畢業(yè)設計論文 環(huán)繞式變距無軸推進器設計與初步試驗研究

1、<p>　　16屆畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　環(huán)繞式變距無軸推進器設計與初步試驗研究</p><p>　　系 部： 船舶與建筑工程學院 </p><p><b>　　專業(yè)名稱：</b></p><p><b>　　班 級：</b></p><p&g

2、t;<b>　　學 號：</b></p><p><b>　　作 者: </b></p><p><b>　　指導教師: </b></p><p>　　環(huán)繞式變距無軸推進器設計與初步試驗研究</p><p>　　Design and experimental stu

3、dy of surrounded-adjustable rim driven thrusters</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　環(huán)繞式變距無軸推進器是一種環(huán)繞于水下艇體，且不需要舵設備的推進器，其依靠螺距的改變來改變速度大小和方向，還能有一些特殊航態(tài)。其結(jié)合了變距推進器的優(yōu)勢，也擁有無軸輪緣推進器的優(yōu)勢。主要用于水下運輸和水下觀光

4、，未來還帶算運用于水下救援和水下維修。</p><p>　　本文主要運用變距推進器和無軸輪緣推進器的工作原理完成了環(huán)繞式變距無軸推進器的設計和模型制作，并通過預先設定的程序使模型完成直線航行、曲線航行和側(cè)移等航態(tài)。首先根據(jù)其原理完成了環(huán)繞式變距無軸推進器的設計方案。其次完成模型的制作，制作過程包括壓載水艙模塊、動力模塊、艇體和電氣四大部分。最后完成了環(huán)繞式變距無軸推進器模型的制作、試驗以及改進。</p>

5、;<p>　　關(guān)鍵詞：變距槳；無軸推進器；輪緣推進器；環(huán)繞式；水下推進器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Wrap around variable pitch propeller shaft is a surround in the underwater hull, and does not require a

6、rudder propeller, which relies on the pitch change the magnitude and direction of velocity, still can have some special navigation state. It combines the advantages of variable pitch propeller, also has an advantage of p

7、ropeller shaft flange. Mainly used for underwater transport and underwater tourism, the future is also used for underwater rescue and underwater repair. </p><p>　　In this paper, the use of variable pitch pro

8、peller and shaft flange propeller works completed a wrap around variable pitch propeller shaft design and model making, and that causes the model to complete the line navigation, navigation curve and lateral shift naviga

9、tion state by preset programs. According to its principle, the design scheme of the surround type variable pitch propeller is completed. Secondly, model making, the production process including ballast water tank module,

10、 power module, h</p><p>　　Keywords:CCP(controllable pitch propulsion plant); shiftless rim-driven thruster; surrounded; Thruster</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘

11、 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p>　　第一章 緒 論1</p><p><b>　　1.1研究背景1</b></p><p>　　1.1.1 無軸推進器的研

12、究背景1</p><p>　　1.1.2 變距推進器的研究背景1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1 國外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 本文研究的主要內(nèi)容2</p><p>　　1.4

13、 本章小結(jié)3</p><p>　　第二章 環(huán)繞式變距無軸推進器的原理4</p><p><b>　　2.1 引言4</b></p><p>　　2.2 環(huán)繞式變距無軸推進器的背景技術(shù)4</p><p>　　2.3 環(huán)繞式變距無軸推進器的原理概述4</p><p>　　2.3 環(huán)繞式變距無

14、軸推進器的發(fā)明目的5</p><p>　　2.4 環(huán)繞式變距無軸推進器的技術(shù)方案5</p><p>　　2.5 環(huán)繞式變距無軸推進器的優(yōu)點7</p><p>　　2.6 本章小結(jié)7</p><p>　　第三章 環(huán)繞式變距無軸推進器的設計方案確定8</p><p><b>　　3.1 引言8<

15、/b></p><p>　　3.2 設計方案初定8</p><p>　　3.2.1 結(jié)構(gòu)設計方案8</p><p>　　3.2.2 運動設計方案8</p><p>　　3.3 基于Fluent軟件的流體仿真8</p><p>　　3.3.1 仿真前數(shù)據(jù)收集8</p><p>　　

16、3.3.2 Gambit模型繪制和網(wǎng)格劃分9</p><p>　　3.3.3 Fluent數(shù)值模擬10</p><p>　　3.3.4 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)處理11</p><p>　　3.4結(jié)構(gòu)設計11</p><p>　　3.4.1初步結(jié)構(gòu)設計11</p><p>　　3.4.2 結(jié)構(gòu)設計的確定12</p

17、><p>　　3.5 結(jié)構(gòu)設計的合理性計算12</p><p>　　3.6 本章小結(jié)13</p><p>　　第四章 環(huán)繞式變距無軸推進器模型的試驗準備14</p><p><b>　　4.1 引言14</b></p><p>　　4.2 模型制作材料的選擇及確定14</p>

18、<p>　　4.2.1 模型制作材料的選擇14</p><p>　　4.2.2 模型制作材料的確定17</p><p>　　4.3 壓載水艙模塊的制作過程19</p><p>　　4.4 動力模塊的制作過程21</p><p>　　4.4.1 艇內(nèi)部分的制作過程22</p><p>　　4.4.2

19、艇外槳葉軌道的制作過程29</p><p>　　4.4.3 動力模塊的整體安裝34</p><p>　　4.5 艇體的制作過程34</p><p>　　4.6 艇內(nèi)電氣部分的制作過程35</p><p>　　4.7 推進器程序設計36</p><p>　　4.7.1步進電機控制程序36</p>

20、<p>　　4.7.2旋轉(zhuǎn)支架控制程序37</p><p>　　4.7.3中部燈光及電機控制程序41</p><p>　　4.8 本章小結(jié)44</p><p>　　第五章 環(huán)繞式變距無軸推進器的試驗及改進45</p><p><b>　　5.1 引言45</b></p><p&g

21、t;　　5.2 壓載水艙進排水的實驗及改進45</p><p>　　5.2.1 壓載水艙進排水的實驗45</p><p>　　5.2.2 壓載水艙進排水的改進45</p><p>　　5.3 動力模塊的實驗及改進46</p><p>　　5.3.1 動力模塊的實驗46</p><p>　　5.3.2 主軸電機

22、的改進46</p><p>　　5.3.3 電機接頭的改進47</p><p>　　5.4 無線通信的試驗及改進48</p><p>　　5.4.1 無線通信的試驗48</p><p>　　5.4.2 無線通信的改進48</p><p>　　5.5 增加vb上位機48</p><p>

23、;　　5.5 下水試驗49</p><p><b>　　總 結(jié)51</b></p><p><b>　　致 謝52</b></p><p><b>　　參考文獻53</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p>

