一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置

1.本发明属于空气动力艇技术领域，特别是涉及一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置。


背景技术：

2.空气动力艇与常规船艇相比，具有多地形通过能力强、移动高速灵活的特点，能够在常规船艇无法进入的浅水沼泽湿地等特殊水域通行，在特种救援、运输等方面具有突出的优势。
3.然而，现有的空气动力艇除了具有上述一些优势外，还存在着一些问题也亟待解决。具体的，现有的空气动力艇为了提高艇体转向时的稳定性，艇体普遍采用宽大平底结构，虽然宽大平底结构的艇体对提高艇体转向稳定性有利，但在一定程度上也会牺牲空气动力艇的机动性能。同时，宽大平底结构的艇体还会导致转弯半径变大，而过大的转弯半径会降低空气动力艇复杂地形的通过能力。
4.另外，还有少部分的空气动力艇通过加装陀螺仪的方式来提高艇体转向时的稳定性，该陀螺仪需要加装在艇体的中心，但是，加装的陀螺仪存在质量大的弊端，并且陀螺仪还需要配套相应的联结装置，不仅会占用大量的艇内空间，而且会占用空气动力艇的载重量份额，导致空气动力艇的载重能力下降。同时，用于提高艇体转向稳定性的陀螺仪还存在使用和维护成本高昂的缺点。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置，在保留传统空气动力艇的优势条件下，实现了空气动力艇的灵活性与稳定性的相对平衡，与加装陀螺仪的空气动力艇相比，无需占用艇内空间，不会占用空气动力艇的载重量份额，避免空气动力艇的载重能力下降，同时具有使用和维护成本低的特点。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置，包括竖直舵板、左水平舵板、右水平舵板、竖直舵板传动机构、竖直舵板操纵杆、左水平舵板传动机构、左水平舵板驱动电机、右水平舵板传动机构及右水平舵板驱动电机；在空气动力艇的螺旋桨防护笼中部后侧铰接有竖直摆转轴，所述竖直舵板固定安装在竖直摆转轴上；所述竖直舵板操纵杆设置在空气动力艇的驾驶座椅的侧方，竖直舵板操纵杆与竖直摆转轴之间通过竖直舵板传动机构进行传动连接；在所述竖直摆转轴左侧的螺旋桨防护笼上铰接有左水平摆转轴，所述左水平舵板固定安装在左水平摆转轴上；所述左水平舵板驱动电机固定设置在空气动力艇的艇体左后部，左水平舵板驱动电机的电机轴通过左水平舵板传动机构与左水平摆转轴进行传动连接；在所述竖直摆转轴右侧的螺旋桨防护笼上铰接有右水平摆转轴，所述右水平舵板固定安装在右水平摆转轴上；所述右水平舵板驱动电机固定设置在空气动力艇的艇体右后部，右水平舵板驱动电机的电机轴通过右水平舵板传动机构与右水平摆转轴进行传动连接。
7.所述左水平舵板与右水平舵板结构尺寸相同且相对于竖直舵板镜像对称分布。
8.所述竖直舵板传动机构采用曲柄连杆机构或滑轮拉绳机构。
9.所述左水平舵板传动机构采用皮带带轮机构或链条链轮机构。
10.所述右水平舵板传动机构采用皮带带轮机构或链条链轮机构。
11.在空气动力艇的控制台内设置有艇体姿态传感器，艇体姿态传感器与控制台内的中央处理器进行电连接。
12.所述左水平舵板驱动电机和右水平舵板驱动电机与空气动力艇控制台内的中央处理器进行电连接。
13.在所述竖直摆转轴、左水平摆转轴和右水平摆转轴上均设置有角度传感器，所有的角度传感器均与空气动力艇控制台内的中央处理器进行电连接。
14.本发明的有益效果：
15.本发明的基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置，在保留传统空气动力艇的优势条件下，实现了空气动力艇的灵活性与稳定性的相对平衡，与加装陀螺仪的空气动力艇相比，无需占用艇内空间，不会占用空气动力艇的载重量份额，避免空气动力艇的载重能力下降，同时具有使用和维护成本低的特点。
附图说明
16.图1为本发明的基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置的结构示意图(俯视视角)；
17.图2为安装有本发明的基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置的空气动力艇结构示意图(侧视视角)；
18.图中，1—竖直舵板，2—左水平舵板，3—右水平舵板，4—竖直舵板传动机构，5—竖直舵板操纵杆，6—左水平舵板传动机构，7—左水平舵板驱动电机，8—右水平舵板传动机构，9—右水平舵板驱动电机，10—竖直摆转轴，11—螺旋桨防护笼，12—驾驶座椅，13—左水平摆转轴，14—艇体，15—右水平摆转轴，16—控制台。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
