專利名稱：一種三螺旋槳主動矢量推進(jìn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水下航行器的推進(jìn)方法，尤其是--- 種三螺旋槳主動矢量推 進(jìn)方法。
背景技術(shù)：
目前，比較成熟的國內(nèi)外研制的水下航行器的推進(jìn)方式， 一般都是采用多 個螺旋槳進(jìn)行協(xié)同控制，獲得載體的操控力和操控力矩，實現(xiàn)水下航行器諸如 前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等機(jī)動動作。若期望水下航行器實現(xiàn)上浮、下潛、俯仰等機(jī) 動動作，則需要增加操控舵或者螺旋槳推進(jìn)裝置。而過多地配置螺旋槳推進(jìn)器 或引入操控舵，在提高載體航行機(jī)動能力的同時，將增加航行阻力。而且有的 航行器的螺旋槳不使用時可能成為航行的阻力乃至障礙，從而使系統(tǒng)的復(fù)雜性 大大提高而整體的可靠性卻大為降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種三螺旋 槳主動矢量推進(jìn)的方法，使用該方法可使水下航行器不僅可以前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn) 彎，還可以上浮、下潛、俯仰，動作自如而不需要增加操控舵。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所述這種三螺旋槳主動矢量推進(jìn)的方法，是利 用三個螺旋槳多方位的主動矢量推進(jìn)力的有機(jī)配合來替代操控舵的功能以實現(xiàn) 水下航行器的各種機(jī)動動作。即是遵循下述步驟
1、 在水下航行器載體l上，安裝包括如圖l所示的第一螺旋槳主動矢量推
進(jìn)器2、第二螺旋槳主動矢量推進(jìn)器3和第三螺旋槳主動矢量推進(jìn)器4在內(nèi)的三 套螺旋槳主動矢量推進(jìn)器，其中所述第一螺旋槳主動矢量推進(jìn)器2與第二螺旋 槳主動矢量推進(jìn)器3左右對稱地分別安裝在所述水下航行器載體1的兩翼，所 述第三螺旋槳主動矢量推進(jìn)器4安裝在所述水下航行器載體1的機(jī)尾。所述該 三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)器的螺旋槳7，參見圖2，皆朝向機(jī)尾方向；
2、 通過對上述三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)器的協(xié)同操控來實現(xiàn)水下航行器的 前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、上浮、下潛、偏航(參見圖3。)、俯仰(參見圖4。)、 水下懸浮(參見圖5。)、側(cè)向平移(參見圖6。)、可控橫滾(參見圖7。) 等各種機(jī)動動作。本發(fā)明的一種三螺旋槳主動矢量推進(jìn)方法，參見圖1 2，如上述系利用安 裝在水下航行器載體1上的三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)裝置的多個螺旋槳多方位 的:fe動矢量推進(jìn)力的有機(jī)配合，來替代操控舵的功能以實現(xiàn)水下航行器的各種 機(jī)動動作。設(shè)所采用的螺旋槳7的旋轉(zhuǎn)方向均為右旋，并定義其產(chǎn)生推進(jìn)力指
向動力源5的旋轉(zhuǎn)方向為正向。以載體幾何中心為原點o，過。點沿載體前進(jìn)方
向為^軸，過o點且豎直向上為z軸，通過右手定則確定^軸，建立直角坐標(biāo)系
"""。將第-螺旋槳主動矢量推進(jìn)器2和第二螺旋槳主動矢量推進(jìn)器3對稱地安 裝在水下航行器載體1前部兩側(cè)機(jī)翼上，使螺旋槳7的支撐軸6在伸直的情況 下與^方向平行，螺旋槳7朝向機(jī)尾安裝。第三螺旋槳主動矢量推進(jìn)器4安裝 在水下航行器載體1尾部中間位置，使其支撐軸6在伸直的情況下與^方向平 行，且與前兩套推進(jìn)器處于同一高度，螺旋槳7亦朝向機(jī)尾方向。此時若操控 螺旋槳7正向或者反向旋轉(zhuǎn)，則產(chǎn)生與^方向相同或者相反的推進(jìn)力，完成水