24、;<p><b>　　1.1研究背景</b></p><p>　　1.1.1 無軸推進器的研究背景</p><p>　　近年來，隨著世界各國之間貿(mào)易的加強，海上貨運量增加，船舶數(shù)量、噸位也隨之提升。但隨著船舶大型化的發(fā)展，傳統(tǒng)船舶推進系統(tǒng)己經(jīng)逐漸顯現(xiàn)出它的劣勢，無法更好地滿足工作要求。在傳統(tǒng)推進系統(tǒng)中，主機、推進軸系、螺旋槳等是不可或缺的裝置。而隨著主機

25、單機功率的增大，其體積也隨之增大，推進軸系長度更是增至幾十米甚至百米，部分船艙被占用，導致空間利用率低下。同時，由于推進軸系長度的增加，結(jié)構(gòu)日趨復雜，在能量傳遞過程中損耗增大，傳遞效率降低，增加了船舶的設計難度和建造成本。這些缺陷導致人們逐漸將目光轉(zhuǎn)向更加先進的無軸推進系統(tǒng)。</p><p>　　1.1.2 變距推進器的研究背景</p><p>　　著造船工業(yè)的發(fā)展以及遙控技術(shù)的日益完善，

26、可調(diào)螺距槳（調(diào)距槳）推進裝置的應用越來越廣泛[1]。船舶調(diào)距槳推進裝置由于其槳葉角度（即螺距角）連續(xù)可調(diào)，使得主機負荷、推力大小和方向在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，因此可以大大改善船舶在各種航行工況下的推進效率，提高船舶的可靠性能和機動性能，延長主機的壽命。當船舶主機在部分負荷下運行時，可通過主機轉(zhuǎn)速和螺距比H/D的優(yōu)化匹配，既能使動力裝置具有較高的效率，又可提高船舶的續(xù)航力和經(jīng)濟性。通過調(diào)節(jié)螺距，不但可控制航速，還可以實現(xiàn)船舶的倒航，使之具有

27、更好的機動性和操縱性，提高船舶的自動化程度。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　2004年，美國的Schilling Robitics公司開發(fā)的5葉推進器，輸入電壓600V，功率7.5kW，輸出轉(zhuǎn)速1000r/min，額定推力為2000N，其主要特點是無需水密，允許海水通過電機內(nèi)部，有助于降

28、低電機溫度，提高電機功率密度。2005年，挪威Brun-voll公司開發(fā)了大型4葉輪緣推進器，輸出功率100kW，其特點在于靈活性強、耐用度高；通過選用多槽式電機，通過永磁體的旋轉(zhuǎn)帶動螺旋槳運轉(zhuǎn)；其軸承采用磁性流體軸承，減少維修和污染問題；根據(jù)安裝位置設計導流罩，以減少噪聲和振動。2006年，荷蘭的Vander Velden Marine System公司開發(fā)了管道式7葉無輪轂驅(qū)動推進器，并在此基礎上開發(fā)了一系列多種規(guī)格的產(chǎn)品，螺旋槳直

29、徑從0.45-1.05m，輸出功率30-295kW，整體體積相對于其他產(chǎn)品較薄，并可與其他機械手臂相連，增加運動自由度。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　702研究所主要就輪緣推進器的水動力特性進行研究，包括螺旋槳的樣式?外部導流罩的形狀及其對推進效率的影響。臺灣的成功大學在2008年研制一臺小型輪緣驅(qū)動推進器的樣機，但其功率較小，體積較大，只能用于小型無

30、人潛水器中?</p><p>　　1.3 本文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本文主要研究設計水下環(huán)繞式變距無軸推進器的模型設計、模型具體制作過程。以及模型試驗，試驗后對模型的改進。</p><p><b>　?。?）模型的設計</b></p><p>　　參考對比國內(nèi)外無軸輪緣推進系統(tǒng)的模型制作與運行原理結(jié)合流體力

31、學，機械設計，控制設計等多方面考慮因素設計環(huán)繞式變距無軸推進器模型。</p><p>　?。?）模型具體制作過程</p><p>　　根據(jù)模型設計及具體制作環(huán)境和設備、材料等講解模型的具體制作過程。</p><p><b>　?。?）下水試驗</b></p><p>　　在模型制作過程中，不斷進行具體試驗，看是否符合設計

32、原則。在最終模型試驗結(jié)束后，整體下水進行試驗，測試浮沉狀態(tài)，運行姿態(tài)。</p><p><b>　　（4）模型改進</b></p><p>　　試驗結(jié)束后針對試驗結(jié)果對槳葉外形、動力裝置、控制系統(tǒng)進行改進。</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章通過分析國內(nèi)外

33、無軸輪緣推進系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、研究背景，揭示了課題研究的意義。最后，概述模型制作的目標和內(nèi)容。本文的研究目標是環(huán)繞式變距無軸推進器模型的模型設計選型，模型具體制作過程以及模型的試驗和改進。</p><p>　　第二章 環(huán)繞式變距無軸推進器的原理</p><p><b>　　2.1 引言</b></p><p>　　本章主要描述環(huán)繞式變距無軸推進器

34、的背景技術(shù)、原理、技術(shù)方案和優(yōu)勢。其中非常具體的闡述了環(huán)繞式變距無軸推進器的技術(shù)方案。</p><p>　　2.2 環(huán)繞式變距無軸推進器的背景技術(shù)</p><p>　　現(xiàn)有技術(shù)中定距螺旋槳推進是實現(xiàn)水面和水下船舶航行推進方式的現(xiàn)有技術(shù)之一，定距螺旋槳雖然結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟安全，但它不能在各種工況下充分發(fā)揮其作用，實踐證明定距螺旋槳成了卡住船舶進一步提高航速等性能的重大障礙，為了滿足現(xiàn)代船舶大型

35、化、高速化的需求，極需一種具有強勁推進力，并且能節(jié)省能源，工藝結(jié)構(gòu)設計合理的船舶航行推進裝置，來取代現(xiàn)在廣泛采用的定距螺旋槳推進裝置。</p><p>　　然而變距螺旋槳作為一種新型的推進系統(tǒng)，在船舶推進器中所占的比重逐年擴大，傳統(tǒng)的變距螺旋槳推進器尺寸都比較小，為達到一定推力，轉(zhuǎn)速高，增加了空泡效應，使螺旋槳腐蝕加快。</p><p>　　2.3 環(huán)繞式變距無軸推進器的原理概述</

