CN107444589B - 一种深海水下观测平台的可变形观测方法 - Google Patents

一种深海水下观测平台的可变形观测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种深海水下观测平台的可变形观测方法，属于深海水下观测领域。本发明结合复杂多变的深海观测需求及现有主流海洋观测设备特点，采用平台水平翼的主动变形完成平台多种水动力外形的切换，实现平台三种典型观测模式：水平机动模式、垂向定点模式和锯齿形滑翔模式。可变形装置为水平翼变形装置，主体结构置于耐压壳体内部，同时外置流线型导流罩，改善其水动力性能。本发明提出的一种深海自主水下观测平台的可变形观测方法，可使平台具备多种观测模式和更加灵活的观测手段，本发明方法可帮助完成点、线和面多种观测手段的平台集成，提高平台综合观测能力，具有较强的应用前景。

Description

一种深海水下观测平台的可变形观测方法
技术领域
本发明属于深海水下观测领域，具体涉及一种深海自主水下观测平台的可变形观测方法。
背景技术
自主水下观测平台作为新兴海洋观测手段，具有自主可控、环境适应性强、自噪声低等优点，在海洋科学研究与海洋业务观测领域发挥出不可替代的作用，得到了世界各国海洋科学研究组织和海洋军事保障单位的重视。
为实现对不同海洋现象的多种观测需求，要求水下自主观测平台具有灵活的观测手段和良好的综合运动观测性能。但是，现有的自主水下观测平台均采用固定的水动力外形，仅能使其一种运动观测性能达到最优，不能适应对不同海洋现象的多种观测需求。
因而，需要开发一种新型的深海水下观测平台的可变形观测方法及其装置，要求其能变换水动力外形，适应对不同海洋现象的多种观测需求。
发明内容
针对以上缺陷和改进需求，本发明提供一种深海自主水下观测平台的可变形观测方法，其目的在于，采用变换水动力外形的方法，使得深海水下观测平台能实现多种观测模式，也使水下观察平台具有综合的运动性能。
本发明提供一种深海水下观测平台的可变形观测方法，其在水下观测平台主体体身上设置可通过旋转角度而变形的一对水平翼，该对水平翼由各自的旋转轴控制旋转角度，该对水平翼自始至终呈轴对称状，通过旋转轴旋转从而调整水平翼的角度，通过调整水平翼的后掠角处于设定范围内，从而改变整个水下观测平台的水动力外形，将水平翼的后掠角调整为82°～86°，其直线水平航行时阻力最小，深海水下观测平台处于水平机动模式，将水平翼的后掠角调整为72°～76°，其俯仰力矩最大，深海水下观测平台处于垂向定点模式，将水平翼的后掠角调整为42°～46°，其升阻比最大，深海水下观测平台处于锯齿形滑翔模式。
进一步的，将水平翼的后掠角调整为84°～86°，其直线水平航行时阻力最小，深海水下观测平台处于水平机动模式，将水平翼的后掠角调整为74°～76°，其俯仰力矩最大，深海水下观测平台处于垂向定点模式，将水平翼的后掠角调整为44°～46°，其升阻比最大，深海水下观测平台处于锯齿形滑翔模式。
进一步的，将水平翼的后掠角调整为85°，其直线水平航行时阻力最小，深海水下观测平台处于水平机动模式，将水平翼的后掠角调整为75°，其俯仰力矩最大，深海水下观测平台处于垂向定点模式，将水平翼的后掠角调整为45°，其升阻比最大，深海水下观测平台处于锯齿形滑翔模式。
进一步的，在一对水平翼的翼根部设置导流罩，导流罩包套住一对水平翼的翼根部，通过导流罩改善水平翼根部的水动力性能，减小深海水下观测平台的航行阻力。
按照本发明的另一个方面，还提供了一种实现如上所述方法的深海水下观测平台，其包括两套水平翼旋转组件，每套水平翼旋转组件对应控制一片水平翼，每套旋转翼组件均包括电机安装座、电机、减速器、齿轮安装座、锥齿轮、轴承、转轴以及角度传感器，其中，电机安装座呈圆筒状，电机和减速器均安装在电机安装座，齿轮安装座与电机安装座固定相连，锥齿轮、轴承和转轴均安装在齿轮安装座中，水平翼固定在转轴上以能随转轴同步转动，角度传感器也设置在齿轮安装座中，用于测量转轴转动的角度，电机通过减速器将动力传递给锥齿轮，锥齿轮进一步将动力传递给轴承，通过轴承将动力传递给转轴，以转轴带动水平翼旋转，进而实现深海水下观测平台水动力外形切换。
进一步的，两套水平翼旋转组件结构相同。
进一步的，还包括导流罩，其包套在一对水平翼的翼根部。
