CN108382552A - 一种适用于水池试验的小型水下滑翔机 - Google Patents

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刘玉红
王延辉
张宏伟
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Abstract

本发明公开了一种适用于水池试验的小型水下滑翔机，用来搭载需要进行测试的传感器和小型实验设备进行水池试验，包括前导流罩、浮力调节单元、主控单元、柔性后缘机翼、推进单元、后导流罩、尾翼及主舱体，前导流罩和后导流罩采用Myring流线型结构；浮力调节单元包括吸排水装置、丝杠螺母及直流电机A，用于调节滑翔机整体的净浮力大小，实现滑翔机的下潜和上浮运动；推进单元由直流电机B和螺旋桨组成，螺旋桨通过联轴器与电机输出端相连，直流电机B转动时带动螺旋桨转动；主控单元包括浮力调节单元、推进单元的电机控制模块、六自由度传感器、数据存储模块及遥控模块。

Description

一种适用于水池试验的小型水下滑翔机
技术领域
本发明涉及水下航行器领域，特别是一种适用于水池试验的小型水下滑翔机。
背景技术
水下滑翔机是一种新兴的海洋观测平台，因其具有噪声小、体积小、质量轻，续航时间长等特点，得到了全世界范围内的广泛重视。其整体外形与鱼雷相似，通过调节自身浮力大小来带动整机实现锯齿状的滑翔运动，通过搭载不同类型的任务传感器，以水下滑翔机单机或多机编队的形式，收集各种海洋信息，如海水温度、盐度、溶解氧以及海水中的叶绿素含量等信息。在海洋国防领域，由于其噪声小和隐蔽性强等特点，可以用来收集沿海国家海洋地形、地貌以及水文环境等重要情报。开展水下滑翔机技术研究对于海洋资源开发以及海洋国防建设具有重大意义。水下滑翔机一般长约2米左右，重量约70kg。进行测试试验时，需要较大的试验场地，以及较多的人力物力，测试效率低。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种适用于水池试验的小型水下滑翔机，可用来搭载需要进行测试的传感器和小型实验设备进行水池试验。适用于水池试验的小型滑翔机体型小，重量轻，通过吸排水实现浮力变化，较海试用的水下滑翔机可以节省测试用的人力物力，提高测试效率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种适用于水池试验的小型水下滑翔机，包括前导流罩、浮力调节单元、主控单元、柔性后缘机翼、推进单元、后导流罩、尾翼及主舱体，所述前导流罩和后导流罩采用Myring流线型结构，用以减小航行阻力；所述浮力调节单元包括包括吸排水装置、丝杠螺母及直流电机A，用于调节滑翔机整体的净浮力大小，实现滑翔机的下潜和上浮运动；所述推进单元由直流电机B和螺旋桨组成，螺旋桨通过联轴器与电机输出端相连，直流电机B转动时带动螺旋桨转动，为滑翔机提供推力；所述主控单元包括浮力调节单元、推进单元的电机控制模块、六自由度传感器、数据存储模块及遥控模块；当滑翔机在水面时，通过遥控模块发出控制信号，使滑翔机进行俯仰或推进运动；
滑翔机运动过程中，所述六自由度传感器可实时测量滑翔机的三轴加速度及三轴角速度，以此解算出滑翔机的姿态角数据，并通过数据存储模块记录试验数据；所述尾翼用于保持滑翔机的整体平衡；所述柔性后缘机翼通过主控单元控制机翼内部的舵机输出轴转角，调节机翼后缘的弯折方向和角度。
优选的，所述遥控模块包括通信发射端和接收端，接收端设置于主控单元。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明水下滑翔机通过吸排水控制浮力变化实现锯齿状滑翔运动，可以搭载小型测试装置以及传感器进行水下测试试验，用于模拟水下滑翔机的上浮、下潜以及推进直航运动，测试水动力性能。由于外形尺寸小，重量轻，可以在水池中进行试验，节省人力物力，提高测试效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的各组成部分的分解状态示意图。