36、p><p>　　環(huán)繞式變距無軸推進器特征在于，包括設于水下航行體體周的固定支架，設于固定支架上的驅(qū)動電機，與驅(qū)動電機輸出端固定連接的轉(zhuǎn)動支架，若干個設于轉(zhuǎn)動支架上的驅(qū)動磁鐵，以及設于轉(zhuǎn)動支架外側(cè)、并通過從動支架與驅(qū)動電機輸出端轉(zhuǎn)動連接的漿轂；在所述漿轂外側(cè)通過舵機固定有8個漿葉，在漿轂內(nèi)側(cè)設有若干個與驅(qū)動磁鐵一一對應設置的從動磁鐵，驅(qū)動電機帶動轉(zhuǎn)動支架上的驅(qū)動磁鐵轉(zhuǎn)動，同時驅(qū)動磁鐵和從動磁鐵間的磁力帶動漿轂上的槳葉旋

37、轉(zhuǎn)；本發(fā)明的優(yōu)點在于，本發(fā)明通過舵機改變槳葉的方向，從而改變螺距，實現(xiàn)快速倒車而避免采用反轉(zhuǎn)機構(gòu)，可以保證驅(qū)動電機在任何工況下發(fā)出全功率，大大增加了船舶的機動性和經(jīng)濟性。</p><p>　　圖2-1 推進器原理圖</p><p>　　2.3 環(huán)繞式變距無軸推進器的發(fā)明目的</p><p>　　提供一種加大了螺旋槳的尺寸，使其環(huán)繞于體周，且可調(diào)節(jié)螺距角，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向、升

38、沉和側(cè)移，進而提高螺旋槳的推進效率的環(huán)繞式變距無軸推進器。</p><p>　　2.4 環(huán)繞式變距無軸推進器的技術(shù)方案</p><p>　　環(huán)繞式變距無軸推進器包括設于水下航行體體周的固定支架，設固定支架上的驅(qū)動電機，與驅(qū)動電機輸出端固定連接的轉(zhuǎn)動支架，若干個設于轉(zhuǎn)動支架上的驅(qū)動磁鐵，以及設于轉(zhuǎn)動支架外側(cè)、并通過從動支架與驅(qū)動電機輸出端轉(zhuǎn)動連接的漿轂；在漿轂外側(cè)通過舵機固定有若干個漿葉，在

39、漿轂內(nèi)側(cè)設有若干個與驅(qū)動磁鐵一一對應設置的從動磁鐵，驅(qū)動電機帶動轉(zhuǎn)動支架上的驅(qū)動磁鐵轉(zhuǎn)動，同時驅(qū)動磁鐵和從動磁鐵間的磁力帶動漿轂上的槳葉旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　轉(zhuǎn)動支架上設有激光信號發(fā)射裝置，在漿轂內(nèi)側(cè)設有與激光信號發(fā)射裝置對應設置的激光信號接收裝置。</p><p>　　驅(qū)動磁鐵和從動磁鐵均選自N極或S極磁鐵，且支架上的N極、S極磁鐵和漿轂內(nèi)側(cè)的N極、S極磁鐵均交替布置。</p

40、><p>　　漿轂內(nèi)還包括設于漿轂內(nèi)的單片機，單片機控制舵機。</p><p>　　轉(zhuǎn)動支架由若干個一端與驅(qū)動電機輸出端固定連接、且徑向設置的連桿組成，驅(qū)動磁鐵固定于連桿的另一端上。</p><p>　　漿轂外側(cè)設有8個槳葉。</p><p>　　驅(qū)動電機為伺服電機。</p><p>　　漿轂外表面呈流線型設置。</

41、p><p>　　圖2-2本發(fā)明結(jié)構(gòu)主視圖（左上）、結(jié)構(gòu)后視圖（右上）和結(jié)構(gòu)立體圖（下）</p><p>　　1固定支架，2驅(qū)動電機，3轉(zhuǎn)動支架，4驅(qū)動磁鐵，5從動支架，</p><p>　　6漿轂，7舵機，8漿葉，9激光信號發(fā)射裝置，10激光信號接收裝置。</p><p>　　2.5 環(huán)繞式變距無軸推進器的優(yōu)點</p><p&

42、gt;　　1．本發(fā)明通過舵機改變槳葉的方向，從而改變螺距，實現(xiàn)快速倒車而避免采用反轉(zhuǎn)機構(gòu)，可以保證驅(qū)動電機在任何工況下發(fā)出全功率，大大增加了船舶的機動性和經(jīng)濟性；</p><p>　　2．本發(fā)明漿轂和艇體完全獨立，漿轂及艇內(nèi)各部件分開設置，方便拆裝、檢修、維護；</p><p>　　3．本發(fā)明噪音小可應用于軍事領域，亦可運用于潛艇輔助動力、潛艇救援、海洋打撈，在航行體內(nèi)搭載海洋傳感器（熱電

43、偶、鹽度計、濁度計、溶解氧傳感器等），可應用于海洋探測等許多方面；</p><p>　　4．本發(fā)明還可以應用到水下觀測網(wǎng)絡中，作為網(wǎng)絡節(jié)點，進行探測，合理設置通訊模塊，采用多個推進器組成團隊，協(xié)同作業(yè)也是未來作品發(fā)展的良好前景。</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章通過描述環(huán)繞式變距無軸推進器的背景技術(shù)

44、、原理概述、技術(shù)方案和優(yōu)點具體地說明了環(huán)繞式變距無軸推進器的構(gòu)造和運行方式，為模型制作提供了技術(shù)的支持和理論的鋪墊</p><p>　　第三章 環(huán)繞式變距無軸推進器的設計方案確定</p><p><b>　　3.1 引言</b></p><p>　　本章主要根據(jù)無軸輪緣推進器和可變距推進器的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，找到其優(yōu)點和缺點。得到相應結(jié)論，同

45、時構(gòu)思初步設計方案。根據(jù)實際確定本模型的最終設計方案和運行原理。</p><p>　　3.2 設計方案初定</p><p>　　3.2.1 結(jié)構(gòu)設計方案</p><p>　　方案初定是模仿無軸輪緣推進器的工作原理，結(jié)合變距槳的工作原理進行設計和制作。</p><p>　　方案初定將漿轂設于水下艇體的體周，艇體內(nèi)側(cè)設電磁鐵，利用步進電機的原理，

46、通過磁鐵磁性帶動漿轂轉(zhuǎn)動，在漿轂上安裝舵機，其上安裝槳葉。</p><p>　　為了使水下艇能夠更好的浮沉，在艇首和艇尾各安裝一只壓載水箱，以便讓推進器更好的工作。</p><p>　　3.2.2 運動設計方案</p><p>　　推進器總體有兩種運行狀態(tài)：</p><p>　　1、通過改變所有槳葉的角度，可以在漿轂旋轉(zhuǎn)速度一定的條件下改變速

