CN106828845A - 圆盘型旋转推进式自治潜器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下自治潜器，具体地说是一种圆盘型旋转推进式自治潜器，包括外壳及多个推进泵，外壳的上部及下部分别沿圆周方向均布有多个推进泵，上下两层的推进泵数量相同、且一一对应；位于上层的各推进泵均由自治潜器的上部进水，位于下层的各推进泵均由自治潜器的下部进水，上下两层的各推进泵均沿自治潜器圆周的切线方向出水，且上下一一对应的两推进泵的出水方向相同；外壳内安装有控制模块，上下两层的各推进泵分别与该控制模块电连接，由控制模块独立控制，实现自治潜器在旋转的同时向前推进。本发明采用上下两层沿外壳圆周分布的实时多点推进模式，可实现在高转动惯性下的自治潜器移动，及实现自治潜器在移动中的快速转弯机动。

Description

圆盘型旋转推进式自治潜器

技术领域

本发明涉及水下运载领域的自治潜器，具体地说是一种圆盘型旋转推进式自治潜器，特别适合在深海环境下应用。

背景技术

目前现有水下潜器主要以螺旋桨推进器作为推进动力装置，通过对不同部位放置的多个推进器的协同控制，完成潜器的上浮、下沉、转弯及姿态调整等各种动作。公开日为2016年1月13日、公开号为CN105235841A的中国发明专利“一种高机动性潜水器”，包括艇体及双动双桨推进器，艇体后部的上下方、艇体前部的左右方都设置有独立运作的双动双桨推进器；总推进器数量是4个。该发明声称潜水器可以做出诸如大角度爬升及俯冲、横滚及桶滚、垂直筋斗及水平转圈等高难度规避动作。

为了更大幅度地提高潜器的航行速度、改善潜器的航行机动性，应对水下探测特别是深海探测的可能风险，亟待研发一种高速高机动的水下潜器装置。

发明内容

为了满足自潜器的上述需求，本发明的目的在于提供一种圆盘型旋转推进式自治潜器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括外壳及多个推进泵，其中外壳的上部及下部分别沿圆周方向均布有多个推进泵，上下两层的推进泵数量相同、且一一对应；位于上层的各所述推进泵均由自治潜器的上部进水，位于下层的各所述推进泵均由自治潜器的下部进水，上下两层的各所述推进泵均沿自治潜器圆周的切线方向出水，且上下一一对应的两推进泵的出水方向相同；所述外壳内安装有控制模块，上下两层的各所述推进泵分别与该控制模块电连接，由所述控制模块独立控制，实现所述自治潜器在旋转的同时向前推进。

其中：所述推进泵包括泵壳及分别容置于该泵壳内的永磁铁、电磁铁A及电磁铁B，每个所述推进泵的泵壳均连接于所述外壳的外表面，该泵壳内通过隔板分为上下两层，所述永磁铁位于隔板与泵壳底面之间，且分别与所述隔板的下表面和泵壳底面之间滑动连接，所述电磁铁A及电磁铁B分别位于永磁铁滑动方向的两侧，并分别与所述控制模块电连接，由该控制模块供电；所述泵壳上分别开有进水口及出水口，并在该进水口及出水口处分别设置单向阀A及单向阀C，所述隔板与泵壳顶面之间设有单向阀B；

所述电磁铁A与电磁铁B的极性由控制模块控制，且所述电磁铁A与电磁铁B朝向永磁铁一侧的极性总是相同的；所述单向阀A、单向阀B及单向阀C的水流方向相同，即所述单向阀A的水流方向由泵壳外向泵壳内，所述单向阀C的水流方向由泵壳内向泵壳外，所述单向阀B的水流方向由单向阀A流向单向阀C；所述进水口及单向阀A位于泵壳的顶面，所述出水口及单向阀C位于泵壳的侧面；位于上层的各所述推进泵的进水口朝上，位于下层的各所述推进泵的进水口朝下；

每层所述推进泵的数量均为N个，N为≥6的整数；所述外壳内还设有辅助模块，该辅助模块与控制模块均为圆环形桶状结构，且为同心圆设置；所述外壳的底部连接有配重。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明采用上下两层沿外壳圆周分布的实时多点推进模式，可实现在高转动惯性下的自治潜器移动，通过实时改变推进点的相对方位，可实现自治潜器在移动中的快速转弯机动。

2.本发明提高了自治潜器的航行速度，在水下前行过程中可避免水下探测的风险。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为本发明的结构俯视图；

