CN108791773B - 一种基于电磁展翼的空投型水下滑翔机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电磁展翼的空投型水下滑翔机，包括壳体、信号装置以及设置在壳体内的浮力调节装置、横滚姿态调节装置、俯仰姿态调节装置和控制装置，还包括滑翔翼伸展装置，所述滑翔翼伸展装置包括滑翔翼、电磁铁、活塞、活塞滑道、第一弹性件、第二弹性件和锁紧机构，在第一弹性件的弹性作用下，通过控制装置对电磁铁磁性大小的控制，能使活塞在活塞滑道上滑动实现对滑翔翼的定位和释放，在滑翔翼被电磁铁释放时，第二弹性件的弹性作用使滑翔翼绕转轴转动展开。本发明所述的基于电磁展翼的空投型水下滑翔机降低了机翼的入水冲击力，更加适合空投应用，在空投前机翼处于收起状态，所占空间较小，更便于飞机搭载，时效性更强。

Description

一种基于电磁展翼的空投型水下滑翔机

技术领域

本发明涉及海洋探测设备领域，具体涉及一种基于电磁展翼的空投型水下滑翔机。

背景技术

水下滑翔机是一种新型的海洋探测装备，其通过净浮力和质心调节实现低能耗地滑翔运动，具有效率高，续航能力强、探测时间长等特点，在海洋科学研究和军事作战等领域有广泛的应用需求。现有的水下滑翔机普遍通过母船搭载进行布放，然而，母船抵达到指定海域所需时间较长，制约了其在突发情况中的应用，如失事飞机的黑匣子搜索、偶然自然现象探测等。因此，提高水下滑翔机布放的时效性，使单个或多个水下滑翔机快速抵达指定海域，将会拓展水下滑翔机在海洋突发事件中的应用，提高国家在深远海的及时、长期探测能力。

相比于船载布放，通过飞机搭载水下滑翔机进行空投布放的时效性更强。现有的水下滑翔机普遍具有较大的伸展机翼。在水下滑翔机从空中进入水中时，因伸展机翼的迎流面积较大，其将承受较大的水动力冲击，很容易在入水拍击中损坏；而且，伸展机翼导致水下滑翔机所占空间较大，也增大了飞机搭载布置的难度。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种基于电磁展翼的空投型水下滑翔机。本发明采用的技术手段如下：

一种基于电磁展翼的空投型水下滑翔机，包括壳体、信号装置以及设置在壳体内的浮力调节装置、横滚姿态调节装置、俯仰姿态调节装置和控制装置，还包括滑翔翼伸展装置，所述滑翔翼伸展装置包括滑翔翼、电磁铁、活塞、活塞滑道、第一弹性件、第二弹性件和锁紧机构，所述滑翔翼通过转轴固定在壳体上，所述电磁铁和活塞滑道固定在壳体内，在第一弹性件的弹性作用下，通过控制装置对电磁铁磁性大小的控制，能使活塞在活塞滑道上滑动实现对滑翔翼的定位和释放，在滑翔翼被电磁铁释放时，第二弹性件的弹性作用使滑翔翼绕转轴转动展开，滑翔翼展开后锁紧机构对滑翔翼进行锁紧，所述滑翔机上设有能在滑翔机入水时受到冲击力并触发电磁铁的通电开关的压力传感器。

进一步地，所述活塞滑道沿滑翔机的前后方向设置，所述滑翔翼上设有第一卡槽，所述活塞上设有与第一卡槽配合的固定凸起，所述第一弹性件为套于活塞外侧的弹簧，所述第二弹性件也为弹簧，电磁铁吸引活塞时，第一弹性件被压缩，固定凸起与第一卡槽配合对滑翔翼进行固定，电磁铁释放活塞时，在第一弹性件的弹力作用下，活塞沿活塞滑道滑动，固定凸起脱离第一卡槽，滑翔翼在第二弹性件的弹力作用下旋转展开。

