潜航器及基于直线传动的潜航器尾舵调节机构的制作方法

本发明涉及自治式水下潜航器技术领域，特别是涉及一种潜航器及基于直线传动的潜航器尾舵调节机构。

背景技术：

随着海洋的开发越来越频繁和深入，水下潜航器的应用越来越广泛，种类越来越多。水下潜航器的航行要求其必须具有高度的自主性，能够根据设定的目标进行姿态调节和快速机动，由于水下潜航器的外形设计通常考虑到水流的减阻效应，其壳体常常设计成低阻流线型的回转体外形，因此，尾翼对于增加水下潜航器在水流下的平衡稳定性、改变其在水下的姿态起着重要的作用。

目前水下潜航器姿态的改变通常有两种方式：第一种是通过改变潜航器的重心位置，实现对潜航器的俯仰姿态调节，该方式常用于航行速度较慢的水下滑翔机（aug）中，具有低功耗、低噪声和易操作等特点；第二种通过改变尾舵的偏摆角，实现对潜航器的俯仰和航向姿态的调节，该方式常用于带有推进器快速航行的auv中，具有稳定性高、转向调节精度高等特点。

对于通过改变尾舵偏摆角来改变潜航器姿态的方式，目前常用的方法是利用旋转电机，通过动密封或盘式旋转磁力耦合直接驱动尾舵板绕转轴转动来改变尾舵板的偏摆角，并借助于相对水流的流体动力作用，改变尾部的作用力大小，使其绕潜航器的浮心上下旋转或左右摆动，以实现对潜航器姿态的调节。

现有技术采用旋转直流电机直接驱动，如果采用动密封驱动的方式，由于电机输出轴与径向密封圈之间存在有较大的径向挤压摩擦力，会导致电机的功耗较高，摩擦产生的噪音较大，且该动密封方式随着下潜深度的增加和密封圈长时间的应用老化、腐蚀，存在电机渗漏的危险；如果采用盘式旋转磁力耦合的方式，由于两耦合磁转子间的隔离面是个回转体曲面，使得耦合扭矩较小，且随着下潜深度的增加，隔离曲面板的厚度也相应的设计加厚，导致磁力耦合传动的扭矩大大降低，在潜航器高速运动下，该扭矩不足以驱动尾舵板克服相对水流的流体动力作用而摆动。

技术实现要素：

基于此，本发明提供一种潜航器及基于直线传动的潜航器尾舵调节机构，以解决旋转磁力耦合传动扭矩不足的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种基于直线传动的潜航器尾舵调节机构，包括潜航器尾部壳体、第一卡盘、第二卡盘、直线磁力耦合电机和尾舵装配组件，所述第一卡盘和所述第二卡盘分别固定安装在所述潜航器尾部壳体的卡槽内，所述直线磁力耦合电机的尾部与所述第一卡盘铰支连接，所述直线磁力耦合电机的伸缩头部与尾舵装配组件中的一侧翼板铰支连接，所述尾舵装配组件与所述第二卡盘铰支连接。

如上所述的基于直线传动的潜航器尾舵调节机构，所述尾舵装配组件包括第一翼板和第二翼板，所述直线磁力耦合电机通过伸缩杆轴向移动带动所述第一翼板和第二翼板摆动。

如上所述的基于直线传动的潜航器尾舵调节机构，所述直线磁力耦合电机通过伸缩杆轴向移动带动所述第一翼板和第二翼板在第一方向摆动，所述潜航器绕其轴线所在方向旋转，所述直线磁力耦合电机通过伸缩杆轴向移动带动所述第一翼板和第二翼板在第二方向摆动。

如上所述的基于直线传动的潜航器尾舵调节机构，所述第一方向与第二方向垂直。

如上所述的基于直线传动的潜航器尾舵调节机构，所述尾舵装配组件包括第三翼板和第四翼板，所述第一翼板与第二翼板相对设置，所述第三翼板与第四翼板相对设置。

如上所述的基于直线传动的潜航器尾舵调节机构，所述直线磁力耦合电机包括尾部端盖、中间筒、直线电机安装支架、直线电机、连接筒、外磁环、密封圈、隔离套、导向支撑和内磁环伸缩杆，所述尾部端盖与中间筒、密封圈和隔离套组合形成一个静密封舱体，所述直线电机安装支架与所述中间筒固定连接，所述直线电机安装在所述直线电机安装支架上，所述直线电机伸缩轴与所述连接筒一端固定连接，所述连接筒另一端与所述外磁环固定连接，所述连接筒内壁可沿着所述隔离套外壁滑动，所述导向支撑位于所述隔离套上，所述内磁环伸缩杆与所述导向支撑可轴向滑动。

一种潜航器，所述潜航器包括上述的尾舵调节机构。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明利用轴向磁力耦合和铰支连杆的方式，实现了尾舵绕旋转中心的旋转摆动，实现了水下潜航器姿态的垂直俯仰或水平航向的快速调节，具有机动速度快、功耗低、摆动扭矩大和可靠性高等特点。本发明采用多连杆的方式，实现了尾舵绕铰支轴的旋转摆动。本发明尾舵整体封装。

