CN106800073A - 一种无人自动定位搭载浮体及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人自动定位搭载浮体，括主体和上层建筑和底部配重，在主体内安装有直流电机，直流电机的输出端连接电磁离合，电磁离合通过齿轮轴承连接全回转舵桨的桨叶，电磁离合同时还连接喷水推进器，喷水推进器的喷嘴与环形出水管道连接，环形出水管道内安装有单向阀，在环形出水管道上圆周均匀分布有若干个喷管，在喷管上安装有电动调速阀。本发明经过合理的总布置设计，充分利用空间，合理分配配重，使本发明具备了普通浮标良好的稳性、耐波性等水上性能，又能在水上以一定速度前行的特点，拥有普通浮标所无法监测的区域性。

Description

一种无人自动定位搭载浮体及实现方法

技术领域

本发明涉及无人自动定位搭载浮体及实现方法，属于新型海洋结构物领域。

背景技术

我国海洋疆域辽阔，海洋资源丰富，大陆海岸线长18000公里，大陆架面积将近110万平方公里，管辖海域共约300万平方公里。我国作为发展中的海洋大国，海洋必然是决定我国经济实力和政治地位的极其重要的因素。因此，海洋经济的开发、海洋管理、环境保护、捍卫国家海洋权益都迫切需要海洋监测能力作为保障。

小型搭载浮体在民用和军用方面都有涉及，应用广泛。它作为新型的海洋监测工具是一种无人值守的、能够自动、定点、定时、连续对海上各种环境要素进行遥测的监测系统。它与海监飞机、卫星、海洋调查船和潜水器等，构成了立体的海洋监测系统。它可以在各种复杂的海洋环境中提供长期、连续、实时、可靠的海洋观测数据,是海洋观测技术中最可靠、最有效、最重要的手段之一。

鉴于小型浮体布放之后只能在固定坐标点开展观测，得到该坐标附近的海洋观测要素，如果重新定位布放需要消耗大量船只、人员以及时间。然而建立自主控制的移动海洋监测平台是海洋学家深入研究海洋环境的迫切需求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种无人自动定位搭载浮体及实现方法，经过合理的总布置设计，充分利用空间，合理分配配重，使本发明具备了普通浮标良好的稳性、耐波性等性能，同时能在水上航行和自动定位的特点，适合普通浮标所无法监测的区域，从而保证深渊海沟、岛礁、寫湖等区域的情报资料的完整性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种无人自动定位搭载浮体，括主体、位于主体上的上层建筑和主体下方配重，在主体内安装有直流电机，直流电机的输出端连接电磁离合，电磁离合通过齿轮轴承连接全回转舵桨，电磁离合同时还连接喷水推进器，喷水推进器内设有叶轮，喷水推进器的喷嘴与环形出水管道连接，喷水推进器同时与进水管连接，环形出水管道内安装有单向阀，在环形出水管道上圆周均匀分布有若干个喷管，在喷管上安装有电动调速阀；所述电动调速阀和电磁离合均与中央主控模块连接，在主体上设有通信发射模块、环境参考系统和定位装置，环境参考系统和定位装置将主体的位置和环境参数通过通信发射模块反馈给中央主控模块。

作为优选，所述环形出水管道上圆周均匀分布有三个喷管。

作为优选，所述配重为一钢制支架，钢制支架包含环状实心钢管和3根钢管，环状实心钢管通过钢管与主体连接，作为刚性支架使用，焊接于浮体底部，方便浮体回收维护的摆放问题。

作为优选，所述环形出水管道安装有安全阀，安全阀通过管道与外界连通。

一种上述的无人自动定位搭载浮体的实现方法，包括以下步骤：

(1)中央主控模块通过定位装置和环境参考系统获取主体的位置信息和主体的环境信息，计算出相应位置的偏差方向和距离；

(2)中央主控模块驱动直流电机工作，中央主控模块切换直流电机输出端的电磁离合，驱动全回转舵桨工作，控制推力和方向角；

(3)当定位装置检测到到达指定区域后，中央主控模块根据环境参考系统获取环境参数，中央主控模块控制直流电机的输出端的电磁离合，切换至喷水推进器，喷水推进器从进水管吸水，经过叶轮产生的离心力加速水流速度，经过单向阀只能进入环形出水管道的一侧，再到达各个喷管内，水流到达各个喷管，中央主控模块调节电动调速阀，控制水流的流量及流速，保证推力分配达到和风浪载荷能够达到一个动态平衡。