进一步的，水平翼为平板状，其材质为碳纤维复合材料板，这种材质为刚性材料，采用刚性材料的优点为自重小、强度高、耐高温、耐腐蚀和使用寿命长。
按照本发明的第三个方面，还提供一种实现如上方法的深海水下观测平台，其包括两套结构相同的水平翼旋转组件，每套水平翼旋转组件对应控制一片水平翼，每套旋转翼组件均包括转轴、磁联轴、舵机以及舵机安装座，其中，舵机和磁联轴都安装在舵机安装座中，水平翼固定在转轴上以能随转轴同步转动，舵机将动力传递给磁联轴，通过磁联轴将动力传递给转轴，以转轴带动水平翼旋转，进而实现深海水下观测平台水动力外形切换。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明的深海自主水下观测平台的可变形观测方法中，通过设置一对水平翼，改变水平翼的后掠角即可改变深海水下观测平台水动力外形，可使平台具备多种观测模式，分别为水平机动模式、垂向定点模式和锯齿形滑翔模式，以上多种观测模式提供了更加灵活的观测手段，能完成点、线和面多种观测手段的平台集成，最终提高了深海水下观测平台综合观测能力，具有较强的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例的深海自主水下观测平台的整体外形示意图；
图2为本发明实施例的深海自主水下观测平台局部外形结构示意图；
图3为本发明实施例的可变形装置内部结构剖视图；
图4为本发明又一实施例的可变形装置内部结构剖视图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-自主水下观测平台，2-导流罩，3-水平翼，4-电机安装座，5-齿轮安装座，6-电机，7-减速器，8-角度传感器，9-锥齿轮，10-轴承，11-转轴 12-磁联轴，13-舵机，14-舵机安装座
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明实施例的深海自主水下观测平台的整体外形示意图；图2为本发明实施例的深海自主水下观测平台局部外形结构示意图；图3为本发明实施例的可变形装置内部结构剖视图，由图可知，本发明的一种深海自主水下观测平台包括：电机安装座4、电机6、减速器7、齿轮安装座5、角度传感器8、锥齿轮9、轴承10、转轴11、水平翼3以及导流罩2。
其中，电机安装座4、电机6、减速器7、齿轮安装座5、锥齿轮9、轴承10、转轴11以及角度传感器8组成一套水平翼旋转组件，一套水平翼旋转组件对应控制一片水平翼的旋转。
更详细的，电机安装座4呈圆筒状，电机6和减速器7均安装在电机安装座4，齿轮安装座5与电机安装座4固定相连且相互垂直。锥齿轮9、轴承10和转轴11均安装在齿轮安装座5中，水平翼固定在转轴上以能随转轴同步转动，角度传感器8也设置在齿轮安装座5中，用于测量转轴转动的角度。电机6通过减速器7将动力传递给锥齿轮9，锥齿轮9进一步将动力传递给轴承10，通过轴承10将动力传递给转轴11，以转轴带动水平翼3旋转，进而实现深海水下观测平台水动力外形切换。导流罩2包套在一对水平翼的翼根部，用于改善水平翼根部的水动力性能，减小深海水下观测平台的航行阻力。
图4为本发明又一实施例的可变形装置内部结构剖视图，由图可知，变形翼部分一种新的解决方案是采用舵机通过磁联轴直接驱动水平翼转动，实现水平翼的变形。具体的，其包括两套水平翼旋转组件，每套水平翼旋转组件对应控制一片水平翼，每套旋转翼组件均包括转轴11、磁联轴12、舵机13以及舵机安装座14，其中，舵机13和磁联轴12都安装在舵机安装座14中，水平翼固定在转轴上以能随转轴同步转动，舵机13将动力传递给磁联轴12，通过磁联轴12将动力传递给转轴11，以转轴带动水平翼3旋转，进而实现深海水下观测平台水动力外形切换。
在本发明的一个实施例中，两套水平翼旋转组件结构相同。水平翼3为平板状，其材质为碳纤维板，这种材质为刚性材料，采用刚性材料的优点为自重小、强度高、耐高温、耐腐蚀和使用寿命长。
本发明的一种深海水下观测平台的可变形观测方法中，采用平台水平翼的主动变形完成平台多种水动力外形的切换，实现平台三种典型观测模式：水平机动模式、垂向定点模式和锯齿形滑翔模式；水平机动模式，此模式下，深海自主水下观测平台的航行阻力最小，平台具有快速机动的运动能力，可实现对观测对象水平方向的快速捕捉和跟踪；垂向定点模式，此模式下，深海自主水下观测平台的俯仰力矩最大，平台具有定点快速下潜、上升的能力，可实现对被测对象垂向定点的快速捕捉和跟踪；锯齿形滑翔模式，此模式下，深海自主水下观测平台的升阻比最大，平台具有持久续航的能力，可实现对观测对象的长时间观测。
