CN106394836B - 微小型潜艇 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微小型潜艇，艇身包括密封的底部的压载舱和密封的顶部的浮力舱，压载舱设有内空的内腔以容置蓄电池、油箱、柴油发电机，并通过密封的线路管道与顶部的浮力舱导通；顶部的浮力舱设有内空的内腔以容置电子设备，电子设备通过设置在线路管道内的电缆连接柴油发电机和/或蓄电池；潜艇艇身的前部设有向上延伸的桅杆，桅杆上设有气象探测机构，气象探测机构通过密封的线路管道内的线缆连接电子设备；还包括设置在潜艇艇身中部的延竖直方向延伸的火箭发射装置，火箭发射装置包括密封的发射仓，发射仓顶部设有可开合的密封舱门，密封的发射仓的底部固定在压载舱内并沿竖直方向贯穿压载舱顶壁和浮力舱以伸出潜艇艇身。

Description

微小型潜艇
技术领域
本发明涉及机械技术领域，尤其是指一种微小型潜艇。
背景技术
目前常用的海流测量方法有三种：浮标漂移测流法、定点测流法和走航式测流法。
其中，浮标漂移法是一种传统的海流测量方法，必须使浮标随海流一起运动，然后通过记录浮标的空间-时间位置，以此计算海流的流速和流向。这种方法的关键是确定浮标在不同时刻的位置，通常采用无线电、声学或卫星定位技术跟踪漂流浮标从而测量海流。
定点测量法是目前最常用的一种海流测量方法，是将海流测量设备(海流计)安装在锚定的船、浮标、潜标或海上平台上，从而对海洋中某一位置的海流进行长期测量。在船只航行的同时测量海流，不仅可节省时间，提高效率，而且可同时观测多层海流，这种测量方法叫做走航测流法。这种测流方法的实现和推广得益于声学多普勒海流剖面仪(ADCP)的问世和发展，目前一般海洋调查船都配有ADCP。此外，从卫星高度计测得的平均海平面资料可以推算大洋环流，最直接的方式是减去大地水准面得到动力高度，然后利用地转平衡关系式计算大洋环流。这种方法得到的仅是大尺度海洋动力状况。
由于上述海流测量方法在观测方案设计和观测设备性能上的不足，使得目前海流的测量在快速、实时、大范围测量海流方面存在一定的局限性。浮标漂移法的缺点是浮标只能随波逐流沿着海流的方向进行测量，如需获得相邻海域的海流数据需要另行投放浮标，且浮标一般不能回收。定点测量法只能进行定点观测，且在海流较小时测量误差较大；由于船舶或浮标在深海抛锚有一定困难，使用该方法很难获得深海的海流数据。ADCP仪器价格昂贵，一般配备在海洋调查船上，使用成本较高，并且由于换能器安装位置和测量频率的限制，海流测量存在一定的盲区(海表至海表以下30-40cm)。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种能够在快速、实时、大范围测量海流环境中进行表层海流的流速和流向测量的微小型潜艇。
为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种微小型潜艇，包括：
潜艇艇身，其中所述艇身包括密封的底部的压载舱和密封的顶部的浮力舱，所述压载舱设有内空的内腔以容置蓄电池、油箱、柴油发电机，并通过密封的线路管道与顶部的浮力舱导通；所述顶部的浮力舱设有内空的内腔以容置电子设备，所述电子设备通过设置在线路管道内的电缆连接所述柴油发电机和/或蓄电池；