47、度和航向，可在不同工況下輸出最大功率。</p><p>　　2、通過改變一側(cè)槳葉的角度，可以實現(xiàn)艇體在水下的轉(zhuǎn)向、浮沉、側(cè)移。</p><p>　　3.3 基于Fluent軟件的流體仿真</p><p>　　3.3.1 仿真前數(shù)據(jù)收集</p><p>　　基于模型的運行以及試驗的可行性，將漿轂的轉(zhuǎn)速暫定為60rpm，即1秒1圈。筒體擬采用直徑

48、120mm的管體，槳葉擬采用NACA0010的翼型，弦長70mm。</p><p>　　圖3-1 利用軟件導出NACA0010的翼型數(shù)據(jù)</p><p>　　3.3.2 Gambit模型繪制和網(wǎng)格劃分</p><p>　　利用Gambit軟件繪制槳葉，并調(diào)整槳葉的角度，來模擬槳葉在不同攻角下的狀態(tài)。</p><p>　　圖3-2利用Gambi

49、t軟件繪制槳葉（20°攻角）</p><p>　　攻角從20°開始計算，先以10°進行遞增，根據(jù)Fluent數(shù)值模擬結(jié)果的趨勢增加中間值。</p><p>　　圖3-3利用Gambit軟件進行網(wǎng)格劃分</p><p>　　3.3.3 Fluent數(shù)值模擬</p><p>　　利用Fluent軟件對已經(jīng)網(wǎng)格劃分的不

50、同攻角槳葉進行數(shù)值模擬，來流速度為0.5m/s。</p><p>　　表2-1 通過Fluent數(shù)值模擬的結(jié)果</p><p>　　3.3.4 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)處理</p><p>　　對Fluent數(shù)值模擬的結(jié)果進行處理得到最佳升力時的攻角。根據(jù)Fluent數(shù)值模擬結(jié)果繪制折線圖和趨勢線。升阻力和升阻力系數(shù)隨攻角變化趨勢如圖3-4所示。</p><

51、p>　　圖3-4 升阻力及其系數(shù)隨攻角變化趨勢圖</p><p>　　由圖3-4中的趨勢可以得到結(jié)：論當槳葉在40°左右時升力最大，小于40°時升力隨攻角的增加而增加，當大于45°時升力隨攻角的增加而減小。</p><p><b>　　3.4結(jié)構(gòu)設計</b></p><p>　　3.4.1初步結(jié)構(gòu)設計<

52、/p><p>　　由于電磁鐵制作困難且技術(shù)難度高，初步方案采用步進電機帶動艇內(nèi)磁鐵旋轉(zhuǎn)支架，通過磁性帶動艇外的漿轂以及槳葉；壓載水艙采用活塞式，通過步進電機帶動活塞吸排水。圖3-5為外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)初步設計圖的前半部分，后半部分相似。</p><p>　　圖3-5外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)初步設計（前半部分）</p><p>　　1艇體外殼，2前端蓋，3吸排水口，4前端蓋固定螺絲孔，

53、5活塞，6絲桿，</p><p>　　7聯(lián)軸器，8步進電機，9步進電機固定支架，10艇內(nèi)磁鐵旋轉(zhuǎn)支架，</p><p>　　11槳葉，12艇內(nèi)外磁鐵，13艇外槳葉軌道</p><p>　　3.4.2 結(jié)構(gòu)設計的確定</p><p>　　根據(jù)模型制作的實際環(huán)境，其中包括現(xiàn)有設備，技術(shù)能力，材料選購，確定設計方案。</p><

54、p>　　在上代推進器制作過程中發(fā)現(xiàn)帶動磁鐵旋轉(zhuǎn)支架的步進電機力矩不足，且驅(qū)動板發(fā)熱嚴重，故改用減速電機，這樣減少了控制的難度，還大大增加了力矩。</p><p>　　考慮到防水及電路布置等問題，將原先布置在漿轂內(nèi)的舵機改裝到艇內(nèi)磁鐵旋轉(zhuǎn)支架上，步進電機固定支架為旋轉(zhuǎn)支架上的舵機及控制電路供電，信號通信采用艇內(nèi)無線通信。</p><p>　　考慮到艇內(nèi)空間有限，故艇內(nèi)不設電池等蓄電設備

55、，電源由岸邊12V開關(guān)電源將220V交流電穩(wěn)壓到12V直流電后通過電纜接入艇內(nèi)。</p><p>　　3.5 結(jié)構(gòu)設計的合理性計算</p><p>　　針對環(huán)繞式變距無軸推進器模型的結(jié)構(gòu)設計進行理論計算，并將設計進行優(yōu)化。主要對艇體浮力和推進器重量進行探究?，F(xiàn)艇體長為1000mm，艇體直徑為120mm，計算得船體的體積為0.011304m3。根據(jù)公式 ，計算得艇體所受浮力約為 ，因此當壓載

56、水艙內(nèi)注滿水時艇體總重力必須等于 。</p><p>　　表3-2 模型重量估計</p><p>　　根據(jù)計算模型內(nèi)結(jié)構(gòu)重量小于浮力，因此結(jié)構(gòu)設計合理，而且還需要約6.7kg的壓載，擬選取沙袋作為壓載物。</p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章通過根據(jù)無軸輪緣推進器和可變距推進器的

57、工作原理和結(jié)構(gòu)特點，初步確定了模型的設計方案及運行原理。根據(jù)初定設計方案進行槳葉數(shù)值計算和初步結(jié)構(gòu)設計，并根據(jù)實際，進一步改進設計方案，確定結(jié)構(gòu)設計。再對結(jié)構(gòu)設計進行合理性計算，最終確定環(huán)繞式變距無軸推進器模型的總體設計及運行原理。</p><p>　　第四章 環(huán)繞式變距無軸推進器模型的試驗準備</p><p><b>　　4.1 引言</b></p>

58、<p>　　本章詳細具體地介紹了環(huán)繞式變距無軸推進器模型各個部分的制作過程，初步形成環(huán)繞式變距無軸推進器模型，為下一步的試驗及改進做準備。</p><p>　　4.2 模型制作材料的選擇及確定</p><p>　　4.2.1 模型制作材料的選擇</p><p><b>　?。?）PVC管</b></p><p>

59、;　　PVC管硬聚氯乙烯管，是由聚氯乙烯樹脂與穩(wěn)定劑、潤滑劑等配合后用熱壓法擠壓成型，是最早得到開發(fā)應用的塑料管材。PVC-U管抗腐蝕能力強、易于粘接、價格低、質(zhì)地堅硬，但是由于有PVC-U單體和添加劑滲出，只適用于輸送溫度不超過45℃的給水系統(tǒng)中。塑料管道用于排水，廢水，化學品，加熱液和冷卻液，食品，超純液體，泥漿，氣體，壓縮空氣和真空系統(tǒng)的應用。</p><p>　　圖4-1 PVC管材</p>

