CN104691728B - 水面水下混合型航行探测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种水面水下混合型航行探测器，包括同轴线依次相连的艏舱、浮力调节舱、姿态控制舱、控制通信舱和艉舱，其中艏舱和艉舱为非密封舱,与外部水域相通，浮力调节舱、姿态控制舱、控制通信舱为密封舱，艏舱内装有水翼收放装置；浮力调节舱安装有浮力调节系统，通过油泵对油囊内油的充放来调节浮力；姿态控制舱内装有姿态调整系统，通过电机移动重物滑块的位置来改变重心位置，继而改变航行器的姿态，控制通信舱内安装有航行器控制与通信用的电子设备；艉舱内装有操舵系统。本发明兼具水下滑翔器和波浪滑翔器的特点，增加了航行器的持续工作能力和应用范围。

Description

水面水下混合型航行探测器

技术领域

本发明涉及一种探测器，尤其涉及一种水面水下混合型航行探测器。

背景技术

目前，用于海洋自主观测的航行器主要分为水下航行器和水面航行器。其中，能够进行超远程探测的是水下滑翔器(Underwater Gliders)和波浪滑行器(Wave Gliders)。水下滑翔器利用浮力驱动，能够进行水下的探测与采样，波浪滑翔器利用波浪力驱动，能够进行水面的探测与采样。例如中国专利(申请号201210362056.2)提供一种混合型水下航行探测器，包括同轴线依次相连的艏舱、主舱、电子控制舱和艉舱，艏舱和艉舱与外部水域相通，主舱和电子控制舱位密封舱，主舱和电子控制舱的连接处对称安装着两个机翼，艏舱内装有声纳高度计和声学收发器，主舱外套装有非接触式电能及信号传输组件，主舱内安装有姿态调整系统和浮力调节系统，浮力调节系统安装在主舱的前部，通过活塞的移动来调节浮力，活塞两侧通过滚动膜片来隔离密封，电子控制舱内安装有航行器控制用的电子设备，艉舱上固定有螺旋桨推进系统和操舵系统，兼具水下滑翔器和水下自主航行器的特点。

现有的相关技术存在以下不足之处：1.现有的水下滑翔器只能在水下进行探测，限制了水下滑翔器的应用范围。2.现有的波浪滑翔器只能在水面进行探测，不能下潜，限制了波浪滑翔器的应用范围。

发明内容

本发明的目的是为了既能在水面移动探测又能进行水下移动探测而提供一种水面水下混合型航行探测器。

本发明的目的是这样实现的：包括依次同轴线相连的艏舱、姿态控制舱、浮力调节舱、控制通信舱和艉舱，艏舱和艉舱与外界水域相通，浮力调节舱、姿态控制舱和控制通信舱是密封舱，艉舱内安装操舵系统，操舵系统包括尾舵驱动装置和可以转动的尾舵，姿态控制舱内安装姿态调节系统，控制通信舱内安装有深度计、主控电路板、导航与通信组件和电子罗盘，所述浮力调节舱安装浮力调节系统，浮力调节系统包括油泵和与油泵连接的油囊，在航行器中部下端的外表面上设置触发杆，艏舱内设置有主体结构，主体结构上安装有电机，电机的输出轴上套装有齿轮，主体结构上还安装有固定架，固定架上固定安装有第一连杆，第一连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，第二连杆的另一端设置有限位桩和限位槽并且通过水翼转轴与水翼铰接，第二连杆的中间位置上与第三连杆的一端铰接，第三连杆的另一端与齿条铰接，所述齿条安装在主体结构上设置的滑槽中，且齿条与齿轮啮合，所述水翼包括水翼主体、限位滑块、绳子、弹簧和限位开关，限位滑块活动安装在所述水翼主体上设置的凹槽中且限位滑块还与第二连杆接触，所述绳子的一端与限位滑块固定连接，所述绳子的另一端与限位开关固定连接，所述限位开关的另一端铰接安装在水翼尾端，所述弹簧安装在水翼主体上设置的凹槽中并与限位滑块相接触，所述限位开关与触发杆配合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首次提出了能够使在水下滑翔器模式和波浪滑翔器模式间转换的新型航行器，能实现水面和水下的多任务探测，增加了航行器的工作能力；此外，若与海底观测网相连，则可以通过数据交互，使其成为海底观测网络的一个移动节点，且当其上浮到海面并转换为波浪滑翔器模式时，可通过卫星上载数据；当海面上有冰覆盖或者海面上海情复杂且无需探测时(如台风等)，则能够转换为水下滑翔器模式进行避险。也即本发明兼具水下滑翔器和波浪滑翔器的特点，可在水下滑翔器和波浪滑翔器两种模式之间切换，增加了本发明的持续工作能力和应用范围。

