一種水下航行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水下運載工具領(lǐng)域，更具體地，涉及一種水下航行器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，絕大多數(shù)水下航行器的姿態(tài)控制執(zhí)行機構(gòu)是舵和槳。一般航行器在高速運動時利用舵控制其姿態(tài)，在低速或者零速時利用槳來調(diào)整其姿態(tài)。其具有以下特點:
[0003]1)在航行器處于低速或者零速狀態(tài)時，舵效喪失。因此對于具有一定速度的航行體若僅僅采用舵作為姿態(tài)控制執(zhí)行機構(gòu)時，航行器需要較大的回轉(zhuǎn)半徑，這不利于航行體在狹小空間里作業(yè)。
[0004]2)舵和槳所產(chǎn)生的控制力(力矩)都是與流體的相互作用產(chǎn)生的，因此容易受流場影響，難以做到精確姿態(tài)控制，特別是在復(fù)雜流場環(huán)境下作業(yè)時。
[0005]3)采用槳作為姿態(tài)控制執(zhí)行機構(gòu)，雖然在航行器低速或零速情況下亦能輸出控制力矩，但是也存在一些不足。首先，槳的存在一定程度上破壞了航行器殼體的完整性，這不利于航行器的快速性、耐壓性和工藝性；其次，槳裸露在海水中，受海洋生物污染和海水腐蝕嚴(yán)重；另外，單個槳只能提供一個方向的力矩，若要使航行器能夠任意姿態(tài)角機動，則至少需要多個槳(用于提供推力的槳除外)；再者，螺旋槳與水的相互接觸還會產(chǎn)生噪音，這對有隱身性能要求的航行器(如魚雷)來說，十分不利；最后，槳與水的相互接觸會破壞流場的特性，當(dāng)作業(yè)表面是疏松的或作業(yè)對象容易受到流場影響時，不利于水下航行體的作業(yè)。另外，對一些小型或微型水下航行器，其有限的空間并不利于姿態(tài)控制漿的布置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種水下航行器，采用控制力矩陀螺群的陀螺效應(yīng)來控制航行器的姿態(tài)，具有更高的敏捷性與機動性。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種水下航行器，包括殼體及安裝在殼體上的葉輪組件，其特征在于，所述殼體內(nèi)安裝有陀螺組件，所述陀螺組件包括陀螺支架和安裝在陀螺支架上的控制力矩陀螺群，其中，
[0008]所述控制力矩陀螺群包括四個單框架控制力矩陀螺，并且每個單框架控制力矩陀螺均包括單框架、陀螺轉(zhuǎn)子、單框架轉(zhuǎn)軸、單框架驅(qū)動電機和陀螺轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機，其中，所述單框架驅(qū)動電機安裝在所述陀螺支架上并且其通過所述單框架轉(zhuǎn)軸驅(qū)動所述單框架旋轉(zhuǎn)，所述單框架轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動并安裝在所述陀螺支架上，所述陀螺轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機和陀螺轉(zhuǎn)子均安裝在所述單框架上并且所述陀螺轉(zhuǎn)子通過所述陀螺轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)；
[0009]所述控制力矩陀螺群的四個單框架轉(zhuǎn)軸的軸線相交且四者分布在一正四棱錐的四條側(cè)棱上。
[0010]優(yōu)選地，所述殼體內(nèi)壁設(shè)置有兩條導(dǎo)槽并且每條導(dǎo)槽均沿殼體的縱向設(shè)置，所述陀螺支架在對應(yīng)于導(dǎo)槽的位置設(shè)置有多條安裝桿并且每條安裝桿均沿殼體的橫向設(shè)置，每條安裝桿均伸入所述導(dǎo)槽內(nèi)并固定在殼體上。
[0011]優(yōu)選地，每個單框架轉(zhuǎn)軸的軸線與殼體中心線所成的角為60° O
[0012]優(yōu)選地，所述控制力矩陀螺群的四個單框架轉(zhuǎn)軸中，其中兩個單框架轉(zhuǎn)軸的軸線與所述殼體的中心線共面。
[0013]總體而言，通過本發(fā)明所構(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:
[0014]I)本發(fā)明采取四個單框架控制力矩陀螺相互作用的結(jié)構(gòu)，四個單框架控制力矩陀螺按照一定的構(gòu)型組合在一起便組成了控制力矩陀螺群。控制力矩陀螺群內(nèi)部的陀螺轉(zhuǎn)子在圍繞其自身旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的同時，單框架帶動陀螺轉(zhuǎn)子繞單框架轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，迫使陀螺轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸方向在空間發(fā)生改變，從而獲得陀螺力矩，產(chǎn)生陀螺效應(yīng)，陀螺轉(zhuǎn)子角動量產(chǎn)生的反作用力矩作用在陀螺支架上，而陀螺支架固定在航行器的外殼上，進而實現(xiàn)對航行器的姿態(tài)控制。由于控制力矩陀螺群提供的力矩是由陀螺轉(zhuǎn)子的陀螺效應(yīng)產(chǎn)生的，不需要與流場相互作用，所以可以將控制力矩陀螺群內(nèi)置于航行器的外殼內(nèi)，因此它不會破壞航行器體型曲面的完整性，不用直接跟流體接觸，所以不影響航行器的快速性，不存在密封問題，也不存在被腐蝕的問題，也有利于抑制振動噪音；另外，控制力矩陀螺群具有力矩放大功能，無論是在高速還是低速亦或是零動量航行中，都能夠滿足航行器對姿態(tài)控制敏捷性的要求；能實現(xiàn)零回轉(zhuǎn)半徑，有利于狹小空間內(nèi)的作業(yè)，這對于在限制空間內(nèi)作業(yè)的水下機器人具有非常重要的意義。
