CN107600331B - 一种对称式可半潜水下无人艇 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对称式可半潜水下无人艇，包括相互对称固连的上半艇和下半艇，动力系统，压载舱以及无人艇控制系统及艇上有效载荷；所述动力系统置于无人艇的尾部，所述压载舱置于无人艇的中部，通过压载舱改变艇体重量，从而调整无人艇在水中的航行状态；所述无人艇控制系统及艇上有效载荷位于无人艇的前部。本发明中的无人艇能够完成自主的水面航行和水下潜航，结构紧凑，便于使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种对称式可半潜水下无人艇，是一种既能在水面航行，又能在水面下潜航一定时间从而完成特殊潜航任务的半潜式水下无人艇。
背景技术
海洋安全是当今世界的热点问题，保护海洋安全是保护国家安全和人民利益的重要环节。目前针对海面舰船和航行器的监测已经日趋发达，卫星、雷达等设备可以通过电磁波、可见光、红外线等多种途径对海面船舶进行多方位的监控。因此，能够在水面下进行一定时间航行并能完成特殊潜航任务的潜艇、潜航器等装备对于维护海洋安全有非常重要的意义。
传统小型无人艇在航行时推进器完全位于水面上，通过柴油机或电力驱动。由于无人艇底部的流线型结构，在无人艇向前航行时，会受到向后和向上的水阻力。在水面航行时，该阻力将使无人艇艇艏扬起，在一定程度上减小航行的水阻力，增强航行稳定性。但如果无人艇需要在水下潜航时，则该水阻力将对无人艇产生使其上浮的作用力，不利于无人艇水下姿态的保持和航行的稳定。同时，由于传统无人艇只有一个（一组）推进器，且都位于吃水线以下，因此在水下潜航时，推进器产生推进力的作用线将低于无人艇的浮心，使船受到一个仰起的力矩，对无人艇的潜航不利。
传统无人艇的艇型和推进器布置无法满足半潜式无人艇的需求，因此需要设计一种新型的可半潜无人艇。
发明内容
本发明的目的在于针对以上问题，提出一种对称式可半潜水下无人艇，能够完成自主的水面航行和水下潜航，结构紧凑，便于使用。
为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种对称式可半潜水下无人艇，包括相互对称固连的上半艇和下半艇，动力系统，压载舱以及无人艇控制系统及艇上有效载荷；所述动力系统置于无人艇的尾部，所述压载舱置于无人艇的中部，通过压载舱改变艇体重量，从而调整无人艇在水中的航行状态；所述无人艇控制系统及艇上有效载荷位于无人艇的前部。
所述动力系统包括上推进器和下推进器，上离合器和下离合器，传动机构，柴油-电力混合动力机组，蓄电池组，混合动力机组的进气管道和排气管道以及电缆线，所述上推进器和下推进器相互对称的安装在上半艇和下半艇的尾部，两个推进器分别通过上离合器和下离合器与传动机构连接，传动机构通过柴油-电力混合动力机组驱动，所述进气管道和排气管道与柴油-电力混合动力机组连接，所述蓄电池组通过电缆线与柴油-电力混合动力机组连接。
所述的压载舱上下两端安装有上吸水排水管道和下吸水排水管道，在上吸水排水管道上安装有上阀门，在下吸水排水管道上安装有下阀门。
所述的上半艇和下半艇结构相同，并成轴对称，能够抵消无人艇在潜航过程中产生竖直方向水阻力；所述的柴油-电力混合动力机组能够满足无人艇在水面上航行和在水面以下潜航的动力需求；所述的混合动力机组的进气管道和排气管道完成柴油驱动时对进气和排烟的要求；所述的离合器和所述的传动机构能够控制动力传递到特定的所述推进器，从而实现两种航行状态时不同的推进器切换；压载舱通过吸水排水来改变艇体重量，从而调整无人艇在水中的航行状态；当无人艇在水下潜航时，要求无人艇的整体重心低于水下状态的浮心，以保证无人艇的自动扶正性能，从而确保无人艇浮上水面后柴油-电力混合动力机组能够正常工作；所述的柴油-电力混合动力机组与所述的蓄电池组通过电缆相连，完成充电时和电力驱动时的电路需求。
本发明在水面上航行时，仅有下半艇在水中，受到向上向后的水阻力，该水阻力和单侧的所述推进器的推进力形成一个仰起力矩，使得艇艏扬起；而在水下潜航时，所述的上半艇和下半艇形成一对水阻力，所述的两个推进器形成两个推进力，将抵消仰起力矩。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的进步：
本发明采用对称式的艇型结构实现对潜航时竖直方向水阻力的抵消，通过柴油-电力混合动力机组实现该无人艇的长时间水面/水下航行，利用压载舱吸入/排出海水来调节该无人艇的航行状态。本发明中的无人艇能够完成自主的水面航行和水下潜航，结构紧凑，便于使用。
附图说明
图1是本发明的外观轴测示意图。
图2是本发明的部件竖直剖视图。
图3是本发明的部件轴测剖视图（为方便展示内部结构，上半艇壳体已隐藏）。
图4是本发明在水上航行状态时的受力分析图。
图5是本发明在水下潜航状态时的受力分析图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例作进一步的说明。
参见图1、图2和3，一种对称式可半潜水下无人艇，包括相互对称固连的上半艇1-B和下半艇1-A，动力系统，压载舱9以及无人艇控制系统及艇上有效载荷12；所述动力系统置于无人艇的尾部，所述压载舱9置于无人艇的中部，通过压载舱9改变艇体重量，从而调整无人艇在水中的航行状态；所述无人艇控制系统及艇上有效载荷12位于无人艇的前部。
所述的上半艇1-B和下半艇1-A结构相同，并成轴对称，能够抵消无人艇在潜航过程中产生竖直方向水阻力。
所述动力系统包括上推进器2-B和下推进器2-A，上离合器5-B和下离合器5-A，传动机构4，柴油-电力混合动力机组3，蓄电池组8，混合动力机组的进气管道6和排气管道7以及电缆线13，所述上推进器2-B和下推进器2-A相互对称的安装在上半艇1-B和下半艇1-A的尾部，两个推进器分别通过上离合器5-B和下离合器5-A与传动机构4连接，传动机构4通过柴油-电力混合动力机组3驱动，所述进气管道6和排气管道7与柴油-电力混合动力机组3连接，所述蓄电池组8通过电缆线13与柴油-电力混合动力机组3连接。
所述的压载舱9上下两端安装有上吸水排水管道11-B和下吸水排水管道11-A，在上吸水排水管道11-B上安装有上阀门10-B，在下吸水排水管道11-A上安装有下阀门10-A；压载舱9通过吸水排水来改变艇体重量，从而调整无人艇在水中的航行状态；当无人艇在水下潜航时，要求无人艇的整体重心低于水下状态的浮心，以保证无人艇的自动扶正性能，从而确保无人艇浮上水面后柴油-电力混合动力机组3能够正常工作。
本发明的工作流程为：
无人艇从母船释放而开始水面航行时，所述压载舱9内为空，艇体总重较小，仅有底部的一个所述下推进器2-A位于水面以下，此时所述的下离合器5-A连接传动机构4，所述的上离合器5-B断开，将动力传送至下侧所述下推进器2-A，而上侧所述上推进器2-B不工作；此时所述的混合动力机组的进气管道6和排气管道7打开，所述的柴油-电力混合动力机组3以柴油驱动状态工作，柴油-电力混合动力机组3向所述的蓄电池组8充电。当进行水下潜航时，所述的进气管道6和排气管道7关闭，以防止水灌入柴油-电力混合动力机组3；所述的蓄电池组8开始向所述的柴油-电力混合动力机组3供电，使所述的柴油-电力混合动力机组3以电力驱动状态工作；所述的上吸水排水管道11-B和下吸水排水管道11-A上的上阀门10-B和下阀门10-A打开，使水进入所述的压载舱9内，使无人艇的整体重量增加，开始下潜进入水下；所述的下离合器5-A和上离合器5-B全部连接传动机构4，此时所述的下推进器2-A和上推进器2-B都开始工作，使得两个推进力保持稳定。
参见图4，在水面上航行时，仅有所述的下半艇1-A在水中，无人艇受到向上向后的水阻力F阻1，该水阻力F阻1和单侧的所述推进器2-A的推进力F推1形成一个仰起力矩M1，使得艇艏扬起；在水下潜航时，参见图5，所述的上半艇1-B和下半艇1-B受到一对水阻力F阻1和F阻2，所述的两个推进器形成两个推进力F推1 和F推2，将抵消仰起力矩。
Claims (2)
1.一种对称式可半潜水下无人艇，其特征在于，包括相互对称固连的上半艇（1-B）和下半艇（1-A），动力系统，压载舱（9）以及无人艇控制系统及艇上有效载荷（12）；所述动力系统置于无人艇的尾部，所述压载舱（9）置于无人艇的中部，通过压载舱（9）改变艇体重量，从而调整无人艇在水中的航行状态；所述无人艇控制系统及艇上有效载荷（12）位于无人艇的前部；所述的上半艇（1-B）和下半艇（1-A）结构相同，并成轴对称，能够抵消无人艇在潜航过程中产生竖直方向水阻力；所述动力系统包括上推进器（2-B）和下推进器（2-A），所述上推进器（2-B）和下推进器（2-A）相互对称的安装在上半艇（1-B）和下半艇（1-A）的尾部；上离合器（5-B）和下离合器（5-A），传动机构（4），柴油-电力混合动力机组（3），蓄电池组（8），混合动力机组的进气管道（6）和排气管道（7）以及电缆线（13），两个推进器分别通过上离合器（5-B）和下离合器（5-A）与传动机构（4）连接，传动机构（4）通过柴油-电力混合动力机组（3）驱动，所述进气管道（6）和排气管道（7）与柴油-电力混合动力机组（3）连接，所述蓄电池组（8）通过电缆线（13）与柴油-电力混合动力机组（3）连接。
2.根据权利要求1所述的对称式可半潜水下无人艇，其特征在于，所述的压载舱（9）上下两端安装有上吸水排水管道（11-B）和下吸水排水管道（11-A），在上吸水排水管道（11-B）上安装有上阀门（10-B），在下吸水排水管道（11-A）上安装有下阀门（10-A）；压载舱（9）通过吸水排水来改变艇体重量，从而调整无人艇在水中的航行状态；当无人艇在水下潜航时，要求无人艇的整体重心低于水下状态的浮心，以保证无人艇的自动扶正性能，从而确保无人艇浮上水面后柴油-电力混合动力机组（3）能够正常工作。
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