附图说明

图1是本发明处于波浪滑翔状态的整体结构示意图；

图2是本发明处于水下滑翔状态的整体结构示意图；

图3是本发明的水翼收放装置的结构示意图；

图4是本发明电机安装位置的示意图；

图5是本发明的水翼的结构示意图一；

图6是本发明的水翼的结构示意图二。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图6，本发明包括依次同轴线相连的艏舱1、姿态控制舱2、浮力调节舱3、控制通信舱4和艉舱5，艏舱1和艉舱5与外界水域相通，浮力调节舱3、姿态控制舱2和控制通信舱4是密封舱，艉舱5内安装操舵系统，操舵系统包括尾舵驱动装置和可以转动的尾舵8，姿态控制舱2内安装姿态调节系统，控制通信舱4内安装有深度计、主控电路板、导航与通信组件和电子罗盘，所述浮力调节舱3安装浮力调节系统，浮力调节系统包括油泵和与油泵连接的油囊，在所述航行器中部下端的外表面上设置触发杆9，艏舱1内设置有主体结构17，主体结构17上安装有电机18，电机18的输出轴上套装有齿轮14，主体结构上还安装有固定架23，固定架23上固定安装有第一连杆10，第一连杆10的另一端与第二连杆11的一端铰接，第二连杆11的另一端设置有限位桩15和限位槽16并且通过水翼转轴24与水翼7铰接，第二连杆11的中间位置上与第三连杆12的一端铰接，第三连杆12的另一端与齿条13铰接，所述齿条13安装在主体结构17上设置的滑槽中，且齿条13与齿轮14啮合，所述水翼7包括水翼主体、限位滑块19、绳子21、弹簧20和限位开关22，限位滑块19活动安装在所述水翼主体上设置的凹槽中且限位滑块19还与第二连杆11接触，所述绳子21的一端与限位滑块19固定连接，所述绳子21的另一端与限位开关22固定连接，所述限位开关22的另一端铰接安装在水翼7尾端，所述弹簧20安装在水翼主体上设置的凹槽中并与限位滑块19相接触，且所述绳子21穿过所述弹簧20。

也即本发明主要舱室包括艏舱1、姿态控制舱2、浮力调节舱3、控制通信舱4和艉舱5，主要系统包括水翼收放系统，姿态调节系统，浮力调节系统，导航与控制及通讯系统和操舵系统等，水翼收放系统包括收放杆驱动装置、水翼收放杆组合6以及水翼7，收放杆驱动装置安装于艏舱内，在水下滑翔器模式下，水翼7被收起，水翼7用于为航行器提供升力，在波浪滑翔器模式下，水翼7被打开，水翼7转化波浪能为航行器提供前进动力。姿态调节系统，安装于姿态控制舱2内，包括轴向平行安装的调节丝杠和平移导轨，调节丝杠与调节电机的转轴连接，调节丝杠上安装有调节盘，调节盘上安装有偏心旋转电机，偏心旋转电机的输出轴上安装电池包作为重量调节块，通过随调节电机和偏心旋转电机的控制，移动电池包的位置进而改变重心位置，从而实现对滑翔器的姿态调节；电池块既是组成姿态调节装置的一部分,又提供电能给所有需要供电的装置；浮力调节系统，安装于浮力调节舱3内，其包括油泵和油囊，油泵固定安装在固定架上，油囊与油泵相连，通过油泵对油囊内油的抽放进而改变航行器的排水体积来调整航行器的浮力；导航与控制系统，固定安装于器控制通信舱4内，用于接收与处理各传感器和卫星通讯天线的数据，通过向质心调节系统和浮力调节系统发出控制信号，控制本发明所提供的水面水下混合型航行探测器的工作状态和航路，而通讯系统也固定安装于控制通信舱4内，用于与导航卫星或其他设备进行通讯；操舵系统包括舵机和艉舵，舵机固定安装于艉舱内，艉舵安装于舵机的舵轴上。

本发明中，水翼收放系统用于收放水翼7，当收起水翼7时，通过姿态控制系统和浮态控制系统调整本发明的重心、浮力和浮心的位置，使本发明转换为水下滑翔器状态，当展开水翼7时，通过姿态控制系统和浮力控制器调整本发明的重心、浮力和浮心的位置，使本发明转换为波浪滑翔器状态。

