CN110641665A - 一种分级式浮力驱动的重载水下航行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分级式浮力驱动的重载水下航行器，包括从前向后依次设置的抛缆、艏部外壳、前舱段、中舱段、后舱段、天线舱段、尾舵段和尾部推进器；前舱段内部设有前浮力调节模块和横向推进器，所述的中舱段内部设有电源模块、控制模块和姿态调节模块；所述的后舱段内设有后浮力调节模块，在后舱段的两边设有两个滑翔机翼；所述的天线舱段上部设有无限通讯天线和铱星、北斗天线，天线舱段下部设有抛载模块；所述的尾舵段内设有十字舵机构；在尾舵段的后面安装有尾部推进器；所述的抛缆位于艏部外壳的最前端，与艏部外壳通过螺栓连接。本发明两个浮力调节模块的各级油泵可以同时开启，缩短航行器排油时间和回油时间，增大了航行器的滑翔性能。

Description

一种分级式浮力驱动的重载水下航行器

技术领域

本发明新型海洋航行器领域，特别是涉及一种采用分级式浮力调节系统的混合驱动大型重载水下航行器。

背景技术

随着海洋科学研究的加深，水下滑翔机平台技术得到了快速的发展，其续航能力强、航程远、隐蔽性强的特点使得其非常适合海洋生、化、物等参数的测量工作，是最常用的水下移动观测平台之一。

当前国内外海洋探测领域，轻便型水下航行器已经非常成熟，但其搭载能力较小，不适合搭载多种探测传感器，无法对多种海洋生化参数进行同步测量。因此，具有多种传感器搭载能力的大型重载水下航行器技术成为目前的研究热点之一。近年来，国内一些科研单位已经开始了大型重载水下滑翔机的研发工作，但相关产品存在着浮力调节方式单一、调节精度不够、能耗偏高等问题，同时携带能源密度较低，航程短也是有待解决的问题。例如现在市场上所见到的的AUV水下航行器，虽然其搭载能力足够，但其完全靠尾部推进器推进，效率低，耗能高，航程短，不适合长航程观测作业；而较小的水下滑翔机虽然具有常航程、低功耗的特点，但是其搭载能力有限，不具备多种生化参数同时测量的功能。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种阻力小、功耗低、浮力调节精度高、具有分级式浮力调节系统，适用于搭载多种传感器进行水下生化参数观测的混合动力大型重载水下航行器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种分级式浮力驱动的重载水下航行器，包括从前向后依次设置的抛缆、艏部外壳、前舱段、中舱段、后舱段、天线舱段、尾舵段和尾部推进器；

所述的前舱段内部设有前浮力调节模块和横向推进器，所述的中舱段内部设有电源模块、控制模块和姿态调节模块；所述的后舱段内设有后浮力调节模块，在后舱段的两边设有两个滑翔机翼；所述的天线舱段上部设有无限通讯天线和铱星、北斗天线，天线舱段下部设有抛载模块；所述的尾舵段内设有十字舵机构；在尾舵段的后面安装有尾部推进器；所述的抛缆位于艏部外壳的最前端，与艏部外壳通过螺栓连接。

进一步的，所述的前浮力调节模块和后浮力调节模块均包括外油馕总成、浮力舱壳体、内油箱总成和两路完全独立的液压回路；所述的浮力舱壳体包括浮力舱前壳体、浮力舱中壳体和浮力舱后壳体，浮力舱前壳体和浮力舱中壳体之间、浮力舱中壳体和浮力舱后壳体之间均通过O型圈密封，形成一个密闭的空间，所述的浮力舱壳体内部具有负压；每个液压回路包括油泵、电机、过滤器、单向阀、电磁阀；所述的过滤器一端与内油箱通过导管连接，另一端通过导管与油泵的进油口连接；所述的油泵出油口通过导管与单向阀一端连接；所述的油泵输入轴与电机输出轴固定连接；所述的单向阀另一端通过导管连接至浮力舱前壳体的通孔一端，通孔另一端通过连接支撑管连通外油馕总成；所述的电磁阀一端与浮力舱前壳体的通孔连接，另一端通过导管连接至内油箱；当需要把内油箱的油排向外油馕时，通过油泵将内油箱的油吸出来，经过滤器进入油泵，再通过油泵进入单向阀，最后进入外油馕；当需要把外油馕的油回到内油箱时，油泵关闭，打开电磁阀，由于浮力舱壳体内部具有负压，外部压力大于内部压力，因此外油馕的油通过电磁阀流向内油箱。

进一步的，前浮力调节模块和后浮力调节模块在调节浮力时，有不同级别的调整方式，各个浮力调节模块内部所设的两个泵排油速度不同，有高速泵，有低速泵，能够根据开启不同的泵来调节排油速度，从而改变浮力调节速度，实现微调的功能，同时，也能够根据开启前后浮力调节模块内不同的泵来实现快速的姿态调节和微小调节。

进一步的，所述的横向推进器水平固定于前舱段内，横向推进器推进方向与水下航行器轴线方向垂直，所述的横向推进器是由两个大小相同的推进器组成，对称安装，能向与水下航行器轴线方向垂直的两个相反的水平方向推进，以改变水下航行器的航向；

