，操纵面要求较小，此外艉舵操纵面太大也会影响航行器航行速度，因此可以减小艉舵操纵面大小，仅需实现航行器的机动控制。
[0027]本专利技术适用于超空泡航行器的多模态电动舵机，如图4所示，包括固定连接在舵机
架上的伺服电机a18和通过轴承连接在舵机架上的支撑梁16，伺服电机a18输出轴与支撑梁16平行，伺服电机a18输出轴连接主动齿轮a17，支撑梁16上通过活动组件固定连接从动齿轮a15，主动齿轮a17啮合连接从动齿轮a15，支撑梁16上活动连接轴承座12，活动组件固定连接轴承座12，轴承座12上通过滚针轴承11连接叉形支架8，叉形支架8上固定连接舵片7，叉形支架8外部固定套接从动齿轮b10，轴承座12上还连接伺服电机b14，伺服电机b14输出轴固定连接主动齿轮b13，主动齿轮b13啮合连接从动齿轮b10；本专利技术中一方面通过伺服电机a18转动带动主动齿轮a17、从动齿轮a15，从动齿轮a15通过活动组件带动轴承座12围绕支撑梁16中心轴旋转；另一方面通过伺服电机b14转动带动主动齿轮b13、从动齿轮b10，从动齿轮b10带动叉形支架8围绕其中心轴旋转。
[0028]如图4所示，叉形支架8一端为杆状结构，杆状结构一端固定连接U型支架，杆状结构另一端固定连接滚针轴承11的内圈，U型支架中部通过固定轴9固定连接舵片7，采用滚针轴承本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.适用于超空泡航行器的多模态电动舵机，其特征在于，包括固定连接在舵机架上的伺服电机a(18)和通过轴承连接在舵机架上的支撑梁(16)，所述伺服电机a(18)输出轴连接主动齿轮a(17)，所述支撑梁(16)上通过活动组件连接从动齿轮a(15)，所述主动齿轮a(17)啮合连接从动齿轮a(15)，所述支撑梁(16)上活动连接轴承座(12)，所述活动组件固定连接轴承座(12)，所述轴承座(12)上通过滚针轴承(11)连接叉形支架(8)，所述叉形支架(8)上固定连接舵片(7)，所述叉形支架(8)外部套接从动齿轮b(10)，所述轴承座(12)上还连接伺服电机b(14)，所述伺服电机b(14)输出轴固定连接主动齿轮b(13)，所述主动齿轮b(13)啮合连接从动齿轮b(10)。2.根据权利要求1所述适用于超空泡航行器的多模态电动舵机，其特征在于，所述叉形支架(8)一端为杆状结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：党建军，王宜菲，闫海震，黄闯，贺旭，杨昊，尹厚，李永丰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：