CN104058068A - 潜标姿态调整装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种潜标姿态调整装置,主要解决现有潜标姿态调整装置结构复杂且调整缓慢的问题。该装置包括:控制器、抽排油器、储油舱、目标油舱和能源产生器。抽排油器包括抽油管道和注排油开关,目标油舱包括24个矢量油舱。控制器采集潜标姿态发生偏转时的偏转角度,并对此偏转角度进行分析处理,产生控制信号传输至注排油开关和能源产生器;打开注排油开关和能源产生器,将储油舱中的液油抽运至各矢量油舱中;通过各矢量油舱中的液油体积精准地计算出潜标重心位置的调整方向和距离;根据力矩平衡原理,完成对潜标姿态有向性地调整,使偏离初始状态的潜标回复至初始姿态。本发明能有效地对偏离初始状态的水域潜标进行自适应的姿态调整。
Description
技术领域
本发明属于机械调整设备技术领域,特别是一种潜标的姿态调整装置,可用于海域通信,海洋信息收集及监测等。
背景技术
潜标是一种工作于水面下方的航标,其主要进行环境监测、通信、及定位导航等水域作业,是一种系泊在海面以下的长期观测海洋环境要素的系统,可从海面发射装置按指令进行投放,通过浮力、重力以及其它外力的综合合力作用,悬停于水面之下。其能够较安全地隐蔽于水下进行作业,且不易于被发现。当用于通信及信息监测等领域时,隐蔽性对于系统至关重要。潜标因工作于水面下方,其同时面临控制复杂的问题。潜标要能够稳定地悬浮于水面下方,需要对潜标的结构进行合理设计使得潜标的浮力、重力能够和其它外力的合力相互抵消,且在考虑到水下洋流等环境的影响下,仍能够保持合力的绝对零状态。
从潜标的工作方式看,潜标可分为无绳潜标和拖曳式潜标。无绳潜标通过发射装置投放后,其工作位置的控制受到水域因素及自身所带动力装置决定,其位置改变方式复杂且可行性差。拖曳式潜标通过潜艇或渔船等拖曳装置对潜标进行系留,其缆绳结构具有伸缩性,潜标所受到的拖曳拉力有一定的变化范围,增加了潜标的稳定度。然而,拖曳式潜标工作时,因受到水流的水平作用,以及拉力的大小和角度等因素影响,造成潜标姿态出现偏移、摆动。同时,在受到恶劣的水域环境影响时,会出现翻转等问题,对潜标的正常工作会造成严重影响。
美,英联合开发“可回收系留光纤”RTOF浮标系统,其采用一个直径450毫米的漂浮体,它通过一个张紧力接近于零的宽带光缆与潜艇相连,属于一种拖曳式潜标。这种潜标从一个存储舱中放出,靠自身的静浮力漂浮至水面,在水面升起密封的天线。在通信期间,潜标在水面上保持基本稳定,拖缆从潜艇中以很小的张力连续地放出。此潜标在水中运动时,通过系留绳的释放来维持浮标的运动,但在上浮及正常工作的过程中,其姿态无法自适应地进行调整。当潜标工作于距离海面较近位置时,受到表层海流作用的影响,潜标会出现姿态不稳定现象,严重时会影响天线的对准及通信过程的准确性。
目前,大部分潜标所能达到的仅是将潜标发射到目标海域进行工作,由于潜标的姿态受到很大的影响,导致其工作效率大大降低,甚至会出现停止工作的状况。为了解决这一问题,对于通信等对其姿态及对准精度要求较高的情况,通常是通过人工平台的辅助,人为或依靠其它外力来对潜标姿态进行调整,其操作复杂度高,调整姿态的过程缓慢。当潜标姿态偏转较大时,此调整方式会严重影响到潜标的工作效率和质量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足,提供一种自适应的潜标姿态调整装置,以实现对潜标姿态的自适应调整,提高其工作效率和质量。
为了实现上述目的,本发明在自适应的潜标姿态调整装置包括:控制器、抽排油器、储油舱、目标油舱和能源产生器;
所述的控制器,分别与抽排油器和能源产生器连接,用于收集抽排油器和能源产生器的信息,产生控制指令,完成液油的抽运;