图3A为本发明推进泵的内部结构示意图之一(推进泵为单向推水的工作状态)；

图3B为本发明推进泵的内部结构示意图之二(推进泵为泵内回水的工作状态)；

图4为上下两层推进泵的对应示意图；

图5A为本发明在旋转推进状态沿大箭头方向前行时各推进泵工作与否的状态图之一；

图5B为本发明在旋转推进状态沿大箭头方向前行时各推进泵工作与否的状态图之二；

图5C为本发明在旋转推进状态沿大箭头方向前行时各推进泵工作与否的状态图之三；

图6A为本发明在前行状态沿大箭头方向进行锐角转弯的工作状态图之一；

图6B为本发明在前行状态沿大箭头方向进行锐角转弯的工作状态图之二；

图7A为本发明在低转速下实现高稳定悬停的工作状态图；

图7B为本发明在高转速下实现高稳定悬停的工作状态图；

其中：1为推进泵，2为外壳，3为辅助模块，4为搭载设备，5为控制模块，6为配重，7为泵壳，8为单向阀A，9为单向阀B，10为单向阀C，11为永磁铁，12为电磁铁A，13为电磁铁B，14为隔板，101～124为推进泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2所示，本发明包括外壳2及多个推进泵1，其中外壳2的上部及下部分别沿圆周方向均布有多个推进泵1，上下两层的推进泵1数量相同、且一一对应；每层推进泵1的数量均为N个，本实施例的N为≥6的整数。位于上层的各推进泵1均由自治潜器的上部进水，位于下层的各推进泵1均由自治潜器的下部进水，上下两层的各推进泵1均沿自治潜器圆周的切线方向出水，且上下一一对应的两推进泵1的出水方向相同。外壳2内分别安装有辅助模块3、控制模块5，还可放置搭载设备4。辅助模块3与控制模块5均为圆环形桶状结构，且为同心圆设置，搭载设备4位于辅助模块3的内侧。本实施例的辅助模块3可为摄像照相模块、CTD(温盐深仪)模块、惯性导航模块。上下两层的各推进泵1分别与该控制模块5电连接，由控制模块5独立控制，实现自治潜器在旋转的同时向前推进。在外壳2的底部连接有配重6，当自治潜器遇到异常情况需要紧急上浮时，可抛弃配重6。

如图3A、图3B所示，推进泵1包括泵壳7及分别容置于该泵壳7内的永磁铁11、电磁铁A12及电磁铁B13，每个推进泵1的泵壳7均连接于外壳2的外表面，该泵壳7内通过隔板14分为上下两层，永磁铁11位于隔板14与泵壳7底面之间，且分别与隔板14的下表面和泵壳7底面之间滑动连接，电磁铁A12及电磁铁B13分别被固定在永磁铁11滑动方向的两侧；电磁铁A13、电磁铁B13及永磁铁11与泵壳7的侧面之间均是可以通过水流的。电磁铁A12与电磁铁B13的极性由控制模块5控制，且电磁铁A12与电磁铁B13朝向永磁铁11一侧的极性总是相同的；对于图3A中所示磁极性状态时，永磁铁11受到电磁铁A12排斥和电磁铁B13吸引会向右移动推水致使单向阀A8、单向阀C10打开，单向阀B9关闭，完成推进泵的脉冲式推水动作；对于如图3B中所示磁极性状态时，永磁铁11受到电磁铁A12吸引和电磁铁B13排斥会向左移动推水致使单向阀B9打开完成推进泵推水后的复位动作。电磁铁A12与电磁铁B13分别与控制模块5电连接，由该控制模块5供电，通过控制模块5可以实时控制每个推进泵1的工作状态，实现在高转动惯性下的自治潜器高速移动和在高速移动中的快速转弯机动。泵壳7上分别开有进水口及出水口，并在该进水口及出水口处分别设置单向阀A8及单向阀C10，隔板14与泵壳7顶面之间设有单向阀B9。进水口及单向阀A8位于泵壳7的顶面，出水口及单向阀C10位于泵壳7的侧面。位于上层的各推进泵1的进水口朝上，位于下层的各推进泵1的进水口朝下。单向阀A8、单向阀B9及单向阀C10的水流方向相同，即单向阀A8的水流方向由泵壳7外向泵壳7内，单向阀C10的水流方向由泵壳7内向泵壳7外，单向阀B9的水流方向由单向阀A8流向单向阀C10。

本发明的工作原理为：

本发明采用上下两层沿外壳2圆周方向分布的实时多点推进模式，实现在高转动惯性下的潜器高速移动；通过实时改变推进点的相对方位，实现自治潜器在高速移动中的快速转弯机动。使用之前，先用水将单向阀A8冲开，使泵壳7内充满水，并排出泵壳7内的气体。推进泵1中的电磁铁A12及电磁铁B13采用海水化学电源进行能量供给，具体为：

