CN109050844B

CN109050844B - 一种观光潜水器

Info

Publication number: CN109050844B
Application number: CN201810825185.8A
Authority: CN
Inventors: 杨剑; 卢国杰; 林梓健; 许鸿飞; 郭锐; 李林浪
Original assignee: Guangzhou College of South China University of Technology
Current assignee: Guangzhou College of South China University of Technology
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2038-07-25
Also published as: CN109050844A

Abstract

本发明涉及潜水器技术领域，尤其涉及一种观光潜水器，包括球形表壳和两组推进系统，球形表壳内设有观光舱，两组推进系统对称布置于球形表壳的两侧，推进系统包括两组推进装置，两组推进装置对称布置于球形表壳，推进装置包括安装支架、转向驱动单元、联轴组件和螺旋桨单元，安装支架安装与球形表壳表面，转向驱动单元安装于转向支架，螺旋桨单元通过联轴组件与转向驱动单元连接，用于螺旋桨单元绕联轴组件的轴向反向旋转。本发明的静稳定性高，具有较高的耐压能力；另外，拥有六自由度，有出色的短半径转弯能力，可实现灵活的低速航行功能，提高观光体验。

Description

一种观光潜水器

技术领域

本发明涉及潜水器技术领域，尤其涉及一种观光潜水器。

背景技术

水下航行器是一种航行于水下的航行体，也称作潜水器，多用于大深度大范围的海洋资源探索和军事作战领域，其特点为体积大、航行速度较快、阻力较小。水下航行器的表壳普遍采用对称回转体线性、低阻层流型，因此具有较大的L/D值，阻力较小，航程长，可抗中等洋流，用于较大区域范围内执行低精度探测任务。另外扁平型表壳具有纵摇和横滚方向的静稳定性，适合高清晰度摄影调查、声呐扫描探测任务，但表壳耐压能力较低。

水下航行器在水下航行至少需要三个自由度---进退/转向/潜浮。在推进器布置上采用最多的是典型的尾部单推力布置，推进器可改变左右摆动，实现进退和转向功能，而通过控制进排水来实现上浮和下潜。

对称回转体线性、低阻层流型的航行器采用的单推力推进及扁平型双推力推进都存在转向不灵活的缺点，其转向半径都很大，相对来说双推力会小一下。因此，在低航行速度时的灵活性很差。扁平型表壳的耐压能力一般。

发明内容

本发明的目的是提供灵活程度较高，且耐压能力强的一种观光潜水器。

为了实现上述目的，本发明提供一种观光潜水器，包括球形表壳和两组推进系统，所述球形表壳内设有观光舱，两组所述推进系统对称布置于球形表壳的两侧，所述推进系统包括两组推进装置，两组所述推进装置对称布置于球形表壳，所述推进装置包括安装支架、转向驱动单元、联轴组件和螺旋桨单元，所述安装支架安装与球形表壳表面，所述转向驱动单元安装于转向支架，所述螺旋桨单元通过联轴组件与转向驱动单元连接，用于螺旋桨单元绕联轴组件的轴向反向旋转。

可选的，所述联轴组件包括第一联轴器、嵌套、直线轴承、连接轴和第二联轴器，所述连接轴的第一端通过第一联轴器与转向驱动单元连接，所述连接轴的第二端通过第二联轴器与螺旋桨单元连接，所述直线轴承套设于嵌套内侧，所述嵌套与安装支架固定连接。

可选的，所述直线轴承套设有三脚支架，所述三脚支架包括有三个支撑脚，三个所述支撑脚与球形表壳连接。

可选的，所述球形表壳的顶端设有应急气囊。

可选的，所述球形表壳由两个空心半球体组成，所述空心半球体的端面开设有密封槽，所述密封槽内嵌设有密封圈。

可选的，还包括控制系统以及与控制系统电连接的进排水系统、高压气瓶和电源模块，所述控制系统包括控制单元、用于检测观光舱内气压的传感器a、用于检测水箱内是否有水的传感器b和用于检测球形表壳是否被水淹没的传感器c。

可选的，所述进排水系统包括水箱以及与水箱连通的电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c、电磁阀d和水泵，所述电磁阀a分别与高压气瓶和观光舱内连通，所述电磁阀b分别与高压气瓶和水箱连通，所述电磁阀c分别与水箱和观光舱外连通，所述电磁阀d分别与水箱和观光舱外连通，所述水泵分别与水箱和观光舱外连通。

可选的，所述球形表壳为有机玻璃材料，所述球形表壳的厚度为12mm、直径为200cm。

可选的，所述观光舱内从上至下依次设有用于容纳观光者的观光区、用于供电的供电区、用于调节潜水器整体平均密度的调节区和用于保持潜水器重心稳定的稳定区，所述电源模块设置于供电区，所述水箱设置于调节区，所述稳定区填充有铁砂。