20.如图1、2所示，一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置，包括竖直舵板1、左水平舵板2、右水平舵板3、竖直舵板传动机构4、竖直舵板操纵杆5、左水平舵板传动机构6、左水平舵板驱动电机7、右水平舵板传动机构8及右水平舵板驱动电机9；在空气动力艇的螺旋桨防护笼11中部后侧铰接有竖直摆转轴10，所述竖直舵板1固定安装在竖直摆转轴10上；所述竖直舵板操纵杆5设置在空气动力艇的驾驶座椅12的侧方，竖直舵板操纵杆5与竖直摆转轴10之间通过竖直舵板传动机构4进行传动连接；在所述竖直摆转轴10左侧的螺旋桨防护笼11上铰接有左水平摆转轴13，所述左水平舵板2固定安装在左水平摆转轴13上；所述左水平舵板驱动电机7固定设置在空气动力艇的艇体14左后部，左水平舵板驱动电机7的电机轴通过左水平舵板传动机构6与左水平摆转轴13进行传动连接；在所述竖直摆转轴10右侧的螺旋桨防护笼11上铰接有右水平摆转轴15，所述右水平舵板3固定安装在右水平摆转轴15上；所述右水平舵板驱动电机9固定设置在空气动力艇的艇体14右后部，右水平舵板驱动
电机9的电机轴通过右水平舵板传动机构8与右水平摆转轴15进行传动连接。
21.所述左水平舵板2与右水平舵板3结构尺寸相同且相对于竖直舵板1镜像对称分布。
22.所述竖直舵板传动机构4采用曲柄连杆机构或滑轮拉绳机构。
23.所述左水平舵板传动机构6采用皮带带轮机构或链条链轮机构。
24.所述右水平舵板传动机构8采用皮带带轮机构或链条链轮机构。
25.在空气动力艇的控制台16内设置有艇体姿态传感器，艇体姿态传感器与控制台16内的中央处理器进行电连接。
26.所述左水平舵板驱动电机7和右水平舵板驱动电机9与空气动力艇控制台16内的中央处理器进行电连接。
27.在所述竖直摆转轴10、左水平摆转轴13和右水平摆转轴15上均设置有角度传感器，所有的角度传感器均与空气动力艇控制台16内的中央处理器进行电连接。
28.下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
29.首先通过控制台16启动空气动力艇的螺旋桨，螺旋桨采用汽油发动机进行驱动，通过高速旋转的螺旋桨为空气动力艇提供航行动力。
30.当螺旋桨启动后，轻踩控制台16下方设有油门踏板，逐渐增大螺旋桨的转速，随着螺旋桨的转速逐渐提高，螺旋桨输出的推力也逐渐增大，在螺旋桨的推力作用下，空气动力艇的艇体14开始移动。
31.在艇体14移动的初始阶段，如果希望空气动力艇向前直线航行，此时控制竖直舵板操纵杆5移动，通过竖直舵板传动机构4带动竖直摆转轴10转动，进而带动竖直舵板1左右摆转，此时可通过控制台16上的仪表对竖直舵板1的摆转角度进行实审显示，为了满足直线航行需要，将竖直舵板1的摆转角度调整到0度即可。
32.同理，若希望空气动力艇向左前方或右前方转向航行，同样需要控制竖直舵板操纵杆5移动，使控制台16上的仪表显示竖直舵板1的摆转角度为-45度或+45度，此时螺旋桨产生的推力作用到竖直舵板1后，会对竖直舵板1产生一个转向力矩，在转向力矩作用下，当艇体14转向到目标航行后，重新将竖直舵板1的摆转角度恢复到0度即可，此时空气动力艇就可以沿着目标航行直线航行了。
33.在空气动力艇高速航行过程中，当需要进行快速转弯时，参照空气动力艇在启动阶段的转向操作即可，即通过操作竖直舵板操纵杆5来调节竖直舵板1的摆转角度，但由于空气动力艇的航行速度较快，在艇体14向左或向右转弯时，转向力矩会导致艇体14整体向左侧或右侧发生倾斜，如果倾斜角度过大，很容易导致艇体14倾覆。为了抑制艇体14因高速转弯时的倾斜幅度，可由艇体姿态传感器实审检测艇体14的姿态数据，当控制台16内的中央处理器接收到的姿态数据超过设定阈值时，控制台16会第一时间向左水平舵板驱动电机7和右水平舵板驱动电机9发出启动指令。
34.当左水平舵板驱动电机7接收启动指令后，左水平舵板驱动电机7会通过左水平舵板传动机构6带动左水平摆转轴13转动，进而带动左水平舵板2向上或向下摆转设定角度。同时，当右水平舵板驱动电机9接收启动指令后，右水平舵板驱动电机9会通过右水平舵板传动机构8带动右水平摆转轴15转动，进而带动右水平舵板3向下或向上摆转设定角度。
35.通过左水平舵板2和右水平舵板3的配合摆转，当螺旋桨输出的高速气流通过左水
平舵板2和右水平舵板3时，会相应产生一个抵抗艇体14倾斜的下压力，使艇体14维持相对水平状态，从而避免艇体14因倾斜角度过大而发生倾覆，最终保证了空气动力艇的灵活性与稳定性的相对平衡。
36.除此之外，在空气动力艇正常航行过程中，如果遇到大风或大浪，也会导致艇体14发生无规律的倾斜摇摆，也增大了空气动力艇的倾覆风险。此时同样由艇体姿态传感器实审检测艇体14的姿态数据，并且控制台16内的中央处理器接收到姿态数据后，会实时与设定的阈值进行比较，并通过控制台16动态的向左水平舵板驱动电机7和右水平舵板驱动电机9发出启动指令，进而控制左水平舵板2和右水平舵板3动态调整摆转角度和方向，并根据艇体14倾斜的倾斜状态，动态的产生抵抗艇体14倾斜的下压力，使空气动力艇在风浪中尽可能的维持相对稳定，从而降低艇体14在风浪中发生倾覆的风险。
37.实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

