CN110775226A - 混合能源水下航行器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种混合能源水下航行器装置，包括：导流组件、密封舱组件、推进器组件、混合能源模块以及机翼组件；所述导流组件与密封舱组件连接；所述推进器组件设置于密封舱组件的艉部；所述混合能源模块与推进器组件相连；所述混合能源模块包括：密封舱太阳能电池部件、混合能源管理板、锂电池组11以及主翼太阳能电池板部件2；所述机翼组件安装在密封舱组件上。本发明采用基于升力原理的正浮力无人自主水下航行器设计，使水下航行器具有较强的环境自适应能力、较好的机动性和较高的安全性。

Description

混合能源水下航行器装置
技术领域
本发明涉及水下机器人技术领域，具体地，涉及的一种混合能源水下航行器装置，尤其涉及一种新型混合能源无人自主水下航行器。
背景技术
目前，在海洋观测、开发中广泛应用的潜水器主要有自主式潜水器(AUV)、水 下滑翔机(AUG)、无人遥控潜水器(ROV)和载人潜水器等。这些潜水器主要通过 在其上面搭载不同的传感器或作业工具来帮助人们完成诸如海洋考察、水下监测、 海底管道检查、水下考古和水下搜救等工作。然而，目前各国制造的潜水器大多基 于浮力原理，使其在水中为较小的正浮力状态或零浮力状态。因此，潜水器对目标 工作水域的密度变化较为敏感，尤其是当潜水器在海上工作时，海水的密度会在不 同的海域、不同的气象状况等环境条件下，而呈现出相当大的变化，从而导致潜水 器的浮力、浮心等也出现较大的改变，进而影响潜水器工作性能及安全性，无法完 成既定的任务，甚至威胁到潜水器的安全。针对潜水器对目标工作水域的密度变化 较为敏感的设计，目前通常采取提前测量或估计目标工作水域的密度，在实验室水 池中进行潜水器的配平，而后当潜水器到达目标工作水域时，再次对目标工作水域 的密度进行测量，当该水域的密度与潜水器在实验室水池配平时的密度一致时，潜 水器就可以正常下水工作，一旦发生变化，就需要对潜水器进行重新配平。但是，在海上对潜水器进行配平时，十分不便，也会对潜水器的安全造成潜在威胁。尤其 是当潜水器的目标工作水域在极地海域时，由于自然环境的恶劣，提前测量海水密 度的困难，对潜水器的配平往往更加困难。因此，潜水器在不同海域的自适应能力 较弱，应用也受到相当大的限制。此外，无缆潜水器通常采用铅酸电池、碱性电池 或锂电池等进行能源供给，当潜水器以高航速、高机动性执行水下任务时，往往导 致续航力下降，降低水下工作时间，影响潜水器的性能指标。故而，需要研发具备 不同海域环境、不同水深自适应能力强、性能优异、安全性较高的新概念潜水器。
专利文献CN107428401A公开了一种水下航行器，其包括保持有六个推进器(12)的结构体(11)，每个推进器限定推力向量。所述六个推进器(12)中的每个推进器的 推力向量如下述方式定向：第一推力向量和第二推力向量布置在相应的第一平面和 第二平面上，所述第一平面和所述第二平面彼此平行；第三推力向量和第四推力向 量布置在相应的第三平面和第四平面上，所述第三平面和所述第四平面彼此平行且 垂直于所述第一平面和所述第二平面；并且第五推力向量和第六推力向量布置在相 应的第五平面和第六平面上，所述第五平面和所述第六平面彼此平行且垂直于所述 第一平面、所述第二平面、所述第三平面和所述第四平面，使得航行器能够以在其 6个空间自由度上受控的方式移动。该专利在不同海域环境、不同水深自适应能力 上仍有改善的空间。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种混合能源水下航行器装置。
根据本发明提供的一种混合能源水下航行器装置，包括：导流组件、密封舱组件、推进器组件以及机翼组件；所述导流组件与密封舱组件连接；所述推进器组件设置于 密封舱组件的艉部；所述机翼组件安装在密封舱组件上，从而使水下航行器具有水 面航行和水下潜航功能，且可以快速稳定进行出入水转换。
优选地，所述密封舱组件包括：密封舱艏部舱盖部件16、密封舱本体部件1、密封舱内部安装支架13、密封舱艉部舱盖部件以及水密穿舱件；所述密封舱艏部舱盖部件16 与密封舱本体部件1相连；所述密封舱艉部舱盖部件与密封舱本体部件1相连；所述密 封舱内部安装支架13设置于密封舱本体部件1内部；所述水密穿舱件安装在密封舱艉 部舱盖上。
优选地，所述导流组件包括：前导流罩部件17、后导流罩部件8；所述前导流罩部件17安装在密封舱艏部舱盖部件16上，后导流罩部件8安装在密封舱组件艉部舱盖 上。
