CN109164469A - 一种体积小质量轻可安全分离的北斗信标浮体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种体积小质量轻可安全分离的北斗信标浮体,属于水下航行器水面定位领域。目前水下航行器整朝着小型化轻量化的趋势发展,另一方面所需要实现的功能却在增加,段装密度越来越大,北斗信标浮体的安装空间变得越来越小,给北斗信标浮体的设计带来了不小的难题。为此,设计将北斗天线装配在浮囊上,不需要传统北斗信标的结构功能件,因此体积显著减小。突破传统北斗信标浮体在水下航行器中的径向布局,改为轴向布局,以更好的利用小型化轻量化水下航行器的狭小空间,并且可以从水下航行器中安全分离,以稳定的状态漂浮于水面,指示水下航行器的位置所在。本发明可以用于水下航行器完成海上试验任务回收时的远距离位置的精确定位。
Description
技术领域
本发明属于水下航行器水面定位领域,特别涉及一种体积小质量轻可安全分离的北斗信标浮体。
背景技术
水下航行器完成海上试验任务需要回收时,由于海上试验条件复杂,目视查找距离近,受天气、海况影响大,一般使用信标机进行定位,北斗信标利用我国北斗卫星定位技术,可以实现对远距离位置的精确定位,实现回收目的。目前水下航行器整朝着小型化轻量化的趋势发展,同时所需要实现的功能却在增加,段装密度越来越大,传统北斗信标浮体由于体积太大无法布局在其中。图1所示为现有技术中水下航行器中传统北斗信标浮体结构,其内部结构复杂,且体积较大。如图1所示,传统北斗信标浮体工作时,首先需要给最底端的起爆装置发出指令,该起爆装置由火工品和相关配套系列结构件组成,依靠火工品爆炸产生的动力推动上端北斗浮体顶开上盖,北斗信标浮体的多级套筒结构中的压缩弹簧脱离上盖束缚,依靠弹簧拉伸作用力推动天线升高,同时多级套筒结构中的其他支撑结构展开,使北斗信标浮体漂浮在水面上,整套装置的内部结构连接复杂,且对火工品的敏感系数要求较高。整个工作过程繁琐,且存在结构件跟壳体接触面过长,很容易产生运动过程中的卡滞等问题。
随着小型化轻量化需求的发展,所需要实现的功能却在增加,段装密度越来越大,使得北斗信标浮体的安装空间变得越来越小,给北斗信标浮体的设计带来了不小的难题。困难之处在于如果依然按照传统的北斗信标浮体结构,无法实现在小型甚至微小型水下航行器上的径向布局。传统北斗信标浮体多使用径向布局的原因是方便弹射。实现轴向布局的困难在于必须处理好气瓶充气量与浮囊容积的关系,若充气量过小则冲击力太小浮囊膨胀后无法拉断可断螺钉;若充气量过大则可能会超过浮囊工作压力导致浮囊破裂无法托起天线。另外水下航行器头段壳体脱离后剩余部分的姿态会影响小型北斗浮体的姿态。
发明内容
本发明解决的技术问题是:为了克服现有技术的不足,本发明设计一种体积小重量轻可安全分离的北斗信标浮体,可以布局在小型化轻量化的水下航行器的狭小空间内,并且可以从水下航行器中安全分离,以稳定的状态漂浮于水面,指示水下航行器的位置所在。
本发明的技术方案是:一种体积小质量轻可安全分离的北斗信标浮体,包括分离壳、密封壳、北斗天线、气瓶、浮囊、接头、压板、弹簧和拉绳,所述分离壳和密封壳均为一端开口一端封闭,两个壳体的开口端通过可断螺钉固连,内部形成多阶状空腔体;北斗天线位于分离壳内;自密封壳封闭端起,弹簧、压板和接头依次固连,且弹簧初始状态为压缩状态;压板内部为空腔体,气瓶位于该空腔体内;接头未与压板连接的一端和浮囊固连;北斗天线装配在浮囊上,浮囊上缝制有与天线共形的布罩,天线置于布罩中;拉绳一端固连在密封壳封闭端底部,另一端与气瓶底端固连;当外部控制系统发出充气指令时,能够控制气瓶上的电爆阀打开,使气瓶给浮囊充气,使得浮囊膨胀;浮囊膨胀后能够拉断可断螺钉,使得分离壳分离,弹簧能够推动气瓶脱离密封壳,使得北斗天线、浮囊、气瓶和接头共同浮于水面,指示水下航行器位置。