上浮：当自治潜器在水下需要上浮时，控制模块5分别对位于上层的各推进泵的电磁铁A12、电磁铁B13供电，打开位于上层的各推进泵，位于下层的各推进泵不工作。电磁铁B13吸引永磁铁11、电磁铁A12排斥永磁铁11，使永磁铁11在隔板14与泵壳7的底面之间向电磁铁B13方向滑动，进而向右推动海水，使海水经单向阀B9、单向阀C10出水；这样一来，泵壳7内的压力小于泵壳外的压力，海水由单向阀A8进入到泵壳7内，在海水进入的过程中，推进泵整体便向上移动，实现上浮。

下潜：当自治潜器在水下需要下潜时，控制模块5分别对位于上层的各推进泵的电磁铁A12、电磁铁B13供电，打开位于下层的各推进泵，位于上层的各推进泵不工作。电磁铁B13吸引永磁铁11、电磁铁A12排斥永磁铁11，使永磁铁11在隔板14与泵壳7的底面之间向电磁铁B13方向滑动，进而向右推动海水，使海水经单向阀B9、单向阀C10出水；这样一来，泵壳7内的压力小于泵壳外的压力，海水由单向阀A8进入到泵壳7内，在海水进入的过程中，推进泵整体便向下移动，实现下潜。

前行：位于上层的至少一个推进泵及与其对应的位于下层的推进泵的电磁铁A12、电磁铁B13由控制模块5分别供电，使供电的推进泵出水，进而使自治潜器旋转；在旋转的同时，被打开的各推进泵作为推进点，实现在旋转惯性下的移动。通过控制被打开的推进泵数量来控制自治潜器的前行速度。

转弯：自治潜器在移动过程中需要转弯时，通过控制模块5实时改变作为推进点的各推进泵的相对方位，即可实现自治潜器在移动过程中的快速转弯机动。转弯角度需是360/N的整数倍。

悬停：将位于上、下两层的全部推进泵打开，即可实现悬停作业。

以每层设置12个推进泵为例，如图4所示，上层的12个推进泵为101～112，下层的12个推进泵为113～124，其中上层的推进泵101与下层的推进泵113相对应，上层的推进泵102与下层的推进泵114相对应，以此类推，上层的推进泵112与下层的推进泵124相对应。上层的101～112推进泵从上部进水，下层的113～124推进泵从下部进水，每层的上下两个相对应的推进泵都沿外壳圆周的切线方向出水，且出水方向相同(例如103和115)。

实施例一

由载人潜器释放。载人潜器比作航母、本发明的自治潜器就像护卫舰；在出现一些海况或大型生物或非生物目标时将本发明的自治潜器释放，在附近数百米范围内巡航，或随时悬停，进行探测/查验。数据结果报告科考母船(基地)后推送至载人潜器。

半速下潜作业：打开下层推进泵113～124中的三个(如116、120、124)。

增加稳定性的半速下潜作业：打开下层推进泵113～124中的五个(如116、120、124、113、119)，打开上层推进泵101～112中的两个(如101、107)。

全速下潜作业：打开下层全部推进泵113～124。

全速上浮作业：打开上层全部推进泵101～112。

异常紧急上浮：打开上层全部推进泵101～112，并抛弃配重6。

实施例二

进行沉船/失事飞机的查验探测。这是利用本发明自治潜器较快的航行速度，在预先设定的海域做地毯式搜索、探测。

全速前行作业：如图5A～5C所示，打开上层推进泵101、102、103、104、105、106、112以及对应的下层推进泵113、114、115、116、117、118、124。图中大箭头为前行方向，小箭头为各推进泵的出水方向。

减速前行作业：打开上层推进泵101、102、103、104、105、106、112中的一至五个(可根据自治潜器所需的前行速度来决定打开推进泵的个数)，以及对应的下层推进泵113、114、115、116、117、118、124的一至五个(下层推进泵的打开数量与上层推进泵的打开数量相同)。

锐角转弯紧急全速规避：如图6A、图6B所示，在自治潜器全速前行作业时，打开上层推进泵101、107、108、109、110、111、112以及对应的下层推进泵113、119、120、121、122、123、124，即可沿图6B中大箭头方向转弯。

实施例三

进行大洋金属矿区的科学考察。这是利用本发明自治潜器优异的定点悬停特性，沿着预先设定航线行走(并考虑修正海流影响)，在指定的站位进行悬停，方便搭载设备4，如探测传感器(CTD、水质参数类)进行的探测。

