可调节螺距的矢量推进装置及具有该装置的水下航行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水下航行器领域，特别是指一种可调节螺距的矢量推进装置及具有该装置的水下航行器。
【背景技术】
[0002]目前水下航行器，尤其是无人航行器，多采用螺旋桨作为推进装置，单个的螺旋桨推进器只能产生大小可变而方向固定的推进力，而当无人航行器需要进行不同方向的导向操纵运动时，比如俯仰和偏转，就需要安装多个螺旋桨推进器来产生多维方向的推进力。多个螺旋桨的安装形式，破坏了航行器的结构连续性，降低了航行器的结构强度，增大了航行器重量，同时也使航行器内部的布置受到局限。
[0003]与一般推进器不同，矢量推进器除了能够提供前进推进力外，还能根据航行器导向操纵任务需求产生其他多维方向上的推进力，极大地提高了航向器的转向能力和定位能力。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种可调节螺距的矢量推进装置及具有该装置的水下航行器，本发明能够提供多维度的推力，并且结构简单、调节方便。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下:
[0006]—方面，提供一种可调节螺距的矢量推进装置，包括静平台、动平台、旋转盘、桨毂、桨叶、从动支链、3个主动支链和牵拉调距机构，其中:
[0007]所述从动支链包括推进主轴，所述推进主轴穿过所述静平台、动平台和旋转盘的中心，所述推进主轴的一端用于由主推电机驱动，另一端连接所述桨毂；
[0008]所述3个主动支链的一端连接所述静平台的边缘，并用于由辅助电机驱动，另一端连接所述动平台的边缘；所述从动支链和某一主动支链将所述动平台的自由度约束为沿所述推进主轴轴向平移、绕所述推进主轴径向转动和切向转动；
[0009]所述旋转盘的中心与所述动平台的中心连接，并且所述旋转盘与所述动平台形成绕所述推进主轴轴向旋转的转动副；
[0010]所述牵拉调距机构包括桨中轴、桨偏轴、牵拉调距杆、联动挺杆和联动套筒；所述桨叶通过桨中轴连接在桨毂上，并且所述桨叶与所述桨毂形成绕所述桨中轴轴向旋转的转动副；所述桨偏轴设置在所述桨叶上，并与所述桨中轴平行；所述牵拉调距杆的一端通过第二小球铰连接所述桨偏轴，并且所述牵拉调距杆与所述第二小球铰形成球面副，所述第二小球铰与所述桨偏轴形成圆柱副，所述牵拉调距杆的另一端铰接在所述旋转盘上；所述联动套筒的一端通过第一小球铰连接在所述桨中轴上，并且所述联动套筒与所述第一小球铰形成球面副，所述第一小球铰与所述桨中轴形成圆柱副，所述联动挺杆的一端固定在所述旋转盘上，另一端插在所述联动套筒内部，形成圆柱副。
[0011]进一步的，所述从动支链还包括中心球铰，所述中心球铰套在所述推进主轴上，并且所述中心球铰与所述推进主轴形成沿所述推进主轴轴向平移和绕所述推进主轴轴向转动的圆柱副；所述中心球铰与所述旋转盘连接，并且所述中心球铰与所述旋转盘形成绕所述推进主轴轴向、径向和切向旋转的球面副。
[0012]进一步的，所述3个主动支链为第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链，所述第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链的夹角为120°，所述第一主动支链和第二主动支链为RURRR支链或RUS支链，所述第三主动支链为RRRRR支链或RRS支链。
[0013]进一步的，所述RURRR支链包括主动臂、万向节、从动臂和连接头，所述主动臂的一端铰接在所述静平台的边缘，另一端与所述万向节的一端连接，所述万向节的另一端与所述从动臂的一端连接，并且所述万向节与所述从动臂形成绕所述从动臂轴向旋转的转动副，所述从动臂的另一端与所述连接头的一端铰接，所述连接头的另一端与所述动平台的边缘连接，并且所述动平台与所述连接头形成绕所述连接头轴向旋转的转动副。