具体的，将水平翼的后掠角调整为82°～86°，其直线水平航行时阻力最小，深海水下观测平台处于水平机动模式，将水平翼的后掠角调整为72°～76°，其俯仰力矩最大，深海水下观测平台处于垂向定点模式，将水平翼的后掠角调整为42°～46°，其升阻比最大，深海水下观测平台处于锯齿形滑翔模式。
进一步优选的，将水平翼的后掠角调整为84°～86°，其直线水平航行时阻力最小，深海水下观测平台处于水平机动模式，将水平翼的后掠角调整为74°～76°，其俯仰力矩最大，深海水下观测平台处于垂向定点模式，将水平翼的后掠角调整为44°～46°，其升阻比最大，深海水下观测平台处于锯齿形滑翔模式。
作为最优的，将水平翼的后掠角调整为85°，其直线水平航行时阻力最小，深海水下观测平台处于水平机动模式，将水平翼的后掠角调整为75°，其俯仰力矩最大，深海水下观测平台处于垂向定点模式，将水平翼的后掠角调整为45°，其升阻比最大，深海水下观测平台处于锯齿形滑翔模式。
本发明的深海水下观测平台的可变形观测方法的工作原理为：
电机6通过减速器7、锥齿轮9、轴承10和转轴11带动水平翼3旋转，改变深海自主水下观测平台的水动力外形，角度传感器8反馈水平翼3的旋转角度。
本发明将提供一种深海自主水下观测平台的可变形观测方法，采用平台水平翼的主动变形完成平台多种水动力外形的切换，从而实现平台多种观测模式。
本发明的一种深海自主水下观测平台的可变形观测方法，可使平台具备多种观测模式，提供更加灵活的观测手段，完成点、线和面多种观测手段的平台集成，提高平台综合观测能力，具有较强的应用前景。
本发明中，自主水下观测平台又称为可变形装置。
总而言之，本发明公开的一种深海自主水下观测平台的可变形观测方法及平台，结合复杂多变的深海观测需求及现有主流海洋观测设备特点，采用平台水平翼的主动变形完成平台多种水动力外形的切换，实现平台三种典型观测模式：水平机动模式、垂向定点模式和锯齿形滑翔模式。可变形装置为水平翼变形装置，主体结构置于耐压壳体内部，同时外置流线型导流罩，改善其水动力性能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种深海水下观测平台的可变形观测方法，其特征在于，在水下观测平台主体体身上设置可通过旋转角度而变形的一对水平翼，水平翼为平板状，其材质为碳纤维复合材料板，水平翼位于耐压壳体外侧背部处，该对水平翼由各自的旋转轴控制旋转角度，该对水平翼自始至终呈轴对称状，
一对水平翼的翼根部设置导流罩，导流罩包套住一对水平翼的翼根部，通过导流罩改善水平翼根部的水动力性能，减小深海水下观测平台的航行阻力，
通过旋转轴旋转调整水平翼的后掠角处于设定范围内，从而改变整个水下观测平台的水动力外形，所述水动力外形包括三种模式，分别为水平机动模式、垂向定点模式以及锯齿形滑翔模式。
2.如权利要求1所述的深海水下观测平台的可变形观测方法，其特征在于，将水平翼的后掠角调整为82°～86°，其直线水平航行时阻力最小，深海水下观测平台处于水平机动模式，
将水平翼的后掠角调整为72°～76°，其俯仰力矩最大，深海水下观测平台处于垂向定点模式，
将水平翼的后掠角调整为42°～46°，其升阻比最大，深海水下观测平台处于锯齿形滑翔模式。
3.如权利要求1所述的深海水下观测平台的可变形观测方法，其特征在于，将水平翼的后掠角调整为84°～86°，其直线水平航行时阻力最小，深海水下观测平台处于水平机动模式，
将水平翼的后掠角调整为74°～76°，其俯仰力矩最大，深海水下观测平台处于垂向定点模式，
将水平翼的后掠角调整为44°～46°，其升阻比最大，深海水下观测平台处于锯齿形滑翔模式。
4.如权利要求1所述的深海水下观测平台的可变形观测方法，其特征在于，将水平翼的后掠角调整为85°，其直线水平航行时阻力最小，深海水下观测平台处于水平机动模式，
将水平翼的后掠角调整为75°，其俯仰力矩最大，深海水下观测平台处于垂向定点模式，
将水平翼的后掠角调整为45°，其升阻比最大，深海水下观测平台处于锯齿形滑翔模式。
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