进一步的，所述的电源模块采用软包电池构成，软包电池的形状根据内部空间设置，能够最大化的利用内部空间。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1、本发明的采用分级式浮力调节系统的混合驱动大型重载水下航行器采用了两个分级式浮力调节模块，分别位于航行器浮心的前面和后面，两个浮力调节模块的各级油泵可以同时开启，缩短总的航行器排油时间和回油时间，增大了航行器的滑翔性能，能够使航行器更快的进入到滑翔状态，或更快的下潜、上浮到目标位置。

2、本发明的采用分级式浮力调节系统的混合驱动大型重载水下航行器采用的分级式浮力调节模块的两个单独的液压回路采用了大小两个不同的油泵，具有不同的排油速度，既可以同时开启，也可以单独开启，这样实际上前后两个分级式浮力调节模块就有四个油泵，可以构成多种组合方式来调节浮力状态，既可以构成多种排油速度调节，也可以构成多种前后协同调节浮力的办法，对于水下航行器来说，既能够快速回排油，又可以有精度的进行浮力微调，增大了控制精度。

3、本发明的采用分级式浮力调节系统的混合驱动大型重载水下航行器采用了横向推进器机构，横向推进器位于水下航行器的前部，相比于摆舵式的航向调节方式，其调节能力更强、更快。

4、本发明的采用分级式浮力调节系统的混合驱动大型重载水下航行器采用了软包电池作为电源模块，其安全性能更好、重量更轻、容量更大、可以根据舱内空间进行灵活设计，最大化的占用空间，因此使得水下航行器的电量更足，航程更远。

附图说明

图1为本发明的采用分级式浮力调节系统的水下航行器总体示意图。

图2为本发明的采用分级式浮力调节系统的水下航行器1/4剖视结构示意图。

图3为本发明的浮力调节装置的结构示意图。

图4为本发明的浮力调节装置1/4剖视结构示意图。

附图标记：1-艏部外壳，2-前舱段，3-中舱段，4-后舱段，5-滑翔机翼，6-天线舱段，7-尾舵段，8-抛揽，9-横向推进器，10-天线模块，11-十字舵，12-尾部推进器；13-前浮力调节模块；14-电源模块，15-控制模块，16-姿态调节模块，17-后浮力调节模块，18-抛载，19-外油囊总成，20-浮力舱后壳体，21-连接支撑管，22-连接支撑管，23-浮力舱前壳体，24-浮力舱中壳体，25-电机，26-过滤器，27-内油箱总成，28-油泵，29-单向阀，30-电磁阀。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：本发明提供的一种分级式浮力驱动的重载水下航行器，包括抛缆8、艏部外壳1、前舱段2、中舱段3、后舱段4、滑翔机翼5、天线舱段6、尾舵段7、尾部推进器12，参见图1；

参见图2，前舱段2内部设有前浮力调节模块13和横向推进器9，前浮力调节模块13于前舱段2外壳体之间通过螺栓固定；中舱段3内部设有电源模块14、控制模块15和姿态调节模块16；后舱段4内设有后浮力调节模块17，后浮力调节模块17与后舱段4壳体之间通过螺栓固定，在后舱段4的两边设有两个滑翔机翼5，滑翔机翼5通过螺栓与后舱段4外壳体固定连接；天线舱段6上部设有无限通讯天线和铱星、北斗天线，下部设有抛载18；尾舵段内设有十字舵11；在尾舵段7的后面安装有尾部推进器12；抛缆8位于艏部外壳1的最前端，与艏部外壳1通过螺栓连接；

参见图3、图4，浮力调节模块采用包括外油馕总成19、浮力舱壳体、内油箱总成27和两路完全独立的液压回路；浮力舱壳体包括浮力舱前壳体23、浮力舱中壳体24和浮力舱后壳体20，各个浮力舱壳体之间通过O型圈密封，形成一个密闭的空间，浮力舱壳体内部具有负压；每个液压回路包括油泵28、电机25、过滤器26、单向阀29、电磁阀30；过滤器一端与内油箱通过导管连接，另一端通过导管与油泵28的进油口；油泵28出油口通过导管与单向阀29连接；油泵28输入轴与电机25输出轴固定连接；单向阀29另一端通过导管连接至浮力舱前壳体23的通孔，通孔另一端与连接支撑管22固定连接；连接支撑管22另一端通向外油馕总成19；电磁阀30一端与浮力舱前壳体23的通孔连接，另一端通过导管连接至内油箱；当需要把内油箱的油排向外油馕时，通过油泵28将内油箱的油吸出来，经过滤器26进入油泵28，再通过油泵28进入单向阀29，最后进入外油馕；当需要把外油馕的油回到内油箱时，油泵28关闭，打开电磁阀29，由于浮力舱壳体内部具有负压，外部压力大于内部压力，因此外油馕的油通过电磁阀30流向内油箱；

