双自由度舵机执行机构冲击载荷的仿真分析

张雄科，王 中，范 辉，杨贺然，王俊昌，汤伟江

(中国船舶集团有限公司第705研究所，陕西西安710077)

0 引 言

超高速水下航行体利用超空泡技术具有的减阻效应，实现了超高速航行。在超高速航行体的航行过程中，加速段是空泡形成阶段[1]，该阶段空泡由局部空泡发展为超空泡，雷体的流体动力特性发生很大改变[2]，航速在0.08 s内从30 kn迅速增长到200 kn左右。

航速跨度大时，常规舵机舵面因处于全沾湿状态，舵机伺服系统无法到达操舵要求，而双自由度舵机伺服系统，不仅可以控制舵面偏转改变舵角，还能通过减小舵面的沾湿面积改变舵效，满足超高速航行体的控制要求。

在航速迅速变化过程中，舵板会承受水流产生的瞬态冲击载荷，由于舵面直接与双自由度舵机传动机构相连，所以校核齿轮箱与传动机构的抗冲击能力是必要的。

1 旋转机构

旋转机构是控制舵面偏转改变舵角的执行机构，设计中采用了九级齿轮减速机构，减速比约为803。机构输出轴的轴端通过过渡块与舵板固定连接，连接方式均为螺栓连接，装配图如图1所示。

1.1 旋转机构强度校核

超高速航行体在加速阶段，舵板上的瞬态冲击载荷会对旋转结构产生影响。根据经验，对机构最后一级传动与齿轮箱影响最大，通过三维建模软件UG导出实体模型，并导入到Ansysworkbench软件中进行仿真分析[3]，验证结构在冲击下的瞬态动力学响应。

图 1舵板装配图Fig. 1 Rudder plate assembly draw ing

1.1.1 模型前处理

瞬态动力学分析是在随时间变化载荷下分析结构变化并确定动态响应的分析方式。……