优选地，所述机翼组件包括：主机翼部件14、副翼部件7、合叶部件5、U型抱箍 部件15、舵机部件4、舵机安装支架部件3、舵角部件6以及舵角拉杆部件；所述舵机 部件4设置于主机翼部件14上所述主机翼部件14与副翼部件7通过合叶部件5连接； 所述机翼组件通过U型抱箍部件15与密封舱本体部件1紧固连接；舵机安装支架部件 3与舵机部件4相连；所述舵机安装支架部件3安装在主机翼部件14上；所述舵角部件 6安装在副翼部件7上；所述舵角拉杆部件一端连接舵角部件6，另一端与舵机部件4 连接；通过控制左右副翼同步转动，实现水下航行器的上浮或下潜，采用差分舵的方式， 实现水下航行器转向。
优选地，所述推进器组件包括：推进器支架部件10、无刷电调部件以及涵道推进器9；所述推进器支架部件10安装在密封舱艉部舱盖部件上；所述涵道推进器9安装在推 进器支架部件10上。
优选地，所述舱艏部舱盖部件16包括：舱艏部深度计、舱艏部温度计；所述舱艏 部深度计安装在舱艏部舱盖上；所述舱艏部温度计同样安装在舱艏部舱盖上。
优选地，所述密封舱组件还包括：主控板12、混合能源管理板、无线电台部件、北斗/GPS模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块、锂电池组11；
主控板12、混合能源管理板、无线电台部件、北斗/GPS模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块、锂电池组设置于密封舱内部安装支架13上；
优选地，所述机翼组件还包括：主翼太阳能电池板部件2；所述主翼太阳能电池板部件2设置于主机翼部件14上.
优选地，所述密封舱组件包括：密封舱太阳能电池部件、锂电池混合能源管理板；
所述密封舱太阳能电池部件、锂电池混合能源管理板设置于密封舱内部安装支架13 上。针对太阳能电池存在易受天气影响、能量输出不稳定等缺点，通过混合能源管理板提高水下航行器混合能源系统的工作效率、增强其运行稳定性。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明将传统AUV、固定翼无人机和无人水面艇的设计理念相结合，使水下航行器具备水上航行和水下潜航两种模式：在水上航行模式下，水下航行器可以像无人水面 艇一样执行诸如海域巡逻侦察、海上中继通信、海洋环境调查、污染水域监测等任务； 在水下潜航模式下，由于其具有机动性好、航速较高等特性，可以执行水下环境的快速 评估、水下搜救等任务。
2、本发明采用太阳能电池、锂电池混合能源技术，大大提升了水下航行器的续航能 力。
3、本发明采用基于升力原理的正浮力无人自主水下航行器设计，使水下航行器具有较强的环境自适应能力、较好的机动性和较高的安全性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明中所述水下航行器的结构示意图。
图2是本发明中所述水下航行器的俯视示意图。
图3是本发明中所述水下航行器的前视示意图。
图4是本发明中所述水下航行器的侧视示意图。
图5是本发明中所述水下航行器的工作模式示意图。
图中：
Figure BDA0002243151830000041
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于 本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种混合能源水下航行器装置，包括：导流组件、密封舱组件、推进器组件以及机翼组件；所述导流组件与密封舱组件连接；所述推进器组件设置于密 封舱组件的艉部；所述机翼组件安装在密封舱组件上，从而使水下航行器具有水面航行 和水下潜航功能，且可以快速稳定进行出入水转换。
优选地，所述密封舱组件包括：密封舱艏部舱盖部件16、密封舱本体部件1、密封舱内部安装支架13、密封舱艉部舱盖部件以及水密穿舱件；所述密封舱艏部舱盖部件16 与密封舱本体部件1相连；所述密封舱艉部舱盖部件与密封舱本体部件1相连；所述密 封舱内部安装支架13设置于密封舱本体部件1内部；所述水密穿舱件安装在密封舱艉 部舱盖上。
优选地，所述导流组件包括：前导流罩部件17、后导流罩部件8；所述前导流罩部件17安装在密封舱艏部舱盖部件16上，后导流罩部件8安装在密封舱组件艉部舱盖 上。
优选地，所述机翼组件包括：主机翼部件14、副翼部件7、合叶部件5、U型抱箍 部件15、舵机部件4、舵机安装支架部件3、舵角部件6以及舵角拉杆部件；所述舵机 部件4设置于主机翼部件14上所述主机翼部件14与副翼部件7通过合叶部件5连接； 所述机翼组件通过U型抱箍部件15与密封舱本体部件1紧固连接；舵机安装支架部件 3与舵机部件4相连；所述舵机安装支架部件3安装在主机翼部件14上；所述舵角部件 6安装在副翼部件7上；所述舵角拉杆部件一端连接舵角部件6，另一端与舵机部件4 连接；通过控制左右副翼同步转动，实现水下航行器的上浮或下潜，采用差分舵的方式， 实现水下航行器转向。