本发明的进一步技术方案是:包括承力环,所述承力环一端开口一端封闭,封闭端通过加强筋与分离壳封闭端固连;北斗天线位于承力环内;浮囊充气后碰撞承力环开口端,使得半环撞击分离壳,避免北斗天线直接撞击分离壳。
本发明的进一步技术方案是所述承力环封闭端内部和北斗天线之间通过缓冲垫进行作用力缓冲。
本发明的进一步技术方案是:所述分离壳一端开口一端封闭,内部为空腔体。
本发明的进一步技术方案是:所述密封壳整体为一端开口一端封闭的二阶柱状体,内部为空腔;大径端和分离壳开口端固连,浮囊和接头均位于大径腔内,弹簧和气瓶均位于小径腔内。
本发明的进一步技术方案是:所述接头整体为柱状体外壁为二级阶梯状,小径端与浮囊的安装座固连,大径端与密封壳间隙配合。
本发明的进一步技术方案是:所述浮囊由内囊和外囊组成,内囊材料采用聚氨酯,外囊采用芳纶布制成。
发明效果
本发明的技术效果在于:
1、通过人为改变浮囊的容积大小,可以提高北斗信标浮体的浮心位置,又由于浮囊本身较轻,因此不会因浮囊容积大小的改变而增加过多体积,从而克服了现有技术中提高浮心位置需要增加结构件体积的缺陷,取得北斗信标浮体浮心位置提高,但浮体体积不会增加太多的效果。
2、对浮囊材料采用橡胶材料,其中内囊材料采用聚氨酯,外囊采用芳纶布制成,保证浮囊强度大而质量轻且好折叠,克服了现有浮囊多采用常规橡胶材料导致浮囊体积较大,且难以折叠的缺陷。取得了浮囊容积增加而带来的质量增加很小的效果,北斗信标浮体的重心提升会很小,从而使得北斗信标浮体的重浮心间距得到增加,进而在水面漂浮稳定性好。
3、通过将北斗天线装配在浮囊上,可以不需要传统北斗信标过多的结构件,使得北斗信标浮体整体结构简单,克服了现有技术结构复杂的缺陷,取得了设计简便、工作可靠的效果。
4、浮囊的设计不仅为北斗信标浮体稳定的漂浮在水面提供条件,并且可以为水下航行器提供一定的正浮力,克服了现有技术需要额外装置提供正浮力的缺陷,取得了一物多用的效果。
附图说明
图1为水下航行器中传统北斗信标浮体结构图。
图2为本发明所设计的北斗信标浮体的结构布局图。
图3为北斗信标浮体浮囊充气后的示意图。
附图标记说明:1-分离壳,2-承力半环,3-缓冲垫,4-可断螺钉,5-密封壳,6-接头,7-气瓶,8-压板,9-弹簧,10-拉绳,11—北斗天线,12—第一O形圈,13—浮囊14—第二O形圈,15—加强筋,16—浮囊安装座,17—销轴,18—进气管
具体实施方式
参见图2—图3,图2所示为本方案所设计的北斗信标浮体,本实施例中,分离壳一端呈圆弧状,其中靠近壳体轴线处,采用平面过渡。分离壳封闭端内部设有加强筋15,用于提高分离壳强度。因某些水下航行器的弹射方式是通过空投,这样水下航行器的头段壳体会以一定的速度撞击水面,因此头段壳体必须有足够的强度。加强筋跟分离壳是一体的,属于提高分离壳强度的一种措施。本实施例中,承力环外形类似与帽子,浮囊充气后碰撞作用在下沿端面(帽沿),进而承力环撞击分离壳,可以避免使天线直接撞击分离壳,也能起到保护天线的作用。
为了实现体积小、重量轻,并提供一定正浮力的目的,需要一种材料密度小、体积可膨胀的浮体,现有浮囊多是常规橡胶材料制成,是充气的,可膨胀的浮体。本方案中使用的浮囊材料为聚氨酯和芳纶布,跟常规橡胶制浮囊一样可膨胀充气,但是常规橡胶材料制成的浮囊柔韧性不好,难以折叠,而聚氨酯和芳纶布则容易折叠,所占体积小。通过本实施例中采用的材料制作的浮囊,通过为浮囊充气,浮囊膨胀产生正浮力。浮囊由内囊和外囊组成,本实施例中,内囊材料采用聚氨酯,外囊采用芳纶布制成。内囊材料轻薄气密性良好,用于密封囊内气体。外囊材料强度较高且可耐高温,可用于保证浮囊整体拉伸强度,传统北斗信标结构中,北斗天线需要多级套筒结构和弹簧支撑,结构复杂,而且结构件跟壳体接触面过长,很容易产生运动过程中的卡滞。本实施例中,布罩紧紧包裹着天线,且布罩厚度小于1mm。由于北斗天线装配在浮囊上,浮囊上缝制有与天线共形的布罩,天线置于布罩中,而不需要传统北斗信标的结构功能件,因此体积显著减小。突破传统北斗信标浮体在水下航行器中的径向布局,改为轴向布局,以更好的利用小型化轻量化水下航行器的狭小空间。
