[發(fā)明專利]一種螺距可調直翼推進器偏心控制機構及實現(xiàn)方法

有效

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• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN105882928B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 王曉軍;田靖軍;王磊;耿新宇;馬雨嘉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B63H1/08
• 分類號: B63H1/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 成金玉,盧紀

技術領域

本發(fā)明為船用直翼推進器的改進，主要是采用雙滑塊和多連桿機構代替原有的凸輪機構實現(xiàn)偏心控制機構及實現(xiàn)方法。涉及連桿機構設計和連桿運動學分析，主要實現(xiàn)控制控制點運動軌跡來達到對葉片擺角的控制從而確定偏心點位置和偏心率大小的過程。

背景技術

直翼推進器是一種特殊形式的船舶推進器。在葉片隨轉輪繞轉輪圓心轉動的同時，又繞自身的軸擺動。葉片在轉動過程中，它的弦線始終垂直于葉片軸與偏心點的連線。直翼推進器的設計思想產生于十九世紀，靈感來源于海豚靈活的尾鰭。它獨特的工作特點逐漸受到人們的關注，應用范圍不斷擴大，現(xiàn)在內河船、軍用船、海洋平臺動力定位及一些特殊場所都裝備有直翼擺線推進器。

普通螺旋槳是一種普遍使用的船舶推進器，其結構簡單、成本低，但其操縱性能不足等問題嚴重制約了其在海洋工程裝備及動力定位系統(tǒng)上的應用。目前，海洋工程裝備和動力定位系統(tǒng)大多釆用船用側推器及全回轉推進器等，因其具有較高的操縱性，但其也存在效率低下、動態(tài)響應特性差、航向穩(wěn)定性差和易損壞等問題。相比于船用側推器以及全回轉推進器等船舶推進器，直翼推進器具有操縱性能優(yōu)良、響應速度快、抗風浪能力強等優(yōu)點。將直翼推進器應用于海洋工程裝備和動力定位系統(tǒng)，無論在正常還是應急運行狀態(tài)中，均能保證精確操縱和快速響應，這一點對在嚴峻天氣狀態(tài)下工作的海洋工程裝備及高操縱要求的動力定位系統(tǒng)是至關重要的。另外，直翼推進器因其不會產生側向推力矢量而保證整個推進裝置的冗余，即在其他動力推進裝置發(fā)生故障無法工作而僅剩一路動力的情況下，船舶仍能得到完全控制，保證船舶的安全。因此，研發(fā)高性能的直翼推進器是刻不容緩的。

針對直翼推進器的控制機構主要集中在兩個方面，分別是螺距可調和螺距不可調。螺距不可調直翼擺線推進器，其控制點的偏心率是常數(shù)，相當于控制點放置在一圓上，通過改變該點在圓上的相位角從而改變推進力方向，改變推進器轉速改變推進力大小。螺距可調直翼擺線推進器，其控制點的偏心率是可連續(xù)改變的，因而推進力大小可通過改變偏心率和調節(jié)推進器轉速兩種方式得到調節(jié)。目前國內針對螺距可調的控制機構主 要有“行星式凸輪機構”、“偏心盤-滑塊-連桿機構”，但是凸輪和偏心盤機構需較大安裝空間，增大轉盤重量。限制了直翼推進器的實用性。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種螺距可調直翼推進器偏心控制機構及實現(xiàn)方法。本發(fā)明考慮了傳統(tǒng)凸輪控制結構復雜，提出雙滑塊連桿機構的設計方案，使得機構實用性更強。

本發(fā)明技術解決方案：一種螺距可調直翼推進器偏心控制機構，包括轉動圓盤和葉片，其特征在于還包括雙滑塊機構和多連桿；雙滑塊機構包括第一滑塊和第二滑塊，第二滑塊也稱為控制點，連接形式為：第一個滑塊與第一個滑槽為平動副連接；第二個滑塊與第二個滑槽為平動副連接；第二個滑槽與第一個滑塊為轉動副連接；將第二個滑塊運動分解，第一個滑塊在滑槽1內平動；第二個滑槽以第一個滑塊為圓心轉動，第二個滑塊在第二個滑槽內平動；多連桿機構以第二個滑塊的運動為輸入，控制第二個滑塊通過連桿機構來控制葉片擺動，葉片與圓盤安裝在一起并可繞圓盤轉動，構成整體控制機構，連接形式為：第一個滑槽的中心為圓盤轉動中心，現(xiàn)設定轉動中心和第二個滑塊為第一個連桿，為可變桿長，第一個連桿通過第二個滑塊與多連桿機構的第二個連桿鉸接，其它連桿鉸接，第二個連桿末端與第七個連桿始端之間的連桿均鉸接，多連桿機構中的第七個連桿末端與槳葉固定約束，建立垂直所有葉片的弦線并通過葉片的轉軸直線方程，求所有葉片弦線垂線的交點即為偏心點，通過控制第二個滑塊的運動軌跡—控制葉片擺角—偏心點運動軌跡，從而實現(xiàn)螺距可調直翼推進器偏心控制機構。

所述偏心點通過葉片的轉軸直線方程求解過程為：針對槳葉數(shù)目，分別建立垂直葉片弦線并通過轉軸的直線方程，該方程的斜率與葉片的轉角有關；聯(lián)立各個葉片的直線方程，求解，即得到偏心點的運動軌跡，偏心點運動軌跡到圓盤旋轉中心的距離為定值即為螺距不可調；反之，即為螺距可調的控制機構。

一種螺距可調直翼推進器偏心控制機構實現(xiàn)方法，實現(xiàn)步驟如下：

第一步：輸入第二個滑塊的運動方程，通過多連桿機構，得到葉片擺動的運動方程；

第二步：根據葉片數(shù)目和葉片的擺角，建立偏心點運動軌跡方程；

第三步：聯(lián)立步驟一、二得到第二個滑塊運動方程與偏心點運動軌跡方程之間的函數(shù)關系，以此實現(xiàn)螺距可調直翼推進器偏心控制機構。