一种水下无人航行器矢量推进装置的制作方法

本实用新型涉及一种水下无人航行器矢量推进装置，特别是一种双螺旋桨差动矢量推进装置，属于水下航行器推进技术领域。

背景技术：

水下航行器作为增强现代海军战斗力的关键装备，经常需要完成高精度的水下作业和攻击任务，因此，要求其具有高度的机动性和操纵性。目前，国内外绝大多数水下航行器仅具有水下航行或海底移动的单一功能，因此，增强水下航行器的机动性能成为国际上的一个研究热点。矢量推进技术是指实现物体空间运动的推进器系统除了水平前后的推为外，还能同时提供物体的俯仰、偏转、横滚等方向上提供推进力和力矩，从而部分或全部取代操作舵机的作用,即推进器推力本身实现矢量化。从而改善机器的机动性和敏捷性，及克服舵机在低速下的回转能力效率低的问题。

现在水下航行器多数是采用操纵舵作为推进和转向装置,推力矢量技术还尚未成熟,其应用于水下航行器主要有两种方案：

一是矢量喷水推进系统。根据飞行体推力偏向的方法和经验,对于喷水推进器喷流的改变可采用机械导流板式，结构简单、易于实现，能够满足未来的新型AUV对低噪声、高效率、高机动性及高操纵性等方面的要求。但它不但有较大的推力损失，而且其空泡性及噪声等问题仍无法得到较好的解决。

二是矢量螺旋浆推进系统。通过改变整个推进系统形态上的空间方向来改变推力方向，这种方案需要螺旋桨具有360°全方位偏转运动功能，机构复杂，操作难度大。

技术实现要素：

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种水下无人航行器矢量推进装置，通过结构简单的矢量推进装置，能够高效快速地控制航行器的姿态。

本实用新型的技术方案是：

一种水下无人航行器矢量推进装置，包括：机身、垂直尾翼、水平尾翼、螺旋桨；

机身尾部安装有垂直尾翼和水平尾翼，所述垂直尾翼和水平尾翼互相垂直；

所述水平尾翼的两个翼梢上分别安装有螺旋桨，所述两个螺旋桨的推进方向一致；

所述水平尾翼和所述机身通过转动轴连接。

所述水平尾翼绕转动轴转动的转动角取值范围为-10°～10°，所述转动角为螺旋桨推进方向与机身轴线之间的夹角。

所述转动轴垂直于垂直尾翼和机身轴线所在平面。

所述机身为筒状结构，所述筒状结构采用仿生外形。

所述机身包括依次相连的头部段、圆柱段和尾部段；所述头部端、圆柱段和尾部段之间的连接部分为光滑曲面。所述头部段的轴向长度取值范围为机身轴向长度的34％～45％。

所述螺旋桨包括：整流罩，螺旋桨叶和电机；

所述电机安装在水平尾翼的翼梢上，所述螺旋桨叶固定在所述电机的旋转轴上，所述整流罩固定在电机上。

所述螺旋桨叶包括多个周向均布的叶片。

所述整流罩为锥形筒，所述整流罩的开口朝向所述机身的前进方向。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

本实用新型解决了水下无人航行器低速运动时舵效不足的问题，通过结构简单的矢量推进装置提供物体在俯仰、偏转方向上的推进力和力矩，作为舵机的补充，实现了快速控制航行体姿态的作用，改善了航行体的机动性和敏捷性。

附图说明

图1为本实用新型矢量推进装置结构示意图；

图2为本实用新型螺旋桨结构示意图；

图3为本实用新型矢量推进装置侧向示意图；

图4为图3视图的左视图；

图5为本实用新型水平尾翼和螺旋桨连接示意图；

图6为图5视图的左视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的描述。

如图1所示，本发明一种水下无人航行器矢量推进装置，包括：机身1、垂直尾翼2、水平尾翼3、螺旋桨4；

机身1尾部安装有垂直尾翼2和水平尾翼3，如图4所示，所述垂直尾翼2和水平尾翼3互相垂直；垂直尾翼2和水平尾翼3的展弦比取值范围为2.5～4：1，根梢比的取值范围为1.5～2：1，翼型相对厚度的取值范围为12％～14％。

所述水平尾翼3的两个翼梢上分别安装有螺旋桨4，所述两个螺旋桨4的推进方向一致；

如图5和图6所示，所述水平尾翼3和所述机身1通过转动轴31连接，转动轴31垂直于垂直尾翼2和机身1轴线所在平面。所述水平尾翼3通过绕转动轴31转动作为舵机，并带动螺旋桨4转动可快速控制航行器的俯仰性能。水平尾翼3绕转动轴31转动的转动角取值范围为-10°～10°，所述转动角为螺旋桨4推进方向与机身1轴线之间的夹角。同时，可以通过控制所述两个螺旋桨4之间的转速差动改变机身1的航向。通过舵角及螺旋桨推动方向的偏转，可控制航行器的俯仰性能，实现一对螺旋桨多个自由度的矢量控制。

如图3所示，机身1为筒状结构，所述筒状结构采用仿生外形。机身1包括依次相连的头部段、圆柱段和尾部段；所述头部端、圆柱段和尾部段之间的连接部分为光滑曲面。所述头部段的轴向长度取值范围为机身1轴向长度的34％～45％。机身1长细比的取值范围为3.5～5.5：1。

如图2所示，螺旋桨4包括：整流罩41，螺旋桨叶42和电机43。

所述电机43安装在水平尾翼3的翼梢上，所述螺旋桨叶42固定在所述电机43的旋转轴上，所述整流罩41固定在电机43上。所述螺旋桨叶42包括多个周向均布的叶片。所述整流罩41为锥形筒，所述整流罩41的开口朝向所述机身1的前进方向。

实施例

一种水下无人航行器矢量推进装置，包括机身1、垂直尾翼2、水平尾翼3和一对螺旋桨4，所述机身1尾部安装垂直尾翼2与水平尾翼3。如图2所示，所述一对螺旋桨4包括整流罩41，螺旋桨叶42和电机43，所述电机43安装于水平尾翼3翼梢，螺旋桨叶42安装在旋转轴上并与电机43连接，整流罩41固定在电机43壳体上，两个螺旋桨4转速分别控制，通过两个螺旋桨的转速差动实现航行器的航向控制；所述水平尾翼3可转动，作为舵机，并带动螺旋桨4转动可快速控制航行器的俯仰性能。所述头部段的轴向长度取值为机身1轴向长度的40％。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。