CN102009736A - 一种开架式贴底起伏运动拖体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开架式贴底起伏运动拖体，包括拖体主体、舵翼驱动器和水下控制中心，主体由支撑柱、艏部和艉部构成正六面体开放式框架结构，艏部由固定翼构成田字形结构，艉部舵翼和固定翼构成口字形结构，艏部还设有两小型舵翼，通过控制艏部和艉部舵翼的运动组合使拖体获得较好的定高、定深和爬升角度控制效果。支撑柱均为空心，舵翼驱动器和水下控制中心装于其中，整个装置质量轻、体积小，具有模块化、部件可替换的优势，可实现长时间连续作业，宜用作对所处深度、离底高度和平稳性有较高要求的水下探测设备的载体。

Description

一种开架式贴底起伏运动拖体

技术领域

本发明涉及一种开架式贴底起伏运动拖体，特别适用于作为需要保持较高精度深度或高度的贴底水下探测设备的搭载平台。

背景技术

拖体是在海洋大面积探测作业时普遍使用的探测设备运载工具，根据工作范围分为固定海深和贴近海底两类。目前，国内使用的贴底型拖体中绝大部分为无动力的框架，这类拖体在复杂的水下环境中的位置和姿态不能得到控制，使其所搭载的探测设备很难处于理想的探测状态。而带有动力的拖体多数在固定海深中工作，由于其侧重于平稳性要求，多数为带翼的整体流线型，故只能实现横倾平衡控制和一般的定深控制而很难实现拖体贴底运动时给定离底高度的精确控制，其搭载的探测设备处于流线型的拖体本体内，由于拖体的控制、驱动设备也设置在拖体本体内，故其所能搭载的探测设备的体积受诸多限制，所以这类拖体多是对应于特定设备而设计，易用性和通用性不够理想。由于多数水下探测设备的探测对象是水底，需要保持固定的离底高度或维持固定的深度，故贴底型拖体的通用性和定高定深性能均需要得到满足。

发明内容

本发明提供一种开架式贴底起伏运动拖体，满足现有水下探测设备对拖体搭载的通用性及对拖体定深定高控制性能的需求。

一种开架式贴底起伏运动拖体，包括拖体主体、舵翼驱动器和水下控制中心。

所述拖体主体包括四根非密封空心支撑柱，四根支撑柱的一端支撑艏部，另外一端支撑艉部，所述支撑柱、艏部和艉部一起构成六面体框架结构；艏部由六片固定翼构成田字形结构，艉部由两水平舵翼和两纵向固定翼构成口字形结构；在艏部中与艉部其中一个水平舵翼位置相对的固定翼的两端分别设有一个小型舵翼；每个支撑柱内设有一个舵翼驱动器，一个舵翼驱动器专用于一个舵翼的驱动；水下控制中心位于任意一个支撑柱内，用于采集拖体的深度、离底高度、倾角和航向信息并传送给外接控制中心。

所述舵翼驱动器包括依次相接的电机驱动电路、电机、减速器和传动件，传动件连接所述舵翼。

所述传动件采用齿轮传动结构。

所述水下控制中心包括传感器、信号处理模块和通信模块，传感器包括双轴倾角传感器、深度传感器、电子罗盘和高度计，传感器将采集的信息传送给信号处理模块，经滤波、放大处理和A/D转换后通过通信模块传送给外接控制中心。

本发明的技术效果体现在：所述拖体的结构为开架式，为探测设备及相应浮力材的搭载留有较大的空间。采用艏部两片较小平行舵翼和艉部两片大型舵翼的配置，可以通过控制四舵翼的运动组合使拖体获得较好的定高、定深和爬升角度控制效果。将舵翼驱动器和水下控制中心安装在空心的支撑柱内，有效的减轻了拖体自重并增加了拖体机械强度，也以此将拖体本身与用户的探测设备分隔开，提升拖体作为单纯探测设备载具的易用性。舵翼驱动器和水下控制中心均为模块化组件，其小型化的电路设计和紧凑的空间布局使其能仅占用柱内狭小的空间，每个组件使用相同规格的水密接插件对外连接，使得各组件可以在故障后方便的进行替换。整个装置较同类装置重量轻、体积小；对探测设备的容纳性好；经试验证明，配合配套的软件即可实现较高精度的定高定深控制；且设备工作可靠，模块化组件易于更换，可实现长时间连续作业，宜用于作为需要保持较高精度深度或高度的贴底水下探测设备的搭载平台。

附图说明

图1为开架式贴底起伏运动拖体示意图；

图2为开架式贴底起伏运动拖体俯视图；

图3为开架式贴底起伏运动拖体左视图；

图4为开架式贴底起伏运动拖体剖视图；

图5为水下控制中心结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1、图2、图3和图4是本发明的一种典型实施方式，本发明包括拖体主体、舵翼驱动器7和水下控制中心8。