所述潜艇艇身后部设有推进器、水平尾舵、垂直尾舵，所述推进器连接所述蓄电池，所述水平尾舵和垂直尾舵连接浮力舱内的电子设备；所述潜艇艇身的前部设有向上延伸的桅杆，所述桅杆上设有气象探测机构，所述气象探测机构通过密封的线路管道内的线缆连接所述电子设备，所述潜艇艇身为半潜式，在航行时气象探测机构位于水面以上；还包括设置在潜艇艇身中部的延竖直方向延伸的用于发射船载气象探测火箭的火箭发射装置，在航行时气象探测机构位于水面以上；所述火箭发射装置包括密封的发射仓，所述发射仓顶部设有可开合的密封舱门，所述密封的发射仓的底部固定在所述压载舱内并沿竖直方向贯穿所述压载舱顶壁和浮力舱以伸出所述潜艇艇身；
其中所述潜艇艇身后部还设有突出于艇身的密封的围壳，所述围壳内设有天线，所述天线通过通过密封的线路管道内的线缆连接所述电子设备；
其中，所述微小型潜艇携带温深电导率传感器CTD、上视声学多普勒剖面仪ADCP和下视声学多普勒剖面仪ADCP作为测量设备，CTD安装在微小型潜艇的头部，CTD测量海水温度和电导率剖面，ADCP为采用四波束斜正交JANUS配置的宽带ADCP，配置两套前后安装的ADCP，一套为上视ADCP，用于测量航行体上方的海流剖面；另一套为下视ADCP，测量航行体下方的海流剖面，还具有航行体航行速度的测量功能，即具有对底跟踪功能和对底高度测量功能；梯形剖面测量在设定的航线上进行，包括水面水平航行、下潜航行、水下水平航行、上浮航行，在航行过程中利用ADCP测量海流剖面和水深变化；
其中所述潜艇上设有卫星定位装置和卫星通讯系统，卫星定位采样频率为10Hz，卫星通讯频率为1Hz。
进一步的，所述浮力舱顶壁设有可开合的密封的舱盖。
进一步的，所述围壳内还设有吸排气管，所述吸排气管从所述围壳顶部伸出所述围壳。
进一步的，所述压载舱的前部和后部设有压舱物。
进一步的，所述电子设备包括用于控制所述微小型潜艇工作的潜艇控制系统、用于控制所述气象探测机构进行气象探测的气象数据处理系统、用于控制所述火箭发射装置工作的火箭控制系统。
进一步的，所述电子设备还包括远程通讯系统，所述远程通讯系统通过围壳的天线连接远程服务器以将测量数据发送到远程服务器，并接收远程服务器发送的控制指令以控制所述微小型潜艇的运行。
进一步的，远程通讯系统包括卫星定位装置、卫星通讯装置，其中所述卫星定位装置的采样频率为10Hz，卫星通讯装置的通讯频率为1Hz。
进一步的，所述微小型潜艇在航行过程中，所述CTD的测量时间间隔为5分钟，每次采集时间不小于60s，采样率为16～24Hz。
进一步的，所述ADCP的采样率为1Hz。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：上述技术方案提出了一种微小型潜艇，能够兼顾经济性和实用性，结构简单，安全可靠，维护性好，成本少，体积小。上述技术方案提出的微小型潜艇可以运载海上探测设备自主航行自主发射，节约人力，降低成本和风险，扩大探测范围。
附图说明
图1为本发明实施例的微小型潜艇的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种微小型潜艇，包括：包括：潜艇艇身，其中所述艇身包括密封的底部的压载舱13和密封的顶部的浮力舱7，所述压载舱设有内空的内腔以容置蓄电池4、油箱5、柴油发电机6，并通过密封的线路管道与顶部的浮力舱7导通；所述顶部的浮力舱7设有内空的内腔以容置电子设备8，所述电子设备8通过设置在线路管道内的电缆连接所述柴油发电机6和/或蓄电池4；