[0014]进一步的，所述RRRRR支链包括主动臂、中间连接臂、从动臂和连接头，所述主动臂的一端铰接在所述静平台的边缘，另一端与所述中间连接臂的一端铰接，所述中间连接臂的另一端与所述从动臂的一端连接，并且所述中间连接臂与所述从动臂形成绕所述从动臂轴向旋转的转动副，所述从动臂的另一端与所述连接头的一端铰接，所述连接头的另一端与所述动平台的边缘连接，并且所述动平台与所述连接头形成绕所述连接头轴向旋转的转动副。
[0015]进一步的，所述第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链均通过两个互相啮合的锥齿轮连接所述辅助电机。
[0016]进一步的，所述桨叶数量为4个。
[0017]另一方面，提供一种水下航行器，包括上述任一的可调节螺距的矢量推进装置，所述可调节螺距的矢量推进装置安装在所述水下航行器的前端和/或后端。
[0018]本发明具有以下有益效果:
[0019]本发明能够提供多维度的推力。本发明通过三组主动支链和从动支链，实现动平台相对于推进主轴的转动和移动，进一步实现旋转盘相对于推进主轴的转动和移动，最终通过牵拉调距机构实现对桨叶螺距角的调节，进而为水下航行器提供多维度的推力，可以实现水下航行器的偏转和俯仰等空间姿态调整动作。
[0020]本发明结构简单。本发明为三自由度(沿推进主轴轴向平移、绕推进主轴径向转动和切向转动)四支链(3个主动支链，1个从动支链)的矢量推进装置，相比传统的矢量推进装置，结构简单，并且省略了鳍舵等复杂的辅助结构。
[0021]本发明调节方便。本发明通过辅助电机控制主动支链，能够精确控制旋转平面内桨叶的螺距变化，同时响应速度快，能够迅速改变推力方向，完成复杂的设计动作。
[0022]综上所述，本发明能够提供多维度的推力，并且结构简单、调节方便。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的可调节螺距的矢量推进装置的一个实施例的结构示意图；
[0024]图2为图1中去掉2个桨叶后的局部放大图；
[0025]图3为本发明的可调节螺距的矢量推进装置的一个实施例的原理示意图；
[0026]图4为本发明的水下航行器的一个实施例的原理示意图。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0028]本发明涉及到多种运动副，这里给出解释:
[0029]转动副:revolutejoint，简称 R;
[0030]万向节副:universaljoint，简称 U;
[0031]圆柱副:cylinderpair，简称 C;
[0032]球面副:sphericalpair，简称 S。
[0033]—方面，本发明实施例提供一种可调节螺距的矢量推进装置，如图1和图2所示，包括静平台1、动平台2、旋转盘3、桨毂4、桨叶5、从动支链6、3个主动支链和牵拉调距机构7，其中:
[0034]从动支链6包括推进主轴61，推进主轴61穿过静平台1、动平台2和旋转盘3的中心，推进主轴61的一端用于由主推电机驱动，另一端连接桨毂4 ;
[0035]3个主动支链的一端连接静平台1的边缘，并用于由辅助电机驱动，另一端连接动平台2的边缘；从动支链6和某一主动支链将动平台2的自由度约束为沿推进主轴61轴向平移、绕推进主轴61径向转动和切向转动；
[0036]关于推进主轴的轴向、径向和切向，这里进行一下说明，推进主轴的轴向就是图1中z轴方向，径向和切向可以在垂直于z轴方向的平面内(图1中为动平台所在平面)自行选择。图1中，选择X轴(X轴为动平台中心到一个主动支链的连线方向)为径向，垂直于X轴的1轴为切向(这里只是一个选择实施例，也可以选择其他方向作为径向和切向)，动平台可以绕推进主轴径向(X轴)转动和切向(y轴)转动，将绕着径向(X轴)