可选的，所述观光舱内通过隔层板从上至下依次分隔形成观光区、供电区、调节区和稳定区。

实施本发明的实施例，具有以下技术效果：

本发明的球形表壳，其纵摇和横滚方向的静稳定性高，可利用空间大，具有较高的耐压能力；另外，两组所述推进系统对称布置于球形表壳的两侧，两组所述推进装置对称布置于球形表壳，使四组推进装置呈十字形中心对称的四推力布置，同时推进装置能在其径向0～180°内摆动，使潜水器拥有六自由度，有出色的短半径转弯能力，可实现灵活的低速航行功能，提高观光体验。

附图说明

图1是本发明优选实施例的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的局部结构示意图；

图3是本发明优选实施例中推进装置的结构示意图；

图4是本发明优选实施例中潜水器下潜的原理框图；

图5是本发明优选实施例中潜水器上浮的原理框图。

附图标记说明：

1、球形表壳，11、观光区，12、供电区，13、调节区，14、稳定区，15、隔层板，2、推进系统，3、推进装置，31、安装支架，32、转向驱动单元，33、联轴组件，331、嵌套，332、直线轴承，333、连接轴，334、三脚支架，34、螺旋桨单元，4、应急气囊，5、进排水系统，51、水箱，6、高压气瓶，7、电源模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参考图1～图5，本实施例提供了一种观光潜水器，包括球形表壳1和两组推进系统2，球形表壳1内设有观光舱，两组推进系统2对称布置于球形表壳1的两侧，推进系统2包括两组推进装置3，两组推进装置3对称布置于球形表壳1，推进装置3包括安装支架31、转向驱动单元32、联轴组件33和螺旋桨单元34，安装支架31安装与球形表壳1表面，转向驱动单元32安装于转向支架，螺旋桨单元34通过联轴组件33与转向驱动单元32连接，用于螺旋桨单元34绕联轴组件33的轴向反向旋转。本发明的球形表壳1，其纵摇和横滚方向的静稳定性高，可利用空间大，具有较高的耐压能力；另外，两组推进系统2对称布置于球形表壳1的两侧，两组推进装置3对称布置于球形表壳1，使四组推进装置3呈十字形中心对称的四推力布置，同时推进装置3能在其径向0～180°内摆动，使潜水器拥有六自由度，有出色的短半径转弯能力，可实现灵活的低速航行功能，提高观光体验。

具体的，联轴组件33包括第一联轴器、嵌套331、直线轴承332、连接轴333和第二联轴器，连接轴333的第一端通过第一联轴器与转向驱动单元32连接，连接轴333的第二端通过第二联轴器与螺旋桨单元34连接，直线轴承332套设于嵌套331内侧，嵌套331与安装支架31固定连接，使转向驱动单元32的传动惯性通过第一联轴器传动到连接轴333上，然后通过第二联轴器传动到螺旋桨单元34，从而实现螺旋桨单元34围绕连接轴333在不同的方向推进，大大提升了潜水器的航行灵活度，使其能实现个方向的直线航行功能、偏航功能，甚至是无半径转弯功能等；另外，直线轴承332的设置降低了连接轴333收到的摩擦力，且使连接轴333获得灵敏度高、精度高的平稳直线运动，提高推进装置3使用的稳定性和控制的精确程度。

本实施例的直线轴承332套设有三脚支架334，三脚支架334包括有三个支撑脚，三个支撑脚与球形表壳1连接，有助于缩短由于螺旋桨单元34产生的推力作用于安装支架31的力臂，从而解决了螺旋桨单元34产生的应力集中问题，使推进装置3安装更稳定。

进一步的，球形表壳1的顶端设有应急气囊4，使潜水器在紧急情况下能通过应急气囊4上浮，起到安全保险作用。

本实施例的球形表壳1由两个空心半球体组成，空心半球体的端面开设有密封槽，密封槽内嵌设有密封圈，便于制造，降低制造成本，方便安装，提高潜水器的密封效果。

参考图4和图5，进一步的，还包括控制系统以及与控制系统电连接的进排水系统5、高压气瓶6和电源模块7，控制系统包括控制单元、用于检测观光舱内气压的传感器a、用于检测水箱51内是否有水的传感器b和用于检测球形表壳1是否被水淹没的传感器c。进排水系统5包括水箱51以及与水箱51连通的电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c、电磁阀d和水泵，电磁阀a分别与高压气瓶6和观光舱内连通，电磁阀b分别与高压气瓶6和水箱51连通，电磁阀c分别与水箱51和观光舱外连通，电磁阀d分别与水箱51和观光舱外连通，水泵分别与水箱51和观光舱外连通。