所述储油舱,位于潜标底部,用于回收目标油舱所排出的液油,并储存液油,用于抽运至目标油舱;
所述目标油舱,包括24个矢量油舱,其位于储油舱上方,这些矢量油舱分为上下两层,呈轴对称分布,每一层有12个矢量油舱;上层矢量油舱的抽排油开关与下层矢量油舱的抽排油开关共用;下层矢量油舱的注油通过上层矢量油舱注入,上层矢量油舱的排油通过下层矢量油舱排出;通过对各矢量油舱的体积重新配比,使各矢量油舱的重心发生改变,从而引起潜标的姿态发生改变;
所述抽排油器,其分别与能源产生器、储油舱和目标油舱相连接,用于完成液油在储油舱和目标油舱之间的抽运;
所述能源产生器,分别与控制器和抽排油器相连接,用于接收控制器所发送的指令信号,根据指令信号改变能源产生器的工作方式;并通过控制抽排油器将储油舱中的液油抽运到各矢量油舱中。
利用上述装置对潜标姿态进行自适应调整的方法,包括以下步骤:
(1)将安装有潜标姿态调整装置的潜标放入工作环境中,启动潜标调整装置的控制器、抽排油器和能源产生器;
(2)控制器采集潜标姿态发生偏转时的偏转角度,并将该偏转角度与输入的外部信息数据进行比较;若当前姿态相对初始姿态的偏转角度超出±10°时,则产生控制信号分别传输至抽排油器和能源产生器;
(3)抽排油器收到控制信号后,打开注排油开关;能源产生器收到控制信号后,将储油舱中的液油抽运至目标油舱中;
(4)在液油抽运过程中,控制器收集储油舱和目标油舱中的液油深度以及抽排油器的工作信息,当所收集信息数据与初始状态对应的信息数据相等时,潜标姿态调整完成,控制器发送控制指令至能源产生器和抽排油器,关闭能源产生器和注排油开关。
本发明与现有技术相比有如下优点:
1、本发明采用控制器发送控制信号控制抽排油器和能源产生器,将储油舱中的液油抽运至目标油舱中,实现对潜标重心位置的改变,根据力矩平衡原理,可以有效地使偏离初始姿态的潜标回复至初始姿态。
2、本发明将目标油舱分为24个矢量油舱,共上下两层,通过改变各矢量油舱中液油的体积,可以精准地计算出潜标重心位置的改变方向和距离,完成对潜标姿态有向性地调整。
附图说明
图1为本发明潜标姿态调整装置整体结构图;
图2为图1的俯视图;
图3为本发明装置中的矢量油舱结构图;
图4为本发明装置中的控制器结构图;
图5为本发明潜标姿态调整装置的调整流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步地描述。
参考图1,本发明的潜标姿态调整装置,包括控制器1、抽排油器2、目标油舱3、储油舱4和能源产生器5。其中:
控制器1,包括信息收集模块11、外部信息输入模块12、控制处理模块13、能源产生器控制模块14和抽排油器控制模块15;
抽排油器2,包括抽油管道21和注排油开关22,抽油管道21连接目标油舱3和储油舱4,本发明采用四根抽油管道21与储油舱4连接,抽油管道21,由轻质耐腐蚀合金材料制作,内壁采用憎油性物质填充,外壁与液油接触部分也采用憎油性物质填充,以保证在液油的抽运过程中不因管道内壁的粘附而产生较大误差;注排油开关22,采用电动调节蝶阀。在液油流动过程中,采用蝶阀开关能够灵活地对液油的流速进行控制,且能够降低开关闭合时与液油的摩擦阻力。注排油开关22根据其工作性质可分为三种类型,连接抽油管道21与上层矢量油舱31的注油开关22a,连通上下矢量油舱的层间开关22b,连接下层矢量油舱与储油舱的排油开关22c。
目标油舱3,包括24个矢量油舱31,这些矢量油舱分为上下两层,呈轴对称分布,位于储油舱4上方,每一层有12个矢量油舱,每个矢量油舱由玻璃钢或塑料制作,内壁采用憎油性材料填充,如聚四氟乙烯、聚乙烯等,以保证在收集矢量油舱液油深度的过程中不因矢量油舱内壁的液油残留而产生较大误差;