F航行器前進(jìn)或后退的機(jī)動動作。
本發(fā)明使用的上述螺旋槳主動矢量推進(jìn)器裝置，參見圖2，之所以能夠使水
卜航行器勝任上述各種機(jī)動動作，是因為其螺旋槳7在動力源5的驅(qū)動下可以 繞其支撐軸6在空間范圍內(nèi)偏擺。在螺旋槳偏擺到空間某一姿態(tài)后，還可以保 持該姿態(tài)下繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生大小和空間方向均可以變化的矢量推進(jìn) 力，完成多個螺旋槳協(xié)同配合的功能。將至少三套這種螺旋槳主動矢量推進(jìn)裝 賞安裝在水下航行器上，其中兩套左右對稱地安裝在其兩側(cè)機(jī)翼靠前處， 一套 安裝在其尾部縱向?qū)ΨQ面處，通過控制該三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)裝置的協(xié)同 推進(jìn)，完成水下航行器載體的上述各種復(fù)雜的機(jī)動動作，從而滿足水下復(fù)雜環(huán) 境對水下航行器的機(jī)動航行能力的要求。
本發(fā)明使用時，參見圖3，欲實現(xiàn)水下航行器向左偏航，保持第一螺旋槳主 動矢量推進(jìn)器2和第二螺旋槳主動矢量推進(jìn)器3的支撐軸6與^方向相同，操 控第三螺旋槳主動矢量推進(jìn)器4的支撐軸6在^^平面內(nèi)向^軸正向偏轉(zhuǎn)，同時 操控螺旋槳7旋轉(zhuǎn)，即可產(chǎn)生沿M軸的正向偏航力矩。此外，還可以操控第三 螺旋槳矢量推進(jìn)器4的支撐軸6在^^平面內(nèi)向^軸正向偏轉(zhuǎn)，操控第一螺旋槳 主動矢量推進(jìn)器2和第二螺旋槳主動矢量推進(jìn)器推進(jìn)器3的支撐軸6同時在^W 平面內(nèi)向炒軸負(fù)向偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生更大的偏航力矩，完成向左的迅速偏航；欲實現(xiàn) 水下航行器向右偏航，則操控支撐軸6在^^平面內(nèi)向^軸負(fù)向偏轉(zhuǎn)；而欲實現(xiàn)水下航行器原地轉(zhuǎn)彎，只需將第一螺旋槳主動矢量推進(jìn)器2的偏轉(zhuǎn)方向與第二 螺旋槳主動矢量推進(jìn)器3的偏轉(zhuǎn)方向反相操控，同時反相調(diào)整螺旋槳7的旋轉(zhuǎn) 方向，使其產(chǎn)生反向拉力即可。
參見圖4，欲實現(xiàn)水下航行器下潛，可保持第一螺旋槳主動矢量推進(jìn)器2和 第二螺旋槳主動矢量推進(jìn)器3的支撐軸6與^方向相同，然后操控第三螺旋槳 主動矢量推進(jìn)器4的支撐軸6在^z平面內(nèi)向^軸負(fù)向偏轉(zhuǎn)。同時操控螺旋槳7
旋轉(zhuǎn)，即可以產(chǎn)生沿^軸正向的俯仰力矩。此外，還可操控第一螺旋槳矢量推 進(jìn)器2和第二螺旋槳矢量推進(jìn)器3的支撐軸6同時在"。z平面內(nèi)向oz軸正向偏轉(zhuǎn)， 操控第三螺旋槳主動矢量推進(jìn)器4的支撐軸6在加z平面內(nèi)向oz軸負(fù)向偏轉(zhuǎn)，產(chǎn) 生更大的俯仰力矩，完成迅速下潛之機(jī)動動作；而欲實現(xiàn)水下航行器上浮，只 需反相操控所有支撐軸6的偏轉(zhuǎn)方向即可。
參見圖5，欲實現(xiàn)水下航行器水下某一深度懸停時，可同時操控三套螺旋槳 t:動矢量推進(jìn)器的支撐軸6在"z平面內(nèi)向w軸的負(fù)向偏轉(zhuǎn)，即可使得螺旋槳7 l':i身的軸線與^平行，然后操控螺旋槳7在該姿態(tài)下旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生向上的推力， 即可克服水下航行器自身重力與浮力的差值，實現(xiàn)懸停。此外，還可以同時操 控三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)器的支撐軸6在^7平面內(nèi)向^軸的正向偏轉(zhuǎn)，從而 使得螺旋槳7自身的軸線與。z反向平行，然后操控螺旋槳7在該姿態(tài)下反向旋 轉(zhuǎn)，產(chǎn)生向上的拉力，即可克服水下航行器自身重力與浮力差，實現(xiàn)懸停。由 此而來，在此種狀態(tài)下，如不同轉(zhuǎn)速分別操控三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)器的螺 旋槳7，亦可實現(xiàn)水下航行器的水下垂直升降。
