CN106114784B - 一种水下滑翔机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种水下滑翔机，包括机身和机翼，其特征在于，还包括卡圈、固定轴和预紧弹簧，所述卡圈卡在机身上抱紧机身，所述固定轴通过机翼内部的通孔固定在机翼内部，固定轴的另一端通过焊接在机身上，所述预紧弹簧穿在固定轴上，所述预紧弹簧的两端分别与固定轴和机翼刚性连接，所述固定轴两端分别装有滑动轴承，其中一个滑动轴承的一端靠在固定轴的台阶上，另一端被预紧弹簧顶住，另一个滑动轴承的一端被预紧弹簧顶住，另一端固定安装在机翼外部。本发明具有结构简单、滑翔效率高、节约空间和成本的优点。

Description

一种水下滑翔机

技术领域

本发明涉及水下运载器技术领域，尤其是一种可自动调节机翼扭转角实现高效滑翔的水下滑翔机。

背景技术

水下滑翔机是一种新型无人水下航行器，它将海洋动物低能耗、长航行能力的水动力学原理和鸟类滑翔的气动力学原理相结合，采用剩余浮力驱动技术，以无动力滑翔为主要运动方式，能耗低，续航能力长；其不使用推进器，运行过程十分安静；经济性好，性价比高，可大量实现水下组网作业。

水下滑翔机目前正处于研发、应用研究阶段，水下滑翔机极大的优势表现在滑翔过程中极低的阻力导致极低的能耗，为此仅仅依靠电池能量就可获得长航程和高续航力。水下滑翔机可携带CTD(温度、盐度、深度)传感器等仪器设备，执行海洋中温度、盐度和深度等海洋环境参数的长时间连续探测和监测作业，航程一般在数百千米以上，连续工作时间长达几十天甚至数月。从水下滑翔机的发展趋势和海洋环境监测作业应用要求来看，还需进一步提高水下滑翔机的续航里程和续航时间，以满足深远海大范围长时间海洋环境探测和监测作业的需要。

目前的水下滑翔机大多依靠自身携带的电池块提供能源供应，但由于水下滑翔机尺度和重量较小(长度一般1.5-3m,重量一般50-200kg)，可供电池块布置的空间和重量分配很小(空间一般仅0.01-0.02m³左右)，可携带的电池能量有限，仅采用一般的电池(包括高性能的一次性锂电子电池)也难以进一步提高水下滑翔机的续航力和续航时间。因此如何最大程度地利用有限的电池能量，提高滑翔机的滑翔效率从而实现更高航程和长续航力成为人们的奋斗目标。

在传统的水下滑翔机设计中，一般采用比较常规的机翼外形，而且机翼是固定式，滑翔效率难以有明显提高。

发明人在近年来的研究中发现机翼对于水下滑翔机的水动力学特性具有非常重要的影响，机翼周围的涡结构直接影响到升阻力特性，为此提出一种可转动式机翼的概念设想。在此概念设想下，机翼在不同海洋环境及不同行进状态(上升或下潜)与机体采取不同交角,使得升力阻力达到最佳状态,使得滑翔效率明显提高，能耗明显降低，航程和续航力明显增加。这种可自动调节机翼扭转角的新型水下滑翔机，可有效提高续航能力和连续工作时间，对于提高其海洋环境探测和监测作业能力具有重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种水下滑翔机，包括机身和机翼，其特征在于，还包括卡圈、固定轴和预紧弹簧，所述卡圈卡在机身上抱紧机身，所述固定轴通过机翼内部的通孔固定在机翼内部，固定轴的另一端焊接在机身上，所述预紧弹簧穿在固定轴上，所述预紧弹簧的两端分别与固定轴和机翼刚性连接，所述固定轴两端分别装有滑动轴承，其中一个滑动轴承的一端靠在固定轴的台阶上，另一端被预紧弹簧顶住，另一个滑动轴承的一端被预紧弹簧顶住，另一端固定安装在机翼外部。

