[實用新型]一種水下航行器夾芯復(fù)合材料舵

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720239881.1
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN206551595U
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙勇;羅忠;石迎潮
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢源海博創(chuàng)科技有限公司
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B17/02;B32B17/10;B32B5/18;B32B27/38;B32B27/36;B32B27/30;B32B27/12;B32B27/40;B32B27/06
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務(wù)所(普通合伙)42224
• 代理人: 李佑宏

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于水下航行器尾部結(jié)構(gòu)部件技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種水下航行器夾芯復(fù)合材料舵。

背景技術(shù)

隨著各種新技術(shù)在水下航行器上的推廣應(yīng)用，要求在水下航行器設(shè)計時盡量減小結(jié)構(gòu)重量，為總體重量控制提供更大空間。同時，近年來艦艇主動聲吶探測距離和精度不斷提高，要求水下航行器具有更好的阻尼性能和聲隱身性能。

舵結(jié)構(gòu)是水下航行器尾部重要結(jié)構(gòu)件，通常由上、下兩個方向舵，左、右兩個水平舵組成，主要功能是用于控制水下航行器航行的方向和深度，保持水下航行器航行的機動性。水下航行器舵結(jié)構(gòu)凸出于航行器結(jié)構(gòu)體外表面，在航行時，易由于轉(zhuǎn)舵和水流激勵產(chǎn)生舵顫振，暴露水下航行器目標位置。另一方面，舵結(jié)構(gòu)位于水下航行器尾部，其質(zhì)量對于水下航行器重心調(diào)整和重量控制具有重要作用，有效減輕舵結(jié)構(gòu)重量，可為水下航行器總體減重提供更大的空間。

目前水下航行器舵結(jié)構(gòu)一般采用低阻尼的鋁合金材料，結(jié)構(gòu)型式為實心結(jié)構(gòu)，但重量較大、阻尼減振效果有限。部分新型水下航行器舵采用了復(fù)合材料實心結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用短切纖維和樹脂進行填充，外部采用樹脂基纖維增強復(fù)合材料進行包覆，在減輕水下航行器尾部重量方面發(fā)揮了一定作用，但在控制舵結(jié)構(gòu)顫振、減輕舵結(jié)構(gòu)重量等方面仍有較大潛力。

復(fù)合材料指由兩種或兩種以上材料的獨立物理相通過物理或化學(xué)復(fù)合工藝組合或構(gòu)造，形成的新型細觀結(jié)構(gòu)構(gòu)形或新材料。常用的非金屬基復(fù)合材料增強相包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、高強聚乙烯纖維等，基體包括環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂等。

夾芯復(fù)合材料是指由上、下表層和中間芯層組成的多層結(jié)構(gòu)，其上下表層一般采用樹脂基纖維增強復(fù)合材料，中間芯層可選擇耐壓、高阻尼特性的發(fā)泡類材料。水下航行器采用夾芯復(fù)合材料舵結(jié)構(gòu)，替代原鋁合金實心舵結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料實心舵結(jié)構(gòu)，能夠獲得更好的阻尼減振性能，并有效減輕水下航行器尾部結(jié)構(gòu)重量。

現(xiàn)有和曾經(jīng)有的關(guān)于舵系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)對不同類型的舵做過很有成效的努力，也設(shè)計過許多優(yōu)秀的技術(shù)方案。專利CN103587126公開了一種輕量化高強度碳纖維復(fù)合材料船舵的制造工藝及所得船舵，在船舵芯模上塑造成船舵形狀，形成預(yù)成型體，在預(yù)成型體內(nèi)部放置真空密封袋，將預(yù)成型體放入船舵外模中，使用真空密封袋與外部真空袋密封固化成型，得到該種碳纖維復(fù)合材料船舵；該種輕量化高強度碳纖維復(fù)合材料船舵的制造工藝，所用材料均為預(yù)浸料，相對于一般復(fù)合材料船舵，能夠精確控制船舵的樹脂含量，降低船舵內(nèi)部的孔隙率。該專利制造的輕量化高強度碳纖維復(fù)合材料船舵，重量較輕，但沒有考慮其阻尼性能。

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種水下航行器夾芯復(fù)合材料舵，其目的在于在滿足水下航行器舵結(jié)構(gòu)表面型線和功能要求前提下，能夠有效衰減舵結(jié)構(gòu)振動，減輕舵結(jié)構(gòu)重量，改善水下航行器總體性能。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種水下航行器夾芯復(fù)合材料舵，該舵包括：

表層，其根據(jù)舵表面型值呈圓弧曲面，所述圓弧曲面的寬度從一端到另一端逐漸增加，厚度兩端小中間大且圓滑過渡；

芯層，其設(shè)于所述表層內(nèi)部，用于提高舵結(jié)構(gòu)阻尼性能，降低舵結(jié)構(gòu)重量；以及

舵軸，其為圓柱形結(jié)構(gòu)，貫穿于所述表層和芯層，用于作為所述舵和水下航行器的連接件，實現(xiàn)所述舵繞其轉(zhuǎn)動。

進一步地，所述舵軸頂端與芯層接觸部分橫截面為橢圓形，用于確保舵軸傳動的穩(wěn)定性。

進一步地，所述舵軸與表層接觸部分橫截面為圓形，用于實現(xiàn)嵌入蒙皮表面內(nèi)部的舵軸橫截面平緩過度。

優(yōu)選地，所述表層的材料為復(fù)合材料增強纖維、樹脂基體或夾芯硬質(zhì)泡沫。

優(yōu)選地，所述芯層為高阻尼發(fā)泡芯層。

優(yōu)選地，所述舵軸為不銹鋼圓柱。

總體而言，通過本實用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：本實用新型的技術(shù)方案采用高阻尼輕質(zhì)復(fù)合材料夾芯舵，能夠在滿足水下航行器舵功能要求和力學(xué)性能要求基礎(chǔ)上，獲得更好的阻尼減振性能，進一步降低了舵結(jié)構(gòu)重量，有利于水下航行器總體聲學(xué)性能和重量指標控制。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中鋁合金實心舵結(jié)構(gòu)示意；

圖2為本實用新型實施例的一種水下航行器夾芯復(fù)合材料舵結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例的一種水下航行器夾芯復(fù)合材料舵的舵軸示意圖；

圖4為本實用新型實施例的一種水下航行器夾芯復(fù)合材料舵在瞬態(tài)載荷激勵下C點加速度響應(yīng)對比；