本发明的具体工作过程是：当水面水下航行器工作在波浪滑翔器模式(如图1所示)时，航行器通过波浪力来驱动航行。此时通过浮力调节系统使航行器处于正浮力状态漂浮在水面上，波浪力使航行器发生深沉与纵摇，在水流的作用下，水翼产生向前的推力，推动航行器前进。

当本发明所提供的水面水下混合型航行探测器工作在水下滑翔器模式(如图2所示)时，本发明通过调整浮力来驱动航行。当本发明浮于水面上时，通过艏尾舱的水翼收放装置8收起水翼，浮力调节系统工作，将油囊内的油排出，使航行器处于负浮力状态，且姿态调节系统工作，使本发明的整体重心处于浮心的前方，本发明进入下潜状态，水翼与水流作用产生向前的力，推动本发明向前下方运动；当本发明到达一定深度时，浮力调节系统工作，往油囊内充油，使航行器处于正浮力状态，并通过姿态控制系统，使本发明的整体重心在浮心的后方，类似的，水翼与水流作用产生向前的力，本发明朝前上方运动。因此，本发明可以不断重复这样的下潜和上浮的运动，实现锯齿形的运动轨迹。

本发明所提供的水面水下混合型航行探测器的航向通过尾舵驱动装置带动尾舵8偏转来进行控制。而本发明在波浪滑翔器模式、水下滑翔器模式之间转换主要依靠浮力调节系统、重心调节系统和水翼收放系统的工作。

水翼收起的具体方式为，电机18启动，安装于电机输出轴上的齿轮14带动齿条13向上滑动，齿条13带动第三连杆12转动，第三连杆12带动第二连杆11转动，将水翼7收起，当水翼7收起到航行器底部时，水翼7尾端的限位开关22首先受到航行器底部的触发杆9的挤压，绕旋转轴发生旋转，拉动绳子21，继而拉动水翼内安装的滑块19，解除对水翼转动角度的限制，继而实现对水翼7的成功收起，当完全收起时，第二连杆11底端设置的限位桩15限制水翼7保持与第二连杆11平行。

水翼放出的具体方式为，电机18启动，安装于电机输出轴上的齿轮14带动齿条13向下滑动，齿条13带动第三连杆12转动，第三连杆12带动第二连杆11转动，将水翼7放出，在水流的作用下，水翼7向上偏转，当第二连杆11底端设置的限位槽16转动到水翼内安装有的限位滑块19所在的位置时，在弹簧20的作用下，限位滑块19弹出，开始对水翼7的转动角度进行限制。也即本发明的限位滑块19或进入第二连杆11所设置的限位槽16中对第二连杆11的摆动角度进行限制，或不进入第二连杆11所设置的限位槽16中而不对第二连杆11的摆动角度进行限制，这取决于限位开关22的状态。

Claims (1)

1.一种水面水下混合型航行探测器，包括依次同轴线相连的艏舱、姿态控制舱、浮力调节舱、控制通信舱和艉舱，艏舱和艉舱与外界水域相通，浮力调节舱、姿态控制舱和控制通信舱是密封舱，艉舱内安装操舵系统，操舵系统包括尾舵驱动装置和可以转动的尾舵，姿态控制舱内安装姿态调节系统，控制通信舱内安装有深度计、主控电路板、导航与通信组件和电子罗盘，所述浮力调节舱安装浮力调节系统，浮力调节系统包括油泵和与油泵连接的油囊，其特征在于：在航行探测器中部下端的外表面上设置触发杆，艏舱内设置有主体结构，主体结构上安装有电机，电机的输出轴上套装有齿轮，主体结构上还安装有固定架，固定架上固定安装有第一连杆，第一连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，第二连杆的另一端设置有限位桩和限位槽并且通过水翼转轴与水翼铰接，第二连杆的中间位置上与第三连杆的一端铰接，第三连杆的另一端与齿条铰接，所述齿条安装在主体结构上设置的滑槽中，且齿条与齿轮啮合，所述水翼包括水翼主体、限位滑块、绳子、弹簧和限位开关，限位滑块活动安装在所述水翼主体上设置的凹槽中且限位滑块还与第二连杆接触，所述绳子的一端与限位滑块固定连接，所述绳子的另一端与限位开关固定连接，所述限位开关的另一端铰接安装在水翼尾端，所述弹簧安装在水翼主体上设置的凹槽中并与限位滑块相接触，所述限位开关与触发杆配合。