60、<p><b>　　特點：</b></p><p>　　1、具有較好的抗拉性能和抗壓強度，但其柔性較差。</p><p>　　2、PVC管材的管壁非常光滑，其對流體的阻力很小。</p><p>　　3、PVC管材具有非常好的耐酸性、耐堿性、耐腐蝕性。</p><p>　　4、PVC管材安裝方便，不論采用膠水粘

61、接還是橡膠圈連接，均擁有良好的水密性。</p><p>　?。?）ABS板、ABS棒</p><p>　　ABS塑膠原料樹脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母縮寫）是一種強度高、韌性好、易于加工成型的熱塑型高分子材料結(jié)構(gòu)。</p><p>　　ABS樹脂是目前產(chǎn)量最大，應用最廣泛的聚合物，它

62、將PS，SAN，BS的各種性能有機地統(tǒng)一起來，兼具韌、硬、剛相均衡的優(yōu)良力學性能。ABS工程塑料具有優(yōu)良的綜合性能，有極好的沖擊強度、尺寸穩(wěn)定性好、電性能、耐磨性、抗化學藥品性、染色性，成型加工和機械加工較好。ABS樹脂耐水、無機鹽、堿和酸類，不溶于大部分醇類和烴類溶劑，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烴中。</p><p>　　ABS樹脂保持了苯乙烯的優(yōu)良電性能和易加工成型性，又具有丁二烯的特性彈性好、強度高，還

63、具有丙烯腈的優(yōu)良性能耐熱和耐腐蝕性好，且表面硬度高、耐化學性好，同時通過改變上述三種組分的比例，可改變ABS板材的性能，故ABS工程塑料具有廣泛用途，主要用于機械、電氣、紡織、汽車和造船等工業(yè)。</p><p>　　圖4-2 ABS圓棒（左）和ABS板（右）</p><p><b>　　特點：</b></p><p>　　1、ABS綜合性能比較

64、好，沖擊強度較高，化學穩(wěn)定性和電性能良好。</p><p>　　2、ABS具有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等優(yōu)良特點。</p><p>　　3、ABS流動性不是很好，但柔韌性非常好。</p><p>　　（3）亞克力透明管、亞克力透明板</p><p>　　亞克力，又叫PMMA或有機玻璃，源自英文acrylic（丙烯酸塑料），化學名稱為聚

65、甲基丙烯酸甲酯。是一種開發(fā)較早的重要可塑性高分子材料，具有較好的透明性、化學穩(wěn)定性和耐候性、易染色、易加工、外觀優(yōu)美，在建筑業(yè)中有著廣泛的應用。有機玻璃產(chǎn)品通?？梢苑譃闈沧?、擠出板和模塑料。</p><p>　　亞克力具有質(zhì)輕、價廉，易于成型等優(yōu)點。它的成型方法有澆鑄，射出成型，機械加工、熱成型等。尤其是射出成型，可以大批量生產(chǎn)，制程簡單，成本低。因此，它的應用日趨廣泛，它廣泛用于儀器儀表零件、汽車車燈、光學鏡

66、片、透明管道等。</p><p>　　圖4-3 亞克力透明板（左）和亞克力透明管（右）</p><p><b>　　特點：</b></p><p>　　1、具有很好的透明度，透光率在92%以上，視覺清晰、光線柔和，著色的亞克力也有很好的展色效果。</p><p>　　2、亞克力板具有極佳的耐候性、較高的表面硬度和表面光澤

67、，以及較好的高溫性能。</p><p>　　3、亞克力板有良好的加工性能，既可采用熱成型，也可以用機械加工的方式。</p><p>　　4、透明亞克力板材具有可與玻璃比擬的透光率，但密度只有玻璃的一半。此外，它不像玻璃那么易碎，即使破壞，也不會像玻璃那樣形成鋒利的碎片。</p><p>　　5、亞克力板的耐磨性與鋁材接近，穩(wěn)定性好，耐多種化學品腐蝕。</p&g

68、t;<p>　　6、亞克力板具有良好的適印性和噴涂性，采用適當?shù)挠∷⒑蛧娡抗に?，可以賦予亞克力制品理想的表面裝飾效果。</p><p>　　7、亞克力板不會自燃，但其屬于易燃品，且不具備自熄性。</p><p><b>　?。?）PLA</b></p><p>　　聚乳酸（PLA）是一種新型的生物基及可生物降解材料，使用可再生的植

69、物資源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經(jīng)由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌種發(fā)酵制成高純度的乳酸，再通過化學合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物在特定條件下完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，這對保護環(huán)境非常有利，是公認的環(huán)境友好材料。</p><p>　　聚乳酸的熱穩(wěn)定性好，加工溫度170～230℃，有好的抗溶劑性，可用多種方式進行加工，如擠壓、

70、紡絲、雙軸拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好，還具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分廣泛，可用作包裝材料、纖維和非織造物等，目前主要用于服裝、 建筑業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)和醫(yī)療衛(wèi)生等領域。</p><p>　　圖4-4 PLA 3D打印材料</p><p>　　PLA作為3d打印的優(yōu)勢： </p><p>

71、;　　1、打印熔融時的氣味適宜，沒有像ABS的刺鼻氣味。</p><p>　　2、材料剛度好，打印出來的硬度好，強度好，作為結(jié)構(gòu)件經(jīng)久耐用。</p><p>　　3、熔點比ABS低，流動較快，不易堵塞噴嘴。</p><p>　　4、本身是透明材料，調(diào)色做出來效果鮮艷，富有光澤。</p><p>　　4.2.2 模型制作材料的確定</p&

72、gt;<p>　　通過對PVC管和亞克力透明管優(yōu)缺點進行比較，根據(jù)實際制作設備、制作能力、制作水平等因素的考慮，模型制作材料使用如下：</p><p>　?。?）艇體外殼：亞克力透明管材</p><p>　　原因：用透明管便于觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，且PVC是會變色的，硬度也沒有亞克力的高。</p><p>　?。?）內(nèi)部型材：ABS板材、亞克力透明板材<

73、/p><p>　　原因：簡單平面結(jié)構(gòu)或由平面結(jié)構(gòu)粘接得到的結(jié)構(gòu)可以用亞克力透明板材制作。通過學院的激光雕刻機可對亞克力透明板材進行精準切割；電機附近的板材由于受到很大的震動，故采用ABS板材制作。通過學院的數(shù)控3D雕刻機可對ABS板材進行精確切割。</p><p>　　圖4-5 數(shù)控3D雕刻機</p><p>　　圖4-6 數(shù)控激光切割機</p><