实施例2：根据实施例1一种分级式浮力驱动的重载水下航行器，其水下航行过程为：

将重载水下航行器布放到海面，此时重载水下航行器呈中性浮力状态而漂浮在海面上，当需要下潜时，控制模块15控制前后浮力调节模块13、17，使外油馕的油回到内油箱中，从而重载水下航行器的整体浮力减小，开始下潜；与此同时姿态调节模块16调整重载水下航行器的姿态使其呈现一定的俯仰角，滑翔机翼5在有角度的情况下会产生向前的分力，因此水下航行器在下潜的过程中同步向前滑翔；在下潜的过程中，姿态调节模块16和前后浮力调节模块13、17实时调整以保证滑翔的速度和角度，与此同时，如果需要调整航向，则开启横向推进器9，以调整水下航行器的航向；当重载水下航行器下潜到目标深度，控制模块15控制前、后浮力调节模块将内油箱的油排向外部油馕，使水下航行器的总体浮力增大，从而实现上浮，上浮过程中的姿态、角度、航向控制与下潜过程相同；

当需要定深航行时，前、后浮力调节模块调整浮力使水下航行器下潜到一定深度，同时，姿态调节模块16和浮力调节模块共同调整姿态使水下航行器保持水平状态，开启尾部推进器12，尾部推进器12产生推力使水下航行器向前推进，推进过程中姿态调节模块16和浮力调节模块共同控制姿态，也可姿态调节模块16单独控制姿态，使水下航行器保持深度，同时由横向推进器9控制航向；

前、后浮力调节模块在调节浮力时，有不同级别的调整方式，浮力调节模块内部所设的两个泵排油速度不同，有高速泵，有低速泵，因此可以根据开启不同的泵来调节排油速度，从而改变浮力调节速度，实现微调的功能，同时，也可以根据开启前后浮力调节模块内不同的泵来实现快速的姿态调节和微小调节。

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 (5)

1.一种分级式浮力驱动的重载水下航行器，其特征在于，包括从前向后依次设置的抛缆、艏部外壳、前舱段、中舱段、后舱段、天线舱段、尾舵段和尾部推进器；

所述的前舱段内部设有前浮力调节模块和横向推进器，所述的中舱段内部设有电源模块、控制模块和姿态调节模块；所述的后舱段内设有后浮力调节模块，在后舱段的两边设有两个滑翔机翼；所述的天线舱段上部设有无限通讯天线和铱星、北斗天线，天线舱段下部设有抛载模块；所述的尾舵段内设有十字舵机构；在尾舵段的后面安装有尾部推进器；所述的抛缆位于艏部外壳的最前端，与艏部外壳通过螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的一种双浮力混合驱动大型重载水下航行器，其特征在于，所述的前浮力调节模块和后浮力调节模块均包括外油馕总成、浮力舱壳体、内油箱总成和两路完全独立的液压回路；所述的浮力舱壳体包括浮力舱前壳体、浮力舱中壳体和浮力舱后壳体，浮力舱前壳体和浮力舱中壳体之间、浮力舱中壳体和浮力舱后壳体之间均通过O型圈密封，形成一个密闭的空间，所述的浮力舱壳体内部具有负压；每个液压回路包括油泵、电机、过滤器、单向阀、电磁阀；所述的过滤器一端与内油箱通过导管连接，另一端通过导管与油泵的进油口连接；所述的油泵出油口通过导管与单向阀一端连接；所述的油泵输入轴与电机输出轴固定连接；所述的单向阀另一端通过导管连接至浮力舱前壳体的通孔一端，通孔另一端通过连接支撑管连通外油馕总成；所述的电磁阀一端与浮力舱前壳体的通孔连接，另一端通过导管连接至内油箱；当需要把内油箱的油排向外油馕时，通过油泵将内油箱的油吸出来，经过滤器进入油泵，再通过油泵进入单向阀，最后进入外油馕；当需要把外油馕的油回到内油箱时，油泵关闭，打开电磁阀，由于浮力舱壳体内部具有负压，外部压力大于内部压力，因此外油馕的油通过电磁阀流向内油箱。

3.根据权利要求1或2所述的一种分级式浮力驱动的重载水下航行器，其特征在于，前浮力调节模块和后浮力调节模块在调节浮力时，有不同级别的调整方式，各个浮力调节模块内部所设的两个泵排油速度不同，有高速泵，有低速泵，能够根据开启不同的泵来调节排油速度，从而改变浮力调节速度，实现微调的功能，同时，也能够根据开启前后浮力调节模块内不同的泵来实现快速的姿态调节和微小调节。

4.根据权利要求1所述的一种分级式浮力驱动的重载水下航行器，其特征在于，所述的横向推进器水平固定于前舱段内，横向推进器推进方向与水下航行器轴线方向垂直，所述的横向推进器是由两个大小相同的推进器组成，对称安装，能向与水下航行器轴线方向垂直的两个相反的水平方向推进，以改变水下航行器的航向。

5.根据权利要求1所述的一种分级式浮力驱动的重载水下航行器，其特征在于，所述的电源模块采用软包电池构成，软包电池的形状根据内部空间设置，能够最大化的利用内部空间。

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