[0015]2)本發(fā)明的控制力矩陀螺群能夠提供連續(xù)光滑的輸出力矩，這滿足了航行中對敏捷性和精確性的要求，并且能夠在零動量狀態(tài)下實現(xiàn)零回轉(zhuǎn)半徑，極大提高了航行器的機動性。整個航行器控制方便、控制精度高；連接可靠、裝拆方便；殼體強度高和抗海水腐蝕能力強；安裝靈活、方便，可應(yīng)用于水下機器人和水下其他航行體。
[0016]3)本發(fā)明采用合理構(gòu)型的控制力矩陀螺群，能夠提供多個方向的力矩，因此航行體能夠?qū)崿F(xiàn)任意姿態(tài)角的機動?？刂屏赝勇萑河捎趦?nèi)置，不破壞流場的特性，特別有利于航行體抓取容易受流場影響的物體，如微小生物等，也有利于在水下執(zhí)行精細(xì)作業(yè)任務(wù)。
[0017]4)本發(fā)明控制力矩陀螺群在航行體上的布置可以非常靈活，可以集中布置，也可以分散布置。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明撤去殼體中段后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明中殼體的剖面示意圖；
[0020]圖3是圖2中沿A-A線的剖視圖；
[0021]圖4是本發(fā)明中控制力矩陀螺群的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5是本發(fā)明中陀螺支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6是單框架控制力矩陀螺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖7是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0026]參照圖1?圖7，一種水下航行器，包括殼體I及安裝在殼體I上的葉輪組件III，所述殼體I內(nèi)安裝有陀螺組件II，所述陀螺組件II包括陀螺支架16和安裝在陀螺支架16上的控制力矩陀螺群，其中，
[0027]所述控制力矩陀螺群包括四個單框架控制力矩陀螺15，并且每個單框架控制力矩陀螺15均包括單框架29、陀螺轉(zhuǎn)子36、單框架轉(zhuǎn)軸35、單框架驅(qū)動電機13和陀螺轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機22，其中，所述單框架驅(qū)動電機13安裝在所述陀螺支架16上并且驅(qū)動所述單框架29繞單框架轉(zhuǎn)軸35旋轉(zhuǎn)，所述單框架轉(zhuǎn)軸35可轉(zhuǎn)動安裝在所述陀螺支架16上，所述陀螺轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機22和陀螺轉(zhuǎn)子36均安裝在所述單框架29上并且所述陀螺轉(zhuǎn)子36通過所述陀螺轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機22驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；
[0028]所述控制力矩陀螺群的四個單框架轉(zhuǎn)軸35的軸線相交且四者分布在一正四棱錐的四條側(cè)棱上，要使控制力矩陀螺群具有對航行體三軸的姿態(tài)控制能力，理論上是需要三個單框架控制力矩陀螺15組成控制力矩陀螺群。進一步，若要求控制力矩陀螺群有足夠的三軸姿態(tài)控制能力，則需要有一定的冗余數(shù)量的單框架控制力矩陀螺。控制力矩陀螺群包含冗余的單框架控制力矩陀螺數(shù)量越大，則其姿態(tài)控制能力越強。但是考慮到水下航行體空間，所以采用具有最小冗余系統(tǒng)的控制力矩陀螺群，即由四個單框架控制力矩陀螺15組成的金字塔構(gòu)型的控制力矩陀螺群。而軸線分布在正四棱錐的四條側(cè)棱上，這樣可以使控制力矩陀螺群可控角動量大，冗余性高，壽命長，機動性能強。
[0029]進一步，所述殼體I內(nèi)壁設(shè)置有兩條導(dǎo)槽12并且每條導(dǎo)槽12均沿殼體I的縱向設(shè)置，所述陀螺支架16在對應(yīng)于導(dǎo)槽12的位置設(shè)置有多條安裝桿21并且每條安裝桿21均沿殼體I的橫向設(shè)置，每條安裝桿21均伸入所述導(dǎo)槽12內(nèi)并固定在殼體I上，這樣便于陀螺支架16的安裝。
[0030]進一步，每個單框架轉(zhuǎn)軸35的軸線與殼體I中心線所成的角為60°，這樣可以使控制力矩陀螺群在三個坐標(biāo)軸上的最大角動量吸收能力盡可能相近。
[0031]進一步，所述控制力矩陀螺群的四個單框架轉(zhuǎn)軸35中，其