参考图4，在潜水器的控制单元接收到下潜指令时，传感器c检测到潜水器没有被完全淹没，则电磁阀d先打开，接通水箱51与观光舱外，实现排气，同时控制电磁阀c打开，观光舱外的水通过电磁阀c进入水箱51，当潜水器刚好完全淹没，则此时潜水器的重力与浮力相等，关闭电磁阀c和电磁阀d，停止进水；

参考图5，当潜水器需要上浮时，控制单元接收到上浮指令后，电磁阀d打开，高压气瓶6给水箱51送气，同时启动水泵，增加水压使水箱51的水往观光舱外排，实现潜水器排水功能，另外，当传感器a检测到潜水器观光舱内压力不稳定时，通过控制单元控制电磁阀a送气，调节观光舱内压力稳定。

球形表壳1为有机玻璃材料，球形表壳1的厚度为12mm、直径为200cm，潜水器使用时，球形表壳1受外压，此时，球形缺陷薄壳的非线性稳定性公式为：

P是弹性失稳临界载荷，ν是泊松比，σ取为球壳发生临界失稳时的最大应力，E(σ)是σ对应的设计应力下的材料模量，t_R为无因次量(厚度半径比),f_R是初始缺陷因子(f_R＝f/R，其中是最大初始缺陷幅值)，F(f_R)是与f_R有关的缺陷项乘子。

取F(f_R)＝1，E(σ)＝E，而t_R＝12mm÷200mm＝0.06，水下50米压强为0.5Mpa，则

可知验证了有机玻璃材料制作的12mm厚度、直径200cm的航行器表壳远足够承受水下50米的压力。

具体的，观光舱内从上至下依次设有用于容纳观光者的观光区11、用于供电的供电区12、用于调节潜水器整体平均密度的调节区13和用于保持潜水器重心稳定的稳定区14，电源模块7设置于供电区12，水箱51设置于调节区13，稳定区14填充有铁砂,合理布置观光舱内的空间，使潜水器在使用过程中更稳定。

观光舱内通过隔层板15从上至下依次分隔形成观光区11、供电区12、调节区13和稳定区14，使方便对各个区进行合理利用。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种观光潜水器，其特征在于，包括球形表壳和两组推进系统，所述球形表壳内设有观光舱，两组所述推进系统对称布置于球形表壳的两侧，所述推进系统包括两组推进装置，两组所述推进装置对称布置于球形表壳，所述推进装置包括安装支架、转向驱动单元、联轴组件和螺旋桨单元，所述安装支架安装于球形表壳表面，所述转向驱动单元安装于转向支架，所述螺旋桨单元通过联轴组件与转向驱动单元连接，用于螺旋桨单元绕联轴组件的轴向反向旋转；

还包括控制系统以及与控制系统电连接的进排水系统、高压气瓶和电源模块，所述控制系统包括控制单元、用于检测观光舱内气压的传感器a、用于检测水箱内是否有水的传感器b和用于检测球形表壳是否被水淹没的传感器c；

所述进排水系统包括水箱以及与水箱连通的电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c、电磁阀d和水泵，所述电磁阀a分别与高压气瓶和观光舱内连通，所述电磁阀b分别与高压气瓶和水箱连通，所述电磁阀c分别与水箱和观光舱外连通，所述电磁阀d分别与水箱和观光舱外连通，所述水泵分别与水箱和观光舱外连通。

2.根据权利要求1所述的观光潜水器，其特征在于，所述联轴组件包括第一联轴器、嵌套、直线轴承、连接轴和第二联轴器，所述连接轴的第一端通过第一联轴器与转向驱动单元连接，所述连接轴的第二端通过第二联轴器与螺旋桨单元连接，所述直线轴承套设于嵌套内侧，所述嵌套与安装支架固定连接。

3.根据权利要求2所述的观光潜水器，其特征在于，所述直线轴承套设有三脚支架，所述三脚支架包括有三个支撑脚，三个所述支撑脚与球形表壳连接。

4.根据权利要求1所述的观光潜水器，其特征在于，所述球形表壳的顶端设有应急气囊。

5.根据权利要求1所述的观光潜水器，其特征在于，所述球形表壳由两个空心半球体组成，所述空心半球体的端面开设有密封槽，所述密封槽内嵌设有密封圈。

6.根据权利要求1所述的观光潜水器，其特征在于，所述球形表壳为有机玻璃材料，所述球形表壳的厚度为12mm、直径为200cm。

7.根据权利要求1所述的观光潜水器，其特征在于，所述观光舱内从上至下依次设有用于容纳观光者的观光区、用于供电的供电区、用于调节潜水器整体平均密度的调节区和用于保持潜水器重心稳定的稳定区，所述电源模块设置于供电区，所述水箱设置于调节区，所述稳定区填充有铁砂。

8.根据权利要求7所述的观光潜水器，其特征在于，所述观光舱内通过隔层板从上至下依次分隔形成观光区、供电区、调节区和稳定区。