1.本发明属于水下航行器控制领域，更具体地，涉及一种用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构。
背景技术：2.在海洋事业日益发展重要的今天，对水下航行器的研究引起了越来越多的关注。水下航行器现主要应用于环境研究、军事探查等领域。泵喷推进器是一种通过水下航行器的驱动轴来提供动力的推进器，相比于一般的螺旋桨推进器，泵喷推进器有更低的噪声以及更高的低噪声航速。对泵喷推进装置的研究是船舶领域的一个重要研究方向，但目前泵喷推进装置的操纵性能和控制效率较差。
3.矢量推进技术是现今世界顶尖战斗机所应用的尖端科技，采用矢量推进装置的战斗机的发动机喷口既能产生高速气流，又能使气流进行360
°
偏转。矢量控制机构能够使喷口流体的一部分推力变为转向所用力，这样能够提升战斗机的转向能力。据此可以考虑设计一种结合矢量推进技术的水下航行器控制机构，该控制机构采用一种全新的转向控制方式，使航行器拥有更佳的操纵性能。
技术实现要素：4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，其目的在于，将泵喷推进技术与矢量推进技术相结合，使水下航行器转向控制机构同时拥有泵喷推进器的高速低噪声特性以及矢量推进器的高效率控制特性。
5.为实现上述目的，本发明提出了一种用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，包括导流板组件和驱动组件，其中：
6.所述导流板组件包括多个导流板，该导流板为曲面结构，多个导流板且沿泵喷推进器的喷口外壁周向设置；所述驱动组件包括多个驱动结构，该驱动结构与所述导流板一一对应，多个驱动结构用于分别调整各导流板的转动角度，从而产生全方位且大小可调的转向力。
7.作为进一步优选的，所述驱动结构包括依次连接的液压缸缸筒、液压缸活塞杆和传动连杆，其中，所述液压缸缸筒固定在所述喷口外壁上，所述传动连杆通过铰链安装板与所述导流板连接。
8.作为进一步优选的，所述传动连杆通过铰链安装板安装在所述导流板的底端中部；所述导流板底部两侧也固定有铰链安装板，该两侧的铰链安装板与喷口外壁上对应位置的凸起铰接。
9.作为进一步优选的，所述液压缸活塞杆、传动连杆和导流板1所组成的结构自由度为1。
10.作为进一步优选的，所述液压缸缸筒的液压控制回路中采用钢制油管。
11.作为进一步优选的，所述导流板的板厚由底部向顶部逐渐由厚变薄。
12.作为进一步优选的，所述导流板共有四个，且两两对称布置在喷口外壁上。
13.作为进一步优选的，所述导流板转动过程中彼此之间不发生干涉碰撞，且当四个导流板向喷口内部转动至极限位置时，共同形成部分闭合的圆锥面。
14.作为进一步优选的，所述导流板转动到极限位置时，其相对喷口出水平面的转动角度为
±
30
°
。
15.作为进一步优选的，通过矢量输入工具控制所述导流板的转动角度，进而控制转向力的大小与方向。
16.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
17.1.本发明将泵喷推进技术与矢量推进技术相结合，使水下航行器转向控制机构同时拥有泵喷推进器的高速低噪声特性以及矢量推进器的高效率控制特性；本发明中多个驱动结构与导流板一一对应，使矢量控制机构可为泵喷式水下航行器提供全方位且大小可调的转向力，实现水下航行器的矢量控制。
18.2.本发明中驱动结构具体为液压驱动，并铰接在导流板底端中部，可快速有效为导流板转动提供准确动力；同时进一步将导流板底部两侧铰接在喷口外壁上，从而提高转动的稳定性和准确性。
19.3.本发明将导流板的板厚设计为由底部向顶部逐渐由厚变薄，可以在节约材料用量、减轻整个机构重量的同时，达到导流板预定的力学性能和方向控制效果。
20.4.本发明综合考虑成本和转向控制效果，优选采用四个导流板，其可以转动实现任意角度的组合，为水下航行器提供任意方向的转向力，且转向力大小可控；同时操作人员可以直接对导流板进行控制。
附图说明
21.图1为本发明实施例用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构结构示意图；
22.图2为本发明实施例单个导流板结构示意图；
23.图3为本发明实施例导流板式矢量控制机构的操纵策略示意图。
24.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-导流板，2-喷口外壁，3-液压缸安装座，4-液压缸缸筒，5-液压缸活塞杆，6-传动连杆，7-活动铰接点，8-固定铰接点。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
26.本发明实施例提供的一种用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，如图1所示，包括导流板组件和驱动组件，其中：
27.所述导流板组件包括多个导流板1，该导流板1为曲面结构，多个导流板1且沿泵喷推进器的喷口外壁2周向设置。所述驱动组件包括多个驱动结构，该驱动结构与所述导流板
1一一对应，多个驱动结构用于分别调整各导流板1相对于泵喷推进器的喷口出水平面的转动角度；从而将泵喷推进器与矢量控制机构结合，为泵喷式水下航行器提供全方位且大小可调的转向力。
28.进一步的，如图2所示，所述导流板1的板厚由底部向顶部逐渐由厚变薄；每个导流板底部外侧的两端和中部均设有铰链安装板，其中，中部的铰链安装板用于连接驱动组件，两端的铰链安装板则与喷口外壁2上对应位置的凸起连接，形成铰接的固定铰接点8。
29.进一步的，所述导流板1共有四个，且两两对称布置在喷口外壁2上。
30.进一步的，所述导流板1转动过程中彼此之间不发生干涉碰撞，且当四个导流板1向喷口内部转动至极限位置时，共同形成部分闭合的圆锥面；所述导流板1转动到极限位置时，其相对于喷口出水平面的转动角度为
±
30
°
。