储油舱4,位于目标油舱3下方,用于回收目标油舱所排出的液油,并储存液油,所储液油用于抽运至目标油舱,储油舱内壁采用憎油性物质填充,所储液油,其密度大于水,沸点高于60℃,熔点低于-20℃,如溴苯、四氯甲烷等;
能源产生器5,位于储油舱4下方,提供液油从储油舱向矢量油舱抽运的过程中所需能量,能源产生器控制模块14发送控制信号至能源产生器5,控制改变能源产生器5的工作频率和输出功率,通过能源产生器5将储油舱4中的液油抽运到各矢量油舱31中。
参考图2,所述抽油管道21与各矢量油舱31连接处均设置注油开关22a,通过抽排油器控制模块15控制打开注油开关22a,完成对各矢量油舱31的注油过程。
参考图3,所述的每个矢量油舱31为长方体结构,上层矢量油舱上表面各条边的中点处设置4个注油开关22a,上下层矢量油舱之间平面的边角处设置4个层间开关22b,下层矢量油舱底面的边角处设置4个排油开关22c。通过打开注油开关22a,液油从抽油管道中流入矢量油舱,通过控制打开层间开关22b,实现上下矢量油舱间的液油流动,通过打开排油开关22c,将矢量油舱中的液油排出至储油舱中。当需要对下层矢量油舱注油时,打开注油开关22a和层间开关22b,上下层矢量油舱连通,液油从抽油管道21经上层矢量油舱流至下层矢量油舱中;当需要将上层矢量油舱中的液油排出时,通过打开层间开关22b和排油开关22c,上层矢量油舱液油经过下层矢量油舱,最终排出至储油舱4中。矢量油舱31内壁安装有压强传感器,通过压强传感器对矢量油舱内的液油深度信息进行测量,传输至信息收集模块11。注油开关22a、层间开关22b、排油开关22c均与抽排油器控制模块15相连接,压强传感器与信息收集模块11相连接,这些连接线路均通过矢量油舱31外壁引出。
参考图4,所述控制器1内嵌嵌入式操作系统,负责信息采集、人工数据输入、数据处理和发送。其工作原理如下:
信息收集模块11,采用光纤陀螺仪传感器采集潜标的角度偏转信息,采用压强传感器对储油舱4和矢量油舱31中液油深度进行测量,采用压强传感器来采集工作区域的水压信息,并将所采集的潜标角度偏转信息、矢量油舱液油深度信息、注排油开关闭合信息及潜标工作水域水压信息传输至控制处理模块13;外部信息输入模块12,用于人工输入重心位置及角度调整的信息数据,并将所录入的外部信息数据传输至控制处理模块13;控制处理模块13接收信息收集模块11和外部信息输入模块12的数据信息,将所接收的信息与内部数据信息数据进行比对分析;若潜标当前姿态与目标姿态出现角度偏转且偏转角度超出±10°时,则该模块产生处理信号。处理信号中包括对各矢量油舱31的液油体积的分配数据信息,将此处理信号传输至抽排油器控制模块14和能源产生器控制模块15;能源产生器控制模块14将控制处理模块13所发送的处理信号转换为能源产生器控制信号,此能源产生器控制信号包括对能源产生器的工作频率和输出功率的改变信息,将此能源产生器控制信号发送至能源产生器5;抽排油器控制模块15,将控制处理模块13所发送的处理信号转换为抽排油器控制信号,此抽排油器控制信号包括对各注油开关22a、层间开关22b和排油开关22c的闭合状态的改变信息,并将此抽排油器控制信号发送至注油开关22a、层间开关22b和排油开关22c。
参考图5,利用上述潜标姿态调整装置进行潜标姿态的调整方法,包括如下步骤:
步骤1,启动装置。将安装有潜标姿态调整装置的潜标放入工作环境中,启动潜标调整装置。
步骤2,偏转角度判定,生成处理信号。信息收集模块11采集到潜标姿态发生偏转时的偏转角度,发送偏转角度信息至信息处理控制模块13;处理控制模块13收到信息收集模块11所传输的信息数据,与初始姿态对应的信息数据进行分析比对,若当前姿态相对初始姿态的偏转角度超出±10°时,则处理控制模块13产生处理信号,并将此处理信号传输至抽排油器控制模块14和能源产生器控制模块15,否则不产生处理信号。
