CN105620654A - 一种混合推进水下航行器 - Google Patents

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    • B63B2751/00—
    • B63B2754/00—

Abstract

本发明公开了一种混合推进水下航行器，航行器密封舱为扁平椭圆形,舱体前部与后部采用流线型结构。四个扑翼驱动装置对称安装在航行器的侧壁上。电池、电压转化模块与AD/DA模块分别固定在密封舱内,姿态传感器模块与PC104控制主板位于电池的两端,BD模块安装在PC104控制主板的一侧，位于AD/DA模块的后面,GPS定位模块位于密封舱后部；水囊固定在密封舱前部，电磁阀与水泵通过电缆相连位于水囊与传感器模块之间，水泵通过硅胶管接通到密封舱体外面,声呐安装在密封舱前端部。航行器采用扑翼推进与滑翔推进相结合的方式，通过合理的结构布局和改变扑翼的运动方式，实现在长距离航行过程中消耗较少的能量，提高能源利用率。

Description

一种混合推进水下航行器
技术领域
本发明涉及一种水下航行器，具体地说，涉及一种混合推进水下航行器；属于水下航行器技术领域。
背景技术
目前，用于海洋自主观测的水下航行器主要有水下自主航行器(AUV)和水下滑翔器(UnderwaterGliders)。推进方式以螺旋桨推进为主，也有通过仿生物扑翼推进的方式。通过螺旋桨来驱动，具有自主性强和定位精度高的特点，多用于高速推进；而仿生物扑翼推进的方式通过在低速时扑翼推进，可达到低功率消耗,减阻降噪的目的。螺旋桨推进器在船舶领域得到了广泛应用，并且已经有较长的应用历史。但是在进行海洋参数测量，海底信息调查，定点考察等要求水下航行器在低速条件下,具备极好的机动性和稳定性的作业任务中,采用当前的螺旋桨推进，以鳍舵进行操纵控制的运动方式已无法满足需求。水下滑翔器利用浮力驱动，具有航程远、功耗小、巡航时间长以及能进行纵垂面采样的特点，但是其航行速度慢，自主性差，而且工作时难以克服较大海流的影响但各种航行器在运用范围上未免因此而具有局限性，无法具备各运行条件下的适应性。具有鳍状肢体的水生物在不同运动过程中，其扑翼运动轨迹有所不同。不同生物之间，其扑翼形状也略有差异。通过改变扑翼的翼型和运动方式，能满足远距离航行和各类近距离跟踪观测的需求。
专利200610130407.1中公开了一种“混合型水下航行器”,该航行器是以螺旋桨推进与滑翔功能相结合的水下航行器，在长距离的航行过程中采用滑翔推进的方式，消耗较少的能量达到目的地，当到达目标或接近目标时采用螺旋桨推进的模式航行，对目标精确跟踪和监测。采用这种方式增大了水下航行器的航程，但采用螺旋桨推进时的噪声较大,且不适于低速条件下高机动性的推进运行。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种混合推进水下航行器；航行器采用扑翼推进与滑翔推进功能相结合的方式，在长距离的航行过程中采用滑翔推进，消耗较少的能量，提高能源利用率，当到达目标或接近目标时采用扑翼推进航行，噪音小，机动性强。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括声呐、密封舱、前端扑翼、前端扑翼驱动装置、水囊、电磁阀、电压转化模块、压力传感器、后端扑翼、后端扑翼驱动装置、GPS定位模块、BD模块、PC104控制主板、电池、AD/DA模块、姿态传感器模块、加速度传感器模块、水泵，所述密封舱为扁平椭圆形，舱体前部与舱体后部采用流线型结构，密封舱内前部与后部设置密封隔板，电池安装在密封舱内中间部位，电压转化模块与AD/DA模块分别位于电池的两侧,姿态传感器模块与PC104控制主板分别固定在电池的前后两端，BD模块安装在PC104控制主板的一侧，位于AD/DA模块的后面，压力传感器固定在密封舱的舱壁上，GPS定位模块安装在密封舱内后部，声呐安装在密封舱前端部，水囊固定在密封舱内前部，加速度传感器模块位于水囊的后面，电磁阀与水泵通过电缆相连位于水囊与加速度传感器模块之间，电磁阀与水囊通过硅胶管连接，与水泵连接的硅胶管端口固定在密封舱壁上与外部相通，电磁阀控制水泵开关，使水囊充入水或排出水；四个扑翼驱动装置沿密封舱中轴线对称分布，分别安装在密封舱体前部两侧和后部两侧，前端扑翼驱动装置与前端扑翼连接，通过扑翼驱动装置的电机驱动前端扑翼，后端扑翼驱动装置与后端扑翼连接，通过扑翼驱动装置的电机驱动后端扑翼，实现航行器的扑翼推进与滑翔姿态推进。
水囊、电池与姿态传感器模块、加速度传感器模块同轴安装。
所述前端扑翼和所述后端扑翼采用NACA0012翼型。
有益效果