为了确保北斗信标浮体顺利脱离水下航行器本体,使用气瓶向浮囊充气,气体通过进气管18向浮囊内充气,使得浮囊膨胀,拉断可断螺钉,弹簧力作用力推动北斗信标浮体脱离水下航行器本体。浮囊和气瓶通过接头连接并实现密封,通过压板将气瓶固定在接头上。其中,弹簧的销轴17用于导向作用。
安装时,将拉绳10的一端连接在密封壳5上,弹簧9套入密封壳5的弹簧芯轴,使用压板8将气瓶7固定在接头6上,将拉绳的另一端连接在气瓶7上,接头9的螺纹端与浮囊连接,然后安装缓冲垫3,承力半环2,使用四个可断螺钉4将分离壳1与密封壳5连接,O形圈Ⅱ实现气瓶7和浮囊的密封,O形圈Ⅰ实现分离壳1和密封壳5之间的密封,确保正常航行时的可靠密封。
水下航行器完成试验任务停车时,控制系统装置发出充气指令,接通电爆阀通过气瓶7给浮囊充气,浮囊膨胀拉断可断螺钉4,分离壳1安全解脱,弹簧9作用力推动气瓶7脱离密封壳5,北斗天线、浮囊和气瓶7组成的浮体漂浮于水面,并指示水下航行器位置。
Claims (7)
1.一种体积小质量轻可安全分离的北斗信标浮体,其特征在于,包括分离壳(1)、密封壳(5)、北斗天线(11)、气瓶(7)、浮囊(13)、接头(6)、压板(8)、弹簧(9)和拉绳(10),其特征在于,所述分离壳(1)和密封壳(5)均为一端开口一端封闭,两个壳体的开口端通过可断螺钉固连,内部形成多阶状空腔体;北斗天线(11)位于分离壳(1)内;自密封壳(5)封闭端起,弹簧(9)、压板(8)和接头(6)依次固连,且弹簧(9)初始状态为压缩状态;压板(8)内部为空腔体,气瓶(7)位于该空腔体内;接头(6)未与压板(8)连接的一端和浮囊(13)固连;北斗天线(11)装配在浮囊(13)上,浮囊(13)上缝制有与天线(11)共形的布罩,天线(11)置于布罩中;拉绳(10)一端固连在密封壳(5)封闭端底部,另一端与气瓶(7)底端固连;当外部控制系统发出充气指令时,能够控制气瓶(7)上的电爆阀打开,使气瓶(7)给浮囊(13)充气,使得浮囊(13)膨胀;浮囊(13)膨胀后能够拉断可断螺钉,使得分离壳(1)分离,弹簧(9)能够推动气瓶(7)脱离密封壳(5),使得北斗天线、浮囊、气瓶(7)和接头(6)共同浮于水面,指示水下航行器位置。
2.如权利要求1所述的一种体积小质量轻可安全分离的北斗信标浮体,其特征在于,还包括承力环(2),所述承力环(2)一端开口一端封闭,封闭端通过加强筋与分离壳(1)封闭端固连;北斗天线(11)位于承力环(2)内;浮囊充气后碰撞承力环(2)开口端,使得半环撞击分离壳(1),避免北斗天线(11)直接撞击分离壳(1)。
3.如权利要求2所述的一种体积小质量轻可安全分离的北斗信标浮体,其特征在于,所述承力环(2)封闭端内部和北斗天线(11)之间通过缓冲垫进行作用力缓冲。
4.如权利要求1所述的一种体积小质量轻可安全分离的北斗信标浮体,其特征在于,所述分离壳(1)一端开口一端封闭,内部为空腔体。
5.如权利要求1所述的一种体积小质量轻可安全分离的北斗信标浮体,其特征在于,所述密封壳(5)整体为一端开口一端封闭的二阶柱状体,内部为空腔;大径端和分离壳(1)开口端固连,浮囊(13)和接头(6)均位于大径腔内,弹簧(9)和气瓶(7)均位于小径腔内。
6.如权利要求1所述的一种体积小质量轻可安全分离的北斗信标浮体,其特征在于,所述接头(6)整体为柱状体外壁为二级阶梯状,小径端与浮囊(13)的安装座固连,大径端与密封壳(5)间隙配合。
7.如权利要求1所述的一种体积小质量轻可安全分离的北斗信标浮体,其特征在于,所述浮囊(13)由内囊和外囊组成,内囊材料采用聚氨酯,外囊采用芳纶布制成。
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