进一步地，所述第二弹性件为弹簧，所述第二弹性件的一端固定在壳体的内壁上，另一端固定在滑翔翼的边缘。

进一步地，所述活塞为T形结构，包括柱状的活塞主体和从活塞主体端部伸向两侧的固定臂，所述固定凸起设置在固定臂上。

进一步地，所述滑翔翼上设有围绕转轴的弧形结构，所述弧形结构上设有第二卡槽，所述锁紧机构包括锁紧销和筒体，所述筒体固定在壳体上，所述锁紧销与筒体之间设有第三弹性件，且锁紧销能在筒体内轴向滑动，所述锁紧销设置于第三弹性件和弧形结构之间。在滑翔翼未展开的状态下，第三弹性件将锁紧销压紧在弧形结构上，在滑翔翼展开的过程中，锁紧销在弧形结构上滑动，滑翔翼展开时，锁紧销在第三弹性件的弹性作用下进入第二卡槽，实现对滑翔翼的定位。

与现有技术比较，本发明所述的基于电磁展翼的空投型水下滑翔机具有以下优点：

1、降低了机翼的入水冲击力，更加适合空投应用；

2、相比于具有伸展机翼的水下滑翔机，本发明在空投前机翼处于收起状态，所占空间较小，更便于飞机搭载；

3、通过空投方式进行布置，相比船载布放方法，更加适合远距离的紧急任务，时效性更强。

附图说明

图1是本发明实施例的外部结构示意图。

图2是本发明实施例的侧视图。

图3是本发明实施例的内部结构示意图(滑翔翼展开状态)。

图4是本发明实施例的内部结构示意图(滑翔翼收起状态)。

图5是本发明实施例所述的活塞的结构示意图。

图6是本发明实施例所述的滑翔翼的结构示意图。

图7是本发明实施例所述的锁紧机构的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图7所示，一种基于电磁展翼的空投型水下滑翔机，位于机体中部，包括壳体1、信号装置2以及设置在壳体1内的浮力调节装置3、横滚姿态调节装置4、俯仰姿态调节装置5和控制装置6，还包括滑翔翼伸展装置7，所述滑翔翼伸展装置7包括滑翔翼71、电磁铁72、活塞73、活塞滑道74、第一弹性件75、第二弹性件76和锁紧机构77，所述滑翔翼71通过转轴78固定在壳体1上，所述电磁铁72和活塞滑道74固定在壳体1内，在第一弹性件75的弹性作用下，通过控制装置6对电磁铁72磁性大小的控制，能使活塞73在活塞滑道74上滑动实现对滑翔翼71的定位和释放，在滑翔翼71被电磁铁72释放时，第二弹性件76的弹性作用使滑翔翼71绕转轴78转动展开，展开后锁紧机构77对滑翔翼71进行锁紧。在通电状态下，电磁铁72可以吸住活塞73。可以通过一套电磁铁、活塞73和活塞滑道74对滑翔翼71进行控制，也可以每个滑翔翼71配备一套进行分别控制。

本实施例中，所述壳体1内设有浮力调节舱11和滑翔翼控制舱12，所述浮力调节舱11和滑翔翼控制舱12均为非密封结构，所述浮力调节舱11上设有进水口111，海水可以通过进水口111进入浮力调节舱11，所述滑翔翼71通过转轴78固定在滑翔翼控制舱12内且伸出滑翔翼控制舱12外。所述信号装置2包括信号杆21和远程通信系统22，所述壳体1的尾部预留线孔，用于固定安装信号杆21，所述远程通信系统22安装在信号杆21的尾部。

所述浮力调节装置3安装在机体前段，包括外油囊31、电机32、联轴器33、双向齿轮泵34、内部油缸35和电磁截止阀36，外油囊31设置在浮力调节舱11内，与海水接触，外油囊31体积增大或减小使得整个滑翔机排液体积增大或减小，进而对滑翔机所受的浮力进行调节。电机32、双向齿轮泵34、内部油缸35位于第一密封舱13内，电机32通过联轴器33与双向齿轮泵34的输入轴可靠连接，双向齿轮泵34通过油管分别与外油囊31和内部油缸35连接，可以将指定体积的油液在外油囊31与内部油缸35之间抽吸转换。油管穿过第一密封舱13的第一密封隔板14的开口进行水密处理。常闭模式的电磁截止阀36用于防止外部海水压力将外油囊31内的油液压回到内部油缸35，当电机32和双向齿轮泵34工作时，电磁截止阀36处于接通状态。水压计61位于壳体中后部的控制装置6内，测试水压结果通过控制器可以控制电机32和电磁截止阀36的运行状态。

