无轴推进器的推力矢量控制装置

1.本发明涉及的是一种推进器，具体地说是无轴推进器。


背景技术：

2.无轴推进器是一种新型推进装置，其具有无桨轴、无梢涡、无毂涡、防缠绕的优点，能够显著提升船舶的空化和噪声性能，是一种具有广阔发展前景的新型推进装置。但是在实际使用中，由于无轴推进装置的几何和结构特点与传统推进器差异巨大，针对传统螺旋桨设计的螺距调节装置无法适用于无轴推进器，而海洋航行器装置的进一步发展又对推进装置的推力矢量控制能力提出了新的要求。螺距调节装置能够使推进器在不同的航行工况下均能充分利用主机的功率，而独立的螺距调节装置能够产生偏航力，提高航行器的操纵性和灵活性。因此，开发一种能够有效的改变无轴推进器推力大小和方向的装置对于无轴推进航行器具有非常重要的意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供在不改变推进器转速的情况下改变推进器推力大小的无轴推进器的推力矢量控制装置。
4.本发明的目的是这样实现的：
5.本发明无轴推进器的推力矢量控制装置，其特征是：包括导管外壳以及位于导管外壳里的桨叶装置和螺距调节装置，所述桨叶装置包括驱动齿轮、连接法兰、叶片和调距滑轮，连接法兰安装在叶片根部的导边处，调距滑轮安装在叶片根部的随边处，叶片、调距滑轮绕连接法兰的中心转动，驱动齿轮通过连接法兰带动叶片绕叶片轴线做旋转运动，所述螺距调节装置包括同步螺距调节环、独立螺距调节环、独立螺距调节环凸缘、独立螺距调节环驱动齿轮，同步螺距调节环和独立螺距调节环径向层叠安装，同步螺距调节环在内侧，独立螺距调节环在外侧，独立螺距调节环驱动齿轮安装在独立螺距调节环外侧，独立螺距调节环凸缘为安装在独立螺距调节环端面上的突起，同步螺距调节环和独立螺距调节环、独立螺距调节环凸缘通过端面与调距滑轮接触。
6.本发明还可以包括：
7.1、同步螺距调节环和独立螺距调节环均可沿着轴向方向平动，独立螺距调节环和独立螺距调节环凸缘可以在独立螺距调节环驱动齿轮的驱动下绕叶片轴线转动。
8.2、在初始状态下，驱动齿轮在动力输入的作用下旋转，旋转的驱动齿轮通过连接法兰带动叶片旋转，叶片旋转产生推力，调距滑轮被叶片上的推力压在同步螺距调节环的端面处，此时独立螺距调节环、独立螺距调节环凸缘及独立螺距调节环驱动齿轮并未向后伸出，桨叶的螺距角由连接法兰和同步螺距调节环之间的相对距离决定。
9.3、在需要调大螺距时，同步螺距调节环向后运动，推动调距滑轮向后移动，使叶片在绕叶片轴线旋转运动之上叠加一个绕连接法兰的旋转运动，使叶片的螺距变大。
10.4、在需要矢量推力时，旋转独立螺距调节环驱动齿轮，独立螺距调节环驱动齿轮
带动独立螺距调节环及独立螺距调节环凸缘同步旋转，待独立螺距调节环、独立螺距调节环凸缘和独立螺距调节环驱动齿轮旋转至预设方位时停止旋转，独立螺距调节环向后移动并带动独立螺距调节环凸缘向后移动至独立螺距调节环凸缘的端面越过同步螺距调节环的端面；叶片上的调距滑轮紧贴独立螺距调节环凸缘的端面运动，此时每个叶片旋转至预设方位时在独立螺距调节环凸缘的作用下，产生更大的螺距角，使每个叶片在旋转至该预设方位时产生更大的推力，当叶片越过该预设位置后，调距滑轮在推力的作用下紧贴独立螺距调节环的端面运动，螺距减小，推力减小。
11.本发明的优势在于：本发明能够调节无轴推进器的桨叶螺距，实现在不改变推进器转速的情况下改变推进器的推力大小，该装置同时能够改变桨叶旋转至预设位置时的螺距，使桨叶在这一位置时能够产生更大的推力，实现矢量推进的功能。本发明能够显著地提升无轴推进航行器的机动性，进一步扩展无轴推进器这一低空化、低噪声、高效率推进装置的适用范围，促进高新技术船舶发展。
附图说明
12.图1为本发明的正等测视图；
13.图2为螺距调节装置和桨叶装置示意图；
14.图3为同步螺距调节装置示意图；
15.图4为独立螺距调节装置示意图；
16.图5为本发明各部件侧视图；
17.图6为本发明零件爆炸图；