本发明通过采用轴向磁力耦合的方式，实现了直线电机推力（轴向力）的非接触式传递，可用于深海，传递出的推力可带动尾舵整体绕旋转中心转动，实现了尾舵上下或左右摆动，借助水流的流体动力作用，实现了水下潜航器在垂直平面内俯仰和水平平面内航向的改变。本发明可用于水下滑翔机（aug）、auv和鱼雷等无人水下潜器在运动中的姿态调节。

实验证明，本发明直线磁力耦合轴向力可达60n，在力臂l为80mm的情况下，可产生4.8n*m的摆动扭矩，符合潜航器在水下尤其是深海中的尾舵偏摆调节，具有调节扭力大、功耗低、水下工作下潜深、摆动稳定可靠等优点。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例尾舵调节机构的剖视立体图；

图2为本发明具体实施例尾舵调节机构的剖视平面图；

图3为图2a-a向的剖视图；

图4为图3c处的放大图；

图5为磁极排布示意图；

图6为图2b-b向的剖视图。

附图标记说明：

1-第一卡盘2-直线磁力耦合电机3-第二卡盘4-尾舵装配组件5-潜航器尾部壳体；6-尾部端盖7-中间筒8-直线电机安装支架9-直线电机10-连接筒11-外磁环12-密封圈13-隔离套14-导向支撑15-内磁环伸缩杆16-销轴17-开口销18-第一转轴19-第二转轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1、2所示，一种基于直线传动的潜航器尾舵调节机构，包括潜航器尾部壳体5、第一卡盘1、第二卡盘3、直线磁力耦合电机2和尾舵装配组件4。

第一卡盘1和第二卡盘3分别固定安装在潜航器尾部壳体5的卡槽内。

直线磁力耦合电机2的尾部与所述第一卡盘1铰支连接，直线磁力耦合电机2的伸缩头部与尾舵装配组件4中的一侧翼板铰支连接，尾舵装配组件4与所述第二卡盘3铰支连接，使整体组合为一个多连杆的形式。

尾舵装配组件包括第一翼板和第二翼板，直线磁力耦合电机2通过伸缩杆轴向移动带动第一翼板和第二翼板摆动。

直线磁力耦合电机2通过伸缩杆轴向移动带动第一翼板和第二翼板在第一方向摆动；潜航器绕其轴线所在方向旋转，直线磁力耦合电机2通过伸缩杆轴向移动带动第一翼板和第二翼板在第二方向摆动。优选的，第一方向与第二方向垂直。

尾舵装配组件包括第三翼板和第四翼板，第一翼板与第二翼板相对设置，第三翼板与第四翼板相对设置。

其工作原理为：按俯仰姿态调节分析，直线磁力耦合电机2通过伸缩杆轴向移动，带动尾舵装配组件中的下翼板在力臂为l的情况下绕尾舵装配组件与第二卡盘3铰支的转轴进行±10°的旋转摆动，以实现尾舵装配组件4中左右两个方向上翼板的上下摆动，在相对水流的流体动力作用下，尾舵的俯仰攻角可使潜航器绕浮心上下摆动，实现了潜航器俯仰姿态的调节；若潜航器在此状态下旋转90°，则调节的为上下翼板的摆动，实现了潜航器航向姿态的调节。

如图3-4所示，直线磁力耦合电机包括尾部端盖6、中间筒7、直线电机安装支架8、直线电机9、连接筒10、外磁环11、密封圈12、隔离套13、导向支撑14和内磁环伸缩杆15。

尾部端盖6与中间筒7、密封圈12和隔离套13组合形成一个静密封舱体。

直线电机安装支架8与中间筒7固定连接，具体的，直线电机安装支架8与中间筒7内的隔板通过螺栓固定连接。直线电机9通过螺栓安装在直线电机安装支架8上。

直线电机9的伸缩轴通过螺栓与连接筒10一端固定连接，连接筒10另一端与装有轭铁的外磁环11固定连接，连接筒10内壁可沿着隔离套13外壁滑动。外磁环11内壁与隔离套13外壁具有单边0.8mm的间隙，因此，直线电机伸缩轴可带动外磁环11沿中间筒7内壁轴向移动。

内磁环伸缩杆15耦合磁极安装在隔离套13内筒壁上，并与隔离套13内筒壁单边0.8mm间隙，磁极安装的端面有一支撑板与隔离套13内筒壁滑动支撑，导向支撑14位于隔离套13上，内磁环伸缩杆15与导向支撑14可轴向滑动。导向支撑14用超高分子量聚乙烯加工而成，还起防沙阻泥的作用。

直线磁力耦合电机2尾部端盖6设置有铰支耳板，通过第一转轴18与第一卡盘1上的铰支耳板铰支连接，内磁环伸缩杆15端部开有卡槽和连接孔，尾舵装配组件4中的一侧翼板装入卡槽内，并通过销轴和开口销铰支连接。

本实施例外磁环11与内磁环轴向组合对数根据轴向力的需要而设定，本实施例中采用了四对，其轴向力耦合方式如图5所示。

如图6所示，尾舵装配组件4由上下和左右共四个翼板通过螺栓固定连接组成，尾舵装配组件4上设计有铰支耳板与第二卡盘3中的铰支耳板通过第二转轴19铰支连接，尾舵装配组件4可整体绕第二转轴19进行±10°转动。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。