31.进一步的，所述驱动结构包括依次连接的液压缸缸筒4、液压缸活塞杆5和传动连杆6，其中，所述液压缸缸筒4通过螺栓连接固定在液压缸安装座3上，液压缸安装座3通过螺栓连接安装在所述喷口外壁2上；所述传动连杆6底端与液压缸活塞杆5相连，传动连杆6顶端与导流板1底端中部的铰链安装板相连，形成铰接的活动铰接点7。具体的，液压缸安装位置须与对应导流板相匹配，液压缸缸筒与液压缸活塞杆的中心线必须与导流板中心对称线平行。
32.进一步的，所述液压缸缸筒4在工作过程中保持固定，因此液压系统控制回路中可使用钢制油管，增加系统的安全性与可靠性。
33.进一步的，所述液压缸活塞杆5、传动连杆6和导流板1所组成的机构自由度为1，因此仅能通过控制液压缸活塞杆伸缩来控制导流板转动，活塞杆的伸缩量与导流板的转动角度一一对应，即液压缸活塞杆5的运动行程对应固定的导流板转动角度。
34.通过上述设计，本发明的矢量控制机构中各导流板可以转动实现任意角度的组合，为水下航行器提供任意方向的转向力，且转向力大小可控。导流板的转动角度大小影响其在该方向上所产生力的大小，四个导流板转动角度的比值决定矢量控制机构所产生的转向力的方向。
35.上述矢量控制机构的操纵策略如图3所示，矢量输入信号向量的方向代表矢量控制机构所产生的转向力的方向；矢量输入信号向量的大小代表矢量控制机构所产生的转向力的大小。
36.进一步的，因为转向力的矢量值范围在空间中表达为圆形，而矢量输入信号的输出矢量值为正方形，因此操纵区域存在一部分无效区，即死区。当矢量输入信号值位于无效区时，矢量控制机构所产生的矢量力大小恒为该方向上所能产生的最大值。
37.操作人员在使用上述导流板式水下航行器矢量控制机构时，参照矢量控制机构的控制策略进行操作，具体步骤如下：
38.(1)操作人员检查导流板与驱动机构是否完好，连接件有无松动。
39.(2)操作人员启动液压装置与控制系统，检查控制信号与反馈信号是否正常。
40.(3)矢量控制机构试运行，操作人员通过矢量信号输入工具控制导流板缓慢转动导流板检测其性能。
41.(4)准备就绪后方可开始操纵矢量控制机构。
42.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以
限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，其特征在于，包括导流板组件和驱动组件，其中：所述导流板组件包括多个导流板(1)，该导流板(1)为曲面结构，多个导流板(1)且沿泵喷推进器的喷口外壁(2)周向设置；所述驱动组件包括多个驱动结构，该驱动结构与所述导流板(1)一一对应，多个驱动结构用于分别调整各导流板(1)的转动角度，从而产生全方位且大小可调的转向力。2.如权利要求1所述的用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，其特征在于，所述驱动结构包括依次连接的液压缸缸筒(4)、液压缸活塞杆(5)和传动连杆(6)，其中，所述液压缸缸筒(4)固定在所述喷口外壁(2)上，所述传动连杆(6)通过铰链安装板与所述导流板(1)连接。3.如权利要求2所述的用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，其特征在于，所述传动连杆(6)通过铰链安装板安装在所述导流板(1)的底端中部；所述导流板(1)底部两侧也固定有铰链安装板，该两侧的铰链安装板与喷口外壁(2)上对应位置的凸起铰接。4.如权利要求2所述的用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，其特征在于，所述液压缸活塞杆(5)、传动连杆(6)和导流板1所组成的结构自由度为1。5.如权利要求2所述的用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，其特征在于，所述液压缸缸筒(4)的液压控制回路中采用钢制油管。6.如权利要求1所述的用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，其为特征在于，所述导流板(1)的板厚由底部向顶部逐渐由厚变薄。7.如权利要求1所述的用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，其特征在于，所述导流板(1)共有四个，且两两对称布置在喷口外壁(2)上。8.如权利要求7所述的用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，其特征在于，所述导流板(1)转动过程中彼此之间不发生干涉碰撞，且当四个导流板(1)向喷口内部转动至极限位置时，共同形成部分闭合的圆锥面。9.如权利要求8所述的用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，其特征在于，所述导流板(1)转动到极限位置时，其相对喷口出水平面的转动角度为
±
30
°
。10.如权利要求1-9任一项所述的用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，其特征在于，通过矢量输入工具控制所述导流板(1)的转动角度，进而控制转向力的大小与方向。
技术总结本发明属于水下航行器控制领域，并具体公开了一种用于泵喷推进器的导流板式矢量控制机构，其包括导流板组件和驱动组件，其中：所述导流板组件包括多个导流板，该导流板为曲面结构，多个导流板且沿泵喷推进器的喷口外壁周向设置；所述驱动组件包括多个驱动结构，该驱动结构与所述导流板一一对应，多个驱动结构用于分别调整各导流板相对于喷口出水平面的转动角度，从而产生全方位且大小可调的转向力。本发明将泵喷推进技术与矢量推进技术相结合，使水下航行器转向控制机构同时拥有泵喷推进器的高速低噪声特性以及矢量推进器的高效率控制特性。制特性。制特性。
技术研发人员：李维嘉 姜志强 孙在军 兰秋华
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2022.03.18
技术公布日：2022/7/5