在本发明中，直流电机通过高能可充电锂电池带动，直流电机的输出端驱动全回转舵桨和喷水推进器的工作，锂电池供电，经过主控设备的功率控制输出相应功率给直流电机，直流电机输出端驱动全回转舵桨的工作，从而推动浮体向前行进，由于在低速情况下螺旋桨的推进效率比喷水推进高，所以主推进器选择全回转舵桨。所述浮体底部带有喷水定位装置，和全回转动力装置共享动力，由电磁离合操控。所述喷水定位推进装置固定在浮体侧部，呈正三角形布置，吸水孔位于浮体底部。锂电池连接主控装置，主控装置与直流电机连接，直流电机和喷水推进器相连接，通过电动调速阀和安全阀等，使其喷射出一定压力的水反作用于浮体，可以有效控制喷水推进装置的喷量和推力。所述搭载浮体主控模块采用双模操控，分别为手动无线电机动模式和按既定程序自动巡航模式。所述搭载浮体主控模块采用双模操控，分别为手动无线电机动模式和按既定程序自动巡航模式。所述搭载浮体无锚泊系统，浮体内设有水密空舱，全回转舵桨和钢制支架可作为浮体配重使用，使整个浮体重心降低至浮心以下，喷水管系和电池的环状设计，合理的分配了压重问题。同时为了保证搭载浮体的重心位于其浮心以下，所述配重创造性的使用环形钢制支架既调节配重又解决了浮体回收维护时在母船甲板摆放问题。

本发明的一种无人自动定位搭载浮体，用于在海沟、深渊海沟、岛礁、寫湖等区域的短时间内的情报收集工作,也可作为临时的航道警示浮标，在海域封锁、警戒中起配合作用，在军用民用领域都有涉及。本发明打破浮体只能锚泊或者只能漂流的定向思维，在浮体上配备全回转电力推进舵桨装置和喷水推进装置，确保浮体能够在低速下高效自主航行，并能通过喷水口进行较精确的动力定位。

本发明具有结构简单，控制方便，维护方便的特性，可以有效的弥补浮体定位之后无法移动监测的尴尬。使其在固定区域内浮动漂流，超出区域回复定位，实现在一定精度范围内的自动定位，使其具有浮标的一系列特性，却完成一般浮标所不能完成的工作。由于我国对深海浮体研究较少，对深海甚至深渊系泊的技术要求高，现有技术短时间内完全无法攻克这一技术难题。本发明巧妙避开这一问题，从而减少了一系列锚泊技术上的瓶颈，可让浮体定位于适合无限水深的位置。同样的，它也适合浅水区域作业，适合岛礁周围环境的考察，收集各种情报。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明的一种无人自动定位搭载浮体，具有良好的稳性和耐波性，具有波浪中较小的自身加速度，水动力性能优良；

(2)本发明的一种无人自动定位搭载浮体采用可充电式锂电池作为能源，使用单个直流无刷电机，用电磁离合来切换全回转舵桨和喷水定位装置的工作，就可以完全解决航行和动力定位问题，节约成本，降低能耗；

(3)本发明的一种无人自动定位搭载浮体是无人的小型化的，采用全回转舵桨作为主推进器，让浮体在低速航行过程中得到较高的推进效率。采用3喷口喷水定位装置，考虑到喷口的固定性和喷射流量的可控性，三力平衡原理使得无人搭载浮体能够快速精准的进行定位，使得浮体收集数据更加精准；

(4)本发明的一种无人自动定位搭载浮体的自动定位功能让浮标的回收变得简单方便，同时优化配重方案基本解决回收后的摆放问题，为实现无人回收布放打下基础。

附图说明

图1为本发明的外观示意图。

图2为本发明内部结构框图。

图3为本发明外底部结构示意图。

图4为本发明主要设备剖面布置图。

图5为本发明主要设备俯视布置图。

图6为本发明喷水定位装置原理图。

图7为本发明自动定位原理图。

具体实施方式

如图1至图7所示，本发明的一种无人自动定位搭载浮体，括主体2、位于主体2上的上层建筑6和位于主体2下的钢制支架5，在主体2内安装有直流电机10，直流电机10的输出端连接电磁离合11，电磁离合11通过齿轮轴承连接全回转舵桨4，电磁离合11同时还连接喷水推进器12，喷水推进器12内设有叶轮13，喷水推进器12的喷嘴与环形出水管道16连接，喷水推进器12同时与进水管20连接，所述进水管20的端部设有过滤网14，环形出水管道16内安装有单向阀18，在环形出水管道16上圆周均匀分布有三个喷管3，在喷管3上安装有电动调速阀15；所述电动调速阀15和电磁离合10均与中央主控模块9连接，在主体2上设有通信发射模块、环境参考系统和定位装置，环境参考系统和定位装置将主体2的位置和环境参数通过通信发射模块反馈给中央主控模块9，所述主体2上设有视频监测装置1，视频监测装置1与中央主控模块9连接。所述主体2下方的钢制支架5通过焊接的形式和主体2连接。