横滚姿态调节装置4固定安装在机体中前段，包括第一步进电机41、第一深沟球轴承42、横滚轴43、第一联轴器44、横滚电池包45等。第一步进电机41通过螺钉固定于第二密封隔板15，第三密封隔板16在与第一步进电机41对应的位置安装第一深沟球轴承42。横滚轴43一端通过第一联轴器44与第一步进电机41的轴相连，另一端由第一深沟球轴承42支撑。横滚电池包45固定在横滚轴43上，在第一步进电机41的驱动下，绕滑翔机主轴线旋转固定的角度，使得滑翔机整体绕主轴线产生固定的横滚角度。

控制装置6安装固定于机体密封耐压壳体中后段，包括控制器，存储卡，GPS定位模块62、水压计61等。控制器可以接收各传感器及远程通信的数据，对数据进行处理，并根据处理结果向浮力调节装置、横滚姿态调节装置、滑翔翼伸展装置、俯仰姿态调节装置等发出指令信号，以控制滑翔机的工作状态。存储卡可将滑翔机各观测仪器采集到的数据和滑翔机航行线路数据进行存储记录。GPS定位模块用于定位和导航，既可以校准滑翔机航行方向，又可以方便滑翔机的回收。水压计61可以反馈密封耐压壳体内水压，考虑到滑翔机的航速较低，测试水压结果基本上能够反映航行深度，该信息经过控制器处理后，可控制浮力调节装置3、横滚姿态调节装置4、俯仰姿态调节装置5的运行状态，进而调节滑翔机的运动姿态。

俯仰姿态调节装置5安装于机体密封耐压壳体后段，包括第二步进电机51、第二深沟球轴承52、滚珠丝杠53、第二联轴器54、俯仰电池包55等。第二步进电机51通过螺钉固定于第六密封隔板17，第七安装板18在与第二步进电机51对应的位置安装第二深沟球轴承52，滚珠丝杠53一端通过第二联轴器54与第二步进电机51的轴相连，另一端由第二深沟球轴承52支撑。俯仰电池包55跟移动的螺母固定在一起充当姿态调节重物，滚珠丝杠53带动姿态调节重物沿导轨做轴向移动，调整整个滑翔机系统的重心在主轴线方向的分布，实现滑翔机俯仰姿态角的调节。

信号杆21固定安装在密封耐压壳体后段的椭球状尾部，通过预留线孔伸入水中，预留线做了水密处理。远程通信系统22安装固定于信号杆21尾端，滑翔机下位机可以通过远程通信系统22向上位机发送信息数据并接收控制指令，所得数据结果由电缆传输给存储卡和控制器作进一步存储和处理。