进一步地，所述卡圈靠螺栓抱紧机身。

进一步地，所述固定轴上有台阶。

进一步地，所述固定轴用端部螺钉固定在机翼内的通孔中。

本发明的优点在于结构简单，易于装卸，并且可以大幅提高水下滑翔机的滑翔效率从而提高航程和续航力。

附图说明

图1为本发明一种水下滑翔机的整体结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为机翼的剖面图；

图4为图3中的局部视图A；

图5为图3中的局部视图B；

图6为本发明水下滑翔机水平静止姿态的示意图；

图7为本发明水下滑翔机下潜时机翼和机身的姿态示意图；

图8为本发明水下滑翔机上浮时机翼和机身的姿态示意图。

图中：1-机身、2-机翼、3-卡圈、4-固定轴、5-滑动轴承、6-预紧弹簧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种水下滑翔机的具体实施方式进行详细说明，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1和图2所示，一种水下滑翔机，包括机身1和机翼2，机身上安装卡圈3，卡圈3卡在机身1上靠螺栓抱紧机身1，使机身1更加牢固；如图3所示，机翼2中装有穿翼的固定轴4，固定轴4安装在机翼2内部的通孔中，使得机翼2固定在固定轴4上，用端部螺钉拧紧，预紧弹簧6穿在固定轴4上，固定轴4的另一端焊接在机身1上，预紧弹簧6的一端点焊固定在机翼2上，另一端点焊固定在固定轴4上，预紧弹簧6两端分别与固定轴4和机翼2刚性固定，使得在转动时不脱落，保证机翼2和机身1整体的稳定性；固定轴4两端各装有一个滑动轴承5，位于机翼2外侧的一个滑动轴承5靠自身法兰靠在机翼2外用固定在轴上的螺栓拧紧，如图4；另一个靠近机身1的滑动轴承5一端靠在固定轴4的台阶上，另一端被预紧弹簧6顶住，如图5。滑动轴承5支撑机翼2转动，其中转动的角度用预紧弹簧6和滑翔时候水流作用在机翼2上的力矩来控制并自动调节。

本发明的工作过程是：如图6，当水下滑翔机静止悬浮在水上时，其机翼2姿态为正常水平状态；如图7和图8，在水下滑翔机工作进行下潜或者上浮动作的时候，机翼2通过滑动轴承5会在水流的作用下转动一定角度，当水下滑翔机上下浮动的时候，水流与机翼2会形成一定角度，在水流阻力的作用下机翼2开始转动，在转动的过程中预紧弹簧6处于张紧状态并且张紧力越来越大，当弹簧的张紧力矩达到与水流阻力作用在机翼上的力矩相同的时候，达到平衡，机翼2形成最大角度。这样可以提高水下滑翔机的升阻比，提高水下滑翔机滑翔的高效性。

本发明提出的可自动调节机翼扭转角的水下滑翔机，利用滑翔机在上升或者下潜时，机翼受到的水流冲击下自动调整扭转角从而实现高效滑翔的目的。由于本发明中的机翼在来流的冲击下可自动调节扭转角度，因此无需耗费电池能量；通过改变机翼与机体之间的夹角(扭转角)，可以提高机体的实际来流攻角，从而提高能量转化效率，使得水平方向的能量输出增加，进而提高航程和续航力；本发明利用简单的器件完成高效滑翔功能，减少了占用空间并节约元器件成本。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种水下滑翔机，包括机身(1)、机翼(2)和卡圈(3)，所述卡圈(3)卡在机身(1)上抱紧机身(1)，其特征在于，还包括固定轴(4)和预紧弹簧(6)，所述固定轴(4)通过机翼(2)内部的通孔固定在机翼(2)内部，固定轴(4)的另一端焊接在机身(1)上，所述预紧弹簧(6)穿在固定轴(4)上，所述预紧弹簧(6)的两端分别与固定轴(4)和机翼(2)刚性连接，所述固定轴(4)两端分别装有滑动轴承(5)，其中一个滑动轴承(5)的一端靠在固定轴(4)的台阶上，另一端被预紧弹簧(6)顶住，另一个滑动轴承(5)的一端被预紧弹簧(6)顶住，另一端固定安装在机翼(2)外部。

2.根据权利要求1所述的水下滑翔机，其特征在于，所述卡圈(3)靠螺栓抱紧机身(1)。

3.根据权利要求1所述的水下滑翔机，其特征在于，所述固定轴(4)上有台阶。

4.根据权利要求1或3所述的水下滑翔机，其特征在于，所述固定轴(4)用端部螺钉固定在机翼(2)内的通孔中。