74、p>　?。?）槳葉、旋轉(zhuǎn)支架等立體結(jié)構(gòu)：PLA、ABS 3D打印</p><p>　　原因：艇內(nèi)很多細小結(jié)構(gòu)不易線性加工，而且軸孔要求的精度比較高，故采用學校3D打印機打印制作。</p><p>　　圖4-7 3D打印機</p><p>　　4.3 壓載水艙模塊的制作過程</p><p>　　環(huán)繞式變距無軸推進器模型采用活塞式壓載水艙，

75、打算采用PVC管做外殼，橡膠圈做防水的活塞，但經(jīng)過樣品制作后發(fā)現(xiàn)阻力很大，而且有滲漏的現(xiàn)象，故放棄了這種做法。因此，采用4支成品80ml針筒作為壓載艙主體。</p><p>　　圖4-8 壓載水艙CAD設計圖</p><p><b>　　圖中：</b></p><p>　?。?）綠色所示的是80ml針筒，直徑36mm，截取55mm，保留橡膠活塞

76、。</p><p>　?。?）紅色所示的是步進電機，其型號為17HD2447-01N，尺寸為42*42*40mm，軸長12mm，直徑5mm。</p><p>　　圖4-9 雕刻機工程文件</p><p>　　制作時，兩針筒并排間距8mm，其上下各粘一張74*30*4mm的ABS板（圖4-9中板1和2）來固定，為了防止脫膠和滾動，在每個針筒和板接觸的角落與針筒平行粘一

77、根Φ3*50mm的ABS圓棒（圖4-8中青色所示）。針筒靠近端蓋的一段上下粘一張尺寸52*10*5mm的板條，來增加針筒與端蓋的連接強度。粘接時都是先用ABS專用膠粘接，干燥牢固后再刷一層502膠水以加固。</p><p>　　針筒與步進電機連接時采用上下都粘板的形式，以增加其剛度。上下板的尺寸分別為115*52*4mm、136*52*4mm。</p><p>　　針筒活塞推柄的末端固定一

78、張粘有4mm螺母的活塞連接板（圖4-9中板5）。</p><p>　　步進電機使用電機支撐板（圖4-9中板3）靠四顆Φ3的固定螺絲固定。</p><p>　　Φ4絲桿（圖4-8中藍色所示）通過聯(lián)軸器與步進電機軸連接，末端依靠針筒間的支撐擋板（圖4-9中板4）支撐，保證其同軸性，減少晃動。</p><p>　　圖4-10 壓載水艙模塊成品</p><

79、;p>　　1聯(lián)軸器，2螺母，3活塞與端蓋粘接，4限位開關(guān)，5活塞連接板，6活塞（針筒）</p><p>　　吸排水時，電機給旋轉(zhuǎn)信號，絲桿旋轉(zhuǎn)，帶動活塞連接板移動，活塞移動，水艙的重量改變，達到壓載水艙的功能。</p><p>　　4.4 動力模塊的制作過程</p><p>　　動力模塊是環(huán)繞式變距無軸推進器模型的核心部件，其精度要求較高，因此制作前將各個部分

80、都在Pro/E軟件中畫出，并且進行組合，確保匹配。動力模塊的Pro/E組件裝配圖如圖4-11所示。</p><p>　　圖4-11 動力模塊裝配圖</p><p>　　4.4.1 艇內(nèi)部分的制作過程</p><p>　　艇內(nèi)包括減速電機、舵機、電機連接接頭（圖4-11中紫色部分）、旋轉(zhuǎn)支架（圖4-11中黃色部分）、磁鐵支架（圖4-11中紅色部分）、電路。</p

81、><p>　　圖4-12 艇內(nèi)部分結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　?。?）艇內(nèi)旋轉(zhuǎn)支架</b></p><p>　　旋轉(zhuǎn)支架的主要作用：1、連接艇內(nèi)電機；2、支撐舵機；3、支撐磁鐵。旋轉(zhuǎn)支架的主要組成：1、磁鐵支撐；2、舵機支撐；3、電路板支撐柱。旋轉(zhuǎn)支架的Pro/E零件三視圖如圖4-13所示。</p><p>　　圖4-

82、13 旋轉(zhuǎn)支架三視圖及立體圖</p><p>　　通過裝配和整體協(xié)調(diào)確定了旋轉(zhuǎn)支架的結(jié)構(gòu)，并利用學校3D打印機使用PLA材料制作。</p><p>　　圖4-14 正在3D打印中的旋轉(zhuǎn)支架（上）和成品（下）</p><p>　　圖4-15 旋轉(zhuǎn)支架結(jié)構(gòu)說明</p><p>　　1舵機安裝平臺，2磁鐵安裝槽，3電路板安裝螺絲孔，4舵機安裝平臺支

83、撐板，</p><p>　　5磁鐵安裝槽支撐板，6旋轉(zhuǎn)支架固定螺絲孔</p><p><b>　　（2）電機接頭</b></p><p>　　電機接頭用來連接電機和旋轉(zhuǎn)支架。中間通孔直徑和電機軸相同，側(cè)壁上留有緊徑螺絲孔。圓盤與連接柱相接部位有倒角。圓盤上留有和支架上對應的固定螺絲孔。電機接頭的Pro/E零件三視圖如圖4-16所示。</p

84、><p>　　圖4-16 電機接頭三視圖及立體圖</p><p>　　通過裝配和整體協(xié)調(diào)確定了電機接頭的結(jié)構(gòu)，并利用學校3D打印機使用PLA材料制作。</p><p>　　圖4-17 制作完成的電機接頭</p><p>　　1電機軸孔，2電機軸緊徑螺絲，3旋轉(zhuǎn)支架固定螺絲孔，4旋轉(zhuǎn)支架固定平面，5倒角</p><p>&l

85、t;b>　?。?）磁鐵支架</b></p><p>　　磁鐵支架的作用是連接磁鐵和舵機。艇內(nèi)外的磁鐵支架依靠磁性相互對應，將舵機的轉(zhuǎn)動傳遞到槳葉上。磁鐵支架的Pro/E零件三視圖如圖4-18所示。</p><p>　　圖4-18 磁鐵支架三視圖及立體圖</p><p>　　通過裝配和整體協(xié)調(diào)確定了磁鐵支架的結(jié)構(gòu)，并利用學校3D打印機使用PLA材料制

86、作。</p><p>　　圖4-19 制作完成的磁鐵支架</p><p>　　1磁鐵，2磁鐵安裝槽框，3舵盤，4舵機連接螺絲，5舵盤固定螺絲</p><p><b>　?。?）電路</b></p><p>　　每個動力模塊使用1個Arduino Nano V3.0平臺板，其搭載了ATMEGA328P單片機。通信使用2.4