所述潜艇艇身后部设有推进器1、水平尾舵2、垂直尾舵3，所述推进器1连接所述蓄电池4，所述水平尾舵2和垂直尾舵3连接浮力舱内的电子设备；所述潜艇艇身的前部设有向上延伸的桅杆，所述桅杆上设有气象探测机构12，所述气象探测机构12通过密封的线路管道内的线缆连接所述电子设备；还包括设置在潜艇艇身中部的延竖直方向延伸的火箭发射装置9，所述火箭发射装置9包括密封的发射仓，所述发射仓顶部设有可开合的密封舱门，所述密封的发射仓的底部固定在所述压载舱内并沿竖直方向贯穿所述压载舱顶壁和浮力舱以伸出所述潜艇艇身；
其中所述潜艇艇身后部还设有突出于艇身的密封的围壳10，所述围壳10内设有天线11，所述天线11通过密封的线路管道内的线缆连接所述电子设备8。
进一步的，所述浮力舱顶壁设有可开合的密封的舱盖。
进一步的，所述围壳内还设有吸排气管，所述吸排气管从所述围壳顶部伸出所述围壳。
进一步的，所述压载舱的前部和后部设有压舱物14。
进一步的，所述电子设备包括用于控制所述微小型潜艇工作的潜艇控制系统、用于控制所述气象探测机构进行气象探测的气象数据处理系统、用于控制所述火箭发射装置工作的火箭控制系统。
进一步的，所述电子设备还包括远程通讯系统，所述远程通讯系统通过围壳的天线连接远程服务器以将测量数据发送到远程服务器，并接收远程服务器发送的控制指令以控制所述微小型潜艇的运行。
进一步的，远程通讯系统包括卫星定位装置、卫星通讯装置，其中所述卫星定位装置的采样频率为10Hz，卫星通讯装置的通讯频率为1Hz。
进一步的，所述微小型潜艇携带温深电导率传感器CTD、上视声学多普勒剖面仪ADCP和下视声学多普勒剖面仪ADCP作为测量设备，CTD安装在微小型潜艇的头部，CTD测量海水温度和电导率剖面，ADCP为采用四波束斜正交JANUS配置的宽带ADCP，配置两套前后安装的ADCP，一套为上视ADCP，用于测量航行体上方的海流剖面；另一套为下视ADCP，测量航行体下方的海流剖面，还具有航行体航行速度的测量功能，即具有对底跟踪功能和对底高度测量功能；梯形剖面测量在设定的航线上进行，包括水面水平航行、下潜航行、水下水平航行、上浮航行，在航行过程中利用ADCP测量海流剖面和水深变化。
进一步的，所述微小型潜艇在航行过程中，所述CTD的测量时间间隔为5分钟，每次采集时间不小于60s，采样率为16～24Hz。
进一步的，所述ADCP的采样率为1Hz。
本发明实施例的微小型潜艇是一种远距离、长航时及在复杂海况下条件下工作的自动驾驶的大气海洋观测平台。该运载平台长约9米，高1.95m，满载排水量约6吨，航速10节，设计航行时间4天，最大航程1500km。为了减少摇摆对气象水文要素观测的影响以及风阻的影响，无人艇只有观测平台和通讯设备在水面以上，其他部分均在水面以下，采用半潜式方式航行。无人艇上搭载卫星定位装置和卫星通讯系统，卫星定位采样频率为10Hz，卫星通讯频率为1Hz。波浪运动的周期一般在三秒到十几秒之间，只要卫星定位采样时间足够长，超过一个或几个海浪周期，波浪的往复运动影响就可以减至最小。地面控制站可以通过程序控制或远程遥控，使得无人艇在指定海域以设定的方式在海面漂浮，通过解析无人艇在指定时间内的位置移动信息可以获得海流的流速和流向信息，并可将海流观测结果实时传输至地面控制站。
工作时首先由置于压载舱底部的油箱向压载舱尾部的发电机中泵入柴油发电，然后通过充电器给蓄电池充电，蓄电池为尾端外置的推进器提供电力达到运动效果，辅以舵面作用可以实现转向。半潜式自主航行海上探测设备运载平台行驶到预定水域之后，利用舰载微型船载气象探测火箭系统试验装置发射探空火箭，完成预定科研任务。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种微小型潜艇，其特征在于，该微小型潜艇包括：潜艇艇身，其中所述潜艇艇身包括密封的底部的压载舱和密封的顶部的浮力舱，所述压载舱设有内空的内腔以容置蓄电池、油箱、柴油发电机，并通过密封的线路管道与顶部的浮力舱导通；所述顶部的浮力舱设有内空的内腔以容置电子设备，所述电子设备通过设置在线路管道内的电缆连接所述柴油发电机和/或蓄电池；