技术特征：
1.一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置，其特征在于：包括竖直舵板、左水平舵板、右水平舵板、竖直舵板传动机构、竖直舵板操纵杆、左水平舵板传动机构、左水平舵板驱动电机、右水平舵板传动机构及右水平舵板驱动电机；在空气动力艇的螺旋桨防护笼中部后侧铰接有竖直摆转轴，所述竖直舵板固定安装在竖直摆转轴上；所述竖直舵板操纵杆设置在空气动力艇的驾驶座椅的侧方，竖直舵板操纵杆与竖直摆转轴之间通过竖直舵板传动机构进行传动连接；在所述竖直摆转轴左侧的螺旋桨防护笼上铰接有左水平摆转轴，所述左水平舵板固定安装在左水平摆转轴上；所述左水平舵板驱动电机固定设置在空气动力艇的艇体左后部，左水平舵板驱动电机的电机轴通过左水平舵板传动机构与左水平摆转轴进行传动连接；在所述竖直摆转轴右侧的螺旋桨防护笼上铰接有右水平摆转轴，所述右水平舵板固定安装在右水平摆转轴上；所述右水平舵板驱动电机固定设置在空气动力艇的艇体右后部，右水平舵板驱动电机的电机轴通过右水平舵板传动机构与右水平摆转轴进行传动连接。2.根据权利要求1所述的一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置，其特征在于：所述左水平舵板与右水平舵板结构尺寸相同且相对于竖直舵板镜像对称分布。3.根据权利要求1所述的一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置，其特征在于：所述竖直舵板传动机构采用曲柄连杆机构或滑轮拉绳机构。4.根据权利要求1所述的一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置，其特征在于：所述左水平舵板传动机构采用皮带带轮机构或链条链轮机构。5.根据权利要求1所述的一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置，其特征在于：所述右水平舵板传动机构采用皮带带轮机构或链条链轮机构。6.根据权利要求1所述的一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置，其特征在于：在空气动力艇的控制台内设置有艇体姿态传感器，艇体姿态传感器与控制台内的中央处理器进行电连接。7.根据权利要求1所述的一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置，其特征在于：所述左水平舵板驱动电机和右水平舵板驱动电机与空气动力艇控制台内的中央处理器进行电连接。8.根据权利要求1所述的一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置，其特征在于：在所述竖直摆转轴、左水平摆转轴和右水平摆转轴上均设置有角度传感器，所有的角度传感器均与空气动力艇控制台内的中央处理器进行电连接。

技术总结
一种基于双向舵板的空气动力艇姿态调节装置，包括竖直舵板、左/右水平舵板、竖直舵板传动机构、竖直舵板操纵杆、左/右水平舵板传动机构及左/右水平舵板驱动电机；螺旋桨防护笼中部后侧铰接有竖直摆转轴，竖直舵板固装在竖直摆转轴上；竖直舵板操纵杆设置在驾驶座椅侧方，其与竖直摆转轴通过竖直舵板传动机构连接；竖直摆转轴左/右侧设有左/右水平摆转轴，左/右水平舵板固装在左/右水平摆转轴上；左/右水平舵板驱动电机固设在艇体左/右后部，左/右水平舵板驱动电机与左/右水平摆转轴通过左/右水平舵板传动机构连接；控制台内设有艇体姿态传感器；竖直摆转轴、左/右水平摆转轴上设有角度传感器，传感器与控制台内的中央处理器电连接。器电连接。器电连接。


技术研发人员：唐传茵 闫羽 尚海江 夏冀沣
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2022.12.20
技术公布日：2023/5/4