在本步骤的执行过程中,当需要对潜标的姿态及偏转角度进行人为设定时,通过外部信息输入模块12录入人为对潜标重心及偏转角度的调整信息,传输至信息处理控制模块13。信息处理控制模块13将收到的信息收集模块11与外部信息输入模块12的信息数据进行分析处理,若当前姿态相对人为设定姿态的偏转角度超出±10°时,则处理控制模块13产生处理信号,并将此处理信号传输至抽排油器控制模块14和能源产生器控制模块15。
步骤3,转换处理信号。抽排油器控制模块14将控制处理模块13所发送的处理信号转换为抽排油器控制信号,并将此抽排油器控制信号发送至注油开关22a、层间开关22b和排油开关22c。能源产生器控制模块15将控制处理模块13所发送的处理信号转换为能源产生器控制信号,并将此能源产生器控制信号发送至能源产生器5。
步骤4,发送控制信号,开始调整潜标姿态。注油开关22a、层间开关22b和排油开关22c收到抽排油器控制信号后,打开抽排油器控制信号中所对应的注油开关22a、层间开关22b和排油开关22c;能源产生器5收到能源产生器控制信号后,改变能源产生器5的工作频率和输出功率,将储油舱4中的液油抽运至各矢量油舱31中。
步骤5,收集状态信息。在液油抽运过程中,信息收集模块11收集储油舱4和各矢量油舱31中的液油深度以及注油开关22a、层间开关22b和排油开关22c的闭合信息,并传输至处理控制模块13。
步骤6,注油完成,生成控制信息。处理控制模块13收到信息收集模块11所发送的收集信息数据,将此收集信息数据与初始状态对应的信息数据比较。当所收集信息数据与初始状态对应的信息数据相等时,则矢量油舱的注油过程完成。完成对各矢量油舱的注油过程后,其对应的重心位置发生变化,根据力矩平衡原理,潜标的姿态恢复至初始状态。控制处理模块13产生处理信号,调整关闭注油开关22a、层间开关22b和排油开关22c和能源产生器5,并将此处理信号传输至抽排油器控制模块14和能源产生器控制模块15。
抽排油器控制模块14将控制处理模块13所发送的处理信号转换为能源产生器控制信号,并将此能源产生器控制信号发送至能源产生器5。抽排油器控制模块15,将控制处理模块13所发送的处理信号转换为抽排油器控制信号,并将此抽排油器控制信号发送至注油开关22a、层间开关22b和排油开关22c。
步骤7,关闭开关和能源产生器,姿态调整完成。注油开关22a、层间开关22b和排油开关22c收到抽排油器控制信号后,关闭抽排油器控制信号中所对应的注油开关22a、层间开关22b和排油开关22c;能源产生器5收到能源产生器控制信号后,能源产生器关闭。
步骤8,继续收集偏转角度信息,生成处理信号。潜标姿态调整完成后,信息收集模块11继续采集潜标姿态发生偏转时的偏转角度,偏转角度超出±10°时,处理控制模块13生成置零信号发送至抽排油器控制模块14,该置零信号中包括对层间开关22b和排油开关22c闭合状态的改变信息。抽排油器控制模块14将置零信号转换为抽排油器控制信号,发送至层间开关22b和排油开关22c。层间开关22b和排油开关22c打开,各矢量油舱31中的液油流至储油舱中,矢量油舱31内液油体积为零。处理控制模块13发送处理信号至抽排油器控制模块14和能源产生器控制模块15,跳转至步骤3。
循环执行上述调整方法,实现对潜标姿态的持续性监测,并及时地对出现角度偏转的潜标姿态进行自适应的姿态调整。
以上描述仅是本发明的一个具体实例,并不构成对本发明的任何限制,显然对于本领域的专业人员来说,在了解了本发明内容和原理后,都可能在不背离原理、结构的情况下,进行形式和细节上的各种修正和改变,但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种潜标姿态调整装置,其特征在于包括:控制器(1)、抽排油器(2)、储油舱(3)、目标油舱(4)和能源产生器(5);