所述潜艇艇身后部设有推进器、水平尾舵、垂直尾舵，所述推进器连接所述蓄电池，所述水平尾舵和垂直尾舵连接浮力舱内的电子设备；所述潜艇艇身的前部设有向上延伸的桅杆，所述桅杆上设有气象探测机构，所述气象探测机构通过密封的线路管道内的线缆连接所述电子设备，所述潜艇艇身为半潜式，只有观测平台和通讯设备在水面以上，其他部分均在水面以下，采用半潜式方式航行；还包括设置在潜艇艇身中部的延竖直方向延伸的用于发射船载气象探测火箭的火箭发射装置，在航行时气象探测机构位于水面以上；所述火箭发射装置包括密封的发射仓，所述发射仓顶部设有可开合的密封舱门，所述密封的发射仓的底部固定在所述压载舱内并沿竖直方向贯穿所述压载舱顶壁和浮力舱以伸出所述潜艇艇身；
其中所述潜艇艇身后部还设有突出于艇身的密封的围壳，所述围壳内设有天线，所述天线通过密封的线路管道内的线缆连接所述电子设备；
其中，所述微小型潜艇携带温深电导率传感器CTD、上视声学多普勒剖面仪ADCP和下视声学多普勒剖面仪ADCP作为测量设备，CTD安装在微小型潜艇的头部，CTD测量海水温度和电导率剖面，ADCP为采用四波束斜正交JANUS配置的宽带ADCP，配置两套前后安装的ADCP，一套为上视ADCP，用于测量航行体上方的海流剖面；另一套为下视ADCP，测量航行体下方的海流剖面，还具有航行体航行速度的测量功能，即具有对底跟踪功能和对底高度测量功能；梯形剖面测量在设定的航线上进行，包括水面水平航行、下潜航行、水下水平航行、上浮航行，在航行过程中利用ADCP测量海流剖面和水深变化；
其中所述潜艇上设有卫星定位装置和卫星通讯系统，卫星定位采样频率为10Hz，卫星通讯频率为1Hz；
工作时首先由置于压载舱底部的油箱向压载舱尾部的发电机中泵入柴油发电，然后通过充电器给蓄电池充电，蓄电池为尾端外置的推进器提供电力达到运动效果，辅以舵面作用可以实现转向；半潜式自主航行海上探测设备运载平台行驶到预定水域之后，利用舰载微型船载气象探测火箭系统试验装置发射探空火箭，完成预定科研任务。
2.根据权利要求1所述的微小型潜艇，其特征在于，所述浮力舱顶壁设有可开合的密封的舱盖。
3.根据权利要求1所述的微小型潜艇，其特征在于，所述围壳内还设有吸排气管，所述吸排气管从所述围壳顶部伸出所述围壳。
4.根据权利要求1所述的微小型潜艇，其特征在于，所述压载舱的前部和后部设有压舱物。
5.根据权利要求1所述的微小型潜艇，其特征在于，所述电子设备包括用于控制所述微小型潜艇工作的潜艇控制系统、用于控制所述气象探测机构进行气象探测的气象数据处理系统、用于控制所述火箭发射装置工作的火箭控制系统。
6.根据权利要求5所述的微小型潜艇，其特征在于，所述电子设备还包括远程通讯系统，所述远程通讯系统通过围壳的天线连接远程服务器以将测量数据发送到远程服务器，并接收远程服务器发送的控制指令以控制所述微小型潜艇的运行。
7.根据权利要求1所述的微小型潜艇，其特征在于，所述微小型潜艇在航行过程中，所述CTD的测量时间间隔为5分钟，每次采集时间不小于60s，采样率为16～24Hz。
8.根据权利要求1所述的微小型潜艇，其特征在于，所述ADCP的采样率为1Hz。
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