附图标记：1、前导流罩；2、浮力调节单元；3主控单元；4、柔性后缘机翼；4-1、右翼；4-2、左翼；5、推进单元；6、后导流罩；7、尾翼；8、主舱体。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
见图1和图2，一种适用于水池试验的小型水下滑翔机，包括前导流罩1、浮力调节单元2、主控单元3、柔性后缘机翼4、推进单元5、后导流罩6、尾翼7及主舱体8。前导流罩1和后导流罩6与主舱体8一起构成试验用水下滑翔机的主体外壳部分，整体为流线型，用于降低滑翔机在运动时的航行阻力。
浮力调节单元2用于调节滑翔机整体的净浮力，包括吸排水装置、丝杠螺母以及直流电机A等，通过控制直流电机A电机的转速与转动方向，带动丝杠螺母进行前进或后退，进而使吸排水装置完成排水、吸水的动作，调节整机的净浮力大小。
主控单元3包括电机控制模块、六自由度传感器、数据存储模块以及遥控模块。本实施例中所用的六自由度传感器为深圳维特智能科技有限公司生产的JY-61，其中电机控制模块主要控制浮力调节单元和推进单元的两个直流电机B，采用PWM控制，可以控制直流电机B的转速和转动方向。六自由度传感器可以测量水下滑翔机体坐标系下的三轴加速度和角速度，并解算其姿态角，并通过数据存储模块记录试验数据，便于后续的处理与分析。
遥控模块包括通信发射端和接收端两个部分，接收端在主控单元3中，发射端是人为遥控部分，可以通过发射端发出不同指令，控制水下滑翔机分别进行下潜、上浮运动、直航推进运动以及初始化这三种运动方式。
柔性后缘机翼4可以改变机翼后缘的弯折角度与方向，包括右翼4-1和左翼4-2，柔性后缘机翼内部带有驱动装置，可通过主控单元控制机翼内部的驱动装置进行变后缘动作。同时机翼蒙皮所使用材料具有良好的弹性和延展性，可以随机翼后缘的变换产生相应的变形，从而保持整个机翼表面的平顺性。机翼后缘的弯折角度与方向随着水下滑翔机的运动模式的改变而改变，机翼后缘的变化会对滑翔机的运动性能产生影响。
具体实现水下滑翔机的下潜和上浮运动可包括以下步骤：
1.浮力调节单元中的电机转动，使吸排水装置吸水，使滑翔机的重力大于浮力，净浮力变为为负浮力，滑翔机下潜；
2.待滑翔机下潜到一定深度以后，浮力调节单元中的吸排水装置排水，使滑翔机的重力小于浮力，净浮力变为正浮力，滑翔机上浮；
3.下潜、上浮运动交替进行，使滑翔机完成纵垂面内的俯仰运动；
4.下潜、上浮运动过程中，六自由度传感器实时测量滑翔机的三轴加速度、角速度并解算其姿态角，通过数据存储模块记录试验数据。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种适用于水池试验的小型水下滑翔机，其特征在于，包括前导流罩、浮力调节单元、主控单元、柔性后缘机翼、推进单元、后导流罩、尾翼及主舱体，所述前导流罩和后导流罩采用Myring流线型结构，用以减小航行阻力；所述浮力调节单元包括包括吸排水装置、丝杠螺母及直流电机A，用于调节滑翔机整体的净浮力大小，实现滑翔机的下潜和上浮运动；所述推进单元由直流电机B和螺旋桨组成，螺旋桨通过联轴器与电机输出端相连，直流电机B转动时带动螺旋桨转动，为滑翔机提供推力；所述主控单元包括浮力调节单元、推进单元的电机控制模块、六自由度传感器、数据存储模块及遥控模块；当滑翔机在水面时，通过遥控模块发出控制信号，使滑翔机进行俯仰或推进运动；
滑翔机运动过程中，所述六自由度传感器可实时测量滑翔机的三轴加速度及三轴角速度，以此解算出滑翔机的姿态角数据，并通过数据存储模块记录试验数据；所述尾翼用于保持滑翔机的整体平衡；所述柔性后缘机翼通过主控单元控制机翼内部的舵机输出轴转角，调节机翼后缘的弯折方向和角度。
2.根据权利要求1所述一种适用于水池试验的小型水下滑翔机，其特征在于，所述遥控模块包括通信发射端和接收端，接收端设置于主控单元。
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