优选地，所述推进器组件包括：推进器支架部件10、无刷电调部件以及涵道推进器9；所述推进器支架部件10安装在密封舱艉部舱盖部件上；所述涵道推进器9安装在推 进器支架部件上10。
优选地，所述舱艏部舱盖部件16包括：舱艏部深度计、舱艏部温度计；所述舱艏 部深度计安装在舱艏部舱盖上；所述舱艏部温度计同样安装在舱艏部舱盖上。
优选地，所述密封舱组件还包括：主控板12、混合能源管理板、无线电台部件、北斗/GPS模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块、锂电池组11；主控板12、混合能源管 理板、无线电台部件、北斗/GPS模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块、锂电池组11 设置于密封舱内部安装支架13上。
优选地，所述机翼组件还包括：主翼太阳能电池板部件2；所述主翼太阳能电池板部件2设置于主机翼部件14上.
优选地，所述密封舱组件包括：密封舱太阳能电池部件、锂电池混合能源管理板；
所述密封舱太阳能电池部件、锂电池混合能源管理板设置于密封舱内部安装支架13 上。针对太阳能电池存在易受天气影响、能量输出不稳定等缺点，通过混合能源管理板提高水下航行器混合能源系统的工作效率、增强其运行稳定性。
具体地，在一个实施例中，一种新型混合能源无人自主水下航行器。包括前后导流组件、防水密封舱组件、推进器组件和机翼组件，其中前后导流组件与防水密封舱组件 连接，防水密封舱组件艉部设有推进器组件，机翼组件包含有主机翼组件和副翼组件。 前后导流组件包括前导流罩17和后导流罩8，前导流罩17安装在防水密封舱组件艏部 舱盖16上，后导流罩8安装在防水密封舱组件艉部舱盖上。防水密封舱组件包括艏部 舱盖16、防水密封舱体1、内部安装支架13、艉部舱盖和水密穿舱件，其中艏部舱盖上 可以安装深度计、温度计等，内部安装支架13上可以安装主控板12、混合能源管理板、 无线电台、北斗/GPS模块、姿态传感器模块、锂电池组11等。机翼组件包含主机翼14、 副翼7、合叶5、U型抱箍15、舵机4、舵机安装支架3、舵角6、舵角拉杆等，其中主 机翼14上安装有太阳能电池板2、舵机4等，主机翼14与副翼7通过合叶5连接，机 翼组件通过U型抱箍15固定在防水密封舱体1上。通过控制左右副翼7同步转动，实 现水下航行器的上浮或下潜，采用差分舵的方式，实现水下航行器转向。推进器组件包 括推进器支架10、无刷电调和涵道推进器9。其中推进器支架安装10在防水密封舱组 件的艉部舱盖上。防水密封舱组件的内部安装支架13上装有太阳能电池和锂电池混合 能源管理板，针对太阳能电池存在易受天气影响、能量输出不稳定等缺点，通过混合能 源管理板提高水下航行器混合能源系统的工作效率、增强其运行稳定性。水下航行器具 有水面航行和水下潜航功能，且可以快速稳定进行出入水转换。同时本发明采用太阳能 电池、锂电池混合能源技术，提升了水下航行器的续航能力。
如附图5所示，该水下航行器可以通过舰船或从岸边释放到水中，进入到水面航行状态(状态1)，可执行海域巡逻侦察、海上中继通信等任务；如执行水下侦察、水下搜 救等任务需要下潜到水下时，可以通过调整副翼和加大推进器推力的方式快速入水(状 态2)；在水下潜航(状态3)时，主控板依靠姿态传感器、深度传感器、电子罗盘等传 感器反馈的信号来调整水下航行器的状态，以完成预定的任务；当水下航行器完成既定 任务时开始上浮，并出水(状态4)从水下返回到水面上；根据任务需求、天气状况、 电池电量等，决定水下航行器是否在水面利用太阳能电池进行充电(状态5)。
重复上述过程本发明可以实现不同工作模式的转换，从而能够承担起海域巡逻侦察、 海上中继通信、水下环境快速评估、水下搜救等任务。
本发明将传统AUV、固定翼无人机和无人水面艇的设计理念相结合，使水下航 行器具备水上航行和水下潜航两种模式：在水上航行模式下，水下航行器可以像无 人水面艇一样执行诸如海域巡逻侦察、海上中继通信、海洋环境调查、污染水域监 测等任务；在水下潜航模式下，由于其具有机动性好、航速较高等特性，可以执行 水下环境的快速评估、水下搜救等任务。本发明采用太阳能电池、锂电池混合能源 技术，大大提升了水下航行器的续航能力。采用基于升力原理的正浮力无人自主水 下航行器设计，使水下航行器具有较强的环境自适应能力、较好的机动性和较高的 安全性。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及 其各个装置、单元、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、单元、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制 器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装 置、单元、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、 单元、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、单元、 单元视为既可以是实现方法的软件单元又可以是硬件部件内的结构。