CN108909994B - 一种基于电机驱动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机驱动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、蜗杆和用于驱动蜗杆转动的展翼控制电机，所述滑翔翼位于壳体内的端部为与所述蜗杆配合的蜗轮，所述蜗轮通过转轴固定在壳体内。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

一种基于电机驱动展翼的空投型水下滑翔机

技术领域

本发明涉及一种水下滑翔机，具体涉及一种基于电机驱动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机驱动展翼的空投型水下滑翔机。本发明采用的技术手段如下：

一种基于电机驱动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、蜗杆和用于驱动蜗杆转动的展翼控制电机，所述滑翔翼位于壳体内的端部为与所述蜗杆配合的蜗轮，所述蜗轮通过转轴固定在壳体内，所述展翼控制电机带动蜗杆转动，并通过蜗杆与蜗轮配合实现滑翔翼围绕转轴转动，进而实现滑翔翼的展开和收起，所述壳体上设有压力传感器，所述压力传感器能在滑翔机入水受到冲击力时触发电机开关。

进一步地，所述滑翔翼伸展装置还包括蜗杆轴，所述蜗杆同轴固定在蜗杆轴上，所述展翼控制电机驱动蜗杆轴转动，进而带动蜗杆转动。

进一步地，所述蜗杆轴设置于所述壳体的前后方向，所述蜗杆轴一端通过联轴器与展翼控制电机连接，另一端通过轴承座支撑在壳体内。

进一步地，所述滑翔翼为“L”形结构。

与现有技术比较，本发明所述的基于电机驱动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(滑翔翼展开状态)。

图2是本发明实施例的外部结构示意图(滑翔翼收起状态)。

图3是本发明实施例的侧视图。

图4是本发明实施例的内部结构示意图(滑翔翼展开状态)。

图5是本发明实施例的内部结构示意图(滑翔翼收起状态)。

具体实施方式

如图1至图5所示，一种基于电机驱动展翼的空投型水下滑翔机，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、蜗杆72和用于驱动蜗杆72转动的展翼控制电机73，所述滑翔翼71位于壳体1内的端部为与所述蜗杆72配合的蜗轮74，所述蜗轮74通过转轴75固定在壳体1内，也就是说，滑翔翼71的固定终端为涡轮74，所述涡轮74与转轴75之间设有深沟球轴承，在无约束的情况下，蜗轮74与蜗杆72啮合，可绕其转轴75自由转动，所述展翼控制电机73带动蜗杆72转动，并通过蜗杆72与蜗轮74配合实现滑翔翼71围绕转轴转动，进而实现滑翔翼71固定角度的伸展。所述展翼控制电机73通过螺钉固定安装于第四密封隔板10上，位于密封耐压壳体内。蜗杆蜗轮副的自锁能力能将滑翔翼71锁定在固定的角度位置上。

作为优选方案，所述滑翔翼伸展装置7还包括蜗杆轴76，所述蜗杆72同轴固定在蜗杆轴76上，所述展翼控制电机73驱动蜗杆轴76转动，进而带动蜗杆72转动，所述蜗杆轴76与壳体的隔板处为密封结构。采用蜗杆轴76固定蜗杆的方式，降低了制造成本，同时实现了展翼控制电机73处的密封。

所述蜗杆轴76设置于所述壳体1的前后方向，所述蜗杆轴76一端通过联轴器与展翼控制电机73连接，另一端通过轴承座77支撑在壳体内。蜗杆轴30穿过第四密封隔板10和第五密封隔板19处采用唇式密封件实现可靠的动密封。所述滑翔翼71为“L”形结构，方便收起至壳体1的两侧。所述壳体1上设有压力传感器8，所述压力传感器8能在滑翔机入水受到冲击力时触发电机开关。

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。

该滑翔机在空投入水之前，滑翔翼71纵向折叠固定于机体两侧。滑翔机入水受到冲击力，压力传感器8触发电机开关，展翼控制电机73带动蜗杆72转动，从而传动给蜗轮74旋转，滑翔翼71展开。事先给定展翼控制电机73通电时间，当滑翔翼71展开一个固定角度后，展翼控制电机73断电，通过蜗杆72和蜗轮74的自锁效应，使滑翔翼71锁紧固定。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 (4)

1.一种基于电机驱动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、蜗杆和用于驱动蜗杆转动的展翼控制电机，所述滑翔翼位于壳体内的端部为与所述蜗杆配合的蜗轮，所述蜗轮通过转轴固定在壳体内，所述展翼控制电机带动蜗杆转动，并通过蜗杆与蜗轮配合实现滑翔翼围绕转轴转动，进而实现滑翔翼的展开和收起，所述壳体上设有压力传感器，所述压力传感器能在滑翔机入水受到冲击力时触发电机开关。

2.根据权利要求1所述的基于电机驱动展翼的空投型水下滑翔机，其特征在于：所述滑翔翼伸展装置还包括蜗杆轴，所述蜗杆同轴固定在蜗杆轴上，所述展翼控制电机驱动蜗杆轴转动，进而带动蜗杆转动。

3.根据权利要求2所述的基于电机驱动展翼的空投型水下滑翔机，其特征在于：所述蜗杆轴设置于所述壳体的前后方向，所述蜗杆轴一端通过联轴器与展翼控制电机连接，另一端通过轴承座支撑在壳体内。

4.根据权利要求1所述的基于电机驱动展翼的空投型水下滑翔机，其特征在于：所述滑翔翼为“L”形结构。

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