改变控制力的四自由度空化器机构的制作方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供改变控制力的四自由度空化器机构，包括xy平面机构、xz平面机构，xy平面机构包括拉杆、固定滑块、转动杆、连杆、弯杆、移动滑块、水平移动杆，固定滑块套装在拉杆上，拉杆第一端连接驱动电机，拉杆第二端分别与水平移动杆和转动杆铰接，转动杆与连杆铰接，连杆与弯杆铰接，弯杆在其转弯点通过铰接方式固定，弯杆与空化器平面铰接，水平移动杆与移动滑块铰接，移动滑块安装在空化器平面上；所述的xz平面机构与xy平面机构结构相同，xy平面机构的转动杆与xz平面机构转动杆之间成90度角、交叉布置。本发明的空化器结构具备四自由度运动的能力，即能增加俯仰通道也能增加偏航通道的控制力。
【专利说明】改变控制力的四自由度空化器机构
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种空化器结构。
【背景技术】
[0002]水中多相流动条件下的控制技术，是改善和提高水中多相流动运动体机动航行能力的重要关键技术。对于水中多相流动运动体主要通过头部空化器舵面和尾部舵面来实现控制。由于尾部舵面在操纵过程当中极易改变流动的稳定性，所以头部空化器舵面是主要的俯仰和偏航控制元件。相应的为了提高航行体的速度，一般空化器舵面的面积都很小。从控制力产生的方式可知，面积较小的空化器产生的控制力非常有限，所以水中多相流动运动体机动航行能力大为受限。这就使得运动体有效规避障碍物和机动能力与航行速度之间存在不可避免的矛盾。
[0003]正是这个矛盾的存在，国内外学者从两个方面来改善。一方面是，增加航行体的控制舵面，这主要采用中部增加滑行板和尾部操纵舵面的方式。在这方面主要存在的问题是，无论是增加滑行板还是尾部操纵舵面，都会增加运动体所受的阻力，同时在滑行板和尾部操纵舵面操纵运动体的过程当中，极易改变流动的稳定性。所以，国内外学者也是着力于研究如何减少舵面的阻力和改善由于舵面操纵引起的流动稳定性问题。目前，对于这些问题的研究正在不断的深入。另一方面，主要从头部空化器舵面着手，目前主要有改变阻力的空化器结构，改变侧向力的空化器以及改变升力的空化器。这些空化器结构都是只从单方面来改变空化器的受力，只能从一个通道来改变运动体的机动能力。
【发明内容】
[0004]本发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变控制力的四自由度空化器机构。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
[0006]本发明改变控制力的四自由度空化器机构，其特征是:包括xy平面机构、XZ平面机构，xy平面机构包括拉杆、固定滑块、转动杆、连杆、弯杆、移动滑块、水平移动杆，固定滑块套装在拉杆上，拉杆第一端连接驱动电机，拉杆第二端分别与水平移动杆和转动杆铰接，转动杆与连杆铰接，连杆与弯杆铰接，弯杆在其转弯点通过铰接方式固定，弯杆与空化器平面铰接，水平移动杆与移动滑块铰接，移动滑块安装在空化器平面上；所述的XZ平面机构与xy平面机构结构相同，xy平面机构的转动杆与Xz平面机构转动杆之间成90度角、交叉布置。
[0007]本发明的优势在于:
[0008]l)xy平面的机构可以依靠拉杆I的水平移动实现空化器在y轴方向的移动和绕z轴的转动运动。同样，XZ平面机构能够通过拉杆的水平移动实现空化器在z轴方向的移动和绕I轴的转动运动，这样便构成了四自由度运动的空化器。
[0009]2)该种空化器的受力特性见图3，从图3可以看出，当空化器平面即实现转动也实现移动情况下，不仅会像普通空化器偏转由于Fy的存在产生低头力矩，而且会因为移动导致空化阻力作用点下移，导致Fx也会产生低头力矩，这样就会增加机动爬升和下潜的控制力。