作为优选方案，所述活塞滑道74沿滑翔机的前后方向设置，所述滑翔翼71上设有第一卡槽711，所述活塞73上设有与第一卡槽711配合的固定凸起731，所述第一弹性件75为套于活塞外侧的弹簧，所述第二弹性件76也为弹簧，电磁铁72吸引活塞73时，第一弹性件75被压缩，固定凸起731与第一卡槽711配合对滑翔翼71进行固定，电磁铁72释放活塞73时，在第一弹性件75的弹力作用下，活塞73沿活塞滑道74滑动，固定凸起731脱离第一卡槽711，滑翔翼71在第二弹性件76的弹力作用下旋转展开。具体地，第二弹性件76一端固定于机体，一端连接滑翔翼71的翼缘，在滑翔翼71收起时受到拉伸变形，当解除活塞73对滑翔翼71的固定约束后，第二弹性件76变形收缩产生的拉力作用于滑翔翼71，产生关于转轴78的转动力矩，使滑翔翼71发生转动，实现滑翔翼71的伸展。第五密封板19在电磁铁72对应的位置上通过螺钉固定一根光滑的圆柱杆，作为活塞滑道，与活塞73组成一对滑动约束，滑动摩擦力极小。所述活塞73为T形结构，包括柱状的活塞主体732和从活塞主体732端部伸向两侧的固定臂733，所述固定凸起731设置在固定臂733上。所述滑翔翼71上设有围绕转轴78的弧形结构712，本实施例中，弧形结构712为滑翔翼的外缘，所述弧形结构712上设有第二卡槽713，所述锁紧机构77包括锁紧销771和筒体772，所述筒体772固定在壳体1上，所述锁紧销771与筒体772之间设有第三弹性件773，且锁紧销771能在筒体772内轴向滑动，所述锁紧销771设置于第三弹性件773和弧形结构712之间。在滑翔翼71未展开的状态下，第三弹性件773将锁紧销771压紧在弧形结构712上，在滑翔翼71展开的过程中，锁紧销771在弧形结构上滑动，滑翔翼71展开时，锁紧销771在第三弹性件773的弹性作用下进入第二卡槽713，实现对滑翔翼71的锁紧定位。转轴78与滑翔翼2的接触处设置第三深沟球轴承79，在无约束情况下，滑翔翼2可绕转轴78自由转动。电磁铁72通过螺钉固定安装于第四密封隔板10上，滑翔机在空投后入水受到冲击力，压力传感器8触发通电开关，电磁铁72断电，此时活塞73在第一弹性件75作用下释放弹开，解除了对第一卡槽711的约束固定，第二弹性件76驱动滑翔翼71展开。当滑翔翼71展开到固定角度后，锁紧机构77的锁紧销771插入第二卡槽713，翼面锁定，水下滑翔机开始正常航行。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于电磁展翼的空投型水下滑翔机，包括壳体、信号装置以及设置在壳体内的浮力调节装置、横滚姿态调节装置、俯仰姿态调节装置和控制装置，其特征在于：还包括滑翔翼伸展装置，所述滑翔翼伸展装置包括滑翔翼、电磁铁、活塞、活塞滑道、第一弹性件、第二弹性件和锁紧机构，所述滑翔翼通过转轴固定在壳体上，所述电磁铁和活塞滑道固定在壳体内，在第一弹性件的弹性作用下，通过控制装置对电磁铁磁性大小的控制，能使活塞在活塞滑道上滑动实现对滑翔翼的定位和释放，在滑翔翼被电磁铁释放时，第二弹性件的弹性作用使滑翔翼绕转轴转动展开，滑翔翼展开后锁紧机构对滑翔翼进行锁紧，所述滑翔机上设有能在滑翔机入水时受到冲击力并触发电磁铁的通电开关的压力传感器。

2.根据权利要求1所述的基于电磁展翼的空投型水下滑翔机，其特征在于：所述活塞滑道沿滑翔机的前后方向设置，所述滑翔翼上设有第一卡槽，所述活塞上设有与第一卡槽配合的固定凸起，所述第一弹性件为套于活塞外侧的弹簧，所述第二弹性件也为弹簧，电磁铁吸引活塞时，第一弹性件被压缩，固定凸起与第一卡槽配合对滑翔翼进行固定，电磁铁释放活塞时，在第一弹性件的弹力作用下，活塞沿活塞滑道滑动，固定凸起脱离第一卡槽，滑翔翼在第二弹性件的弹力作用下旋转展开。

3.根据权利要求2所述的基于电磁展翼的空投型水下滑翔机，其特征在于：所述第二弹性件为弹簧，所述第二弹性件的一端固定在壳体的内壁上，另一端固定在滑翔翼的边缘。

4.根据权利要求2所述的基于电磁展翼的空投型水下滑翔机，其特征在于：所述活塞为T形结构，包括柱状的活塞主体和从活塞主体端部伸向两侧的固定臂，所述固定凸起设置在固定臂上。

5.根据权利要求1所述的基于电磁展翼的空投型水下滑翔机，其特征在于：所述滑翔翼上设有围绕转轴的弧形结构，所述弧形结构上设有第二卡槽，所述锁紧机构包括锁紧销和筒体，所述筒体固定在壳体上，所述锁紧销与筒体之间设有第三弹性件，且锁紧销能在筒体内轴向滑动，所述锁紧销设置于第三弹性件和弧形结构之间。