拖体主体包括四根非密封的空心PVC支撑柱1，四根支撑柱1的一端支撑艏部，另外一端支撑艉部；艉部由六片艏部固定翼4构成田字形结构，艉部由两水平的艉部舵翼5和两纵向的艉部固定翼6构成口字形结构，在艏部中与艉部舵翼5位置相对的一个艏部固定翼4的两端分别设有一个面积约为艏部固定翼1/4的艏部舵翼3，并将此面定为拖体顶部，所述支撑柱1、艏部和艉部一起构成六面体框架结构，所需携带的探测设备可固定在框架内。固定翼和舵翼可以为碳纤维整体成型或木料加工而成，内部均设有不锈钢轴以增加强度，所有固定翼通过从内部突出的钢轴与支撑柱1固定，全部四片舵翼通过从内部突出的钢轴、联轴器，与设于支撑柱1内的直齿圆锥齿轮组中的输出轴相连；直齿圆锥齿轮组包括齿轮组架、一对相互啮合的直齿圆锥齿轮、与齿轮配合的输入、输出轴和安装于轴上的联轴器，上述部件一起起到了传动换向的作用，把由舵翼驱动器7输出的动力换向后，传递给舵翼。

四个舵翼驱动器7分别被支撑柱盖板2固定于每个支撑柱1内，均为筒状密封结构，包括了铝合金筒状外壳、电缆出口端密封端盖、输出轴端密封端盖、电机驱动电路、电机、减速器、联轴器、输出轴和若干O型密封圈，在此典型实施方式中，从设有水密接插件的电缆出口端密封端盖开始，在铝合金筒状外壳内依次安装了步进电机驱动电路板、步进电机、行星减速器、联轴器和不锈钢输出轴，最后由输出轴端密封端盖和电缆出口端密封端盖一起，将上述部件密封在铝合金筒状外壳内，其中电缆出口端密封端盖和外壳间及输出轴端密封端盖和外壳间为使用O型密封圈的径向静密封，输出轴由输出轴密封端盖中心的孔伸出，两者间为使用O型圈的动密封。控制信号和电力通过电缆出口端密封端盖上的水密接插件输入步进电机驱动电路板，电路板驱动步进电机产生动力，该动力在经过行星减速器、联轴器、输出轴之后，输入上述直齿圆锥齿轮组。

水下控制中心8被拖体盖板2固定于于拖体底部两支撑柱中的任意一个支撑柱1内，为筒状密封结构，其中装有集成了双轴倾角传感器、深度传感器和电子罗盘的电路板，高度计9装在水下控制中心所在的支撑柱1上，通过水密接插件将高度信号传输到水下控制中心内的电路板中，该电路板用于采集双轴倾角传感器、深度传感器、电子罗盘和高度计的数据，并通过滤波、放大处理和A/D转换后，通过通信模块将拖体的深度、离底高度、倾角和航向信息传送给水面上的外接控制中心。使用时，先将所需探测设备固定在四支撑柱1上且整体置于拖体框架内，然后通过添加浮力材将拖体整体在水中调为悬浮状态，在外接控制中心软件里设置拖体的理想深度曲线或理想的离底高度曲线，以及允许的侧倾、艏倾最大角度值，之后即可进行拖曳试验。在母船拖动拖体在水下运动时，外接控制中心将向水下控制中心8下达采集数据的命令和向舵翼驱动器7下达驱动命令，水下控制中心8在采集数据的命令后，将采集到的双轴倾角传感器、深度传感器、电子罗盘和高度计9等数据上传至外接控制中心，外接控制中心通过内置的拖体水动力学数学模型和控制算法得出舵翼控制命令并下发给舵翼驱动器7，舵翼驱动器7执行命令使舵翼转动到新的角度，舵翼的攻角发生变化，从而运动中的拖体的姿态发生变化，上述步骤为一次典型实施方式的拖体控制周期。通过一系列控制周期的控制，使拖体总是能沿着预设要求数据的姿态进行运动。

本发明为开放式框架结构，将舵翼驱动器和水下控制中心安装在空心的支撑柱内，减轻了拖体自重并增加了机械强度，重量轻、体积小；对探测设备的容纳性好；能实现拖体设备较高精度的定高定深控制；设备工作可靠且模块化组件易于更换，可实现长时间连续水下作业。

Claims (4)

1. 一种开架式贴底起伏运动拖体，包括拖体主体、舵翼驱动器和水下控制中心；

所述拖体主体包括四根非密封空心支撑柱，四根支撑柱的一端支撑艏部，另外一端支撑艉部，所述支撑柱、艏部和艉部一起构成六面体框架结构；艏部由六片固定翼构成田字形结构，艉部由两水平舵翼和两纵向固定翼构成口字形结构；在艏部中与艉部其中一个水平舵翼位置相对的固定翼的两端分别设有一个小型舵翼；每个支撑柱内设有一个舵翼驱动器，一个舵翼驱动器专用于一个舵翼的驱动；水下控制中心位于任意一个支撑柱内，用于采集拖体的深度、离底高度、倾角和航向信息并传送给外接控制中心。

2.根据权利要求1所述的开架式贴底起伏运动拖体，其特征在于，所述舵翼驱动器包括依次相接的电机驱动电路、电机、减速器和传动件，传动件连接所述舵翼。

3.根据权利要求2所述的开架式贴底起伏运动拖体，其特征在于，所述传动件采用齿轮传动结构。

4.根据权利要求1所述的开架式贴底起伏运动拖体，其特征在于，所述水下控制中心包括传感器、信号处理模块和通信模块，传感器包括双轴倾角传感器、深度传感器、电子罗盘和高度计，传感器将采集的信息传送给信号处理模块，经滤波、放大处理和A/D转换后通过通信模块传送给外接控制中心。

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