參見圖6，欲實現(xiàn)水下航行器水下向左側(cè)向平移時，可同時操控三套螺旋槳 ]:《動矢量推進(jìn)器的支撐軸6在，平面內(nèi)向^軸的負(fù)向偏轉(zhuǎn)至螺旋槳7的軸線與 "、'、H亍，然后操控三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)器的支撐軸6在戶z平面內(nèi)向oz軸負(fù) 向偏轉(zhuǎn)一定角度，操控螺旋槳7產(chǎn)生在，z平面內(nèi)與W軸正向成一定夾角的推進(jìn) 力，該推進(jìn)力一方面克服水下航行器自身重力與浮力差，另一方面推動水下航 行器向左即^正向移動；當(dāng)欲實現(xiàn)水下航行器水下向右側(cè)向平移時，操控方法 類似，只是三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)器的支撐軸6在"，平面內(nèi)的偏轉(zhuǎn)方向相反， 其它的偏轉(zhuǎn)方向相同。
參見圖7，欲實現(xiàn)水下航行器于行進(jìn)中繞^軸正向橫滾時，此時可操控第一 螺旋槳主動矢量推進(jìn)器2在^z平面內(nèi)后向^軸負(fù)向偏轉(zhuǎn)，同時操控二螺旋槳主動矢量推進(jìn)器3在切Z平面內(nèi)向M軸正向偏轉(zhuǎn)。保持第三螺旋槳主動矢量推進(jìn)器 4的支撐軸6的軸線與^軸正向重合。操控三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)器中的螺旋
槳7正向旋轉(zhuǎn)，則第一螺旋槳主動矢量推進(jìn)器2和第二螺旋槳主動矢量推進(jìn)器3 產(chǎn)生的推力將給水下航行器提供一個繞"軸正向的橫滾力偶，使其產(chǎn)生橫滾運 動，而第三螺旋槳主動矢量推進(jìn)器4則提供水下航行器前進(jìn)的推力。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的方法與現(xiàn)有的螺旋槳協(xié)同推進(jìn)方法相比較，
大大簡化了水下航行器的推進(jìn)系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的可移植性和實用性。其優(yōu)點在
于
(1 )、螺旋槳推進(jìn)器的采用數(shù)目可以少至三個即可實現(xiàn)水下航行器的各種 常規(guī)機(jī)動動作，大大降低了成本；
(2) 、使目前水下航行器幾乎無法完成的機(jī)動動作如水下懸停、側(cè)向平移、 可控橫滾等得以完成；
(3) 、無需配置操控舵或鰭，使水下航行器結(jié)構(gòu)簡單、外形流暢而使得流 體阻力大為減小。


圖1是本發(fā)明實施于水下航行器載體的使用狀態(tài)參考圖2是螺旋槳主動矢量推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖3是實施本發(fā)明的方法實現(xiàn)偏航動作時的使用狀態(tài)參考圖4是實施本發(fā)明的方法實現(xiàn)俯仰動作時的使用狀態(tài)參考圖5是實施本發(fā)明的方法實現(xiàn)水下懸浮動作時的使用狀態(tài)參考圖6是實施本發(fā)明的方法實現(xiàn)側(cè)向平移動作時的使用狀態(tài)參考圖7是實施本發(fā)明的方法實現(xiàn)可控橫滾動作時的使用狀態(tài)參考圖。
以上圖1 7中的標(biāo)示為
1— -水下航行器載體，
2— 第一螺旋槳主動矢量推進(jìn)器，
3— 第二螺旋槳主動矢量推進(jìn)器，
4— 第三螺旋槳主動矢量推進(jìn)器，
5— 動力源，
6— 支撐軸，7—螺旋槳。
具體實施例方式