本发明提出的混合推进水下航行器，密封舱为扁平椭圆形,舱体前部与舱体后部采用流线型结构,密封舱内前部与后部设有密封隔板。四个扑翼驱动装置对称安装在航行器的两侧壁上。电池固定在密封舱内,电压转化模块与AD/DA模块分别位于电池的两侧,姿态传感器模块与PC104控制主板固定在电池的前后两端，BD模块位于PC104控制主板的一侧安装在AD/DA模块的后面,压力传感器固定在密封舱的舱壁上,GPS定位模块位于密封舱后部,声呐安装在密封舱前端部，水囊固定在密封舱内前部，电磁阀与水泵通过水密电缆相连位于水囊与加速度传感器模块之间，水泵通过硅胶管接通到密封舱体外部,通过电磁阀来控制水泵的开、关，使水囊充入水或排出水，改变整体推进器的重量，控制滑翔推进过程的运动轨迹。
水下航行器采用扑翼推进与滑翔推进功能相结合的方式，在长距离的航行过程中采用滑翔推进，消耗较少的能量，可航行更远的距离，提高了能源利用率；当到达目标或接近目标时采用扑翼推进航行，噪音小，机动性强。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种混合推进水下航行器作进一步详细说明。
图1为本发明混合推进水下航行器结构示意图。
图2为本发明混合推进水下航行器外形示意图。
图中:
1.声呐2.密封舱3.前端扑翼4.前端扑翼驱动装置5.水囊6.电磁阀7.电压转化模块8.压力传感器9.后端扑翼10.后端扑翼驱动装置11.GPS定位模块12.BD模块13.PC104控制主板14.电池15.AD/DA模块16.姿态传感器模块17.加速度传感器模块18.水泵，
具体实施方式
本实施例是一种混合推进水下航行器。
参阅图1、图2，本实施例混合推进水下航行器的密封舱2为扁平椭圆形,舱体前部与舱体后部采用流线型结构,密封舱2内前部与后部设置有密封隔板,声呐1固定安装在密封舱2前端中心部位；电池14固定安装在密封舱2内中间部位,电压转化模块7与AD/DA模块15分别安装在电池14的两侧,姿态传感器模块16与PC104控制主板13固定在电池14的前后两端；BD模块12位于PC104控制主板13的一侧,安装在AD/DA模块15的后面,压力传感器8固定在密封舱2的舱壁上,GPS定位模块11位于密封舱2内后部,压力传感器8固定在密封舱2的舱壁上；GPS定位模块11、BD模块12组成的水下通信系统,用来与外部进行通信联络。水下航行器内部各模块间的通信通过系统内部的通信总线完成。
水囊5安装在密封舱2内前部，加速度传感器模块17固定在水囊5的后面,电磁阀6与水泵18通过水密电缆相连位于水囊5与加速度传感器模块17之间，电磁阀6与水囊5通过软质硅胶管连接，水泵18通过硅胶管接通到密封舱体外部,通过电磁阀来控制水泵的开、关，使水囊充入水或排出水，改变航行器的重量，来控制滑翔推进过程的运动轨迹。
四个扑翼驱动装置沿航行器中轴线呈对称分布，分别安装在密封舱体两侧；前端扑翼驱动装置4与前端扑翼3连接位于密封舱体前部两侧,扑翼连接在扑翼驱动装置的电机输出轴上，通过直流电机驱动前端扑翼；后端扑翼驱动装置10与后端扑翼9连接位于密封舱体后部两侧,扑翼连接在扑翼驱动装置的电机输出轴上，通过直流电机驱动后端扑翼9,实现航行器的扑翼推进与滑翔姿态推进。前端扑翼3和后端扑翼9均为单自由度，采用NACA0012翼型。电池14通过水密电缆与扑翼驱动装置相连。
当航行器直线运动时，两对扑翼通过驱动电机以相同的拍水频率和幅值进行扑翼运动。
当航行器需要上浮时，电磁阀6打开，启动水泵18将水囊5内的水通过软质硅胶管输送到航行器外，航行器总体的重量变轻，航行器上浮；当航行器需要下潜时，电磁阀6打开，启动水泵18将水由航行器外部通过软质硅胶管抽入水囊5中，航行器总体的重量变大，航行器下潜，如此便可控制在滑翔过程中的上浮和下潜。在接近目标时，采用扑翼推进的方式，既有更加良好的机动性。将前端扑翼3的平衡位置向下调节一定的角度，将后端扑翼9的平衡位置向上调节一定的角度，此时前端扑翼在做拍水运动时提供一个向前下方的推力，后端扑翼在做拍水运动时提供一个向前上方的推力，航行器向下转弯，即下潜。将前端扑翼3的平衡位置向上调节一定的角度，将后端扑翼9的平衡位置向下调节一定的角度，此时前端扑翼在做拍水运动时提供一个向前上方的推力，后端扑翼在做拍水运动时提供一个向前下方的推力，航行器向上转弯，即上浮。
当航行器需要左转弯时，位于航行器左侧的前端扑翼和后端扑翼降低频率，右侧的前端扑翼和后端扑翼仍以不变的拍水频率和幅值进行扑翼运动，航行器向左侧转弯。当航行器需要右转弯时，位于航行器右侧的前端扑翼和后端扑翼降低频率，左侧的前端扑翼和后端扑翼仍以不变的拍水频率和幅值进行扑翼运动，航行器向右侧转弯。
混合推进水下航行器结构简单，采用扑翼推进与滑翔推进功能相结合的方式，在长距离的航行过程中采用滑翔推进，消耗较少的能量，可航行更远的距离，提高了能源利用率；当到达目标或接近目标时采用扑翼推进航行，噪音小，机动性强。