[0010]3)同样，对于水平方向的受力分析与图3类似。当空化器平面即实现转动也实现移动情况下，不仅会像普通空化器偏转由于Fz的存在产生偏航力矩，而且会因为移动导致空化阻力作用点左移，导致Fx也会产生偏航力矩，这样就会增加机动时转弯的控制力。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的四自由度空化器机构运动示意图；
[0012]图2a为本发明的四自由度空化器机构实现图a，图2b为本发明的四自由度空化器机构实现图b ；
[0013]图3为本发明的四自由度空化器受力示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
[0015]结合图1?3，该空化器的xy平面机构图见附图1，该平面主要用于实现航行体爬升控制力，对于实现水平面转弯控制力Xz平面机构图与图1具有相同的形式。由于xy与Xz平面的运动是由单独的电机控制，所以xy与Xz的机构互相独立，它们的机械实现图见图2。附图中各编号具体名称如下:1 一联接执行机构(电机)的拉杆(原动件)；2 —固定滑块；3—实现转动的连杆；4一实现平面运动的连杆；5—实现转动的弯杆；6—空化器平面；
7—移动滑块；8—实现水平移动的连杆，该机构自由度计算为(计算表明原动件数等于机构的自由度数):
[0016]F=7 (活动构件)X 3-8 (转动副)X 2_2 (移动副)X 2=1 (原动件)。
[0017]下面以xy平面机构为主介绍该空化器，Xz平面具有相同的结构形式。该空化器通过拉杆I联接执驱动电机，拉杆I通过固定滑块2，保证拉杆I只能实现水平方向的来回移动。拉杆I通过铰支与水平移动杆8和转动杆3连接，转动杆3与平面运动杆4铰支连接，同时杆4与转动的弯杆5铰支连接。转动的弯杆5在转弯点通过铰支固定，同时与空化器平面铰支连接，实现推动空化器上下运动。水平移动杆8与移动滑块7铰支连接，同时将移动滑块7安装在空化器平面6上，可以实现空化器的转动运动。
[0018]对于增加控制力的四自由度空化器具体的工作过程如下:
[0019]I)航行体的控制系统给出航行体机动的控制信号到执行机构驱动拉杆移动，比如说要爬升(下潜)或作-Z (+z)向转弯；
[0020]2 )执行机构的电机推(拉)动xy平面移动杆I或推(拉)动Xz平面移动杆I ;
[0021]3)移动杆I可以推(拉)移动杆8，和使转动杆3逆时针(顺时针)转动；
[0022]4)转动杆3可以拉(推)杆4实现平面运动，同时杆4使得弯杆5顺时针(逆时针)转动；
[0023]5)弯杆5顺时针(逆时针)转动可以实现空化器平面6-z (+z)或+y (_y)方向移动；
[0024]6)推(拉)移动杆8通过移动滑块可以实现空化器平面6绕z轴或y轴逆时针(顺时针)转动；
[0025]7)这样通过电机推拉两个平面的拉杆1，就可以实现空化器四自由度的运动，从而实现增加所需方向的机动控制力。
【权利要求】
1.改变控制力的四自由度空化器机构，其特征是:包括xy平面机构、Xz平面机构，xy平面机构包括拉杆、固定滑块、转动杆、连杆、弯杆、移动滑块、水平移动杆，固定滑块套装在拉杆上，拉杆第一端连接驱动电机，拉杆第二端分别与水平移动杆和转动杆铰接，转动杆与连杆铰接，连杆与弯杆铰接，弯杆在其转弯点通过铰接方式固定，弯杆与空化器平面铰接，水平移动杆与移动滑块铰接，移动滑块安装在空化器平面上；所述的Xz平面机构与xy平面机构结构相同，xy平面机构的转动杆与Xz平面机构转动杆之间成90度角、交叉布置。
【文档编号】B63B1/38GK103895807SQ201410117102
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】蒋运华, 许勇, 宋向华, 王杰方 申请人:哈尔滨工程大学