參見圖1 2，本實施例中，本發(fā)明的三螺旋槳主動矢量推進(jìn)方法所用安裝 在水卜航行器載體1上的第一螺旋槳主動矢量推進(jìn)器2、第二螺旋槳主動矢量推 進(jìn)器3和第三螺旋槳主動矢量推進(jìn)器4三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)裝置均采用自 主研發(fā)的型號為LT-310型螺旋槳主動矢量推進(jìn)器，該推進(jìn)器的螺旋槳采用市售 LS-511型螺旋槳。設(shè)上述螺旋槳主動矢量推進(jìn)器之螺旋槳7的旋轉(zhuǎn)方向均為右 旋，并定義其產(chǎn)生推進(jìn)力指向動力源5的旋轉(zhuǎn)方向為正向。以水下航行器載體l 的兒何中心設(shè)為原點o，過o點沿載體前進(jìn)方向為^軸，過o點且豎直向上為z軸， 通過右手定則確定^軸，建立直角坐標(biāo)系^w。將第一螺旋槳主動矢量推進(jìn)器2 和第二螺旋槳主動矢量推進(jìn)器3對稱地安裝在水下航行器載體1前部兩側(cè)機(jī)翼 上，使螺旋槳7的支撐軸6在伸直的情況下與m方向平行，螺旋槳7朝向機(jī)尾 安裝。第三螺旋槳主動矢量推進(jìn)器4安裝在水下航行器載體1尾部中間位置， 使其支撐軸6在伸直的情況下與^方向平行，且與前兩套推進(jìn)器處于同一高度， 螺旋槳7亦朝向機(jī)尾方向。
J:述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的這種三螺旋槳主動矢量推進(jìn)的方法經(jīng)在多處試驗，被 證明效果良好，完全達(dá)到設(shè)計要求。
權(quán)利要求
1、一種三螺旋槳主動矢量推進(jìn)的方法，該方法為下述步驟(1)、在水下航行器載體(1)上，安裝包括第一螺旋槳主動矢量推進(jìn)器(2)、第二螺旋槳主動矢量推進(jìn)器(3)和第三螺旋槳主動矢量推進(jìn)器(4)在內(nèi)的三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)器，其中所述第一螺旋槳主動矢量推進(jìn)器(2)與第二螺旋槳主動矢量推進(jìn)器(3)左右對稱地分別安裝在所述水下航行器載體(1)的兩翼，所述第三螺旋槳主動矢量推進(jìn)器(4)安裝在所述水下航行器載體(1)的機(jī)尾，所述該三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)器的螺旋槳(7)皆朝向機(jī)尾方向；(2)、通過對上述三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)器的操控來實現(xiàn)水下航行器的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、上浮、下潛、偏航、俯仰、水下懸浮、側(cè)向平移、可控橫滾。
全文摘要
本發(fā)明的一種三螺旋槳主動矢量推進(jìn)的方法為下述步驟(1)在水下航行器載體(1)上，安裝三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)器。其中第一螺旋槳主動矢量推進(jìn)器(2)與第二螺旋槳主動矢量推進(jìn)器(3)左右對稱地安裝在水下航行器載體(1)的兩翼。第三螺旋槳主動矢量推進(jìn)器(4)安裝在水下航行器載體(1)的機(jī)尾。(2)通過對上述三套螺旋槳主動矢量推進(jìn)器的操控實現(xiàn)水下航行器的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、上浮、下潛、偏航、俯仰、水下懸浮、側(cè)向平移、可控橫滾。本發(fā)明大大簡化了水下航行器的推進(jìn)系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的可移植性和實用性。且結(jié)構(gòu)簡單、外形流暢、降低了成本。
文檔編號B63G8/00GK101596931SQ20091004376
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者湘 張, 徐小軍, 徐海軍, 易聲耀, 潘存云 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)