87、GHz Zigbee無線串口模塊。由于艇體內(nèi)空間有限，手工在洞洞板上制作比較困難切非常容易出錯，故選擇了在DXP 2004中繪制電路板，再發(fā)工廠印刷電路板。</p><p>　　圖4-20 電路板原理圖</p><p>　　圖4-21 電路板布線圖</p><p>　　設計時電路板上已經(jīng)預留了螺絲孔和Arduino平臺板、Zigbee無線串口模塊接口。電路能夠控制4

88、只舵機（通過dj1-dj4口），能夠讀取4只光敏電阻（通過gm1-gm4口）的電壓。光敏電阻器是利用半導體的光電導效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。利用光敏電阻的特性從而通過點擊固定板上的光源的照射獲得旋轉(zhuǎn)支架轉(zhuǎn)動的位置信息。</p><p>　?。?） （2）</p><p>　?。?）

89、 （4）</p><p>　　圖4-22 （1）工廠印刷完的PCB板；（2）焊接好元件的電路板（正面）；</p><p>　　（3）焊接好元件的電路板（背面）；（4）插上模塊板的電路板</p><p><b>　　（5）電刷</b></p><p>　　由于旋轉(zhuǎn)支架在旋轉(zhuǎn)，電源不能直接從電機

90、固定支架板上用線連接到旋轉(zhuǎn)支架上，故設計了電刷，分別將地和5V連接到旋轉(zhuǎn)支架上。電刷由Φ2mm銅螺絲、Φ3mm彈簧和導線焊接而成。為了減少對電刷所接觸的軌道的磨損，在螺絲一端“十”字里塞滿焊錫。</p><p><b>　　圖4-23 電刷</b></p><p>　　以上介紹的是旋轉(zhuǎn)支架上的各個單元組成。旋轉(zhuǎn)支架以及其上各個單元的形狀及安裝如圖4-24所示。<

91、/p><p>　　圖4-24 旋轉(zhuǎn)支架以及其上各個單元（左：正面，右：反面）</p><p>　　以下會介紹電機及固定裝置。</p><p>　?。?）電機固定支架板</p><p>　　電機固定支架板的功能：1、固定電機；2、將電源傳到旋轉(zhuǎn)支架上；3安裝光源來照射旋轉(zhuǎn)支架上電路板上的定位光敏電阻。</p><p>　　電

92、機固定支架板材料使用亞克力透明板，這樣能方便和艇壁粘接。電機固定支架板的激光雕刻路徑如圖4-25所示。</p><p>　　圖4-25 電機固定支架板的激光雕刻工程圖</p><p><b>　?。?）導電導軌</b></p><p>　　在點擊固定支架板上需要安裝由敷銅板切割的導電軌道。敷銅板采用40*20*1.5mm的環(huán)氧玻纖敷銅板，其有硬

93、度好、不易變形的優(yōu)點。導電軌道的CAD圖如圖4-26中紅色線所示。</p><p>　　圖4-26 導電軌道CAD圖</p><p>　　導電軌道用雕刻機切下后用502膠水粘接到電機固定支架板上。整體如圖4-27所示。</p><p>　　圖4-27 電機及其固定裝置</p><p>　　至此動力模塊的艇內(nèi)部分已經(jīng)制作完畢了。整體效果圖如圖4

94、-28所示。</p><p>　　圖4-28 動力模塊的艇內(nèi)部分</p><p>　　4.4.2 艇外槳葉軌道的制作過程</p><p>　　艇外包括槳葉（圖4-29中藍色部分）、槳葉軌道板（圖4-29中灰色部分）、槳葉磁鐵支架（圖4-29中紅色部分）和磁鐵。</p><p>　　圖4-29 艇內(nèi)部分Pro/E結(jié)構(gòu)圖</p>&

95、lt;p><b>　?。?）槳葉</b></p><p>　　槳葉采用NACA0010的翼型，展長50mm，展弦70mm。其底部留有與磁鐵支架所連接的Φ4的孔和減少與軌道間接觸阻力的1mm平臺（如圖4-32中2所示）。槳葉的Pro/E零件三視圖如圖4-30所示。</p><p>　　圖4-30槳葉的立體圖</p><p>　　通過裝配和整

96、體協(xié)調(diào)確定了磁鐵支架的結(jié)構(gòu)，并利用學校3D打印機使用ABS材料制作。</p><p>　　圖4-31 3D打印中的槳葉</p><p>　　槳葉打印完成后，用細砂紙將表面打磨平滑，然后噴漆三層以增加表面光滑度減少阻力且增加美觀度。</p><p>　　圖4-32 制作完成的槳葉</p><p>　　1槳葉，2升高平臺，3磁鐵支架安裝孔，4軸承

97、平臺</p><p><b>　?。?）槳葉軌道</b></p><p>　　槳葉軌道完全使用ABS材料制成。由槳葉下方的槳葉支撐軌道、非槳葉下方的連接軌道、滾輪、螺絲和磁鐵組成。槳葉軌道的Pro/E零件三視圖如圖4-33所示。</p><p>　　圖4-33 軌道板三視圖及立體圖</p><p>　　軌道板使用3D雕刻

98、機雕刻ABS板制作而成。軌道板的雕刻機工程文件如圖4-34所示。</p><p>　　圖4-34 雕刻機工程文件</p><p>　　每種軌道板各4塊可圍艇體一周，并用螺栓連接。如此制作方便拆裝，也方便尺寸調(diào)整。</p><p><b>　　（3）磁鐵支架</b></p><p>　　磁鐵支架是用來連接槳葉和磁鐵的，同時

99、也將槳葉和磁鐵固定在軌道上，使其只能旋轉(zhuǎn)，不能徑向移動和其他位移。并且在磁鐵支架與槳葉的連接桿上套有軸承，用來減小支架與軌道間的摩擦。磁鐵支架的Pro/E零件三視圖如圖4-35所示。</p><p>　　圖4-35 磁鐵支架三視圖及立體圖</p><p>　　通過裝配和整體協(xié)調(diào)確定了磁鐵支架的結(jié)構(gòu)，并利用學校3D打印機使用ABS材料制作。</p><p>　　圖4-

100、35 制作完成的磁鐵支架</p><p>　　1磁鐵安裝槽，2磁鐵安裝槽框架，3軸承平臺，4槳葉安裝柱</p><p>　　以上就完成了艇外槳葉軌道的制作。整體效果和局部效果如圖4-36所示。</p><p>　　圖4-36 整體效果圖（左）和局部效果圖（右）</p><p>　　1磁鐵，2軌道板，3磁鐵支架，4滾輪，5槳葉，6固定螺絲<