在本发明中，所述搭载浮体无锚泊系统，浮体内无设备处均可设为水密空舱，各设备布置满足浮体正浮要求，压重得当。外部壳体均采用轻型耐腐蚀金属材料，上下壳板均水密。散热形式采用海水-外壳-设备热传导式。本发明中喷水推进器12的出水环状管道16首端装有安全阀19，通过管道17连接到外界，当环形出水管道16内压力过大时，通过安全阀19泄压，安全阀19也即为溢流阀，形成压力循环，起到减压保证推进泵12能够安全工作。主体下方设有控制系统锂电池组7，主体周围设有动力系统锂电池组8，作为主体的动力能源。

本发明所述的一种无人自动定位搭载浮体，在使用时，母船可以将其拖至某海域，在某范围(半径M)内自动定位，即在半径M内呈漂流状态，超出范围动力加持至该点，到达该点某范围内(半径N<半径M)则撤去动力，用喷水泵来平衡风浪负载来保持漂流状态。本发明可随工作时间的长短调整锂电池的容量，一般工作时间在24小时以上，保证临时的赛道航道标记和暗礁提醒，在寫湖和岛礁区域的监控侦查能力强，同时本发明的类似浮标的设计，有较强的隐蔽性，形成较好的伪装。

一种上述的无人自动定位搭载浮体的实现方法，包括以下步骤：

(1)中央主控模块9通过定位装置和环境参考系统获取主体2的位置信息和主体2的环境信息，计算出相应位置的偏差方向和距离；

(2)中央主控模块9驱动直流电机10工作，中央主控模块9切换直流电机10输出端的电磁离合11，驱动全回转舵桨4工作，控制推力输出并控制方向角；

(3)当定位装置检测到到达指定区域后，中央主控模块9根据环境参考系统获取环境参数，中央主控模块9控制直流电机10的输出端的电磁离合11，切换至喷水推进器12，喷水推进器12从进水管20吸水，经过叶轮13产生的离心力加速水流速度，经过单向阀18只能进入环形出水管道16的一侧，再到达各个喷管内，水流到达各个喷管，中央主控模块9调节电动调速阀15，控制水流的流量及流速，保证推力分配达到和风浪载荷能够达到一个动态平衡。

以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种无人自动定位搭载浮体，其特征在于：包括主体、位于主体上的上层建筑和位于主体下的配重，在主体内安装有直流电机，直流电机的输出端连接电磁离合，电磁离合通过齿轮轴承连接全回转舵桨，电磁离合同时还连接喷水推进器，喷水推进器内设有叶轮，喷水推进器的喷嘴与环形出水管道连接，喷水推进器同时与进水管连接，环形出水管道内安装有单向阀，在环形出水管道上圆周均匀分布有若干个喷管，在喷管上安装有电动调速阀；所述电动调速阀和电磁离合均与中央主控模块连接，在主体上设有通信发射模块、环境参考系统和定位装置，环境参考系统和定位装置将主体的位置和环境参数通过通信发射模块反馈给中央主控模块。

2.根据权利要求1所述的无人自动定位搭载浮体，其特征在于：环形出水管道上圆周均匀分布有三个喷管。

3.根据权利要求1所述的无人自动定位搭载浮体，其特征在于：所述环形出水管道安装有安全阀，电磁安全阀通过管道与外界连通。

4.根据权利要求1所述的无人自动定位搭载浮体，其特征在于：所述配重为一钢制支架，钢制支架包含环状实心钢管和3根钢管，环状实心钢管通过钢管与主体连接。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的无人自动定位搭载浮体的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)中央主控模块通过定位装置和环境参考系统获取主体的位置信息和主体的环境信息，计算出相应位置的偏差方向和距离；

(2)中央主控模块驱动直流电机工作，中央主控模块切换直流电机输出端的电磁离合，驱动全回转舵桨的桨叶工作，控制推力输出，并且控制方向角；

(3)当定位装置检测到到达指定区域后，中央主控模块根据环境参考系统获取环境参数，中央主控模块控制直流电机的输出端的电磁离合，切换至喷水推进器，喷水推进器从进水管吸水，经过叶轮产生的离心力加速水流速度，经过单向阀只能进入环形出水管道的一侧，再到达各个喷管内，水流到达各个喷管，中央主控模块调节电动调速阀，控制水流的流量及流速，保证推力分配达到和风浪载荷能够达到一个动态平衡。