18.图7为独立螺距调节环、独立螺距调节环凸缘示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
20.结合图1-7，本发明无轴推进器的推力矢量控制装置由桨叶装置、螺距调节装置和导管外壳9等三部分组成，其中桨叶装置主要用于在外部驱动力作用下产生推力，螺距调节装置中的螺距同步调节装置5的功能是同步改变推进器叶片3的螺距，螺距调节装置中的螺距独立调节装置6用于实现叶片螺距的独立调整，导管外壳9用于容纳和保护桨叶、螺距同步调节装置和螺距独立调节装置等机构。
21.桨叶装置由驱动齿轮[1]、连接法兰[2]、叶片[3]和调距滑轮[4]组成，其中驱动齿轮[1]接受外部动力装置和传动装置传递进来的驱动力，并通过安装在每个叶片[3]上的法兰[2]带动叶片[3]绕推进器轴心做旋转运动，法兰[2]安装在叶片[3]根部的导边处，每个叶片[3]均可绕连接法兰[2]的中心转动，调距滑轮[4]安装在每个叶片[3]根部的随边处，调距滑轮[4]也可绕其中心转动。
[0022]
螺距调节装置由同步螺距调节环[5]、独立螺距调节环[6]、独立螺距调节环凸缘[7]、独立螺距调节环驱动齿轮[8]组成。同步螺距调节环[5]和独立螺距调节环[6]径向层叠安装，同步螺距调节环[5]在内侧，独立螺距调节环[6]在外侧。独立螺距调节环凸缘[7]是安装在独立螺距调节环[6]端面上的突起，其分布在90
°
的扇形范围内。同步螺距调节环[5]和独立螺距调节环[6]、独立螺距调节环凸缘[7]通过端面与调距滑轮[4]接触。同步螺
距调节环[5]和独立螺距调节环[6]均可沿着轴向方向平动，其中独立螺距调节环[6]和独立螺距调节环凸缘[7]还可以在独立螺距调节环驱动齿轮[8]的驱动下绕桨轴转动。
[0023]
导管外壳主要由导管外壳[9]构成，其作用是包裹导管内部安装的各种零部件。
[0024]
在初始工作状态下，驱动齿轮[1]在动力输入的作用下旋转，旋转的驱动齿轮[1]通过连接法兰[2]带动叶片[3]旋转，此时由于叶片[3]旋转会产生推力，调距滑轮[4]会被叶片上的推力压在同步螺距调节环[5]的端面处。此时独立螺距调节环[6]、独立螺距调节环凸缘[7]及独立螺距调节环驱动齿轮[8]并未向后伸出，桨叶的螺距角由连接法兰[2]和同步螺距调节环[5]之间的相对距离决定。
[0025]
在需要调大螺距时，同步螺距调节环[5]向后运动，推动调距滑轮[4]向后移动，使叶片[3]在绕推进器轴心旋转运动之上叠加一个绕连接法兰[2]的旋转运动，使叶片[3]得螺距变大。
[0026]
在需要矢量推力时，旋转独立螺距调节环驱动齿轮[8]，独立螺距调节环驱动齿轮[8]带动独立螺距调节环[6]及独立螺距调节环凸缘[7]同步旋转，待独立螺距调节环[6]、独立螺距调节环凸缘[7]和独立螺距调节环驱动齿轮[8]旋转至特定方位时的停止旋转，独立螺距调节环[6]向后移动并带动独立螺距调节环凸缘[7]向后移动至独立螺距调节环凸缘[7]的端面越过同步螺距调节环[5]的端面。由于叶片[3]上的调距滑轮[4]会紧贴独立螺距调节环凸缘[7]的端面运动，此时每个叶片[3]旋转至特定方位时会在独立螺距调节环凸缘[7]的作用下，产生更大的螺距角，使每个叶片[3]在旋转至该特定方位时产生更大的推力，当叶片[3]越过该特定位置后，调距滑轮[4]会在推力的作用下紧贴独立螺距调节环[6]的端面运动，螺距减小，推力也减小。每个叶片[3]在旋转至特定方位时均会经历螺距变大，并在运动过特定方位后螺距变回正常螺距，从而实现矢量推进。
[0027]
当出现单个叶片破损时，独立螺距调节环驱动齿轮[8]带动独立螺距调节环[6]和独立螺距调节环凸缘[7]运动至破损叶片对应的角位置处，随后，独立螺距调节环[6]和独立螺距调节环凸缘[7]向后移动，通过调距滑轮[4]使破损叶片的螺距角增大，随后，独立螺距调节环驱动齿轮[8]与驱动齿轮[1]同转速运动，使破损叶片在整个旋转过程中保持较大的螺距，使用增大螺距的方式弥补叶片破损带来的推力损失，使叶片间的推力分布更加均匀，减轻振动。