减速悬停作业：如图7A所示，打开上层推进泵104、108、112以及对应的下层推进泵116、120、124。

发送信号给搭载设备：通知搭载设备4可以工作。

如果海况不好或海流较大，可以采用更高稳定性的悬停作业，如：

高稳定性的悬停作业：如图7B所示，打开上层和下层的全部推进泵101至124。

实施例四

进行水下空间站或大型海洋工程结构的检测。如针对深海油气集束装备在服役期间腐蚀状况检测及安全性评估等作业需求，可由深水绞车释放本潜器并使用本潜器搭载的腐蚀检测类传感器，在指定的站位进行悬停检测。

悬停作业：打开上层和下层的全部推进泵101至124中的12个单号推进泵。

姿态调整作业：只打开上层推进泵103和/或下层推进泵121，可使图1中的自治潜器右侧略微抬升；只打开上层推进泵109和/或下层推进泵115，可使图1中的自治潜器左侧略微抬升。

在姿态调整作业结束后，应加大转速进入悬停模式，以保持自治潜器的稳定性。

特别地，如果增加姿态调整的力度，打开上层推进泵102、103、104和下层推进泵120、121、122，可以使自治潜器呈现竖立姿态；在此情况下打开全速悬停，再打开全速前行，能使自治潜器快速跃出水面。

本发明提出的这种圆盘型旋转推进式高速高机动自治潜器，可以胜任1000～7000米级深度的深海环境监测、海洋工程检测、海底沉船考察、区域海底探矿以及对水下特定目标的应急探测查验等工作。

Claims (9)

1.一种圆盘型旋转推进式自治潜器，其特征在于：包括外壳(2)及多个推进泵(1)，其中外壳(2)的上部及下部分别沿圆周方向均布有多个推进泵(1)，上下两层的推进泵(1)数量相同、且一一对应；位于上层的各所述推进泵(1)均由自治潜器的上部进水，位于下层的各所述推进泵(1)均由自治潜器的下部进水，上下两层的各所述推进泵(1)均沿自治潜器圆周的切线方向出水，且上下一一对应的两推进泵(1)的出水方向相同；所述外壳(2)内安装有控制模块(5)，上下两层的各所述推进泵(1)分别与该控制模块(5)电连接，由所述控制模块(5)独立控制，实现所述自治潜器在旋转的同时向前推进。

2.根据权利要求1所述的圆盘型旋转推进式自治潜器，其特征在于：所述推进泵(1)包括泵壳(7)及分别容置于该泵壳(7)内的永磁铁(11)、电磁铁A(12)及电磁铁B(13)，每个所述推进泵(1)的泵壳(7)均连接于所述外壳(2)的外表面，该泵壳(7)内通过隔板(14)分为上下两层，所述永磁铁(11)位于隔板(14)与泵壳(7)底面之间，且分别与所述隔板(14)的下表面和泵壳(7)底面之间滑动连接，所述电磁铁A(12)及电磁铁B(13)分别位于永磁铁(11)滑动方向的两侧，并分别与所述控制模块(5)电连接，由该控制模块(5)供电；所述泵壳(7)上分别开有进水口及出水口，并在该进水口及出水口处分别设置单向阀A(8)及单向阀C(10)，所述隔板(14)与泵壳(7)顶面之间设有单向阀B(9)。

3.根据权利要求2所述的圆盘型旋转推进式自治潜器，其特征在于：所述电磁铁A(12)与电磁铁B(13)的极性由控制模块(5)控制，且所述电磁铁A(12)与电磁铁B(13)朝向永磁铁(11)一侧的极性总是相同的。

4.根据权利要求2所述的圆盘型旋转推进式自治潜器，其特征在于：所述单向阀A(8)、单向阀B(9)及单向阀C(10)的水流方向相同，即所述单向阀A(8)的水流方向由泵壳(7)外向泵壳(7)内，所述单向阀C(10)的水流方向由泵壳(7)内向泵壳(7)外，所述单向阀B(9)的水流方向由单向阀A(8)流向单向阀C(10)。

5.根据权利要求2所述的圆盘型旋转推进式自治潜器，其特征在于：所述进水口及单向阀A(8)位于泵壳(7)的顶面，所述出水口及单向阀C(10)位于泵壳(7)的侧面。

6.根据权利要求2所述的圆盘型旋转推进式自治潜器，其特征在于：位于上层的各所述推进泵(1)的进水口朝上，位于下层的各所述推进泵(1)的进水口朝下。

7.根据权利要求1所述的圆盘型旋转推进式自治潜器，其特征在于：每层所述推进泵(1)的数量均为N个，N为≥6的整数。

8.根据权利要求1所述的圆盘型旋转推进式自治潜器，其特征在于：所述外壳(2)内还设有辅助模块(3)，该辅助模块(3)与控制模块(5)均为圆环形桶状结构，且为同心圆设置。

9.根据权利要求1所述的圆盘型旋转推进式自治潜器，其特征在于：所述外壳(2)的底部连接有配重(6)。