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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申请和简化描述，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申请的 限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改， 这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的 特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种混合能源水下航行器装置，其特征在于，包括：导流组件、密封舱组件、推进器组件、混合能源模块以及机翼组件；
所述导流组件与密封舱组件连接；
所述推进器组件设置于密封舱组件的艉部；
所述混合能源模块与推进器组件相连；
所述混合能源模块包括：密封舱太阳能电池部件、混合能源管理板、锂电池组(11)以及主翼太阳能电池板部件(2)；
所述机翼组件安装在密封舱组件上。
2.根据权利要求1所述的混合能源水下航行器装置，其特征在于，所述密封舱组件包括：密封舱艏部舱盖部件(16)、密封舱本体部件(1)、密封舱内部安装支架(13)、密封舱艉部舱盖部件以及水密穿舱件；
所述密封舱艏部舱盖部件(16)与密封舱本体部件(1)相连；
所述密封舱艉部舱盖部件与密封舱本体部件(1)相连；
所述密封舱内部安装支架(13)设置于密封舱本体部件(1)内部；
所述水密穿舱件安装在密封舱艉部舱盖上。
3.根据权利要求2所述的混合能源水下航行器装置，其特征在于，所述导流组件包括：前导流罩部件(17)、后导流罩部件(8)；
所述前导流罩部件(17)安装在密封舱艏部舱盖部件(16)上，后导流罩部件(8)安装在密封舱组件艉部舱盖上。
4.根据权利要求1所述的混合能源水下航行器装置，其特征在于，所述机翼组件包括：主机翼部件(14)、副翼部件(7)、合叶部件(5)、U型抱箍部件(15)、舵机部件(4)、舵机安装支架部件(3)、舵角部件(6)以及舵角拉杆部件；
所述舵机部件(4)设置于主机翼部件(14)上；
所述主机翼部件(14)与副翼部件(7)通过合叶部件(5)连接；
所述机翼组件通过U型抱箍部件(15)与密封舱本体部件(1)紧固连接；
舵机安装支架部件(3)与舵机部件(4)相连；
所述舵机安装支架部件(3)安装在主机翼部件(14)上；
所述舵角部件(6)安装在副翼部件(7)上；
所述舵角拉杆部件一端连接舵角部件(6)，另一端与舵机部件(4)连接。
5.根据权利要求1所述的混合能源水下航行器装置，其特征在于，所述推进器组件包括：推进器支架部件(10)、无刷电调部件以及涵道推进器(9)；
所述推进器支架部件(10)安装在密封舱艉部舱盖部件上；
所述涵道推进器(9)安装在推进器支架部件上(10)。
6.根据权利要求2所述的混合能源水下航行器装置，其特征在于，
所述舱艏部舱盖部件(16)包括：舱艏部深度计、舱艏部温度计；
所述舱艏部深度计安装在舱艏部舱盖上；
所述舱艏部温度计安装在舱艏部舱盖上。
7.根据权利要求2所述的混合能源水下航行器装置，其特征在于，
所述密封舱组件还包括：主控板(12)、无线电台部件、北斗/GPS模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块、锂电池组(11)；
主控板(12)、混合能源管理板、无线电台部件、北斗/GPS模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块、锂电池组(11)设置于密封舱内部安装支架(13)上。
8.根据权利要求1所述的混合能源水下航行器装置，其特征在于，所述机翼组件还包括：主翼太阳能电池板部件(2)；
所述主翼太阳能电池板部件(2)设置于主机翼部件(14)上。
9.根据权利要求1所述的混合能源水下航行器装置，其特征在于，所述密封舱组件包括：密封舱太阳能电池部件、混合能源管理板；
所述密封舱太阳能电池部件、混合能源管理板设置于密封舱内部安装支架(13)上。
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