所述的控制器(1),分别与抽排油器和能源产生器连接,用于收集抽排油器和能源产生器的信息,产生控制指令,完成液油的抽运;
所述储油舱(2),位于潜标底部,用于回收目标油舱所排出的液油,并储存液油,用于抽运至目标油舱;
所述目标油舱(3),包括24个矢量油舱(31),其位于储油舱上方,这些矢量油舱分为上下两层,呈轴对称分布,每一层有12个矢量油舱;上层矢量油舱的抽排油开关与下层矢量油舱的注排油开关共用;下层矢量油舱的注油通过上层矢量油舱注入,上层矢量油舱的排油通过下层矢量油舱排出;通过对各矢量油舱的体积重新配比,使各矢量油舱的重心发生改变,从而引起潜标的姿态发生改变;
所述抽排油器(4),其分别与能源产生器、储油舱和目标油舱相连接,用于完成液油在储油舱和目标油舱之间的抽运;
所述能源产生器(5),分别与控制器和抽排油器相连接,用于接收控制器所发送的指令信号,根据指令信号改变能源产生器的工作方式;并通过控制抽排油器将储油舱中的液油抽运到各矢量油舱中。
2.根据权利要求1所述的潜标姿态调整装置,其特征在于所述控制器(1),包括:
信息收集模块(11),用于收集潜标角度偏转信息、矢量油舱液油深度信息、注排油开关闭合信息及潜标工作水域水压信息,并将所采集信息传输至控制处理模块;
外部信息输入模块(12),用于人工输入重心位置及角度调整的信息数据,并将所录入的外部信息数据传输至控制处理模块;
控制处理模块(13),用于接收信息收集模块和外部信息输入模块的数据信息,对所接收信息与内部数据信息进行比对分析;若潜标当前姿态与目标姿态出现角度偏转且偏转角度超出±10°时,则该模块产生处理信号,传输至抽排油器控制模块和能源产生器控制模块;
抽排油器控制模块(14),用于控制处理模块传输处理信号转换为抽排油器控制信号,发送至抽排油器;
能源产生器控制模块(15),用于将控制处理模块传输处理信号转换为能源产生器控制信号,发送至能源产生器。
3.根据权利要求1所述的潜标姿态调整装置,其特征在于所述抽排油器(2),由抽油管道(21)和注排油开关(22)组成。
4.根据权利要求1所述的潜标姿态调整装置,其特征在于所述的目标油舱(3)和储油舱(4),均由玻璃钢制作,内壁采用憎油性物质填充。
5.根据权利要求1所述的潜标姿态调整装置,其特征在于储油舱(4)所储液油,其密度大于水,沸点高于60℃,熔点低于-20℃。
6.根据权利要求3所述的抽排油器(2),其特征在于所述抽油管道(21),由轻质耐腐蚀合金材料制作,内壁采用憎油性物质填充。抽油管道延伸至储油舱(4)中,其与液油接触部分填充憎油性物质。
7.根据权利要求3所述的抽排油器(2),其特征在于所述注排油开关(22),采用电动调节蝶阀。
8.一种利用权利要求1潜标姿态调整装置进行潜标姿态的调整方法,包括如下步骤:
(1)将安装有潜标姿态调整装置的潜标放入工作环境中,启动潜标调整装置的控制器(1)、抽排油器(2)和能源产生器(5);
(2)控制器(1)采集潜标姿态发生偏转时的偏转角度,并将该偏转角度与输入的外部信息数据进行比较;若当前姿态相对初始姿态的偏转角度超出±10°时,则产生控制信号分别传输至抽排油器(2)和能源产生器(5);
(3)抽排油器(2)收到控制信号后,打开注排油开关;能源产生器(5)收到控制信号后,将储油舱中的液油抽运至目标油舱中;
(4)在液油抽运过程中,控制器收集目标油舱(3)和储油舱(4)中的液油深度以及抽排油器的工作信息,当所收集信息数据与初始状态对应的信息数据相等时,潜标姿态调整完成,控制器发送控制指令至抽排油器(2)和能源产生器(5),关闭抽排油器(2)和能源产生器(5)。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |