CN107933858A - 一种双向压载水下滑翔机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双向压载水下滑翔机，其特征在于：包括壳体、首部活塞压载机构、尾部活塞压载机构和控制机构；本发明与现有技术相比，本发明在重心纵向位置改变方式上首次采用首尾压载水舱设计，借助随处可见的水体调节重心和浮心的相对位置，解决了传统水下滑翔机借助质量块调整重心，导致线路老化、操作不便等问题，而且，相对于质量块调整重心方法，首尾压载水舱调节方法具有力臂长，俯仰角、俯仰力矩大的优点。另外，采用艇外水体做压载，有利于减少造价，更适合投入民用市场，排出艇外的水对水下滑翔机产生反推力且不污染水质，在提高了水下滑翔机的推进效率的同时保护了水域的生态环境。

Description

一种双向压载水下滑翔机

技术领域

本发明涉及水下滑翔技术领域，尤其涉及一种双向压载水下滑翔机。

背景技术

水下滑翔机是一种新型的水下机器人。由于其利用净浮力和姿态角调整获得推进力，能源消耗极小，只在调整净浮力和姿态角时消耗少量能源，并且具有效率高、续航力大的特点。虽然水下滑翔机的航行速度较慢，但其具有制造成本和维护费用低、可重复使用、并可大量投放等特点，满足了长时间、大范围海洋探索的需要。

目前水下滑翔机调节重心位置的方式有两大类：一种是采用质量块，一般为电池组移动来调节重心位置，由于水下滑翔机空间一定且要布置大量管道和设备，所以质量块运行距离有限，且不宜操控，往复的质量块还会增加线路的老化，造成水下滑翔机失控，甚至是沉没于大海中;另一种是采用热敏工质随海水温度变化而融化、凝固来调节重心位置，由于需要的海水温差较大，只能在深海运行，而且热敏工质价格昂贵，使得水下滑翔机造价较高，无法投入民用市场，所以开发一种适用于水下滑翔机的新型调节重心位置的方式，具有十分现实的意义。除此之外，现有水下滑翔机技术只能靠调节重心的纵向位置来实现移动，所以速度极慢，最快航速也不超过1节/小时，所以应添加一种辅助推进，在不过多消耗电力的同时，极大的提高水下滑翔机的推进效率，从而扩大水下滑翔机的适用范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双向压载水下滑翔机，能够解决一般的水下滑翔机的制造成本高、维护不方便、可重复性差、投放量少、巡航时间短，探索范围小的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种双向压载水下滑翔机，其创新点在于：包括

一壳体，所述壳体的两侧分别设置有一滑翔翼；所述壳体的尾端开有两个通液口；

一首部活塞压载机构，所述首部活塞压载机构设置在壳体内且位于壳体的首端的中间位置，所述首部活塞压载机构包括第一水舱、第一活塞、第一活塞杆、第一驱动电机和第一液管；所述第一液管的一端与第一水舱相连，第一液管的另一端延伸至壳体的尾端与一通液口相连；所述第一活塞设置在第一水舱内，所述第一活塞与第一活塞杆的一端相连，所述第一活塞杆另一端延伸出第一水舱外与第一驱动电机相连；所述第一驱动电机驱动第一活塞杆挤出或增加第一水舱内水；

一尾部活塞压载机构，所述尾部活塞压载机构设置在壳体内且位于壳体的尾端的中间位置，所述尾部活塞压载机构包括第二水舱、第二活塞、第二活塞杆、第二驱动电机和第二液管；所述第二液管的一端与第二水舱相连，第二液管的另一端延伸至壳体的尾端与另一通液口相连；所述第二活塞设置在第二水舱内，所述第二活塞与第二活塞杆的一端相连，所述第二活塞杆另一端延伸出第二水舱外与第二驱动电机相连；所述第二驱动电机驱动第二活塞杆挤出或增加第二水舱内水；

一控制机构，所述控制机构包括动力控制装置和信号模块；所述动力控制装置位于壳体的中端位置的中间位置，所述动力装置包括电池组、电池组驱动电机和舵机；所述电池组与电池组驱动电机之间通过丝杆螺母副传动，所述电池组驱动电机驱动沿着壳体的中心轴线方向位移；所述舵机与电池组固定相连，所述舵机包括一舵杆，所述舵杆的回转平面与丝杆相交；所述信号模块设置在壳体的尾端，信号模块控制第一驱动电机、第二驱动电机和舵机；

所述壳体、首部活塞压载机构、尾部活塞压载机构和控制机构的重心位于同一平面。

进一步的，所述第一水舱与第二水舱交替排水。

本发明的优点在于：

1）本发明与现有技术相比，本发明在重心纵向位置改变方式上首次采用首尾压载水舱设计，借助随处可见的水体调节重心和浮心的相对位置，解决了传统水下滑翔机借助质量块调整重心，导致线路老化、操作不便等问题，而且，相对于质量块调整重心方法，首尾压载水舱调节方法具有力臂长，俯仰角、俯仰力矩大的优点。另外，采用艇外水体做压载，有利于减少造价，更适合投入民用市场，排出艇外的水对水下滑翔机产生反推力且不污染水质，在提高了水下滑翔机的推进效率的同时保护了水域的生态环境。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的一种双向压载水下滑翔机的俯视图。

图2为本发明的一种双向压载水下滑翔机的正视图。

图3为本发明的一种双向压载水下滑翔机的局部结构图。

图4为本发明的一种双向压载水下滑翔机的控制流程图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1至图4所示的一种双向压载水下滑翔机，包括

一壳体1，所述壳体的两侧分别设置有一滑翔翼11；所述壳体1的尾端开有两个通液口。

一首部活塞压载机构2，所述首部活塞压载机构2设置在壳体1内且位于壳体1的首端的中间位置，所述首部活塞压载机构2包括第一水舱21、第一活塞22、第一活塞杆23、第一驱动电机24和第一液管25；所述第一液管25的一端与第一水舱21相连，第一液管25的另一端延伸至壳体1的尾端与一通液口相连；所述第一活塞22设置在第一水舱21内，所述第一活塞22与第一活塞杆23的一端相连，所述第一活塞杆23另一端延伸出第一水舱21外与第一驱动电机24相连；所述第一驱动电机24驱动第一活塞杆23挤出或增加第一水舱21内水。

一尾部活塞压载机构3，所述尾部活塞压载机构3设置在壳体1内且位于壳体1的尾端的中间位置，所述尾部活塞压载机构3包括第二水舱31、第二活塞32、第二活塞杆33、第二驱动电机34和第二液管35；所述第二液管35的一端与第二水舱31相连，第二液管35的另一端延伸至壳体1的尾端与另一通液口相连；所述第二活塞32设置在第二水舱31内，所述第二活塞32与第二活塞杆33的一端相连，所述第二活塞杆33另一端延伸出第二水舱31外与第二驱动电机34相连；所述第二驱动电机34驱动第二活塞杆33挤出或增加第二水舱31内水。

一控制机构4，所述控制机构4包括动力控制装置41和信号模块42；所述动力控制装置41位于壳体1的中端位置的中间位置，所述动力装置41包括电池组43、电池组驱动电机44和舵机；所述电池组43与电池组驱动电机44之间通过丝杆螺母副传动，所述电池组驱动电机44驱动沿着壳体1的中心轴线方向位移；所述舵机与电池组43固定相连，所述舵机包括一舵杆，所述舵杆的回转平面与丝杆相交；所述信号模块42设置在壳体1的尾端，信号模块42控制第一驱动电机24、第二驱动电机34和舵机。

壳体1、首部活塞压载机构2、尾部活塞压载机构3和控制机构4的重心位于同一平面。

第一水舱21与第二水舱31交替排水。

该双向压载水下滑翔机的工作原理是：

首尾压载水舱自检过程：信号模块开始工作后，执行的是已经预先编好的程序，控制第一驱动电机和第二控制电机开始工作；由于处于自检过程，两个压载水舱皆向外排水，以排除内部剩余积水，当检测到活塞达到平衡位置后，自检过程结束。

下潜过程：自检过程完成后，水下滑翔机漂浮于水面，根据预先编好的程序，开始执行下潜过程，信号模块向第一驱动电机和第二驱动电机下达下潜命令，在第一驱动电机和第二驱动电机的带动下第一水舱和第二水舱开始吸水，由于重力大于浮力，推进器开始整体下沉，但艇身始终保持水平状态，当艇身位于水面以下一定深度，信号模块向第一驱动电机和第二驱动电机下达终止下潜命令，电机停止运转，第一水舱和第二水舱停止吸水，水下滑翔机悬浮于水面以下一定深度，下潜过程结束。

滑行过程：下潜过程完成后，信号模块向第一驱动电机和第二驱动电机下达滑行命令，第一水舱继续吸水，第二水舱开始排水，此时首部质量渐渐大于尾部质量，艇身开始呈现首倾状态，由于重心和浮心不在同一垂直方向上，于是艇身具有向前的下滑力，加上滑翔翼的作用，水下滑翔机开始向前运动。第二水舱排出的水会经由尾部排水口向外射出，以产生推力，辅助水下滑翔机推进。过程中系统会自动检测姿态进行微调。第一水舱和第二水舱完成一个周期后，信号模块再次给第一驱动电机和第二驱动电机下达新命令，这时第二水舱开始吸水，第一水舱开始排水，尾部质量渐渐大于首部质量，水下滑翔机呈现尾倾状态，由于惯性力和滑翔翼的作用，水下滑翔机开始向上滑行。同样，在此过程中，第一水舱2排出的水会经由尾部排水口向外射出，以产生推力，辅助水下滑翔机推进。这样为一个组合，重复以上步骤，姿态控制为首倾向下滑行-尾倾向上滑行。水下滑翔机得以在水面以下一定高度做锯齿运动。这是一般情况下水下滑翔机的滑行过程。当遇到较为恶劣的海况或者阻力较大时，信号模块除给主重心调节系统发送命令外，还会调用辅助重心调节系统，以达到最大的俯仰角，获得最大的动力，以适应恶劣环境。

转向过程：在水下运动中有时会需要进行转向。当控制系统向舵机发出转向信号，舵机的舵杆会立刻转向相应角度，因为丝杆穿过舵杆的回转面，当舵杆接触丝杆时，相对运动原理将促使舵机自身的反向转动，从而带动电池组的转动，实现了改变艇内质量横向分布，致使艇体发生偏转，再通过滑翔翼将垂直力转化为转向力，从而达到转向的目的，水下滑翔机开始转向。

上浮过程：全部任务完成后，水下滑翔机到达预定回收地点，等待回收；信号模块向第一驱动电机和第二驱动电机下达上浮命令，第一水箱和第二水箱开始共同向外排水，由于重力小于浮力，推进器慢慢上浮到达水面。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种双向压载水下滑翔机，其特征在于：包括

一壳体，所述壳体的两侧分别设置有一滑翔翼；所述壳体的尾端开有两个通液口；

一首部活塞压载机构，所述首部活塞压载机构设置在壳体内且位于壳体的首端的中间位置，所述首部活塞压载机构包括第一水舱、第一活塞、第一活塞杆、第一驱动电机和第一液管；所述第一液管的一端与第一水舱相连，第一液管的另一端延伸至壳体的尾端与一通液口相连；所述第一活塞设置在第一水舱内，所述第一活塞与第一活塞杆的一端相连，所述第一活塞杆另一端延伸出第一水舱外与第一驱动电机相连；所述第一驱动电机驱动第一活塞杆挤出或增加第一水舱内水；

一尾部活塞压载机构，所述尾部活塞压载机构设置在壳体内且位于壳体的尾端的中间位置，所述尾部活塞压载机构包括第二水舱、第二活塞、第二活塞杆、第二驱动电机和第二液管；所述第二液管的一端与第二水舱相连，第二液管的另一端延伸至壳体的尾端与另一通液口相连；所述第二活塞设置在第二水舱内，所述第二活塞与第二活塞杆的一端相连，所述第二活塞杆另一端延伸出第二水舱外与第二驱动电机相连；所述第二驱动电机驱动第二活塞杆挤出或增加第二水舱内水；

一控制机构，所述控制机构包括动力控制装置和信号模块；所述动力控制装置位于壳体的中端位置的中间位置，所述动力装置包括电池组、电池组驱动电机和舵机；所述电池组与电池组驱动电机之间通过丝杆螺母副传动，所述电池组驱动电机驱动沿着壳体的中心轴线方向位移；所述舵机与电池组固定相连，所述舵机包括一舵杆，所述舵杆的回转平面与丝杆相交；所述信号模块设置在壳体的尾端，信号模块控制第一驱动电机、第二驱动电机和舵机；

所述壳体、首部活塞压载机构、尾部活塞压载机构和控制机构的重心位于同一平面。

2.根据权利要求1所述的一种双向压载水下滑翔机，其特征在于：所述第一水舱与第二水舱交替排水。