Claims (3)

1.一种混合推进水下航行器，其特征在于:包括声呐、密封舱、前端扑翼、前端扑翼驱动装置、水囊、电磁阀、电压转化模块、压力传感器、后端扑翼、后端扑翼驱动装置、GPS定位模块、BD模块、PC104控制主板、电池、AD/DA模块、姿态传感器模块、加速度传感器模块、水泵，所述密封舱为扁平椭圆形，舱体前部与舱体后部采用流线型结构，密封舱内前部与后部设置密封隔板，电池安装在密封舱内中间部位，电压转化模块与AD/DA模块分别位于电池的两侧,姿态传感器模块与PC104控制主板分别固定在电池的前后两端，BD模块安装在PC104控制主板的一侧，位于AD/DA模块的后面，压力传感器固定在密封舱的舱壁上，GPS定位模块安装在密封舱内后部，声呐安装在密封舱前端部，水囊固定在密封舱内前部，加速度传感器模块位于水囊的后面，电磁阀与水泵通过电缆相连位于水囊与加速度传感器模块之间，电磁阀与水囊通过硅胶管连接，与水泵连接的硅胶管端口固定在密封舱壁上与外部相通，电磁阀控制水泵开关，使水囊充入水或排出水；四个扑翼驱动装置沿密封舱中轴线对称分布，分别安装在密封舱体前部两侧和后部两侧，前端扑翼驱动装置与前端扑翼连接，通过扑翼驱动装置的电机驱动前端扑翼，后端扑翼驱动装置与后端扑翼连接，通过扑翼驱动装置的电机驱动后端扑翼，实现航行的扑翼推进与滑翔姿态推进。
2.根据权利要求1所述的混合推进水下航行器，其特征在于:水囊、电池与姿态传感器模块、加速度传感器模块同轴安装。
3.根据权利要求1所述的混合推进水下航行器，其特征在于:所述前端扑翼和所述后端扑翼采用NACA0012翼型。
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