101、;/p><p>　　4.4.3 動力模塊的整體安裝</p><p>　　槳葉軌道安裝在艇體外，環(huán)繞在艇周；旋轉(zhuǎn)支架及電機安裝在艇體內(nèi)。整體效果如圖4-37所示。</p><p>　　圖4-37 動力模塊整體安裝效果圖</p><p>　　4.5 艇體的制作過程</p><p>　　環(huán)繞式變距無軸推進器模型艇體采用亞克力透明

102、塑料管為材料，艇身為圓柱形，由于本次研究主要在于推進器的設計與研究，故首尾并未采用流線型，為方便制作，首尾均采用端蓋進行封堵、防水、密封。艇體的主要構(gòu)造如圖4-38所示。</p><p>　　圖4-38 艇體cad圖</p><p>　　1端蓋，2法蘭圈，3壓載水艙孔，4固定螺絲孔，5固定螺母，6艇體管</p><p>　　由于現(xiàn)有技術(shù)有限，艇體管是從工廠定制的，外

103、徑120mm，壁厚2mm，長1m。端蓋和法蘭圈是平面結(jié)構(gòu)由亞克力透明板激光雕刻而成。將法連圈用PMMA專用澆水粘到亞克力透明管的兩端；再將Φ4mm螺母粘接雜法蘭圈內(nèi)表面，防止螺母打滑；最后蓋上端蓋，用12顆Φ4mm螺絲固定。制作完成后如圖4-39所示。</p><p>　　圖4-39 艇體完成圖</p><p>　　4.6 艇內(nèi)電氣部分的制作過程</p><p>　

104、　艇內(nèi)電氣部分由前壓載水艙控制電路、前旋轉(zhuǎn)支架控制電路、中部燈光及電機控制電路、后旋轉(zhuǎn)支架控制電路、后壓載水艙控制電路組成。</p><p>　　其中前后旋轉(zhuǎn)支架電路在4.4.1動力模塊的艇內(nèi)部分已經(jīng)介紹了，包括原理圖（圖4-20）、電路板布線圖（圖4-21）和焊接好的電路板（圖4-22），其作用是根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置改變槳葉的角度，并且接收無線串口的數(shù)據(jù)改變推進器運行模式。</p><p>　　

105、前后壓載水艙控制模塊主要運行方式如下：</p><p>　　無線串口選用Zigbee無線串口模塊，其有速度快，接線簡單，傳輸不丟幀等優(yōu)點；步進電機驅(qū)動器選用TB6560型號，其有控制簡單，可調(diào)節(jié)功率等優(yōu)點；單片機仍然采用Arduino Nano V3.0平臺板。電路布置如圖4-40所示。</p><p>　　圖4-40 壓載水艙電路圖</p><p>　　1單片機，

106、2活塞，3無線串口，4步進電機，5步進電機驅(qū)動器</p><p>　　艇體中部是燈光，用來增加美觀度和演示運行狀態(tài)的。由于燈光帶和主軸電機是12V驅(qū)動所以其控制部分使用了繼電器。艇體中部電路如圖4-41所示。</p><p>　　圖4-41 中部燈光電路</p><p>　　1單片機，2燈帶，3繼電器</p><p>　　4.7 推進器程序設

107、計</p><p>　　4.7.1步進電機控制程序</p><p>　　步進電機控制程序的編寫主要更具步進電機驅(qū)動板的工作原理進行編寫的，其中還要顧忌到無線串口的控制。</p><p>　　以下是前壓載水艙的控制程序。</p><p>　　int flag; //暫存串口接收到的數(shù)據(jù)</p><p>　　void

108、 setup() {</p><p>　　Serial.begin(19200); //串口波特率設定，這里使用傳輸較快的19200Hz</p><p>　　pinMode(7, OUTPUT); //步進電機使能端，控制步進電機的供電</p><p>　　pinMode(8, OUTPUT); //控制步進電機的正反轉(zhuǎn)</p><p

109、>　　digitalWrite(7, HIGH);</p><p>　　digitalWrite(8, LOW);</p><p>　　analogWrite(9, 120); //輸出pwm波，控制步進電機的轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void loop() { //

110、主循環(huán)程序</p><p>　　if (Serial.available() > 0) //如果串口接收到數(shù)據(jù)才執(zhí)行</p><p><b>　　{</b></p><p>　　flag = Serial.read(); //將串口讀到的程序暫存</p><p>　　if (flag == '

111、;1')//前進水 //判斷狀態(tài)</p><p><b>　　{……}</b></p><p>　　if (flag == '2') //前排水 //判斷狀態(tài)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　while (1)</b

112、></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (analogRead(A7) > 1000) //判斷限位開關(guān)是否閉合</p><p>　　break; //如果閉合則結(jié)束排水狀態(tài)</p><p>　　if (flag == '5&#

113、39;)</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　digitalWrite(7, LOW);</p><p>　　digitalWrite(8, HIGH);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　digitalWrite(

114、7, HIGH);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.7.2旋轉(zhuǎn)支架控制程序</p><p>　　旋轉(zhuǎn)支架控制程序主要原理是判斷旋轉(zhuǎn)的位置和串口

115、的命令來改變舵機的角度。本段程序共設置了停止、前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、上浮、下沉、左平移和右平移9個狀態(tài)。</p><p>　　以下是前旋轉(zhuǎn)支架控制程序。</p><p>　　#include <SoftwareSerial.h> //軟件串口頭文件</p><p>　　#include <Servo.h> //舵機控制頭文件<

116、;/p><p>　　Servo dj1;</p><p>　　Servo dj2;</p><p>　　Servo dj3;</p><p>　　Servo dj4; //定義了4個舵機</p><p>　　SoftwareSerial wireless(3, 4); // RX | TX //定義了軟件串口的

117、輸出口</p><p>　　int gm = 400; //光敏電阻導通閥值</p><p>　　int D1 = 20; //舵機旋轉(zhuǎn)角度1</p><p>　　int D2 = 30; //舵機旋轉(zhuǎn)角度2</p><p>　　int z1 = 90 - D1, z2 = 90 - D2;</p><p

118、>　　int d1 = 90 + D1, d2 = 90 + D2;</p><p>　　int flag = 'S'; //暫存串口接收到的數(shù)據(jù)，并定義初始為停止狀態(tài)</p><p>　　int gm1, gm2, gm3, gm4;</p><p>　　void setup()</p><p><b&

119、gt;　　{</b></p><p>　　dj1.attach(5); //3,5,6,9,10,11有PWM</p><p>　　dj2.attach(6);</p><p>　　dj3.attach(9);</p><p>　　dj4.attach(10); //定義舵機的輸出口</p><p>